1.21.3 经典车间生产调度问题智能生产系统中的调度问题

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1.2 智能生产系统中的调度问题

智能设备的快速应用，使得生产系统走向智能化。智能生产系统根据系统功能的不同，可以分为加工柔性系统和搬运柔性系统。

1.2.1 加工柔性系统

加工柔性系统体现了加工过程的柔性，不同于上一节所述的经典生产系统，一台设备只能执行固定的加工工艺，例如车削或者铣削，其系统内使用了大量的加工中心等设备，一台设备可以完成多个加工工艺。

如上表所示，代表工件1的三道工序在5台不同的设备上加工，工序1可以在机器1、机器2和机器3上加工，但是在这三台机器上的加工时间不同。此类问题被称为FJSP(flexible job-shop scheduling problem)，比上一节所述的JSP问题多了一个维度，不仅需要为工件选择合适的加工机器，还需要对机器上的加工工序进行排序，其求解复杂度大大提高，通常问题规模达到20*20就很难求解。

这类优化问题的目标一般仍然是完工时间最短，此外，机器负载的平衡也是考虑的一个优化目标。

1.2.2 搬运柔性系统

求解JSP或FJSP问题时，一般均不考虑工件的在各机器之间的运输时间，这是不符合实际问题的。以前的生产系统多使用叉车等进行物料搬运，物料一般成批搬运，导致系统的效率难以得到保障。

近年来，机器人技术的快速发展，促进了物料搬运系统的智能化。AGV（automated guided vehicle）被广泛用于生产系统或港口的物料搬运过程中，其使用电能驱动，一般以电磁导航、激光导航等方式实现自主路径规划与避障，大大提高了生产系统的物料搬运效率。因此，搬运柔性系统与加工系统的结合，使得调度问题变得更加复杂，不仅需要考虑工艺约束、机器负载等，还需要考虑AGV的物料分配、路径规划、能耗管理等问题。按照加工系统是否具备加工柔性，可以将问题分为两类，一类是JSP与AGV集成调度问题，一类是FJSP与AGV集成调度问题。

JSP与AGV集成调度问题，一般是两维问题，包括对机器上的加工工序进行排序和为AGV分配搬运任务。FJSP与AGV集成调度问题，是三维问题，包括为工序选择机器、对机器上的加工工序进行排序和为AGV分配搬运任务。此外，在AGV的调度过程中，经常还会考虑AGV的能耗问题，也就是充电问题，当前主要的研究包括充电和更换电池两种策略，以维持AGV的工作状态。

1.3 小结

本章主要对常见的车间调度问题和智能制造背景下的车间调度问题进行了简要的描述，以帮助读者了解调度问题的由来以及调度问题究竟需要解决那些问题。

综上所述，根据求解的复杂度，可以将调度问题分为三类：

一维问题：JSP问题；
二维问题：FJSP问题和JSP与AGV集成调度问题；
三维问题：FJSP与AGV集成调度问题。后续文章将依次对此进行介绍。