制造系统调度控制需求优化方案

1）调度控制在制造系统管理控制中的地位

调度控制属于制造系统执行层的管理控制，其根本任务是完成战术层下达的生产作业计划。计划是一种理想，属于静态的范畴；调度则是对理想的实施，具有动态的含义。在离散生产环境下，制造系统中零部件繁多、物流复杂、现场状态瞬息万变，因此，没有好的调度，再优的生产计划也难以产生好的生产效益。由此可见，调度控制在现代制造系统的管理控制中具有非常重要的地位。

2）调度控制问题的描述

制造系统的调度控制问题是指如何控制工件的投放和在系统中的流动以及资源的使用，最好地完成给定的生产作业计划。调度控制问题可分解为若干子问题，子问题的多少取决于制造系统底层制造过程的类型和具体结构。对于FMS、CIMS等自动化程度较高的制造系统，调度控制子问题一般包括如下几类：

（1）工件投放控制。

（2）工作站输入控制。

（3）工件流动路径控制。

（4）刀具调度控制。

（5）程序与数据的调度控制。

（6）运输调度控制。

解决调度控制问题的方法和系统可分为两大类，即静态调度和动态调度。动态调度是指调度控制系统能对外部输入信息、制造过程状态和系统环境的动态变化做出实时响应的调度控制方法和系统。如果达不到此要求，则只能称为静态调度。

图5-16　调度控制系统基本结构(www.xing528.com)

3）调度控制问题的难点

从控制理论的角度看，调度控制系统的基本结构如图5-16所示。该系统是一个基于状态反馈的自动控制系统。调度控制器的输入信息R为来自上级的生产作业计划、设计要求和工艺规程，反馈信息X为生产现场的实际状态。调度控制器根据输入信息和反馈信息进行实时决策，产生控制信息U（即调度控制指令）。制造过程在调度控制指令的控制下运行，克服外界扰动D的影响，生产出满足输入信息要求的产品。解决调度控制问题的难点主要体现如下：

（1）现代制造系统中的调度控制属于实时闭环控制，对信息处理与计算求解的实时性要求很高。

（2）被控对象是特殊的非线性动力学系统——离散事件动态系统（discrete event dynamic system，DEDS），难以建模。

（3）没有根据被控对象设计调度控制器的有效理论方法。

（4）系统处于具有强烈随机扰动的环境中，扰动D（如原材料、毛坯供应突变，能源供应异常变化，资金周转出现意外情况等）对系统运行的影响极大。

4）解决调度控制问题的方法

目前虽然还难以对制造系统的调度控制问题，特别是动态调度控制问题全面求出最优解，但经过大量学术研究和生产实践，已经找到一些在某些特殊情况下求解最优解的方法。此外，对于一般性的调度控制问题，亦找到许多求其可行解的方法。其中，具有代表性的有如下几种：

（1）基于排序理论的调度方法，如流水排序方法、非流水排序方法等。

（2）基于规则的调度方法，如启发式规则调度方法、规则动态切换调度方法等。

（3）基于离散事件系统仿真的调度方法。

（4）基于人工智能的调度方法，如模糊控制方法、专家系统方法、自学习控制方法等。