基于工时宽裕二阶递归配置的作业车间逆向调度理论研究

Finding from the long-term cooperation with enterprises demonstrates that the problem of reliability on scheduling is the bottleneck problem for application of scheduling theory. Reverse scheduling is an effective approach to solve the problem of reliability. However, so far there is no research on reverse job-shop scheduling because the mode of reverse scheduling has the clear requirements for system, such as the feature of second-order system, and the convergent reverse recursion mechanism. Because configuration of working-hours allowances is a direct response to reliability on scheduling, and the confirmed information during the system executing makes the convergent reverse recursion mechanism impossible, this research combining theory and experiments will be developed on the followed stepwise three sections: the theory on reconstructing and modeling the job-shop system as a second-order system, mechanism of recursive configuration of working-hours allowances, and the theory of recursive configuration of allowances-based reverse scheduling, focusing on the problem of configuration of working-hours allowances. Consequently a set of theory for reverse job-shop scheduling based on recursive configuration of working-hours allowances will be proposed and a set of application tools will be developed. This proposal will initial reconstruct the job-shop system in the viewpoint of reverse second-order system, the expected results will push practical application for theory of job-shop scheduling forward.

在与企业的长期合作中，我们了解到，调度的可靠性问题，是作业车间调度理论走向实用化的瓶颈问题。逆向调度是一种可靠性优先的调度模式，但逆向调度具有显著的系统选择性：要求系统为二阶系统、并具有收敛的逆向递归机制等，目前，对于作业车间逆向调度的研究还是空白。工时宽裕的配置是调度可靠性的直接反映，而作业系统执行过程中不断实例化的信息，又使收敛的逆向递归机制成为可能。因此，本项目拟围绕工时宽裕的配置问题，在作业车间二阶解构与建模理论、工时宽裕二阶递归配置机制、基于工时宽裕递归配置的逆向调度理论三个逐层深入的层次上，展开理论和实验研究，提出系统的"基于工时宽裕二阶递归配置的作业车间逆向调度理论"，并研发相应的软件工具。本研究从逆向二阶系统的角度解构作业车间，为研究作业车间调度的可靠性问题提出了新视角，预期成果将促进作业车间调度理论走向实用化。

调度的可靠性问题，是作业车间调度理论走向实用化的瓶颈问题。工时宽裕的配置是调度可靠性的直接反映，而作业系统执行过程中不断实例化的信息，又使收敛的逆向递归机制成为可能。因此，本项目以实现作业车间可靠性优先、系统效率较优的逆向调度为目标，围绕工时宽裕的配置问题，在作业车间二阶解构与建模理论、工时宽裕二阶递归配置机制、基于工时宽裕递归配置的逆向调度理论三个逐层深入的层次上，开展了理论和实验研究，提出了系统的“基于工时宽裕二阶递归配置的作业车间逆向调度理论”，并研发了相应的软件工具。主要研究成果包括：建立了二阶设计变量之间的正交关联模型，发现了工时宽裕与资源配置之间的关联耦合及解耦规律，解决了作业车间的二阶解构问题；建立了动力学模型的二阶微分方程、激励-响应传递矩阵，构造了基于逆向动力学的二阶优化模型；以机制假设-递归实验-机制修正-收敛实验-机制修正的循环完善模式，通过反复实验，构造了递归矩阵和支持动态实例化的递归动力学模型。基于以上研究成果，提出了完整系统的基于工时宽裕递归配置的逆向调度理论，并通过系统的比对实验，验证了所提出理论与方法的可靠性、有效性与优越性。基于本研究项目，已发表和录用论文19篇，其中，6篇被SCI收录，11篇被EI收录；出版专著1部；获得软件著作权3项。各项指标都达到或超出了预期研究成果的指标。本研究从逆向二阶系统的角度解构作业车间，为研究作业车间调度的可靠性问题提出了新视角，研究成果对于扩充优化领域的新理论与新方法、促进作业车间调度理论走向实用化，有重要的科学意义和应用价值。