1.3.2　基于數(shù)據(jù)的調(diào)度建模

基于數(shù)據(jù)的調(diào)度建模包括:①將信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通過模型映射的方式生成描述生產(chǎn)調(diào)度過程的模型;②對制造系統(tǒng)的不確定因素構(gòu)造數(shù)據(jù)驅(qū)動的預測模型從而實現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度過程模型的求精;③構(gòu)造數(shù)據(jù)驅(qū)動的性能指標預測模型,調(diào)用性能指標預測模型可以快速近似求得實際制造系統(tǒng)和生產(chǎn)調(diào)度過程模型在調(diào)度環(huán)境下采用調(diào)度規(guī)則的性能指標。

(1)基于數(shù)據(jù)的調(diào)度描述模型

基于數(shù)據(jù)的調(diào)度描述模型主要體現(xiàn)為Petri網(wǎng)模型和離散事件仿真模型。傳統(tǒng)調(diào)度建模方式較為瑣碎和僵化,一旦有設備的更替或者有新工藝的引入就需要修改整個模型;而采用基于數(shù)據(jù)的方法,可以將繁瑣的建模工作集中到從數(shù)據(jù)到生產(chǎn)調(diào)度的映射,模型變更可以通過修改模型中的數(shù)據(jù)實現(xiàn),具有較好的靈活性和擴展性。例如,Gradisar將生產(chǎn)線的設備布局和加工產(chǎn)品的工藝流程等數(shù)據(jù)映射成描述生產(chǎn)過程調(diào)度的Petri網(wǎng)模型,在模型中融入了一些啟發(fā)式調(diào)度規(guī)則并評價了調(diào)度性能指標,以實例說明了方法的可行性,其不足之處是沒有考慮生產(chǎn)系統(tǒng)的動態(tài)信息,無法用于帶有非零初始狀態(tài)的制造系統(tǒng)的調(diào)度問題;Mueller提出了將半導體生產(chǎn)線相關(guān)數(shù)據(jù)映射為面向?qū)ο驪etri網(wǎng)仿真模型的方法,模型的基本元素由設備加工工序、產(chǎn)品工藝流程、設備以及輔助器具組成,考慮了批加工工序、工具和設備的故障時間、工件返工等因素,不足之處是對生產(chǎn)線作了較大的簡化,同樣沒有考慮半導體制造系統(tǒng)的非零初始狀態(tài);Ye等提出了動態(tài)建模方法,基于生產(chǎn)線的靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)構(gòu)造生產(chǎn)線的離散事件仿真模型,可以反映生產(chǎn)線實際工況,其不足在于數(shù)據(jù)到模型的映射只針對特定仿真軟件(Plant Simulation),轉(zhuǎn)換方法的通用性有待進一步提高。

(2)復雜制造系統(tǒng)數(shù)據(jù)驅(qū)動的不確定性因素預測

復雜制造系統(tǒng)的大規(guī)模、復雜性、不確定性導致其在制造過程中會面臨很多不確定因素,例如模型參數(shù)的不確定、隨機事件的不確定以及產(chǎn)品質(zhì)量的不確定。如何采用數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法合理利用制造系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)對這些不確定因素進行預測,從而提高制造過程描述模型的運行準確率是一項很有實際意義的工作。

復雜制造系統(tǒng)中的很多模型參數(shù)既不是固定值,也不滿足特定分布,但這些參數(shù)對調(diào)度性能有重要影響。例如工件加工時間是許多調(diào)度規(guī)則中都需要使用的重要參數(shù),而在以往的工作中或者直接使用工藝文件中的理論加工時間,或者通過求平均值,或者基于人工經(jīng)驗進行估計,效果均不理想。除了這些建模基礎參數(shù),很多新的調(diào)度策略也引入了新的決策參數(shù),如加工周期、產(chǎn)能等,這些參數(shù)亦很難用確定的公式估計,并對調(diào)度策略的效果有直接影響。因此,如何從歷史數(shù)據(jù)中挖掘這些參數(shù)的預測模型,是基于數(shù)據(jù)調(diào)度的一個重要組成部分。

(3)復雜制造系統(tǒng)數(shù)據(jù)驅(qū)動的性能指標預測

對于大規(guī)模復雜制造系統(tǒng),通過計算機運行其生產(chǎn)調(diào)度模型時會存在運行時間過長的問題。以半導體制造系統(tǒng)為例,會涉及數(shù)百臺加工設備、數(shù)千卡硅片以及上百道加工工序,以1天為調(diào)度周期就需要花費數(shù)小時運行其描述模型。為了更方便地研究這類大規(guī)模復雜制造系統(tǒng)的調(diào)度問題,可以通過其歷史數(shù)據(jù)構(gòu)造出數(shù)據(jù)驅(qū)動的預測模型來預測其性能指標(例如生產(chǎn)周期、在制品數(shù)量、成品率等),研究性能指標與其影響因素(調(diào)度環(huán)境與調(diào)度策略)之間的關(guān)系。