工藝規(guī)劃與車間調(diào)度及兩者集成的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

呂盛坪，喬立紅

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院 南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510642；2.北京航空航天大學(xué) 機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院 先進(jìn)制造技術(shù)與系統(tǒng)研究中心，北京 100191）

0 引言

工藝規(guī)劃與車間調(diào)度是連接產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造過(guò)程的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)。工藝規(guī)劃的主要任務(wù)是確定一個(gè)零件從毛坯到最終成品的技術(shù)需求，用于指導(dǎo)制造過(guò)程。無(wú)論傳統(tǒng)的手工工藝規(guī)劃還是當(dāng)前的計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（Computer Aided Process Planning，CAPP），在企業(yè)中都有著舉足輕重的作用。車間調(diào)度是在滿足工藝路線相關(guān)工序約束和資源約束的條件下，基于某個(gè)（些）目標(biāo)，決策出所有工件（近似）最優(yōu)的加工任務(wù)分配。車間調(diào)度對(duì)資源的優(yōu)化配置和科學(xué)運(yùn)作起重要作用，直接影響制造的成本和效益，日益受到業(yè)界重視?？梢钥闯?，兩者之間存在緊密的關(guān)聯(lián)關(guān)系。一方面，由于加工手段和技術(shù)不唯一，一個(gè)零件往往具有多條可選工藝路線，在CAPP中考慮車間資源情況、實(shí)時(shí)合理地選擇加工方法和資源，對(duì)提高調(diào)度的柔性、保證生產(chǎn)順利進(jìn)行有重要意義；另一方面，在調(diào)度中充分利用特征加工方法、加工資源和加工順序的多樣性來(lái)分配工序任務(wù)，可以從整體上提高生產(chǎn)柔性，減少目標(biāo)沖突，提高全局優(yōu)化的效果；同時(shí)，在計(jì)劃調(diào)度系統(tǒng)中合理選擇確定零件的操作工序、技術(shù)參數(shù)和相應(yīng)的投放優(yōu)先級(jí)，在車間動(dòng)態(tài)事件發(fā)生時(shí)基于柔性工藝進(jìn)行調(diào)整，可保證生產(chǎn)調(diào)度質(zhì)量，提高生產(chǎn)穩(wěn)定性。所以，對(duì)工藝規(guī)劃與車間調(diào)度集成（Integrated Process Planning and Scheduling，IPPS）進(jìn)行研究，對(duì)提高制造系統(tǒng)的效率具有重要的理論與工程意義。

1 CAPP發(fā)展歷程及實(shí)現(xiàn)方法研究現(xiàn)狀

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)手工工藝規(guī)劃方式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镃APP 方式。對(duì)CAPP 的研究始于20世紀(jì)60年代中期，由于工藝規(guī)劃本身的復(fù)雜性和產(chǎn)品制造環(huán)境的特殊性，在數(shù)字化制造領(lǐng)域，CAPP是發(fā)展最慢的，成為現(xiàn)代制造業(yè)的關(guān)鍵瓶頸。為打通該瓶頸的制約，相關(guān)人員對(duì)CAPP的相關(guān)技術(shù)方法開(kāi)展了大量研究。

CAPP的發(fā)展歷程大概經(jīng)歷了3個(gè)主要階段：

（1）20世紀(jì)60～80年代，派生式、創(chuàng)成式和復(fù)合式CAPP原型系統(tǒng)被不斷提出，零件及特征信息描述、工藝知識(shí)表達(dá)、工藝決策推理等［1］關(guān)鍵技術(shù)被廣泛研究。

（2）20世紀(jì)80～90年代，有關(guān)CAPP的研究朝著集成化、智能化方向發(fā)展。產(chǎn)品信息的中性表達(dá)、工藝優(yōu)化、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能設(shè)計(jì)方法、工藝知識(shí)庫(kù)或?qū)＜蚁到y(tǒng)（Expert System，ES）的建立等是主要研究熱點(diǎn)［2］。Leung［3］從產(chǎn)品信息表達(dá)、工藝優(yōu)化、知識(shí)獲取與表達(dá)、人工智能技術(shù)等12個(gè)方面對(duì)200多篇CAPP相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行了分類總結(jié)。

（3）90年代至今，隨著分布式技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，CAPP系統(tǒng)研發(fā)朝著集成化、網(wǎng)絡(luò)化、商品化方向發(fā)展。XU 等［4］從基于特征技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)（STandard for the Exchange of Product model data，STEP）應(yīng)用等10個(gè)方面對(duì)半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)CAPP 的研究成果進(jìn)行了綜述。總體來(lái)看，CAPP的相關(guān)研究主要集中在零件信息的輸入、加工方法和過(guò)程的生成以及系統(tǒng)平臺(tái)構(gòu)建三方面。

其中零件信息輸入的相關(guān)研究主要包括特征技術(shù)、STEP標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用兩方面。特征識(shí)別和基于特征的設(shè)計(jì)是零件特征信息輸入常用的兩類方法。Babic等［5］對(duì)特征識(shí)別的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題及其在基于規(guī)則的工藝決策中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述?；谔卣鞯亩x使得CAPP易于獲取與解釋相關(guān)特征信息，便于CAPP基于特征進(jìn)行決策。為保證產(chǎn)品信息能在不同CAPP中共享、確保數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一致，ISO 組織開(kāi)發(fā)了STEP，當(dāng)前主流的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，CAD）／計(jì)算機(jī)輔助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）軟件均提供了STEP標(biāo)準(zhǔn)輸出格式，為產(chǎn)品信息在CAPP中共享提供了重要手段。Zhao等［6］對(duì)基于STEP 的相關(guān)研究成果進(jìn)行了綜述。

加工方法及過(guò)程生成是CAPP研究的核心，相關(guān)研究方法主要包括ES、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、Agent、Petri網(wǎng)、模糊集和模糊邏輯、啟發(fā)式算法等。Cay［7］對(duì)ES和智能推理技術(shù)在CAPP 中的應(yīng)用以及CAPP 與其他系統(tǒng)的集成相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行了綜述；Yue等［8］從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、輸入表示、訓(xùn)練方法和輸出表示四個(gè)方面綜述了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工藝知識(shí)表達(dá)與應(yīng)用研究現(xiàn)狀；Agrawal等［9］對(duì)基于Agent的CAPP 系統(tǒng)進(jìn)行總結(jié)，開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于多Agent 的分布式CAPP原型系統(tǒng)；Shen 等［10］對(duì)Agent在CAPP 及其他制造系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述；Zhang等［11］將基于Agent的CAPP 相關(guān)研究劃分為基于協(xié)作機(jī)制、基于黑板框架和集成方法三類進(jìn)行了分類綜述。Petri網(wǎng)是柔性工藝表達(dá)與分析的重要手段，在柔性工藝規(guī)劃的研究過(guò)程中越來(lái)越被重視［4］。模糊集和模糊邏輯能將人的知識(shí)采用數(shù)學(xué)量化方式進(jìn)行描述，理論上能較好地應(yīng)用于約束具有一定模糊性、決策具有較強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)性的工藝規(guī)劃［4］。由于工藝規(guī)劃本身的復(fù)雜性、經(jīng)驗(yàn)性和個(gè)性化特性，完全基于ES、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、Agent、模糊邏輯等智能化、自動(dòng)化的決策機(jī)制來(lái)生成可行的工藝路線，特別是柔性工藝路線，離工程應(yīng)用還有較大距離。

啟發(fā)式算法是工藝路線生成與優(yōu)化的重要實(shí)現(xiàn)機(jī)制，20世紀(jì)80年代至今，相關(guān)學(xué)者開(kāi)展了大量研究。近年來(lái)，Li等定義了結(jié)合切削費(fèi)用、刀具費(fèi)用、機(jī)床變換次數(shù)、刀具變換次數(shù)和裝夾次數(shù)的優(yōu)化模型，并開(kāi)發(fā)了遺傳算法（Genetic Algorithm，GA）與模擬退火（Simulated Annealing，SA）算法結(jié)合的復(fù)合算法［12］和基于約束滿足（Constrained Satisfaction，CS）的禁忌搜索（Tabu Search，TS）［13］算法。在該組合優(yōu)化目標(biāo)的基礎(chǔ)上，Guo等［14］提出了相應(yīng)的粒子群優(yōu)化（Particle Swarm Optimization，PSO）算法；針對(duì)獨(dú)立制造系統(tǒng)與分布式制造系統(tǒng)工藝路線的生成與優(yōu)選，Li等［15］提出一個(gè)基于GA 的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)方法；Ding等［16］針對(duì)最小制造成本、最短加工時(shí)間的工藝排序問(wèn)題，提出一個(gè)結(jié)合GA、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和層次分析法的復(fù)合方法；Salehi等［17］針對(duì)初始工藝規(guī)劃的工序排序、工藝規(guī)劃過(guò)程工序設(shè)備、刀具及進(jìn)刀方向的優(yōu)化選擇提出了GA 實(shí)現(xiàn)機(jī)制；Musharavati針對(duì)工藝路線優(yōu)化生成提出一個(gè)SA［18］和改進(jìn)GA［19］的優(yōu)化方法。表1所示為對(duì)不同實(shí)現(xiàn)方法的應(yīng)用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行的總結(jié)。

表1 CAPP加工方法及過(guò)程生成主要實(shí)現(xiàn)方法總結(jié)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、服務(wù)技術(shù)等的發(fā)展，CAPP系統(tǒng)平臺(tái)構(gòu)建朝著服務(wù)化、分布式、網(wǎng)絡(luò)化以及集成化方向發(fā)展。近年來(lái)，Li等［20-21］構(gòu)建了一個(gè)基于服務(wù)技術(shù)、支持工藝優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)；Alvares等［22］研發(fā)了一個(gè)支持CAD／CAPP／CAM 集成的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)平臺(tái)；Agrawal等［9］基于Agent構(gòu)建了一個(gè)分布式CAPP原型系統(tǒng)，其自治Agent間的通信采用可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言（eXtensible Markup Language，XML）進(jìn)行描述；Hu等［23］開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于XML 來(lái)描述工藝相關(guān)信息的網(wǎng)絡(luò)化CAPP系統(tǒng)，并將克隆算法嵌入平臺(tái)中來(lái)優(yōu)化工序順序。但現(xiàn)有的CAPP 在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上還存在以下不足：①對(duì)工藝信息缺乏統(tǒng)一的底層組織模型和相應(yīng)的管理機(jī)制，工藝信息難以集成，易形成信息孤島；②CAPP設(shè)計(jì)結(jié)果主要以二維圖紙為依據(jù)指導(dǎo)車間生產(chǎn)，這種模式使零件相關(guān)信息在設(shè)計(jì)與工藝系統(tǒng)中難以統(tǒng)一和同步，三維信息無(wú)法傳遞到車間指導(dǎo)生產(chǎn)；③CAPP 系統(tǒng)在數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)上與設(shè)計(jì)、仿真及相應(yīng)管理系統(tǒng)的一體化集成研究比較欠缺，離集成制造目標(biāo)還有較大差距?？傮w來(lái)看，CAPP仍難以滿足當(dāng)前生產(chǎn)制造企業(yè)對(duì)CAPP系統(tǒng)工具化、集成化和智能化的需求。

2 車間調(diào)度問(wèn)題研究現(xiàn)狀

2000年，相關(guān)學(xué)者根據(jù)國(guó)際生產(chǎn)工程學(xué)會(huì)近10年來(lái)的研究成果總結(jié)了34種先進(jìn)的制造模式，無(wú)論哪一種制造模式，都是以優(yōu)化的生產(chǎn)調(diào)度為基礎(chǔ)［24］。調(diào)度的成功與否，直接關(guān)系著在制品的庫(kù)存水平、交貨期滿意度、供貨周期和生產(chǎn)效率等重要指標(biāo)［25］。根據(jù)是否考慮動(dòng)態(tài)不確定事件，車間調(diào)度可以劃分為靜態(tài)調(diào)度和動(dòng)態(tài)調(diào)度。下面分別對(duì)其實(shí)現(xiàn)方法的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。

車間調(diào)度問(wèn)題的研究始于20 世紀(jì)50 年代。1953年，Johnson研究了兩臺(tái)機(jī)床和部分3臺(tái)機(jī)床的流水車間調(diào)度問(wèn)題［26］，這標(biāo)志著車間調(diào)度理論研究的開(kāi)始。典型車間調(diào)度的分類可以用四元組α|β|γ|δ表示，其中：α 和β 分別為工件數(shù)和機(jī)床數(shù)；γ表征加工過(guò)程的特點(diǎn)；δ 為性能指標(biāo)［27］。根據(jù)工件流經(jīng)的機(jī)床進(jìn)行劃分，可分為單機(jī)調(diào)度、并行機(jī)床調(diào)度、流水車間調(diào)度、作業(yè)調(diào)度和開(kāi)放調(diào)度［28］。相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)（δ）可以分為四類：①基于完工時(shí)間的性能指標(biāo)，如最大（平均）完工時(shí)間、最大（平均）流程時(shí)間；②基于工件交貨期的性能指標(biāo)，如最大（平均）延遲時(shí)間、最大（平均）拖期工件個(gè)數(shù)等；③基于庫(kù)存指標(biāo)，如平均已完成工件數(shù)、平均機(jī)床空閑時(shí)間等；④多目標(biāo)綜合性能指標(biāo)，如最大完工時(shí)間與總拖期的綜合等［24］。實(shí)際的車間調(diào)度問(wèn)題是多目標(biāo)的，合理地綜合考慮不同優(yōu)化目標(biāo)、根據(jù)具體環(huán)境選擇和平衡相應(yīng)目標(biāo)、開(kāi)展多目標(biāo)優(yōu)化研究，是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)與重要課題。

車間調(diào)度發(fā)展至今已有60余年，大量研究成果不斷涌現(xiàn)。有關(guān)車間調(diào)度常用的優(yōu)化方法可以劃分為精確法和近似法。其中精確法主要包括：①混合整數(shù)規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、拉格朗日法［29］和分解法［30］等數(shù)學(xué)規(guī)劃方法；②分支定界法［31］、基于析取圖［32］和Beam 搜索［33］等枚舉法。近似法主要包括構(gòu)造法和智能法，構(gòu)造法包括瓶頸漂移［34-35］和基于瓶頸漂移的Beam 搜 索［36］等；智 能 法 包 括ES［37］、神 經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)［38］、多Agent、GA、SA、TS、PSO、蟻群算法（Ant Colony Optimization，ACO）和復(fù)合方法［39］等。精確方法和近似法中的構(gòu)造方法往往只適合于較小規(guī)模的調(diào)度問(wèn)題，相應(yīng)的智能方法能針對(duì)較大規(guī)模的調(diào)度問(wèn)題快速獲得近似最優(yōu)甚至最優(yōu)結(jié)果，大大擴(kuò)展了調(diào)度問(wèn)題的求解范圍與規(guī)模。

車間調(diào)度優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)機(jī)制大致經(jīng)歷了四個(gè)主要階段：①20世紀(jì)50年代的起步階段，該時(shí)期的研究主要基于一些解析方法，對(duì)規(guī)模較小的單機(jī)和簡(jiǎn)單的流水車間調(diào)度進(jìn)行研究；②60年代，整數(shù)規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃和分枝定界等運(yùn)籌學(xué)經(jīng)典方法以及一些尋找近似優(yōu)化解的啟發(fā)式算法被提出來(lái)［40］；③70年代，大量啟發(fā)式規(guī)則被提出，Panwalker［41］總結(jié)歸納了60～70年代發(fā)展起來(lái)的113條啟發(fā)式規(guī)則，并對(duì)其進(jìn)行了分類；④80年代以來(lái)，智能優(yōu)化機(jī)制不斷涌現(xiàn)，相應(yīng)的優(yōu)化目標(biāo)也從單一目標(biāo)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗄繕?biāo)優(yōu)化與平衡。Aytug［42］和Potts［43］等綜述了車間調(diào)度問(wèn)題的研究現(xiàn)狀。

但在實(shí)際生產(chǎn)中，確定調(diào)度方案并下發(fā)到生產(chǎn)車間進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，由于新增緊急訂單、工件優(yōu)先級(jí)改變、機(jī)床故障、物料或刀具短缺和質(zhì)量等問(wèn)題，往往需要進(jìn)行重調(diào)度優(yōu)化［44］。目前關(guān)于動(dòng)態(tài)調(diào)度的實(shí)現(xiàn)方法研究大致可歸納為魯棒調(diào)度、預(yù)—反應(yīng)調(diào)度和完全反應(yīng)調(diào)度［45］。Vieira等［46］對(duì)動(dòng)態(tài)調(diào)度研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述。表2所示為對(duì)這三種動(dòng)態(tài)調(diào)度的實(shí)現(xiàn)機(jī)制、優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行的總結(jié)。

表2 動(dòng)態(tài)調(diào)度實(shí)現(xiàn)方法對(duì)比

從整體上看，對(duì)于車間靜、動(dòng)態(tài)調(diào)度，現(xiàn)有的很多優(yōu)化機(jī)制均能獲得很好的結(jié)果，但這些優(yōu)化機(jī)制還處于理論研究階段，很難嵌入車間管理系統(tǒng)，需要研究能靈活應(yīng)用于車間管理系統(tǒng)的高效優(yōu)化實(shí)現(xiàn)方法；同時(shí)，相應(yīng)的優(yōu)化效果與效率還有進(jìn)一步提升的空間，特別是針對(duì)大規(guī)模車間調(diào)度問(wèn)題。

3 工藝規(guī)劃與車間調(diào)度集成研究現(xiàn)狀

現(xiàn)有的大量研究都是將CAPP 與車間調(diào)度系統(tǒng)作為兩個(gè)獨(dú)立串行系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)考慮。相關(guān)研究表明，工藝規(guī)劃和車間調(diào)度系統(tǒng)的單個(gè)效率很難得到大的提高［49］。同時(shí)，這種將兩者分離的方式往往存在如下問(wèn)題［50-53］：

（1）目標(biāo)沖突問(wèn)題 一方面，兩者按照各自不同的優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行規(guī)劃，前者關(guān)心的是技術(shù)實(shí)現(xiàn)，后者著眼的是生產(chǎn)執(zhí)行；另一方面，兩者關(guān)注的范圍不同，工藝規(guī)劃針對(duì)一個(gè)或一類零件，而調(diào)度關(guān)注車間所有零件資源的共享優(yōu)化利用。兩者的分離模式缺乏協(xié)調(diào)機(jī)制，易導(dǎo)致優(yōu)化沖突，難以實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化［51］。

（2）工藝規(guī)劃局限性問(wèn)題 串行規(guī)劃工藝人員認(rèn)為車間資源處于理想狀態(tài)，易集中選擇較熟悉的加工方法與資源組合，當(dāng)工藝傳遞到調(diào)度系統(tǒng)時(shí)，易出現(xiàn)嚴(yán)重的機(jī)床瓶頸和資源沖突，影響車間生產(chǎn)的進(jìn)度和效率［38，50］。

（3）車間調(diào)度局限性問(wèn)題 傳統(tǒng)的車間調(diào)度依賴于已確定的工藝路線進(jìn)行調(diào)度，但車間在生產(chǎn)過(guò)程中往往容易出現(xiàn)動(dòng)態(tài)不確定的情況，傳統(tǒng)的串行模式未提供調(diào)整與重優(yōu)化的工藝柔性來(lái)快速響應(yīng)動(dòng)態(tài)變化需求［44，51］。

（4）規(guī)劃與實(shí)施的時(shí)間差問(wèn)題 工藝與生產(chǎn)計(jì)劃的制定是在生產(chǎn)實(shí)施之前完成，這種規(guī)劃與實(shí)施的時(shí)間差，易使原來(lái)相對(duì)較優(yōu)的工藝路線下發(fā)到車間后出現(xiàn)部分不可行或完全不可行的情況。

針對(duì)工藝規(guī)劃與車間調(diào)度獨(dú)立串行研究存在的問(wèn)題，一個(gè)有效的解決辦法就是對(duì)兩者進(jìn)行集成研究。20世紀(jì)80 年代，Chryssolourisa等［54］就提出將工藝與車間調(diào)度進(jìn)行集成規(guī)劃；前期Shen等［55］對(duì)基于Agent的工藝規(guī)劃、車間調(diào)度以及兩者集成進(jìn)行了綜述；高亮等［56］從集成框架與優(yōu)化實(shí)現(xiàn)方法及其擴(kuò)展問(wèn)題對(duì)IPPS 的已有研究成果進(jìn)行了總結(jié)；Phanden等［57］對(duì)IPPS的集成模型進(jìn)行了概述；Wang 等［58］對(duì)分 布 式IPPS進(jìn) 行 了 介 紹；Tan等［59］從并行分配、人工智能方法、決策矩陣、非鏈?zhǔn)焦に囈?guī)劃與數(shù)學(xué)規(guī)劃五個(gè)方面綜述了IPPS 的研究成果。相關(guān)成果顯示，兩者集成可減少兩者的目標(biāo)沖突、工件流通和在制時(shí)間，提高車間資源利用率與對(duì)不確定性條件的響應(yīng)能力［60］。下面從集成模型、優(yōu)化實(shí)現(xiàn)方法兩方面對(duì)該集成問(wèn)題的研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)。

3.1 工藝規(guī)劃與車間調(diào)度集成模型研究概況

Larsen［61-62］對(duì)相關(guān)集成模型進(jìn)行總結(jié)并將其大致歸為非鏈?zhǔn)健㈤]環(huán)式和分布式工藝規(guī)劃三類。對(duì)于非鏈?zhǔn)胶烷]環(huán)式工藝規(guī)劃，兩者集成提供的只是接口，可稱為面向接口集成；分布式工藝規(guī)劃是兩者業(yè)務(wù)功能的集成，可稱為面向功能集成。

最簡(jiǎn)單的面向接口的集成是在不考慮車間動(dòng)態(tài)變化的情況下為各工件生成多條工藝路線，并按照一定指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序存儲(chǔ)到工藝路線庫(kù)中，然后再根據(jù)優(yōu)先級(jí)高低依次選擇發(fā)送到調(diào)度系統(tǒng)中進(jìn)行評(píng)價(jià)判斷，直到滿足要求為止［63］，這種集成模式是一種離線式的接口集成。在離線式接口集成方式的基礎(chǔ)上，Khoshnevis等［64］引入動(dòng)態(tài)反饋思想，構(gòu)建了一種在線接口式集成模型，這種集成方式將CAPP系統(tǒng)與車間作業(yè)計(jì)劃、作業(yè)調(diào)度及資源分析等集成起來(lái)形成一個(gè)交互動(dòng)態(tài)閉環(huán)仿真系統(tǒng)，通過(guò)車間資源信息的動(dòng)態(tài)反饋產(chǎn)生實(shí)時(shí)的工藝方案。車間調(diào)度系統(tǒng)把當(dāng)前車間可提供的機(jī)床資源狀態(tài)反饋給草擬的工藝規(guī)程，使其能及時(shí)進(jìn)行更改與調(diào)整，從而提高工藝方案的可行性。面向功能集成模型由Larsen［61-62］和Zhang［65-66］等分別提出。這種集成方式利用分層、并行協(xié)同等思想將工藝規(guī)劃與車間調(diào)度相關(guān)業(yè)務(wù)進(jìn)行分解，基于業(yè)務(wù)間的相互關(guān)系建立子問(wèn)題，并采用分布式的方式對(duì)各子問(wèn)題進(jìn)行集成求解。表3所示為面向接口集成（離線式和在線式接口集成）與面向功能集成的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比情況。

從整體上看，現(xiàn)有的面向接口集成其集成活動(dòng)發(fā)生在工藝規(guī)劃之后，調(diào)度只能基于生成的工藝進(jìn)行逐條選擇與調(diào)整；面向功能集成一般基于單工藝路線進(jìn)行調(diào)度，工藝路線柔性優(yōu)勢(shì)在調(diào)度優(yōu)化中較難體現(xiàn)。同時(shí)，兩種集成方式討論的車間調(diào)度主要是靜態(tài)調(diào)度，較少涉及針對(duì)動(dòng)態(tài)環(huán)境的調(diào)度機(jī)制，也較少考慮生產(chǎn)計(jì)劃的影響。

3.2 工藝規(guī)劃與車間調(diào)度集成優(yōu)化實(shí)現(xiàn)方法的研究概況

車間調(diào)度問(wèn)題是目前公認(rèn)的最復(fù)雜的組合優(yōu)化問(wèn)題之一［28］，IPPS涉及的約束及其解空間比車間調(diào)度問(wèn)題更加復(fù)雜［68］，是極困難的組合優(yōu)化問(wèn)題，設(shè)計(jì)高效、高質(zhì)量的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)方法具有非常重要的理論和工程意義。與車間調(diào)度類似，根據(jù)是否考慮動(dòng)態(tài)因素將IPPS 劃分為靜態(tài)IPPS 與動(dòng)態(tài)IPPS。下面分別對(duì)其實(shí)現(xiàn)方法的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。

表3 集成模型優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

3.2.1 靜態(tài)集成實(shí)現(xiàn)方法的研究

針對(duì)靜態(tài)集成的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)方法大致可以總結(jié)劃分為基于單一算法的實(shí)現(xiàn)方法、基于Agent的實(shí)現(xiàn)方法和復(fù)合實(shí)現(xiàn)方法三類。

（1）基于單一算法的實(shí)現(xiàn)方法

單一算法實(shí)現(xiàn)機(jī)制主要包括傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)規(guī)劃方法和近代涌現(xiàn)的（元）啟發(fā)式方法。由于進(jìn)化算法（Evolutionary Algorithm，EA）編碼和操作簡(jiǎn)單，同時(shí)能獲得較好的優(yōu)化結(jié)果，在IPPS問(wèn)題的求解過(guò)程中得到了廣泛應(yīng)用，其中GA 是針對(duì)IPPS 應(yīng)用最廣泛的進(jìn)化算法。近年來(lái)，Cai等［69］針對(duì)具有不同機(jī)床配置的IPPS問(wèn)題建立了一個(gè)基于GA 的機(jī)床匹配規(guī)劃方法；Moon等［70-72］定義了一個(gè)考慮車間工藝協(xié)作上下游供應(yīng)鏈關(guān)系約束的IPPS 問(wèn)題，并采用EA 對(duì)最小化加工周期、平均流通時(shí)間和拖期等目標(biāo)進(jìn)行了優(yōu)化。為獲得更優(yōu)解，相應(yīng)學(xué)者對(duì)EA 進(jìn)行了改進(jìn)，例如Lee等［73］設(shè)計(jì)了一個(gè)基于仿真的改進(jìn)GA 優(yōu)化方法；Kim 等［74］提出了一個(gè)針對(duì)IPPS的共生EA；Shao等［51］通過(guò)改進(jìn)GA 來(lái)優(yōu)選工藝路線與優(yōu)化調(diào)度方案；Qiao等［75］從初始工藝路線生成、編碼、操作等方面對(duì)GA 進(jìn)行了改進(jìn)，并以加工周期、平均流通時(shí)間為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

除GA 外，ACO、TS、SA、PSO、帝制競(jìng)爭(zhēng)算法等在IPPS 中的應(yīng)用也得到了深入研究。Kumar等［76］利用ACO 對(duì)柔性制造系統(tǒng)中的車間調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行了優(yōu)化；Weintraub［77］和Bandimarte［78］等針對(duì)IPPS 分別提出了TS 算法和分層的TS 算法；Li等［79-81］將IPPS構(gòu)建成考慮刀具方向、機(jī)床和刀具變換等因素的工序排序優(yōu)化的擴(kuò)展問(wèn)題，并提出協(xié)同確定工藝與調(diào)度優(yōu)化方案的SA［79］和PSO［80-81］；Baykaso?lu等［82］基于語(yǔ)法表達(dá)構(gòu)建了IPPS的表達(dá)模型框架，并采用TS 算法進(jìn)行了優(yōu)化；Lian等［83］提出一個(gè)以最小化流通時(shí)間為優(yōu)化目標(biāo)的帝制競(jìng)爭(zhēng)算法。針對(duì)IPPS優(yōu)化實(shí)現(xiàn)，圖論［84］、復(fù)合整數(shù)規(guī)劃方法［85］、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法［86］和分支定界［87］等經(jīng)典運(yùn)籌學(xué)方法也被不斷提出。但這些方法較少涉及動(dòng)態(tài)不確定因素，較難擴(kuò)展應(yīng)用到考慮動(dòng)態(tài)事件的集成規(guī)劃中，相應(yīng)的經(jīng)典運(yùn)籌學(xué)方法較難適應(yīng)于具有一定規(guī)模的集成問(wèn)題。

（2）基于Agent的實(shí)現(xiàn)方法

基于Agent實(shí)現(xiàn)方法是當(dāng)前IPPS研究的一個(gè)重要方向。McDonnell等［88］構(gòu)建了一個(gè)面向IPPS的多Agent分布式系統(tǒng)，其中工藝路線規(guī)劃、工序規(guī)劃與排序優(yōu)化，以及機(jī)床、刀具選擇、車間調(diào)度等均通過(guò)Agent實(shí)現(xiàn)。針對(duì)IPPS，Wong等［89-91］構(gòu)建了一個(gè)包含工件Agent、機(jī)床Agent和監(jiān)控Agent的多Agent系統(tǒng)框架，其中：工件Agent和機(jī)床Agent用于協(xié)同確定工藝路線與車間調(diào)度方案，監(jiān)控Agent負(fù)責(zé)工件Agent和機(jī)床Agent間的通信、監(jiān)控與協(xié)商仲裁。Fuji等［92］提出了協(xié)同確定工藝路線與車間作業(yè)調(diào)度方案的多Agent智能學(xué)習(xí)方法。針對(duì)IPPS 的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)，Nejad等［93］設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于多Agent的分布式實(shí)現(xiàn)機(jī)制，工序資源的選擇、工藝路線與工件調(diào)度的協(xié)同確定通過(guò)工件Agent與機(jī)床Agent匹配確定。Wang 等［94］提供了基于Agent的級(jí)聯(lián)拍賣協(xié)議集成框架，以實(shí)現(xiàn)工藝規(guī)劃和車間控制適時(shí)在線集成與優(yōu)化。多Agent采用協(xié)同分布式的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，它是一種面向功能的集成實(shí)現(xiàn)方法，Shen等［55］對(duì)基于Agent的集成進(jìn)行了綜述。基于Agent的優(yōu)化方法利用Agent的自組織特性、社交能力、預(yù)動(dòng)能力和智能反應(yīng)能力來(lái)實(shí)現(xiàn)集成優(yōu)化，易擴(kuò)展應(yīng)用到考慮動(dòng)態(tài)不確定性的環(huán)境，但多個(gè)Agent頻繁地交互、協(xié)商往往需要較長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間，優(yōu)化效率與效果有待進(jìn)一步提高。

（3）復(fù)合實(shí)現(xiàn)方法

為得到更優(yōu)的結(jié)果，不同學(xué)者結(jié)合不同實(shí)現(xiàn)機(jī)制構(gòu)建了相應(yīng)的復(fù)合實(shí)現(xiàn)方法。Li 等在改進(jìn)GA［51］的基礎(chǔ)上，將主動(dòng)學(xué)習(xí)［95］、TS［96］引入GA 的搜索過(guò)程中，以提高GA 的局部搜索能力；同時(shí)，提出了一個(gè)結(jié)合改進(jìn)GA［51］和Agent的復(fù)合優(yōu)化機(jī)制［97］。Shukla等［98］在構(gòu)建的基于多Agent的系統(tǒng)平臺(tái)上，提出一個(gè)基于SA 與TS結(jié)合的復(fù)合算法。針對(duì)IPPS 的最短加工時(shí)間的優(yōu)化問(wèn)題，Leung等［99］結(jié)合多Agent的分布式計(jì)算能力和ACO 的尋優(yōu)能力，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的復(fù)合優(yōu)化機(jī)制，并與Kim等［74］提出的共生進(jìn)化算法以及文獻(xiàn)［89-90］中的多Agent實(shí)現(xiàn)方法優(yōu)化效果進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了所提復(fù)合方法的優(yōu)勢(shì)；Mishra等［100］針對(duì)外協(xié)供應(yīng)鏈環(huán)境下的車間調(diào)度，提出了快速混沌TS 算法；Chan等［101］針對(duì)帶外包的IPPS問(wèn)題，提出結(jié)合GA、SA和模糊邏輯控制的復(fù)合退火求解算法。復(fù)合方法結(jié)合不同實(shí)現(xiàn)機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)，往往能得到較好的優(yōu)化結(jié)果。

雖然針對(duì)IPPS 也已取得了大量研究成果，但是除文獻(xiàn)［102］外，現(xiàn)有的優(yōu)化機(jī)制考慮的優(yōu)化目標(biāo)主要針對(duì)單目標(biāo)，相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)方法的效率與效果還有進(jìn)一步提高的空間。從系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)角度來(lái)看，現(xiàn)有很多方法很難適應(yīng)和擴(kuò)展到考慮動(dòng)態(tài)事件的集成規(guī)劃環(huán)境中，因此嵌入商業(yè)系統(tǒng)較為困難。

3.2.2 動(dòng)態(tài)集成實(shí)現(xiàn)方法的研究

對(duì)工藝規(guī)劃與車間調(diào)度進(jìn)行集成研究的一個(gè)重要目的，是希望車間發(fā)生動(dòng)態(tài)不確定性事件時(shí)，制造系統(tǒng)能提供相應(yīng)的柔性與調(diào)整機(jī)制，以減少它對(duì)整個(gè)車間制造執(zhí)行效率的影響。相應(yīng)地，學(xué)者對(duì)考慮車間動(dòng)態(tài)情況的IPPS也開(kāi)展了研究。Saygin等［50］針對(duì)IPPS構(gòu)建了離線的集成模型，并將該集成問(wèn)題劃分為機(jī)床選擇、工藝過(guò)程選擇、調(diào)度、重調(diào)度四個(gè)階段進(jìn)行規(guī)劃；Gindy等［103］基于并行工程思想構(gòu)建了一個(gè)支持工藝與車間調(diào)度動(dòng)態(tài)規(guī)劃的原型系統(tǒng)，該系統(tǒng)能快速響應(yīng)已知或不可預(yù)測(cè)的環(huán)境變化，但未提供重調(diào)度優(yōu)化的具體策略；Jain等［104］以柔性工藝為輸入，首先利用GA 生成一個(gè)初始解，然后利用最短加工時(shí)間優(yōu)先、最早到期時(shí)間優(yōu)先、先到先服務(wù)三種分派規(guī)則對(duì)機(jī)床故障、新增工件、優(yōu)先級(jí)改變和訂單取消四種情況分別進(jìn)行了重調(diào)度優(yōu)化；Zangiacomi等［105］針對(duì)大規(guī)模定制制鞋車間構(gòu)建了支持工藝與調(diào)度動(dòng)態(tài)集成的原型系統(tǒng)，該原型系統(tǒng)中包含的工藝規(guī)劃模塊與調(diào)度模塊分別用于產(chǎn)生實(shí)時(shí)工藝路線與調(diào)度方案；Wong等［91］利用在線Agent協(xié)商機(jī)制對(duì)考慮機(jī)床故障、新增工件兩種動(dòng)態(tài)事件的IPPS進(jìn)行了集成優(yōu)化；Guo［81］等利用PSO 對(duì)IPPS進(jìn)行了初始優(yōu)化，同時(shí)為機(jī)床故障、新增工件兩種情況提供了調(diào)整措施。

相對(duì)靜態(tài)集成調(diào)度而言，動(dòng)態(tài)集成調(diào)度的發(fā)展相對(duì)比較緩慢，主要原因是動(dòng)態(tài)集成調(diào)度需要考慮的工程實(shí)際問(wèn)題更多，構(gòu)建考慮動(dòng)態(tài)調(diào)度的模型與方法更加困難?，F(xiàn)有的動(dòng)態(tài)IPPS優(yōu)化實(shí)現(xiàn)機(jī)制主要針對(duì)的是新增工件、訂單取消、機(jī)床故障等幾類動(dòng)態(tài)事件，然而實(shí)際的車間不確定性事件的發(fā)生具有多樣性，需要進(jìn)一步研究針對(duì)不同動(dòng)態(tài)事件的集成動(dòng)態(tài)調(diào)度優(yōu)化機(jī)制。雖然文獻(xiàn)［106-107］分別對(duì)支持工藝與調(diào)度集成的信息模型及信息表達(dá)開(kāi)展了研究，但現(xiàn)有IPPS的研究較少涉及支持兩者集成的信息表達(dá)、流程組織以及管理的統(tǒng)一機(jī)制，相應(yīng)地也較少提供支持工藝和調(diào)度人員協(xié)同并行與分布式操作的平臺(tái)，離CAPP與車間調(diào)度系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)和功能上的真正集成應(yīng)用還有較大差距。

4 研究展望

雖然國(guó)內(nèi)外針對(duì)工藝規(guī)劃與車間調(diào)度以及兩者的集成開(kāi)展了大量研究，并取得了相應(yīng)的研究成果，但挑戰(zhàn)仍然存在，需要進(jìn)一步深入開(kāi)展研究。

（1）對(duì)于工藝規(guī)劃問(wèn)題，可能的三個(gè)重要研究方向

1）從整體發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，20 世紀(jì)90 年代興起的自動(dòng)化、智能化CAPP系統(tǒng)離實(shí)際應(yīng)用還有較大差距，具有一定智能決策并能支持交互操作的CAPP系統(tǒng)的研發(fā)是實(shí)用化和通用化CAPP發(fā)展的重要方向。針對(duì)具有確定規(guī)則、計(jì)算機(jī)易于處理的決策需朝著自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展，對(duì)計(jì)算機(jī)難以勝任的關(guān)鍵決策需研究相應(yīng)的交互機(jī)制，以輔助具有足夠工藝知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的工藝人員來(lái)完成。

2）從技術(shù)實(shí)現(xiàn)角度來(lái)看，基于全三維幾何模型的CAPP是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。研究基于三維模型的工藝信息的組織與表達(dá)以及相應(yīng)決策機(jī)制，直接依據(jù)三維實(shí)體模型制定工藝方案，并將三維工藝模型作為制造的唯一依據(jù)，是CAPP 發(fā)展的必然趨勢(shì)。為實(shí)現(xiàn)工藝數(shù)據(jù)的一致與共享、用戶的協(xié)同互操作，需進(jìn)一步以STEP數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)分布式、網(wǎng)絡(luò)化和服務(wù)化的CAPP系統(tǒng)。

3）從整個(gè)計(jì)算機(jī)集成制造的最終目標(biāo)來(lái)看，需進(jìn)一步構(gòu)建支持?jǐn)?shù)據(jù)集成的統(tǒng)一信息模型和擴(kuò)展方法，研究快速響應(yīng)動(dòng)態(tài)不確定性事件的機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，繼續(xù)開(kāi)展CAPP 與CAD／CAM、車間控制及管理活動(dòng)（如調(diào)度）的集成研究。

（2）車間調(diào)度問(wèn)題未來(lái)可能的研究方向

1）從優(yōu)化目標(biāo)角度來(lái)看，需要根據(jù)不同需求選擇不同的優(yōu)化目標(biāo)及相應(yīng)的優(yōu)化機(jī)制；同時(shí)，開(kāi)展多目標(biāo)優(yōu)化研究，并根據(jù)不同的生產(chǎn)環(huán)境平衡不同的優(yōu)化目標(biāo)。

2）對(duì)于優(yōu)化機(jī)制，仍需尋找具有較低時(shí)間復(fù)雜度的優(yōu)化機(jī)制，特別是針對(duì)大規(guī)模調(diào)度問(wèn)題進(jìn)一步探索能快速獲得近似最優(yōu)解的調(diào)度算法。針對(duì)車間動(dòng)態(tài)情況，需研究具有自適應(yīng)能力的優(yōu)化機(jī)制，開(kāi)發(fā)靈活的分派規(guī)則和重調(diào)度策略。

3）在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方面，工具化是車間調(diào)度研究當(dāng)前的重要任務(wù)，相應(yīng)的優(yōu)化策略需采用易于交互操作的方式嵌入車間調(diào)度系統(tǒng)中。

（3）對(duì)于IPPS可以開(kāi)展的研究方向

1）模型框架方面 考慮車間動(dòng)態(tài)調(diào)度及計(jì)劃約束條件，構(gòu)建基于面向接口集成與面向功能集成相結(jié)合的復(fù)合集成模型。

2）集成優(yōu)化實(shí)現(xiàn)機(jī)制方面 在復(fù)合集成模型基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)考慮多目標(biāo)優(yōu)化平衡、能高效獲得高質(zhì)量?jī)?yōu)化結(jié)果的實(shí)現(xiàn)機(jī)制，并針對(duì)不同的動(dòng)態(tài)條件研究不同的動(dòng)態(tài)調(diào)度策略。

3）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方面 研究構(gòu)建支持集成的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型及相應(yīng)的組織管理機(jī)制，開(kāi)發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)分布式、易于業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)集成、方便系統(tǒng)擴(kuò)展的集成系統(tǒng)。

［1］STEUDEL H J.Computer-aided process planning：past，present and future［J］.International Journal of Production Research，1984，22（2）：253-266.

［2］KIRITSIS D.A review of knowledge-based expert systems for process planning：methods and problems［J］.International Journal of Advanced Manufacturing Technology，1995，10（4）：240-262.

［3］LEUNG H C.Annotated bibliography on computer aided process planning ［J］.International Journal of Advanced Manufacturing Technology，1996，12（5）：309-329.

［4］XU X，WANG L H，NEWMAN S T.Computer-aided process planning—a critical review of recent developments and future trends［J］.International Journal of Computer Integrated Manufacturing，2011，24（1）：1-31.

［5］BABIC B，NESIC N，MILJKOVIC Z.A review of automated feature recognition with rule-based pattern recognition ［J］.Computers in Industry，2008，59（4）：321-337.

［6］ZHAO Y F，HABEEB S，XU X.Research into integrated design and manufacturing based on STEP ［J］.International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2009，44（5／6）：606-624.

［7］CAY F，CHASSAPIS C.An IT view on perspectives of computer aided process planning research［J］.Computers in Industry，1997，34（3）：307-337.

［8］YUE Y，LIAN D，KEMAL A，et al.Study of neural network techniques for computer integrated manufacturing［J］.Engineering Computations，2002，19（1／2）：136-157.

［9］AGRAWAL R，SHUKLA S，KUMAR M K，et al.Multi-agent system for distributed computer-aided process planning problem in e-manufacturing environment ［J］.International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2009，44（5／6）：579-59.

［10］SHEN W，HAO Q，YOON H J，et al.Applications of agent-based systems in intelligent manufacturing：an updated review ［J］.Advanced Engineering Informatics，2006，20（4）：415-431.

［11］ZHANG W J，XIE S Q.Agent technology for collaborative process planning：a review［J］.International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2007，32（3／4）：315-325.

［12］LI W D，ONG S K，NEE A Y C.Hybrid genetic algorithm and simulated annealing approach for the optimization of process plans for prismatic parts［J］.International Journal of Production Research，2002，40（8）：1899-1922.

［13］LI W D，ONG S K，NEE A Y C.Optimization of process plans using a constraint-based tabu search approach［J］.International Journal of Production Research，2004，42（10）：1955-1985.

［14］GUO Y W，MILEHAM A R，OWEN G W，et al.Operation sequencing optimization using aparticle swarm optimization approach［J］.Journal of Engineering Manufacture，2006，220（B12）：1945-1958.

［15］LI L，F(xiàn)UH J Y H，ZHANG Y F，et al.Application of genetic algorithm to computer-aided process planning in distributed manufacturing environments［J］.Robotics and Computer-Integrated Manufacturing，2005，21（6）：568-578.

［16］DING L，YUE Y，AHMET K，et al.Global optimization of a feature-based process sequence using GA and ANN techniques ［J］.International Journal of Production Research 2005，43（15）：3247-3272.

［17］SALEHI M，TAYAKKOLI-MOGHADDAM R.Application of genetic algorithm to computer-aided process planning in preliminary and detailed planning［J］.Engineering Applications of Artificial Intelligence，2009，22（8）：1179-1187.

［18］MUSHARAVATI F，ISAMAIL N，HAMOUDA A M S，et al.A metaheuristic approach to manufacturing process planning in reconfigurable manufacturing systems［J］.Journal of Technology，2008，48（A）：55-70.

［19］MUSHARAVATI F，HAMOUDA A S M.Modified genetic algorithms for manufacturing process planning in multiple parts manufacturing lines［J］.Expert Systems with Applications，2011，38（9）：10770-10779.

［20］LI W D，ONG S K，NEE A Y C.A Web-based process planning optimization system for distributed design［J］.Computer-Aided Design，2005，37（9）：921-930.

［21］LI W D.A Web-based service for distributed process planning optimization［J］.Computers in Industry，2005，56（3）：272-288.

［22］ALVARES A J，F(xiàn)ERRERIA J C E，LORENZO R M.An integrated Web-based CAD／CAPP／CAM system for the remote design and manufacture of feature-based cylindrical parts［J］.Journal of Intelligent Manufacturing，2008，19（6）：643-659.

［23］HU C J，LI Z Z，ZHENG L，et al.An XML-based implementation of manufacturing route sheet documents for context-sensitive and Web-based process planning［J］.International Journal of Computer Integrated Manufacturing，2008，21（6）：647-656.

［24］HANS-PETER W L.Load oriented manufacturing control［M］.Berlin，Germany：Springer-Verlag，1999：114.

［25］NIE Li.Research on methods based on gene expression programming for dynamic scheduling［D］.Wuhan：Huazhong University of Science and Technology，2011（in Chinese）.［聶黎.基于基因表達(dá)式編程的車間動(dòng)態(tài)調(diào)度方法研究［D］.武漢：華中科技大學(xué)，2011.］

［26］JOHNSON S M.Optimal two and three-stage production scheduling with set-up times includes［J］.Naval Research Logistics Quarterly，1953，1（1／2）：64-68.

［27］CONWAY R V，MAXWELL W L，MILLER L W.Theory of scheduling ［M］.Boston，Mass.，USA：Addison-Wesley Publishing Company，1967：134.

［28］GRAVES S C.A Review of Production scheduling［J］.Operations Research，1981，29（4）：646-675.

［29］FISHER M L.Optimal solution of scheduling problems using Lagrange multipliers［J］.Part I Operation Research，1979，21（5）：113-138.

［30］KRUGER K，SHAKHLEVICH N V，SOTSKOV Y N.A heuristic decomposition algorithm for scheduling problems on mixed graphs［J］.Journal of the Operational Research Society，1995，46（12）：1481-1497.

［31］CALIER J，PINSON E.An algorithm for solving the job shop problem ［J］.Management Science，1989，35（29）：164-167.

［32］BALAS E.Machine Scheduling via disjunctive graphs：an implicit enumeration algorithm ［J］.Operations Research，1969，17（6）：941-957.

［33］SABUNCUOGLU I，BAYIZ M.Job shop scheduling with beam search［J］.European Journal of Operational Research，1999，118（2）：390-412.

［34］ADMAS J，BALAS E，ZAWACK D.The shifting bottleneck procedure for job shop scheduling［J］.Management Science，1988，34（3）：391-401.

［35］HUANG W Q，YIN A H.An improved shifting bottleneck procedure for the job shop scheduling problem［J］.European Journal of Operational Research，2004，31（12）：2093-2110.

［36］CHANG Y，MATSUO H，SULLIVAN R S.A bottleneckbased beam search for job scheduling in a flexible manufacturing System ［J］.International Journal of Production Research，1989，27（11）：1949-1961.

［37］BIEGEL J E，WINKL J.Expert systems can do job shop scheduling：an exploration and a proposal［J］.Computers and Industrial Engineering，1989，17（1-4）：347-352.

［38］TANG L X，LIU W X，LIU J Y.A neural network model and algorithm for the hybrid flow shop scheduling problem in a dynamic environment［J］.Journal of Intelligent Manufacturing，2005，16（3）：361-370.

［39］ROSSI A，BOSCHI E.A hybrid heuristic to solve the parallel machines job-shop scheduling problem ［J］.Advances in Engineering Software，2009，40（2）：118-127.

［40］GERE W S.Heuristics in job shop scheduling［J］.Management Science，1966，13（8）：167-190.

［41］PANWALKAR S S，ISKANDER W.A survey of scheduling rules［J］.Operation Research，1977，25（1）：45-61.

［42］AYTUG H，LAWLEY M A，MCKAY K，et al.Executing production schedules in the face of uncertainties：a review and some future directions［J］.European Journal of Operation Research，2005，161（1）：86-110.

［43］POTTS C N，STUSEVICH V A.Fifty years of scheduling：a survey of milestone［J］.Journal of the Operational Research Society，2009，60（2）：41-48.

［44］SAYGIN C，KILLICS E.Integrating flexible process plans with scheduling in flexible manufacturing systems［J］.International Journal of Advanced Manufacturing Technology，1999，15（4）：268-280.

［45］SURESH V，CHANDHURI D.Dynamic scheduling-a survey of research［J］.International Journal of Production Economies，1993，32（1）：53-63.

［46］VIERA G E，HERRMANN J W，LIN E.Rescheduling manufacturing systems：a framework or strategies，policies，and methods［J］.Journal of Scheduling，2003，6（1）：39-62.

［47］SHNITS B，RUBINOVITZ J，SINREICH D.Multi-criteria dynamic scheduling methodology for controlling a flexible manufacturing system ［J］.International Journal of Production Research，2004，42（17）：3457-3472.

［48］LAWRENCE S R.，SEWELL E C.Heuristic，optimal，static and dynamic schedules when processing times are uncertain［J］.Journal of Operations Management，1997，15（1）：71-82.

［49］SHOBRYS D E，WHITE D C.Planning，scheduling and control systems：why can them not work together［J］.Computers and Chemical Engineering，2000，24（2-7）：163-173.

［50］KUMAR M，RAJOTIA S.Integration of process planning and scheduling in a job shop environment［J］.International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2006，28（1／2）：109-116.

［51］SHAO X Y，LI X Y，GAO L，et al.Integration of process planning and scheduling-a modified genetic algorithm-based approach［J］.Computer Operation and Research，2009，36（6）：2082-2096.

［52］LI Xinyu.Research on the solution methods of integrated process planning and scheduling［D］.Wuhan：Huazhong University of Science and Technology，2011（in Chinese）.［李新宇.工藝規(guī)劃與車間調(diào)度集成問(wèn)題的求解方法研究［D］.武漢：華中科技大學(xué)，2009.］

［53］LI X Y，SHAO X Y，ZHANG C Y.Mathematical modeling and evolutionary algorithm-based approach for integrated process planning and scheduling［J］.Computers and Operation Research，2010，37（4）：656-667.

［54］CHRYSSOLOURIS G，CHAN S，COBB W.Decision making on the factory floor：an integrated approach to process planning and scheduling［J］.Robotics and Computer-Integrated Manufacturing，1984，1（3／4）：315-319.

［55］SHEN W，WANG L，HAO Q.Agent-based distributed manufacturing process planning and scheduling：a state-ofthe-art survey［J］.IEEE Transactions on Systems，Man and Cybernetics，Part C：Applications and Reviews，2006，36（4）：563-577.

［56］GAO Liang，LI Xinyu.Current researches on integrated process planning and scheduling［J］.China Mechanical Engineering，2011，22（8）：1001-1009（in Chinese）.［高 亮，李新宇.工藝規(guī)劃與車間調(diào)度集成研究現(xiàn)狀及進(jìn)展［J］.中國(guó)機(jī)械工程，2011，22（8）：1001-1009.］

［57］PHANDEN R K，JAIN A，VERMA R.Integration of process planning and scheduling：a state-of-the-art review［J］.International Journal of Computer Integrated Manufacturing，2011，24（6）：517-534.

［58］WANG L H，SHEN W M，HAO Q.An overview of distributed process planning and its integration with scheduling［J］.International Journal of Computer Applications in Technology，2006，26（1／2）：3-14.

［59］TAN W，KHOSHNEVIS B.Integration of process planning and scheduling—a review ［J］.Journal of Intelligent Manufacturing，2000，11（1）：51-63.

［60］KUMAR M，RAJOTIA S.Integration of scheduling with computer aided process planning［J］.Journal of Materials Processing Technology，2003，138（1-3）：297-300.

［61］LARSEN N E，ALTING L.Dynamic planning enriches concurrent process and production planning［J］.International Journal of Production Research，1992，30（8）：1861-1876.

［62］LARSEN N E.Method for integration of process planning and production planning［J］.Journal of Computer Integrated Manufacturing，1993，6（1／2）：152-162.

［63］KRUTH J P，DETAND J.A CAPP system for nonlinear process plans ［J］.Annals of the CIRP，1992，41（1）：489-492.

［64］KHOSHNEVIS B，CHEN Q M.Integration of process planning and scheduling functions ［J］.Journal of Intelligent Manufacturing，1990，2（3）：165-176.

［65］ZHANG H C.IPPM-A prototype to integrated process planning and job shop scheduling functions［J］.Annals of the CIRP，1993，42（1）：513-518.

［66］ZHANG H C，MALLUR.An integrated model of process planning and production scheduling［J］.International Journal of Computer Integrated Manufacturing，1994，7（6）：356-364.

［67］USHER J M.Evaluating the impact of alternative plans on manufacturing performance［J］.Computers and Industrial Engineering，2003，45（4）：585-596.

［68］HO Y C，MOODIE C L.Solving cell formation problems in a manufacturing environment with flexible processing and routing capabilities［J］.International Journal of Production Research，1996，34（10）：2901-2923.

［69］CAI N，WANG L，F(xiàn)ENG H Y.GA-based adaptive setup planning toward process planning and scheduling integration［J］.International Journal of Production Research，2009，47（10）：2745-2766.

［70］MOON C，KIM J，HUR S.Integrated process planning and scheduling with minimizing total tardiness in multi-plants supply chain ［J］.Computers and Industrial Engineering，2002，43（1／2）：331-349.

［71］MOON C，SEO Y.Evolutionary algorithm for advanced process planning and scheduling in a multi-plant［J］.Computers and Industrial Engineering，2005，48（2）：311-325.

［72］MOON C，LEE Y H，JEONG C S，et al.Integrated process planning and scheduling in a supply chain［J］.Computers and Industrial Engineering，2008，54（4）：1048-1061.

［73］LEE H，KIM S S.Integration of process planning and scheduling using simulation based genetic algorithms［J］.International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2001，18（8）：586-590.

［74］KIM Y K，PARK K，KO J.A symbiotic evolutionary algorithm for the integration of process planning and job shop scheduling［J］.Computers and Operations Research，2003，30（8）：1151-1171.

［75］QIAO L H，LYU S P.An improved genetic algorithm for integrated process planning and scheduling［J］.International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2012，58（5-8）：727-740.

［76］KUMAR R V，TIWARI M K，SHANKAR R.Scheduling of flexible manufacturing systems：an ant colony optimization approach ［J］.Mechanical Engineers Part B：Engineering Manufacturing，2003，217（1）：1443-1453.

［77］WEINTRAUB A，CORMIER D.HODGSON T，et al.Scheduling with alternatives：a link between process planning and scheduling［J］.IIE Transactions，1999，31（11）：1093-1102.

［78］BRANDIMARTE P，CALDERINI M.A hierarchical bicriterion approach to integrated process plan selection and job shop scheduling［J］.International Journal of Production Research，1995，33（1）：161-181.

［79］LI W D，MCMAHON C A.A simulated annealing-based optimization approach for integrated process planning and scheduling［J］.International Journal of Computer Integrated Manufacturing，2007，20（1）：80-95.

［80］GUO Y W，LI W D，MILEHAM A R，et al.Application of particle swarm optimization in integrated process planning and scheduling［J］.Robotics and Computer-Integrated Manufacturing，2009，25（2）：280-288.

［81］GUO Y W，LI W D，MILEHAM A R，et al.Optimization of integrated process planning and scheduling using aparticle swarm optimization approach ［J］.International Journal of Production Research，2009，47（14）：3775-3796.

［83］LIAN K L，ZHANG C Y，GAO L，et al.Integrated process planning and scheduling using an imperialist competitive algorithm ［J］.International Journal of Production Research，2012，11（1）：79-89.

［84］ZIJIM W H M.The integration of process planning and shop floor scheduling in small batch part manufacturing［J］.Annals of the CIRP，1995，44（1）：429-432.

［85］TAN W，KHOSHNEVIS B.A linearized polynomial mixed integer programming model for the integration of process planning and scheduling［J］.Journal of Intelligent Manufacturing，2004，15（4）：593-605.

［86］CHANG H C，CHEN F F.A Dynamic programming based process planning selection strategy considering utilization of machines［J］.International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2002，19（2）：97-105

［87］GAN P Y，LEE K S.Scheduling of flexible-sequenced process plans in a mold manufacturing shop［J］.International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2002，20（3）：214-222.

［88］MCDNNELL P，SMITH G，JOSHI S.A cascading auction protocol as a framework for integrating process planning and heterarchical shop floor control［J］.International Journal of Flexible Manufacturing Systems，1999，11（1）：37-62.

［89］WONG T N，LEUNG C W，MAK K L，et al.An agentbased negotiation approach to integrate process planning and scheduling ［J］.International Journal of Production Research，2006，44（7）：1331-1351.

［90］WONG T N，LEUNG C W，F(xiàn)UNG R Y K.Dynamic shop floor scheduling in multi-Agent manufacturing system ［J］.Expert System Application，2006，31（3）：486-494.

［91］WONG T N，LEUNG C W，MAK K L，et al.Integrated process planning and scheduling／rescheduling—an Agentbased approach［J］.International Journal of Production Research，2006，44（18／19）：3627-3655.

［92］FUJI N，INOUE R，UEDA K.Integration of process planning and scheduling using multi-agent learning［C］／／Proceeding of the 41st CIRP Conference on Manufacturing Systems.Berlin，Germany：Springer-Verlag，2008：297-300.

［93］NEJAD H T N，SUGIMURA N，IWAMURA K，et al.Agent-based dynamic process planning and scheduling in flexible manufacturing system［C］／／Proceeding of the 41st CIRP Conference on Manufacturing Systems.Berlin，Germany：Springer-Verlag，2008：269-274.

［94］WANG L H，LIN S K.A multi-Agent based agile manufacturing planning and control system ［J］.Computers and Industrial Engineering，2009，57（2）：620-640.

［95］LI X Y，GAO L，SHAO X Y.An active learning genetic algorithm for integrated process planning and scheduling［J］.Expert Systems with Applications，2012，39（8）：6683-6691.

［96］LI X Y，SHAO X Y，GAO L，et al.An effective hybrid algorithm for integrated process planning and scheduling［J］.International Journal of Production Economics，2010，126（2）：289-298.

［97］LI X Y，ZHANG C Y，GAO L，et al.An Agent-based approach for integrated process planning and scheduling［J］.Expert System Application，2010，37（2）：1256-1264.

［98］SHUKLA S K，TIWARI M K，SON Y J.Bidding-based multi-Agent system for integrated process planning and scheduling a data-mining and hybrid tabu-SA algorithm-oriented approach［J］.International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2008，38（1／2）：163-175.

［99］LEUNG C W，WONGT N，MAK K L，et al.Integrated process planning and scheduling by an agent-based ant colony optimization ［J］.Computers and Industrial Engineering，2010，59（1）：166-180.

［100］MISHRA N，CHOUDLHARY A K，TIWARK M K.Modeling the planning and scheduling across the outsourcing supply chain：a chaos-based fast tabu-SA approach［J］.International Journal of Production Research，2008，46（13）：3683-3715.

［101］CHAN F T S，KUMAR R V，TIWARI M K.The relevance of outsourcing and legible strategies in performance optimization of an integrated process planning and scheduling model［J］.International Journal of Production Research，2009，47（1）：119-142.

［102］LI X Y，GAO L，LI W D.Application of game theory based hybrid algorithm for multi-objective integrated process planning and scheduling［J］.Expert Systems with Applications，2012，39（1）：288-297.

［103］GINDY N N，SAAD S M，YUE Y.Manufacturing responsiveness through integrated process planning and scheduling［J］.International Journal of Production Research，1999，37（11）：2399-2418.

［104］JAIN A K，ELMARAGHY H A.Production scheduling／rescheduling in flexible manufacturing ［J］.International Journal of Production Research，1997，35（1）：281-309.

［105］ZANGIACOMI A，ZHIJIAN L，SACCO M，et al.Process planning and scheduling for mass customized shoe manufacturing ［J］.International Journal of Computer Integrated Manufacturing，2004，17（7）：613-621.

［106］CIURANA J，GARCIA R M L，F(xiàn)ERRER I，et al.A model for integrating process planning and production planning and control in machining processes［J］.Robotics and Computer-Integrated Manufacturing，2008，24（4）：532-544.

［107］DU?AN N?，JAIKUMAR A，RAMACHANDRA S H，et al.Integration of product design，process planningscheduling，and FMS control using XML data representation［J］.Robotics and Computer-Integrated Manufacturing，2010，26（6）：583-595.