中国制造2025出版工程：复杂制造系统的可重构计划与调度

　　本书包括3篇内容， 第1篇可重构体系篇， 针对复杂制造系统的生产计划与调度整体需求与特点， 构建具有可重构能力的生产计划与调度体系结构， 并讨论体系结构的可重构特性以及体系的重构过程和方法。第2篇可重构单元篇， 在复杂制造系统生产计划与调度体系的整体框架下， 分别讨论体系结构中的四个核心单元， 即中期生产计划单元、短期生产计划单元、实时调度单元和重调度单元。第3篇可重构实施篇， 首先给出了实施本书体系结构设计的可重构计划与调度体系原型系统的实现， 然后应用此原型系统， 结合案例对单元级和系统级的体系结构重构过程加以分析说明。 本书面向从事复杂制造系统计划、调度和优化等相关领域研究工作的科研人员， 微电子等复杂制造行业的生产管理或工程技术人员， 也可作为系统工程、工业工程、自动化、机械工程等专业院校研究生和教师的学习用书。

　　乔非，同济大学，教授，同济大学电子与信息工程学院教授，入选教育部新世纪人才支持计划。兼任中国自动化学会常务理事兼副秘书长，上海市系统工程学会副理事长，上海市微型电脑应用学会副理事长，上海市自动化学会常务理事，中国自动化学会专家咨询工作委员会副主任委员，中国计算机用户协会仿真应用分会副秘书长。 长期从事系统工程、自动控制与管理工程等方面的教学和科研工作。主要研究方向包括：智能制造与智能工厂、复杂生产系统调度与优化、智能优化理论与方法、制造业信息化、能耗模型与能源管理等。作为负责人或骨干成员完成科研项目20余项，包括国家自然基金重点项目和面上项目、973项目子任务等。出版专著4部，学术论文100余篇，其中被SCI、EI检索论文70余篇。曾获上海市技术发明一等奖、国家教育部科技进步奖、中国高校科学技术奖、上海市科技进步奖等10多项。

第1 篇 可重构体系篇
第1 章　复杂制造系统概述　/ 2
　1.1　制造系统的复杂性　/ 2
　　　1.1.1　制造系统的分类与特点　/ 2
　　　1.1.2　工业制造系统的复杂性　/ 5
　1.2　多重入复杂制造系统运作概述　/ 6
　　　1.2.1　多重入复杂制造系统概念及特征　/ 6
　　　1.2.2　典型多重入复杂制造系统——半导体制造　/ 6
　　　1.2.3　制造信息系统　/ 8
　1.3　复杂制造系统的生产计划与调度　/ 10
　　　1.3.1　生产计划与调度概念　/ 10
　　　1.3.2　中期生产计划问题与方法　/ 11
　　　1.3.3　短期生产计划生产调度问题与方法　/ 12
　　　1.3.4　动态调度问题与方法　/ 13
　1.4　复杂制造系统的发展趋势　/ 15
　　　1.4.1　新一代互联网技术驱动下的制造系统发展趋势　/ 15
　　　1.4.2　新型制造模式下计划调度的可重构意义　/ 16
　参考文献　/ 17

第2 章　可重构的复杂制造系统生产计划与调度体系　/ 19 　
　2.1　体系结构的一般概念　/ 19
　　　2.1.1　体系结构和体系结构框架　/ 19
　　　2.1.2　常用体系结构框架　/ 20
　　　2.1.3　体系结构框架的概念模型　/ 24
　2.2　面向生产计划与调度的体系结构框架　/ 25
　　　2.2.1　制造系统生产计划与调度的研究路线　/ 25
　　　2.2.2　面向生产计划与调度的体系结构框架的元素及关系　/ 26
　　　2.2.3　面向生产计划与调度的体系结构框架的视角及模型　/ 31
　　　2.2.4　面向生产计划与调度的体系结构框架的特点分析　/ 36
　2.3　复杂制造系统生产计划与调度体系结构的构建　/ 37
　　　2.3.1　业务系统视角模型建立　/ 38
　　　2.3.2　业务过程视角模型建立　/ 42
　　　2.3.3　协同视角模型建立　/ 45
　　　2.3.4　体系结构模型之间的集成和重构关系　/ 49
　2.4　可重构的复杂制造系统生产计划与调度集成体系　/ 53
　　　2.4.1　体系结构的业务功能关系　/ 53
　　　2.4.2　体系结构的业务过程逻辑　/ 55
　　　2.4.3　体系结构的特点分析　/ 57
　参考文献　/ 59

第3 章　面向复杂制造系统的计划与调度重构　/ 61 　
　3.1　面向复杂制造系统的计划与调度体系重构概述　/ 61
　　　3.1.1　可重构系统的结构及组成　/ 61
　　　3.1.2　可重构的类别　/ 62
　　　3.1.3　可重构系统的复用层次　/ 63
　3.2　可重构的内容与层次　/ 66
　　　3.2.1　系统级重构　/ 66
　　　3.2.2　组件级重构　/ 68
　　　3.2.3　算法级重构　/ 69
　3.3　可重构系统的建立过程　/ 70
　3.4　复用层次的语义基础　/ 72
　　　3.4.1　范畴论基础概念　/ 73
　　　3.4.2　复用层次的语义基础　/ 74
　参考文献　/ 80

第2 篇 可重构单元篇
第4 章　复杂制造系统的中期生产计划　/ 84
　4.1　中期生产计划概述　/ 84
　　　4.1.1　投料计划概述　/ 84
　　　4.1.2　维护计划概述　/ 87
　4.2　投料计划方法研究　/ 89
　　　4.2.1　负荷均衡投料计划算法　/ 90
　　　4.2.2　动态负荷均衡投料计划算法　/ 93
　　　4.2.3　基于产能约束的混合智能投料算法　/ 97
　4.3　维护计划方法研究　/ 99
　　　4.3.1　设备维护策略　/ 99
　　　4.3.2　智能优化维护方法研究　/ 101
　4.4　协同计划方法研究　/ 103
　　　4.4.1　投料计划与维护计划的协同　/ 103
　　　4.4.2　维护计划与生产调度的协同　/ 104
　4.5　中期计划的可重构集成　/ 107
　　　4.5.1　中期计划体系结构模型　/ 107
　　　4.5.2　中期计划集成控制　/ 112
　　　4.5.3　中期计划通用组件及接口　/ 115
　4.6　案例： 考虑了生产调度的维护计划　/ 116
　　　4.6.1　案例描述　/ 116
　　　4.6.2　仿真模型　/ 117
　　　4.6.3　仿真结果　/ 117
　参考文献　/ 119

第5 章　复杂制造系统的短期计划与调度　/ 121 　
　5.1　短期生产计划与调度概述　/ 121
　　　5.1.1　短期生产计划与调度概念　/ 121
　　　5.1.2　短期生产计划与调度方法　/ 122
　5.2　基于约束理论的DBR 短期生产计划方法　/ 125
　　　5.2.1　面向多重入制造系统实施的DBR 分析　/ 125
　　　5.2.2　基于DBR 的分层调度算法　/ 129
　5.3　基于SBO 的多目标调度优化方法　/ 130
　　　5.3.1　面向复杂制造调度的SBO 方法设计　/ 131
　　　5.3.2　基于灰色关联度分析的优化目标选取　/ 134
　　　5.3.3　基于NSGA- II 算法的SBO 多目标调度优化方法　/ 136
　　　5.3.4　基于层次分析法的最优解选取　/ 140
　5.4　瓶颈区并行设备调度方法　/ 142
　　　5.4.1　瓶颈区调度优化方法简介　/ 142
　　　5.4.2　瓶颈区调度优化方法设计　/ 142
　　　5.4.3　调度期内瓶颈区工序集预测方法　/ 144
　　　5.4.4　瓶颈区调度任务的优化　/ 146
　5.5　短期计划与调度的可重构集成　/ 150
　　　5.5.1　短期计划与调度体系结构的业务系统视角模型　/ 150
　　　5.5.2　短期计划与调度体系结构的业务过程视角模型　/ 155
　5.6　案例： SBO 多目标调度优化方法　/ 161
　　　5.6.1　基于BenchMark6 模型的SBO 仿真优化　/ 161
　　　5.6.2　最优解选取　/ 164
　参考文献　/ 166

第6 章　复杂制造系统的实时调度　/ 170 　
　6.1　实时调度概述　/ 171
　　　6.1.1　基于规则的实时调度方法　/ 171
　　　6.1.2　基于数据的实时调度方法　/ 173
　6.2　基于数据的组合规则调度策略　/ 175
　　　6.2.1　调度规则库的设计与选取　/ 176
　　　6.2.2　性能指标集的设计与选取　/ 178
　　　6.2.3　基于数据的实时调度　/ 180
　6.3　基于数据的瓶颈设备实时调度　/ 184
　　　6.3.1　基于数据的瓶颈识别　/ 185
　　　6.3.2　基于数据的瓶颈调度算法　/ 189
　6.4　实时调度的可重构集成　/ 192
　　　6.4.1　实时调度的业务系统视角模型　/ 193
　　　6.4.2　实时调度的业务过程视角模型　/ 195
　6.5　案例： 基于数据的瓶颈设备实时调度　/ 198
　参考文献　/ 202

第7 章　复杂制造系统的重调度　/ 204 　
　7.1　重调度概述　/ 204
　　　7.1.1　重调度策略的研究现状与发展　/ 205
　　　7.1.2　重调度方法的研究现状与发展　/ 206
　　　7.1.3　重调度评价的研究现状与发展　/ 206
　7.2　基于模糊Petri 网推理的重调度策略　/ 207
　　　7.2.1　面向重调度决策的模糊Petri 网模型　/ 208
　　　7.2.2　基于模糊推理的重调度决策　/ 212
　7.3　匹配重调度方法　/ 217
　　　7.3.1　匹配时段与匹配区域　/ 217
　　　7.3.2　单台设备匹配重调度方法　/ 220
　　　7.3.3　设备组匹配重调度方法　/ 224
　　　7.3.4　两种匹配重调度方法的比较分析　/ 225
　7.4　重调度评价　/ 227
　　　7.4.1　稳定性评价　/ 227
　　　7.4.2　有效性评价　/ 228
　7.5　重调度的可重构集成　/ 228
　　　7.5.1　重调度的业务系统视角模型　/ 228
　　　7.5.2　重调度的业务过程视角模型　/ 229
　7.6　案例： 在线重调度　/ 233
　参考文献　/ 236

第3 篇 可重构实施篇
第8 章　可重构体系原型系统设计　/ 240
　8.1　原型系统简介　/ 240
　8.2　原型系统设计　/ 241
　　　8.2.1　原型系统基础架构设计　/ 241
　　　8.2.2　数据层设计　/ 242
　　　8.2.3　软件层设计　/ 243
　　　8.2.4　仿真层设计　/ 246
　8.3　数据层实现　/ 247
　8.4　软件层实现　/ 248
　　　8.4.1　数据接口定义实现　/ 248
　　　8.4.2　基础模型实现　/ 250
　　　8.4.3　体系结构组件实现　/ 251
　　　8.4.4　仿真模型接口实现　/ 262
　　　8.4.5　用户界面实现　/ 262
　8.5　仿真层实现　/ 263
　　　8.5.1　模型库实现　/ 264
　　　8.5.2　算法库实现　/ 266
　8.6　MRPSS 使用流程　/ 267
　参考文献　/ 268

第9 章　基于原型系统的可重构实施　/ 269 　
　9.1　原型系统基本使用界面　/ 269
　9.2　基于原型系统的可重构验证研究　/ 272
　　　9.2.1　概述　/ 272
　　　9.2.2　瓶颈区需求模型　/ 273
　　　9.2.3　HP24Fab 模型简介　/ 274
　　　9.2.4　重构验证过程及分析　/ 275
　9.3　基于原型系统的可重构优化研究　/ 280
　　　9.3.1　概述　/ 280
　　　9.3.2　生产线数据分析过程　/ 282
　　　9.3.3　生产线数据表示与评估尺度　/ 284
　　　9.3.4　生产线数据分析模型　/ 290
　　　9.3.5　Minifab 模型　/ 298
　　　9.3.6　Minifab 数据分析的重构过程案例　/ 300
　参考文献　/ 306

附录　专业词语汇总表　/ 307 　

索引　/ 312