生产管理知识_某中小企业车间生产调度问题研究

密级：公开某中小企业车间生产调度问题研究Research on Production Scheduling Problem of Workshop of the Small and Medium-sized Enterprises学 院：机械工程学院专 业 班 级：学 号：学 生 姓 名：指 导 教 师： 年 月摘 要生产调度在任何企业中都是重要的，肩负着企业的日常生产运转，起着组织、协调、检查、考核的职能。目前，制造业的竞争日益激烈，在企业的日常运作过程中，会经常遇到各种各样的复杂的调度问题，车间生产调度问题解决的好坏直接影响着企业的运作效率和最终客户满意程度。因此，调度问题已经成为运营管理领域的一大研究特点。对其进行深入的研究具有重要的理论意义和实际意义。本文首先论述本文研究内容的目的和意义，介绍了生产调度问题在国内外的研究现状，分析了该领域中存在的问题及发展趋势。其次结合我国中小型企业的特点，研究了有关车间调度的基本理论，并总结了车间生产调度的优化方法和策略，分析和比较了各种生产调度算法的优缺点，对车间调度问题进行了描述，做出了生产调度问题的改善。在几种求解车间调度的方法中，着重介绍了启发式方法中的palmer算法和彼得罗夫-哈姆算法。通过对沈阳亚中机械设备有限公司的车间调度问题进行分析和研究，运用palmer算法和彼得罗夫-哈姆算法，对现有的排产顺序进行改善，生产效率提高了28%，提高了企业的竞争力。并对这两种算法进行了比较与选优，来说明生产调度方法的采用必须依具体车间的生产情况来确定。关键词：中小企业；生产调度；彼得罗夫-哈姆算法 ；帕姆算法我们总羡慕别人的幸福，却常常忽略自己生活中的美好。其实，幸福很平凡也很简单，它就藏在看似琐碎的生活中。幸福的人，并非拿到了世界上最好的东西，而是珍惜了生命中的点点滴滴，用感恩的心态看待生活，用乐观的态度闯过磨难。AbstractProduction scheduling is important in any enterprise, shouldering the day-to-day production operation of the enterprise, playing the organization, coordination, inspection, evaluation functions. With the increasingly fierce competition in the manufacturing sector, we inevitably encounter a variety of complex scheduling problem in the daily operation of the process, thus shop scheduling problem solving lends a direct impact on the operational efficiency of the enterprise and the ultimate customer satisfaction level, ultimately affecting the ability to respond to business-to-market and competitiveness. Therefore, the scheduling problem has become one of the major study characteristics of the operations management field. Its in-depth study has important theoretical and practical significance.Based on the small and medium-sized enterprises in the workshop investigation, at first the purpose and meaning of this project are discussed, and the importance of shop production scheduling is presented, the trend of the domestic and overseas research of shop produce and the existent problems in this domain are analyzed. Secondly the basic theories about shop scheduling are studied, and the optimizing means and the strategy of shop production scheduling are summarized, then the interrelated problems of shop scheduling are described, and several heuristic methods to solve shop scheduling are summarized here, and emphatically introduced the heuristic method includes palmer algorithm and Petrov-Ham algorithm, and through the two algorithms for Shenyang ya zhong automatic control potential manufacturing workshop scheduling problem and research, finally to these two algorithms are compared with excellent production scheduling method, to illustrate the production workshop in accordance with specific to determine.Through the analysis，we improve the job-shop scheduling problem by using the palmer and Petrov Hamm algorithm，enhancing the efficiency by 28%, which make the enterprise become stronger. By comparing these two algorithms, at the same time, we have not only understand them deeply, but realized choosing suited scheduling algorithm must depend on the job-shop environment.Keywords：Small and medium-sized enterprises；Production scheduling; Petrov-Ham algorithm; Palmer algorithm目 录摘 要IIAbstractIII第1章 绪论11.1 课题研究的目的和意义11.1.1 本课题研究的目的11.1.2 本课题研究的意义21.2 国内外现状和发展趋势31.2.1 国内外研究现状31.2.2生产调度问题研究的发展趋势41.3 本课题的主要研究内容5第2章 中小型企业车间生产调度的基本理论62.1 车间调度的定义62.2车间调度问题的概述72.2.1 车间生产调度问题的含义72.2.2 车间生产调度的类型82.2.3 车间生产调度的特征92.3车间生产调度问题的研究策略102.4中小企业车间生产调度问题研究112.4.1中小企业的定义112.4.2 我国中小企业的特征132.4.3中小企业生产调度的主要问题14第3章 车间生产的调度方法研究163.1 传统的优化理论与方法163.2 启发式方法173.3基于知识的调度方法243.4 车间生产调度方法的比较及其评价26第4章 案例分析294.1企业背景概述294.2车间生产调度的管理结构294.3机械加工车间的现状分析304.4生产调度排序改善的案例334.4.1梁板334.4.2 基于palmer算法零件排序问题求解374.4.3 基于彼得罗夫-哈姆算法零件排序问题求解384.5 总结41第5章 结论43参考文献44第1章 绪论调度问题来源于不同的领域，如柔性制造系统，生产计划，计算机设计，后勤及通讯等。生产调度，即对生产过程进行计划，作为一个关键模块，是整个先进生产制造系统实现管理技术、运筹技术、优化技术、自动化与计算机技术发展的核心。有效的调度方法及其优化的研究与应用，是实现先进制造和提高生产效益的基础和关键，可大大提高生产效益和资源利用率，进而增强企业的竞争能力。生产调度问题是一个资源分配问题，只不过这里的资源是设备而己。其目的是使工件加工路径的组合优化，确定工件的加工路径和每一工序的加工开始时间，以确保所选定的生产目标最优，如总加工时间最短等.由于制造系统中每个零件的生产工艺不同，所需的加工设备、加工时间、要求的交货期和生产数量的不同，使得生产调度问题成为自动化制造系统研究中的一个难点和热点。车间生产调度在企业生产经营活动中占有十分重要的地位，生产调度系统也是CIMS(Computer Integrated Manufacturing Systems), ERP(Enterprise Resource Planning)等系统中的重要组成部分，因此受到学术界和工业界的广泛关注，对它的研究具有很高的理论意义和实际意义1。1.1 课题研究的目的和意义1.1.1 本课题研究的目的调度决策水平的提高已经成为现代企业生产经营过程能否稳定高效运转的决定性因素之一，因此，对生产调度理论的研究、优化生产调度的算法研究及应用系统软件的开发，都受到学术界和企业界的深切关注。近年来，诸如并行加工、精益生产、准时制生产、异地制造、动态联盟等新模式的不断提出，为信息技术的应用和管理方法的提高指出了更多的新方向。这些新的生产管理模式的出现则要求运用现代生产方式相适应的先进生产管理方法及调度技术。因此，改进型生产管理模式对提高生产效率有很大助益。有史以来 ，有限资源的合理配置和优化利用问题始终是人类社会所面临的最基本经济问题，这个问题贯穿于社会生活的各个方面。从一个国家、社会的宏观经济运行到具体企业的微观经济活动，都要受资源条件的限制。对企业来说，能否对现有资源进行合理配置和充分利用将直接影响到产品的制造成本，进而成为影响企业效益的重要因素。企业资源的合理配置和优化利用很大程度上体现在车间一层的生产活动中，所以加强车间层的生产计划与控制一直在企业生产经营活动中占有十分重要的地位。车间生产调度是制造系统生产管理的核心，生产管理任务顺利实施与完成，最终要靠合理的生产调度来保证2。车间生产调度研究的是如何合理地配置加工过程的各种资源，减少零件的加工准备、等待与传送时间，从而提高设备利用率与生产效率，降低生产成本。因此，及时准确的生产调度对生产系统的高效运行有着重要的影响，主要表现在生产调度可以保证生产计划的有效实施:高效低耗地使用生产资源;均衡生产，减少在制品的资金占用等。1.1.2 本课题研究的意义生产计划与调度环节是企业生产管理的核心，也是整个企业管理最烦琐和最难管理的环节。随着工业生产过程的日益复杂与规模的大型化，要求计算机系统不仅要完成直接面向过程的控制和优化，而且要在获取生产全部过程信息基础上，进行指挥调度和综合管理。生产调度的优化是先进制造技术和现代管理技术的核心技术。优化生产计划与调度成为增强企业竞争力、提高企业经济效益和社会效益的关键因素。因而研究制造行业大规模复杂生产过程的生产调度问题与方法对于提高企业的管理水平，增强企业的竞争力，促进整个行业的进步与发展具有十分重要的意义。目前，国内的大部分企业主要依靠经验丰富的调度员手工安排调度计划。对于调度问题比较简单的情况下这种办法还是可行的，然而，在调度任务规模较大且动态多变的环境中，单纯的手工调度就显得低效甚至无能为力了，况且，对于企业来说，经验丰富的调度员本身就是一种稀缺资源。显然，充分利用目前己取得的理论研究成果，改善车间调度问题，帮助企业提高排产效率，对于我国的生产有着重要的现实意义。1.2 国内外现状和发展趋势1.2.1 国内外研究现状 随着科学技术的快速发展，尤其是网络技术、通讯技术、计算机技术等现代科技以及相关基础行业的技术进步，使传统意义上的时间和空间距离日益被拉近缩短，市场趋向全球一体化，市场竞争转型为异地、跨区域、甚至跨国竞争等，激烈的市场竞争使产品的更新代换日趋频繁、种类越来越复杂，因而要求制造系统既能有效地进行多品种、小批量的生产，又有较高的自动化程度和生产效率，以适应多变的市场环境和客户需求。这就意味着相关企业在具有较高生产率、较好质量保障能力的同时，也要具有快速的响应市场变化和需求增长的能力，努力使制造单元具有刚性生产线的效率和工作车间的柔性，才能使企业适应激烈的市场竞争。为了加强和改善生产管理模式，提高加工单元(包括加工车间)的柔性及响应市场需求速度，在许多企业中生产调度(尤其是具体到车间调度)当前仍然采用本地化、单机实现模式，乃至人工方式进行。早在1954年，Johnson就对两台机床的Flow Shop型调度问题进行了研究，并提出了一个简便而又相当巧妙的算法。他的研究成果引起了学术界的浓厚兴趣。于是，学术界试图将他的结果推广到三台或是更多的机器上去，但是都没有成功。直到1977年，才有研究证明三台以上机床的Flow Shop调度问题是一个NP完备问题。由于车间调度在调度问题中具有代表性，很多领域的学者都可以把各自领域的组合优化问题抽象为车间调度问题。因此，众多学者就车间调度问题展开了深入广泛的研究。国外对车间管理系统的研究主要着重于对FMS的应用研究，因为一些制造企业，如飞机或汽车制造公司，资金力量和科技力量较为雄厚，它们直接进行了有关FMS的研究与开发，并且取得了较为明显的效果例如美国底特律市郊的鲁奇工厂是汽车制造的传统中心之一，这家工厂一直是福特公司的总裁兼首席执行官、亨利的曾孙比尔福特的商业理念的实践场所。但现在它似乎发生着戏剧性的变化：比尔福特已经斥资20亿元改造该公司慢慢老化的这个制造中心，他正设法建立精简灵活的生产线，并使其能够成为现代汽车的生产发展方向。日本的本田公司在灵活生产的道路上可能走得最远，不仅本田公司所有的汽车工厂都能生产几种车型的汽车，而且现在各个分厂还能迅速实现装配不同车型的转换。在底特律一家工厂要4到6周才能改变生产的汽车车型，重装自动机械装置和其它工具。而本田公司现在能一夜间完成这一项工作，它只需要简单地更换控制自动机械装置的有关软件。虽然，这是多方面因素的综合结果，例如全球供应链等因素，但如果本田公司没有采用灵活多变的FMS，就不可能有如此快的响应速度3。在对车间调度问题进行的研究中，有许多方法在各种各样的有关决策的期刊中被报道，它们在不同程度上都获得了成功。这些方法无一例外地吸收了近35年来的一系列先进技术。这些技术包括数学规划(mathematical programming),专家系统(expertsy stems)、神经网络(neuralne tworks)、遗传算法(genetical gorithms)和模糊逻辑(fuzzy logic)等。不同学科的交叉，带来了车间调度领域众多的新兴理论和新方法。国内对车间管理软件的研究起步较晚，目前虽然大部分工厂都在实施ERP软件系统，由于技术上的制约，它们仍然没有找到好的车间作业调度方法，基本上是靠调度人员的经验进行车间作业分配和调度。随着遗传算法在作业调度方面的应用，我国“八五”期间也有一些高校和研究机构，例如清华大学、上海交通大学、西安交通大学、北京机械工业自动化研究所等进行此类问题的研究，并已开发出相应的计算机辅助生产调度与管理系统，逐步从理论研究阶段走向应用阶段.随着各种特殊调度问题的攻克和新方法、新设备的出现，车间调度研究正在向动态、敏捷、多资源、智能化的方向发展4。1.2.2生产调度问题研究的发展趋势虽然对车间调度领域的研究已有几十年的历史，但至今尚未形成一套系统的方法与理论，并且多数研究忽略了很多重要的因素，建模时对真实环境进行了大量的简化，离应用尚有不小的差距。车间制造系统的建模与描述是研究调度问题的出发点，由于制造过程的复杂性，且纯仿真模型、数学规划、控制论、图与网络的建模方法各有优缺点，所以目前尚难建立一个很有效的模型。且现行的研究大多只关心工件的调度问题，而对其他资源分配问题像刀具、物料储运系统的研究不多5。因此，未来的进一步研究，我们可以从生产调度的有关模型中得到启示(如异地生产调度问题的深入研究)；此外一般来讲，调度方法的搜索效率和搜索效果是相互矛盾、相互制约的，通常根据实际情况，需要在两者之间做出折衷的选择。总之，对车问调度领域这一具有NP hard特性的研究，随着应用数学理论的进一步发展，必然朝着集成化、多目标化、动态实用化、高度次优化方向深入进行。1.3 本课题的主要研究内容车间生产调度问题是企业生产运作管理中最复杂、最棘手的问题。从理论上讲，人们经过长期的实践摸索出了许许多多的生产调度方法，而本论文的研究不可能也不必要穷尽一切理论，课题研究的主要内容是生产调度问题的描述方法，流水线车间调度基本理论和调度方法，并针对我国中小型企业车间生产调度管理的实际情况，摸索如何应用先进实用的生产调度方法去解决企业长期存在的一些问题。本文总体上是按照如下的线索逐步进行的：绪论，车间生产调度的基本理论，车间生产调度的研究方法与评价，应用案例分析，全文总结。第一章为绪论，为全文的纲领，介绍了课题的研究背景、研究目的和研究意义。第二章是对车间生产调度理论知识的研究介绍，由浅入深，由基础的知识概念入手，循序渐进到中小企业的生产调度问题，最后具体到提出生产调度的问题描述相关问题，包括生产调度的分类、特点、研究策略。第三章主要内容是基于车间生产调度问题的研究方法，包括数学规划法、启发式方法、计算智能调度方法。主要研究启发式方法中的彼得罗夫-哈姆算法和palmer算法。并通过调度方法的比较和评价来说明调度方法的相对权重。第四章是对沈阳亚中机械设备有限公司运用车间调度方法来对该企业的零件加工进行改善，并应用彼得罗夫-哈姆算法和palmer算法来验证算法的可行性，同时对这两种算法进行选优，并对该企业车间调度状况进行分析，提出相应意见。 第2章 中小型企业车间生产调度的基本理论2.1 车间调度的定义 车间调度就是根据加工对象的加工需求，运用不同的调度决策规则，规划系统的加工事件，并根据优化结果形成最佳的生产加工顺序，同时实现设备集和任务集的合理最优化结合6，如图2-1所示。加工任务集约束集策略、优化算法任务、设备对序列设备集图2-1生产调度问题的传统定义实际生产调度问题虽然不能简单地归结为上述的排序问题，但是都是以这一问题作为基础的。与经典调度理论中的生产调度问题相关的基本概念主要有：1)加工任务加工任务通常是一组n个等待调度以便进行加工的工件或者原材料。在其他相关文献中叫法不一，有的称作要加工的工件，有的称作要生产的产品，我们在本文中统称为加工任务。2)机器机器指的是执行加工任务的一组生产设备或生产单元，各台机器都有自己的生产能力约束。3)工序工序指的是某个工件或者产品的工艺路线，也就是加工任务在一组机器上的执行顺序。4)时间参数与加工任务和机器有关的各种时间参数，如加工任务的准备时间、等待时间、计划完工时间、实际完工时间、拖期时间、交货时间、在某个机器上的加工时间以及机器的空闲时间等。5)性能指标生产调度方案要达到的性能指标，如完工时间目标(最大流程时间、平均流程时间、最大完工时间、平均完工时间等)、交货期目标、成本目标和机器利用率目标等。6)控制参数与物料供应和投入有关的各种参数，如物料供应的限制约束、物料投入生产的时间、地点、速度和数量等。 7)调度规则 调度规则指的是一组控制生产过程的规则，主要有生产时序控制规则(各种优先规则)、中间存储利用率调节规则和生产代价调节规则等。 8)调度算法 调度算法的目的就是要综合考虑调度问题所提出的一些具体要求，用数学的语言来表达这些要求，在给定时间参数和调度规则条件下，确定各种控制参数，使得一种或多种性能指标最优7。2.2车间调度问题的概述车间调度问题一般可以描述为:n个工件在m台机器上加工，一个工件分为k道工序，每道工序可以在若干台机器上加工;每一台机器在每个时刻只能加工某个工件的某道工序，且只能在上道工序加工完成后才能开始下一道工序的加工。前者称为占用约束，后者称为顺序约束。2.2.1 车间生产调度问题的含义车间生产调度就是对一个可用的加工机床集在时间上进行加工任务的分配，以满足一个性能指标集8。典型的车间生产调度问题包括一个要完成的作业集，每项作业由一个作业集组成。各操作的完成需要占用机床或其它资源，并且必须按一个可行的工艺次序进行加工;每台机床可加工零件的若干操作，并且在不同机床能加工的操作集可以不同。在约束条件下，调度的目标是将作业合理地安排到各机床，并合理安排作业的加工次序和加工开始时间，同时优化一些性能指标。在实际车间生产调度中，一般需要考虑两个方面的调度问题，一是生产作业的调度，二是生产资源的分配。目前大部分研究集中在生产作业调度上，没有考虑资源分配，而将资源作为约束处理。厂级编制的车间作业计划，给出了各种零件、部件的投入产出进度安排，但还不是车间的执行计划。车间还要对各项任务的作业顺序合理安排，分派各班组、各工作地的任务，以便在完成计划任务的前提下，缩短生产周期，均衡设备负荷，提高操作人员的工作效率，取得良好的经济效益.生产作业的这种细节安排是车间生产调度控制的重要一环，它建立了计划与生产控制间的直接联系，是厂级各车间生产管理人员所必须研究的一个更重要的课题。2.2.2 车间生产调度的类型生产调度主要是在生产作业计划的基础上确定生产任务的加工顺序以及各种制造资源的实时动态调度9。确定生产任务的加工顺序为作业排序问题，它有不同的分类方法：1)生产来源根据需求产生的来源将车间可分为开环车间和闭环车间。2)加工系统的复杂度根据加工系统的复杂度可以将其分为单台处理机、多台并行机、车间作业调度(Job Shop)和流水车间调度(Flow Shop)。单台处理机调度(Single Shop):在这种车间中，每个零件只能有一道工序。单机调度问题是最简单的形式，在这种情况下，要求每个加工任务都要在一台机器上执行一次，为此存在任务的优化排队问题。多台并行机调度:井行机调度问题与单机调度问题有些相似，不同的是每个加工任务可以在任意一台机器上加工一次，它比单机调度问题的优化问题更为突出。车间作业调度(Job Shop):这是最一般的调度类型，并不限制作业操作的加工设备，并允许一个加工任务具有不同的加工路径，在这种车间中，机床设备的布局可以是任意的，因此零件的加工路径也是任意的，并且各零件的工序内容和数量也是任意的。流水车间调度(Flow Shop):这种调度问题假设每个加工任务都要在所有工序中的机器上加工一次，并有一致的加工操作和加工顺序;在这种车间中，每个零件都有相同的加工路径。这样，机床设备的布局如同流水线一样，零件依一次从流水线的一端流进，最后从另一端流出。3)性能指标根据性能指标可以分为基于调度费用和调度性能的指标。4)生产环境根据生产环境的特点将调度问题分为确定性调度和随机性调度。5)加工特征加工任务或被加工工件的特征主要表述为加工任务或者被加工工件是否有优先制约、以及其他各种类型的约束条件、任意释放期或等释放期、任意加工时间或单位加工时间、加工任务是否需要拆分和组合等。根据这一点可以把生产调度问题分为静态调度问题和动态调度问题两大类。静态车间调度(Static Scheduling):静态调度是指所有待安排加工的加工任务或工件均处于待加工状态，进行一次调度之后，各个加工任务或工件的加工顺序就被确定，在以后的加工过程中就不再改变。车间的调度不考虑零件在加工过程中出现的意外情况，如机床突然损坏、零件的交货期提前、有更紧迫的零件要求被加工等等。动态车间调度(Dynamic Scheduilng):动态调度是指加工任务或工件依次进入待加工状态，各个加工任务或工件不断进入系统接受加工，同时完成加工的加工任务或工件又不断离开，还要考虑加工环境中不断出现的不可预测的动态扰动，如操作的超时和设备的损坏等，因此动态调度要根据系统中加工任务或工件、设备等的状况，不断地进行调度。6)是否有序根据调度是否有序可以讲价共分为有序加工和无序加工。2.2.3 车间生产调度的特征1)复杂性一是生产因素的多样与复杂，车间中工件、机器、缓存和搬运系统之间相互影响、相互作用。每个工件又要考虑它的加工时间、安装时间和操作顺序等因素，因而相当复杂;二是调度问题是在等式或不等式约束下求指标的优化，在计算量上往往是NP完全问题，随着问题规模的增大，其计算量急剧增加，使得一些常规的方法无能为力，对于这一点已经被证明。所以调度问题往往没有精确的解，通常是在解答过程中寻求其最优解10。2)随机性车间调度中有很多随机和不确定因素，如工件到达时间的不确定性，实际工件的加工时间也有一定的随机性。而且生产系统中常有突发偶然事件，如机器出故障、作业交货期的改变、急件插入和人员误操作等不可预见因素，生产调度需要根据生产情况做出动态调整。3)约束性车间调度问题中资源的数量、缓存的容量、工件到期时间以及工件的操作顺序等都是约束。此外还有一些人为的因素，如要求各机器上的负荷要平衡等。4)多目标车间生产调度往往是多目标的，可分为基于作业交货期的目标、基于作业完成时间的目标和基于生产成本的目标，而且这些目标之间往往是有冲突的。2.3车间生产调度问题的研究策略调度策略是车间调度高层次的决策部分，由于调度问题的复杂性，因而在实际的研究过程中逐渐形成了不同的调度策略支持，大致可分为以下几种。1)并行或分布策略。适应不同车间控制结构与调度问题复杂性的实际需要，不少学者提出并行或分布策略来解决调度问题。2)分解与成组策略。利用分解生产计划或GT的调度策略可以大大降低问题的计算复杂性和规模，求得调度问题的较优解，同时优化系统的一些性能指标，GT和独立制造岛的应用实践便是一个明显的例证。3)人机协同策略。调度问题的性质、现有研究方法的缺陷以及人类独特的思维能力决定了人机协同策略的生命力。大量的研究成果表明：人机协同交互的策略可以减少系统的搜索空间，可在有限时间、背景知识条件下解决困难的问题。4)实时或动态重调度策略。车间制造过程的随机性、不确定性需要不断地进行重调度，以处理突发的事件。基于目前的研究，对于动态调度的具体策略有：周期调度，连续调度，事件驱动调度，周期与事件驱动混合调度，周期与连续调度混合的策略等。5)生产计划与调度集成策略。生产计划、调度的集成研究具有全局优化的特征，也符合先进制造模式的思想。6)多目标权衡决策。实际调度问题是多目标的，且这些目标往往相互冲突。对于此类多目标优化问题，常用数学规划中的约束法、评价函数法、分层序列法(AHP)、功效函数法等。2.4中小企业车间生产调度问题研究2.4.1中小企业的定义不同国家、不同经济发展的阶段、不同行业对其界定的标准不尽相同，且随着经济的发展而动态变化。各国一般从质和量两个方面对中小企业进行定义，质的指标主要包括企业的组织形式、融资方式及所处行业地位等，量的指标则主要包括雇员人数、实收资本、资产总值等。量的指标较质的指标更为直观，数据选取容易，大多数国家都以量的标准进行划分，如美国国会2001年出台的美国小企业法对中小企业的界定标准为雇员人数不超过500人，英国、欧盟等在采取量的指标的同时，也以质的指标作为辅助11。根据第九届全国人民代表大会常务委员会第二十八次会议于2002年6月29日通过的中华人民共和国中小企业促进法的精神，工业和信息化部、国家统计局、国家发展和改革委员会财政部于2011年6月18日发布了中小企业划型标准规定，对主要行业的中小企业的标准作出了明确的界定。该标准是根据企业职工人数、销售额、资产总额等指标，结合行业特点制定的。按照通知的规定，不同行业的中小企业应该按照以下标准认定：1)工业。从业人员1000人以下或营业收入40000万元以下的为中小微型企业。其中，从业人员300人及以上，且营业收入2000万元及以上的为中型企业；从业人员20人及以上，且营业收入300万元及以上的为小型企业；从业人员20人以下或营业收入300万元以下的为微型企业。 2)农、林、牧、渔业。营业收入20000万元以下的为中小微型企业。其中，营业收入500万元及以上的为中型企业，营业收入50万元及以上的为小型企业，营业收入50万元以下的为微型企业。3)建筑业。营业收入80000万元以下或资产总额80000万元以下的为中小微型企业。其中，营业收入6000万元及以上，且资产总额5000万元及以上的为中型企业；营业收入300万元及以上，且资产总额300万元及以上的为小型企业；营业收入300万元以下或资产总额300万元以下的为微型企业。4)批发业。从业人员200人以下或营业收入40000万元以下的为中小微型企业。其中，从业人员20人及以上，且营业收入5000万元及以上的为中型企业；从业人员5人及以上，且营业收入1000万元及以上的为小型企业；从业人员5人以下或营业收入1000万元以下的为微型企业。5)零售业。从业人员300人以下或营业收入20000万元以下的为中小微型企业。其中，从业人员50人及以上，且营业收入500万元及以上的为中型企业；从业人员10人及以上，且营业收入100万元及以上的为小型企业；从业人员10人以下或营业收入100万元以下的为微型企业。6)交通运输业。从业人员1000人以下或营业收入30000万元以下的为中小微型企业。其中，从业人员300人及以上，且营业收入3000万元及以上的为中型企业；从业人员20人及以上，且营业收入200万元及以上的为小型企业；从业人员20人以下或营业收入200万元以下的为微型企业。7)仓储业。从业人员200人以下或营业收入30000万元以下的为中小微型企业。其中，从业人员100人及以上，且营业收入1000万元及以上的为中型企业；从业人员20人及以上，且营业收入100万元及以上的为小型企业；从业人员20人以下或营业收入100万元以下的为微型企业。8)邮政业。从业人员1000人以下或营业收入30000万元以下的为中小微型企业。其中，从业人员300人及以上，且营业收入2000万元及以上的为中型企业；从业人员20人及以上，且营业收入100万元及以上的为小型企业；从业人员20人以下或营业收入100万元以下的为微型企业。9)住宿业。从业人员300人以下或营业收入10000万元以下的为中小微型企业。其中，从业人员100人及以上，且营业收入2000万元及以上的为中型企业；从业人员10人及以上，且营业收入100万元及以上的为小型企业；从业人员10人以下或营业收入100万元以下的为微型企业。10)餐饮业。从业人员300人以下或营业收入10000万元以下的为中小微型企业。其中，从业人员100人及以上，且营业收入2000万元及以上的为中型企业；从业人员10人及以上，且营业收入100万元及以上的为小型企业；从业人员10人以下或营业收入100万元以下的为微型企业。11)信息传输业。从业人员2000人以下或营业收入100000万元以下的为中小微型企业。其中，从业人员100人及以上，且营业收入1000万元及以上的为中型企业；从业人员10人及以上，且营业收入100万元及以上的为小型企业；从业人员10人以下或营业收入100万元以下的为微型企业。12)软件和信息技术服务业。从业人员300人以下或营业收入10000万元以下的为中小微型企业。其中，从业人员100人及以上，且营业收入1000万元及以上的为中型企业；从业人员10人及以上，且营业收入50万元及以上的为小型企业；从业人员10人以下或营业收入50万元以下的为微型企业。13)房地产开发经营。营业收入200000万元以下或资产总额10000万元以下的为中小微型企业。其中，营业收入1000万元及以上，且资产总额5000万元及以上的为中型企业；营业收入100万元及以上，且资产总额2000万元及以上的为小型企业；营业收入100万元以下或资产总额2000万元以下的为微型企业。14)物业管理。从业人员1000人以下或营业收入5000万元以下的为中小微型企业。其中，从业人员300人及以上，且营业收入1000万元及以上的为中型企业；从业人员100人及以上，且营业收入500万元及以上的为小型企业；从业人员100人以下或营业收入500万元以下的为微型企业。15)租赁和商务服务业。从业人员300人以下或资产总额120000万元以下的为中小微型企业。其中，从业人员100人及以上，且资产总额8000万元及以上的为中型企业；从业人员10人及以上，且资产总额100万元及以上的为小型企业；从业人员10人以下或资产总额100万元以下的为微型企业。16)其他未列明行业。从业人员300人以下的为中小微型企业。其中，从业人员100人及以上的为中型企业；从业人员10人及以上的为小型企业；从业人员10人以下的为微型企业。2.4.2 我国中小企业的特征1)企业组织结构层次简单中小企业的组织结构层次非常少，部门分划的也不是很细，一般主要的管理都是由一个人到两个人来进行，只有当这个决策者通过检查之后才能进行生产，这样就降低了企业的生产效率。2)企业特殊的生产运作模式随着现代社会生产分工的细化, 相当大部分的中小企业都作为大型企业的辅助性制造商。这就决定了中小企业对大企业的依存关系, 而这种相互依存的关系又会影响中小企业内部和外部供应链网络的设计。在主要的客户级和企业级都需要搜寻清晰的供应链指令, 这将迫使中小企业的项目管理目标失去独立性, 需要根据大企业的生产变化进行适应性调整或重新安排, 所以中小企业中的采购、生产、销售等运作特征同那些大企业相比有着明显的不同。3)企业内部管理人员职责模糊在中小企业中, 各部门之间在职责上没有清晰的界线。企业管理人员职责的模糊性, 究其原因在于中小企业的规模小、组织结构简单。一般说来, 企业的规模越大,其要求企业的组织结构就越复杂, 部门之间分工就越明确;而中小企业规模小, 对应地其组织结构就显得简单, 组织的正规化程度低, 从而部门之间的分工就模糊。4)企业实际生产与计划预测的偏离较大实际生产与计划的偏离非常显著, 主要有两种表现形式: 实际生产的成品和生产的数量。随着产品生命周期的缩短, 大型企业不断地改进新的产品形式甚至向市场上频繁推出全新产品。中小企业通常都是第三方辅助性制造商,它们的成品生产很大程度上依赖于那些大企业要卖些什么产品。因此, 对于中小企业来说, 每年的计划和预测只能作为企业生产和销售的一个粗略指导方针, 而根本不能作为企业的实际生产计划12。2.4.3中小企业生产调度的主要问题1)由于中小企业资金的不足，照成车间设备的先进程度不够，同时设备的定期维修做的不够好。车间设备的工作环境也不尽人意。2)由于没有建立基本的生产管理信息系统，因此生产信息零乱而分散。通常情况下，许多信息对指挥下一个生产周期、下一天、甚至下一个小时的生产都很重要。在手工处理方式下要靠调度对纸质资料逐个查询，现场查问或测试、手工记录并统计汇总，不仅工作量大，而且速度较慢，难以提高工作效率，且很难实现加工车间与其他职能部门的信息。3)车间作业调度上，一般是根据经验来安排零件的加工，由于设备数量少且分布较分散，因而极易造成设备负荷的不均衡与增加设备的空闲时间，同时，由于人为因素对生产影响较大，增加了生产的随机性。导致不可预见的问题随时都可能发生。4)对零件的加工工时与设备利用情况无法进行定量分析，造成编制生产计划与进行生产调度决策的依据不足。导致对产品不能均衡成产。5)对许多与生产有关的数据由于受工作量限制未予记录，或记录不完整、不规范，难以追查某些由于管理失误而引起的责任事故。即便已记录的数据在统计汇总中也难免发生错误，这些都难以满足现代企业管理中用数字说话，实现科学管理的要求。6)调度工作缺乏预见性和预防性。在生产过程中，经常会遇到一些突发性问题，这要求调度人员及时调整作业计划；同时，调度工作要以防为主，必须避免被动地抓缺件、堵漏洞的消极做法，而这些不借助于计算机，单独依靠人工管理是难以实现的。 第3章 车间生产的调度方法研究调度问题的研究方法经过五十多年的发展，经历了由简单到复杂，从一元到多元的过程。从中也诞生了许多算法，一般的调度问题都是对于具体生产环境中的复杂的、多目标、动态的调度问题的一种抽象和简化，因而对一个调度算法可以通过其如何表述这些复杂性进行分类。而能否适应千差万别的实际生产环境，能否取得令人满意的优化效果，就成为了评估这一个调度算法的主要标准。有关调度问题的研究方法最初集中在数学规划、系统仿真和简单的规则上，这些方法不是调度结果不理想就是难以解决复杂的实际调度问题。随着各种新的相关学科与优化技术的建立和发展，在调度领域出现了许多新的优化方法，这些方法对解决车间调度问题具有重要意义13。本文大体介绍了整数规划法，启发式方法，计算智能调度方法，这些方法己经成为调度方法的主流。本文着重介绍了启发式算法，并通过与其他算法的比较来说明启发式算法的优缺点。3.1 传统的优化理论与方法1)整数规划法：通过对车间调度问题建立一个整数规划模型，采用基于枚举思想的分支定界法、割平面法和0-1整数规划法进行求解14。 这类方法虽然从理论上能求得最优解，但由于其计算复杂性， 不能获得实际应用。2)多目标优化法：多目标优化方法是同时考虑不同目标的共同作用。对于给定的多个目标按各自的重要程度，分别乘以不同的权系数，然后相加得到目标函数，再对此目标函数在多目标的约束集合上求最优解，也可以选择一个优化目标作为主要目标，而将其他目标作为约束处理，转化为一个新约束条件下，求主要的单目标最优化问题。多目标优化能体现不同目标的重要程度，但它通常只能寻找满足约束条件的满意解15。3)动态规划法：由于车间生产过程的动态性，系统运行中任何约束条件的改变，都可能使原先求得的最优解失效。利用动态规划法，将车间生产调度过程按时间划分为若干个相互联系的阶段，列出各阶段决策过程的函数方程，并利用动态规划的最优化原理进行求解，使整个过程的总效果达到最优。动态规划将求解问题分解成多阶段进行，使复杂问题简化，递推求解过程中可以利用实际应验，提高求解效率。但是动态变量必须满足无后效性，使动态变量不仅依赖状态转移规律，还依赖于允许决策集合和指标函数结构，从而降低了它的通用性16。3.2 启发式方法启发式方法因易于实现、计算复杂程度低等原因，能够用于动态实时调度系统中，一直受到人们的关注，并进行了广泛的研究。1)优先调度规则: 优先规则是按时间进程逐次为每台设备安排一个加工对象时，按照某种规则，从候选的等待作业中选取优先级最高的作业安排加工的方法。优先规则可根据不同的优化目标制定，不受零件数、工序数与工艺路线的限制，因此应用也比较广泛。常见的简单规则与组合优先规则分别见表3-1与表3-2：表3-1常见的简单优先级规则序号规则名称含义1EDD交货期最早2FCFS先进先出3LCFS后进先出4JP工件优先值5LWKR剩余加工量最小6MWKR剩余加工量最大7FOPNR剩余工序数最少8MOPNR剩余工序数最多9SPT加工时间最短10LPT加工时间最长11SLACK最小松弛量12NINR下工序等待作业数最少13WINQ下工序等待作业加工量最小14RANDOM随机其中零件松弛量-交货期-当前时刻-剩余加工时间，当零件松弛量为负时，表明其不能按期交货。优先权规则是设定每一零件、设备的优先等级，优先响应优先级高的申请对象17。启发式规则，如Look Ahead规则主要研究当用简单规则选择作用时，所选作业在处理过程中对另一作业的影响。可能受影响的作业是到达队列等待服务的作业。 Look Ahead 规则允许在某一加工设备空闲时间插入一个加工时间不大于某值的零件加工，其动态性较好。SPT是应用最广泛的一种调度规则，它对所有基于零件完工时间的指标都有较好的效果，如平均生产周期、平均延迟时间、设备负荷率等。旨在降低车间在制品占用量为目标的作业排序一般都用SPT。其缺点是对公序时间长的作业，越长越往后排，容易造成加工量大的作业产生延误，而加工量大的作业往往是生产中的关键零件，因而对生产计划的完成产生加大影响。LPT与SPT相反，优先考虑加工时间长的零件，但又显著地增加了零件在生产中的平均等待时间，及增大了生产中在制品占用量。MWKR是考虑剩余加工量大的作业容易延迟固优先安排。对于要成套地投入装配的零件，可以有效地缩短零件组的总生产周期。LWKR则是使加工进度快的零件加速完成。MOPNR是优先安排剩余工序数最多的作业，与MWKR相似，目标是缩短零件组的生产周期。所不同