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降低制造成本，保证按时交货，是企业经营永恒的主题，也是制造业企业生产计划与调度部门永恒的职能。当今，制造业企业面临的外部环境日趋复杂多变。无论军方还是民用，无论是消费品还是投资品，需求变化越来越快，产品生命周期越来越短。为了生存和发展，很多离散制造企业采用多品种、小批量、快速响应的制造策略。在各种资源都越来越昂贵的总趋势下，制造业更注重高效地运用有限的资源和现有资本装备，缩短制造周期，降低制造成本。
生产调度在制造系统中的地位和作用
一般制造业企业中，生产计划、调度、车间现场管理三个职能形成一种递阶结构，调度职能是制造执行系统（ＭＥＳ）的组成部分。ＭＥＳ所处的地位正是计划层与现场管理层（ＳＦＣ）的中介，车间调度是ＭＥＳ的主要功能之一，它的敏捷性在很大程度上决定着整个制造系统的敏捷性。
制造业企业的生产调度有时也称为作业计划，就是在现有的工艺、机器设备、基础设施和环境（如数量、互联关系等）配置条件下，在一个时段（调度期）上，为全部机器编排一系列工序的开工完工时刻表，称为调度表。调度表的可视化表示可以用基于机器的甘特图或基于工序的甘特图，显示出所有机器上全部作业的起止时刻。
ＪＳＰ的由来
ｊｏｂ ｓｈｏｐ是离散型制造业中最多见的一类车间，一个ｊｏｂ ｓｈｏｐ的任务是零件加工或者是部件／总成／产品的装配。ＪＳＰ（ｊｏｂ ｓｈｏｐ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ）是这类车间调度问题的总称。在ＪＳＰ中，机器可以是一台机器、一级机器、一个柔性制造单元（ＦＭＣ），或者是现场一个组织生产资源的区域。这些工作中心可以按工艺专业化组织，也可以按产品制造流程或成组单元组织，研究中常统称为机器。ＪＳＰ的约束多是工艺规定的工序次序和工时。目标可以是最大完工时刻最小、延误期最小、在交货期准时完工、机器空闲时间最少、在制品存量最小、设备或人力利用率达到满意水平、设备负荷均衡等等。调度问题求解的结果是一张可供执行调度表（ｓｃｈｅｄｕｌｅ）。
中小批量机械制造业中，每一工序都独占机器，工序不可分解，工序的加工不可被抢断，不同的机床上能加工的工序集可以不同。工件的工艺序、独占机器和不可抢断这三种约束是不可软化、不可松弛的。
制造系统是一类复杂的系统，它的结构走递阶的，只有多目标、多资源、多约束、动态性、随机性等特点，调度实务的复杂程度远超出上述的静态调度问题。敏捷制造车间的生产具有多品种、小批量、制造周期短的特点，不确定事件（如订单随机到达、加工超工时、机器故障等）出现的频率明显高于传统制造车间。敏捷制造的车间调度更多地表现为动态调度问题。一个动态的车间里，调度职能还要处理很多相关信息，如在制工件的当前位置及数量、新投放的工艺序、工时、交货期、当前机器集的状态和能力、要获取随机变量、不确定事件的统计信息等。
ＪＳＰ的意义
１、实践意义。调度问题广泛存在了制造业的生产和服务业的运作中。在多品种、小批量、快速响应个性化需求的市场环境下，车间调度能力制造业企业核心竞争力的重要方面，研究生产调度问题可以为生产调度实务提供更有效的支持。因此，生产调度是系统工程和工业工程的重要课题之一，是各种先进制造模式中生产管理的重要研究内容。
调度职能对于准时交货、设备利用率和库存量有直接的影响，优化的调度方案可以极大地提高生产和运作的效率，同时降低制造成本。调度表还与很多其它经营管理活动有关，如生产计划的可行性分析、销售部门接受订单的提前期、生产线的人力调配、设备保养维修、物料采购供应计划。在机械制造业的离散生产过程中，一个工件制造过程９５％的时间在搬运和等待，５％的加工时间里，切削时间仅占３０％，其余７０％的时间用于零件装夹及定位、还用于刀具、测量、机床调整、消除屑末等，多数机器９０％的时间处于闲置状态，通过调度职能挖掘车间潜力还有很大的余地。
目前，国内外许多实际制造系统仍主要靠计划调度人员的经验和专业知识。但是，即使静态调度问题，寻优计算量也是随问题规模成指数增长的，远非人脑的计算能力所能及。当代，动态、不确定型车间调度问题中大量的优化运算工作更是惊人，调度专家的经验和直觉已不能胜任。国内很多制造业企业生产管理仍靠主观臆断和手工计算。计划、调度和派发效率低，生产计划柔性差，优化程度低，及时交货率低，伴随高库存、低周转率、客户响应速度慢。而我国是制造业大国，但还不是制造业强国。短时期内制造业的装备不可能大规模更新换代，但是仅靠现有的装备，通过调度技术进步就能在相当大程度上改进生产系统的效率，增加竞争力。
２、理论意义。生产调度研究成果为提高制造系统性能提供重要的基础理论，为调度职能的设计及计算机调度软件的开发提供理论支持。与先进制造系统相应，工业工程界近年提出了先进计划与调度系统ＡＰＳ（Ａｄｖａｎｃｅ Ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）的概念。
无论静态模型还是动态模型，ＪＳＰ都有极广泛的应用背景。动态车间是典型的离散事件动态系统，项目管理、物流管理、供应链管理等领域广泛存在的很多运作管理问题也可以抽象成为ＪＳＰ模型。因此，ＪＳＰ建模和求解方法也对其它问题的理论研究有所裨益，动态调度问题引起了工业工程和自动控制领域学者的极大兴趣。
作为算法设计与分析的一个典型对象，静态ＪＳＰ是一类有约束组合优化问题。算法理论认为，调度问题是ＮＰ难（ＮＰ－ｈａｒｄ）问题，到目前为止尚未找到实际可用的优化算法。求解有约束组合优化问题的高效算法是算法研究领域的重要课题，更是所有工程设计及优化领域备受关注的课题。
ＪＳＰ主要的内容及研究现状
１、主要研究内容。调度策略、调度问题建模技术、高效优化算法是生产调度研究的三个主要问题。调度策略是指特定生产类型下应采取的调度行动、规则及制造系统的性能评价指标；建模技术研究如何描述机器集、工件集、工序集和工时集之间的关系，如何将这些关系和调度策略、性能指标表达成约束条件和目标函数的形式；算法研究主要探索如何在满足约束条件前提下搜索到使目标函数最优或满意的解——优化的调度表。
①静态、确定型ＪＳＰ建模技术、求解算法。各种派发规则的优劣是调度策略研究重要内容。随着算法理论和优化技术的发展，许多新的优化方法已应用到ＪＳＰ中，目的是搜索全局最优调度表。优化目标也从单目标发展到带有互相冲突的多个目标。算法研究的主要内容有计算复杂度、近优性和搜索效率等。
②动态ｊｏｂ Ｓｈｏｐ具有多种随机性或不确定性，许多不确定因素能使机器集、工件集、工序集、工时集可能改变，造成调度表规定的时间表中断，静态ＪＳＰ的一张优化调度表往往不能一以贯之。中断或变化发生后，面临调度表修复或重构问题，新调度表引起车间现场的一系列调整，进而导致生产线物料供应和物流的调整，由此提出了调度稳定性的问题。调度策略应对中断的能力称为调度职能的适应性。工序加工实际消耗工时往往具有随机性，调度表对这类小幅度随机波动的抵御能力是鲁棒性研究的内容。动态调度策略研究主要针对各种动态环境下动态调度策略的适应性和鲁棒性。各种引起重调度的因素特性的辨识、重调度策略和重调度触发机制是动态ＪＳＰ研究的内容。
③重调度触发机制的实现还需要实时获得主计划数据和车间现场动态数据，生产动态数据库系统的体系结构、数据传输量、计算开销、实时性等问题就成为调度器工业原型开发中要解决的问题。
④调度表的性能最终要落实到生产系统的技术经济指标，但是调度表的性能常不能轻易直接在现场进行实验验证，只能在仿真环境中进行实验验证或评估。因此，仿真平台的建立和仿真实验设计成为该领域重要的研究课题之一。
⑤机器配置策略、工件投放生产线的策略、机器维修保养策略等对调度策略和模型有很大影响。因此，可重构制造系统的调度研究受到关注，计划、调度及现场管理的分工集成也是重要的研究内容，这涉及ＥＲＰ／ＭＥＳ／ＳＦＣ的分工、集成及接口的研究。
２、研究现状。对ＪＳＰ已经进行了广泛的研究，产生了多种策略、多种数学模型和求解方法，尚无系统性研究结论，没有形成统一的框架。调度策略问题是实践性很强的问题，模型构造和算法设计也仍然是一种技艺，异彩纷呈的方法不断提出。即使在工业发达国家，调度问题理论研究与工业界不断发展的生产调度实务之间也存在很大的距离。
不同企业的制造执行系统是不同的，实际的生产过程千差万别，系统中机器配置和资源、调度目标、调度策略均多种多样，一个企业在不同市场形势下的调度问题也可能大相径庭。因此，难有一个包罗万象的、普遍适用的调度策略、调度模型和算法。每一类制造业必须发展自己的调度技术，要开发定制的专用调度系统，必须深入了解对象系统的运行特点，这需要精深的专门知识和经验。
已有一些国外软件公司提供生产管理软件系统，其中包括生产调度模块，但通用调度软件系统面向某一大类制造行业，必须具有足够的可扩展性方能用于特定企业。实用中，调度模块与计划模块、现场管理模块的组装往往必须依企业的实务定制。国外的生产管理软件中，调度模块的建模方法、优化算法多将问题简化。但价格高，服务尚未本地化。调度软件的功能和效能依赖了其使用的调度策略和算法，有的软件只使用少数几种简单调度规则。国内无生产管理软件系统供应商，企业定制调度软件困难。与散见于文献的研究成果相比，成功的应用个案较少，原因是学者们往往孤立地研究调度策略、建模技术和优化算法，多数文献仅在高度简化的模型上探讨算法，目标函数的构造也缺乏实际背景，新算法研究成果用于软件开发的少。数字化制造技术与生产调度技术之间存在“信息鸿沟”，这阻碍着先进制造系统的效益发挥。该领域虽然进行了很多研究，但是离支持当今的生产调度实务仍有很大距离。生产调度领域的技术进步需要工业界、信息技术界和学术界的长期通力合作。
（作者单位：西安交通大学管理学院）
生产调度在制造系统中的地位和作用
一般制造业企业中，生产计划、调度、车间现场管理三个职能形成一种递阶结构，调度职能是制造执行系统（ＭＥＳ）的组成部分。ＭＥＳ所处的地位正是计划层与现场管理层（ＳＦＣ）的中介，车间调度是ＭＥＳ的主要功能之一，它的敏捷性在很大程度上决定着整个制造系统的敏捷性。
制造业企业的生产调度有时也称为作业计划，就是在现有的工艺、机器设备、基础设施和环境（如数量、互联关系等）配置条件下，在一个时段（调度期）上，为全部机器编排一系列工序的开工完工时刻表，称为调度表。调度表的可视化表示可以用基于机器的甘特图或基于工序的甘特图，显示出所有机器上全部作业的起止时刻。
ＪＳＰ的由来
ｊｏｂ ｓｈｏｐ是离散型制造业中最多见的一类车间，一个ｊｏｂ ｓｈｏｐ的任务是零件加工或者是部件／总成／产品的装配。ＪＳＰ（ｊｏｂ ｓｈｏｐ ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ）是这类车间调度问题的总称。在ＪＳＰ中，机器可以是一台机器、一级机器、一个柔性制造单元（ＦＭＣ），或者是现场一个组织生产资源的区域。这些工作中心可以按工艺专业化组织，也可以按产品制造流程或成组单元组织，研究中常统称为机器。ＪＳＰ的约束多是工艺规定的工序次序和工时。目标可以是最大完工时刻最小、延误期最小、在交货期准时完工、机器空闲时间最少、在制品存量最小、设备或人力利用率达到满意水平、设备负荷均衡等等。调度问题求解的结果是一张可供执行调度表（ｓｃｈｅｄｕｌｅ）。
中小批量机械制造业中，每一工序都独占机器，工序不可分解，工序的加工不可被抢断，不同的机床上能加工的工序集可以不同。工件的工艺序、独占机器和不可抢断这三种约束是不可软化、不可松弛的。
制造系统是一类复杂的系统，它的结构走递阶的，只有多目标、多资源、多约束、动态性、随机性等特点，调度实务的复杂程度远超出上述的静态调度问题。敏捷制造车间的生产具有多品种、小批量、制造周期短的特点，不确定事件（如订单随机到达、加工超工时、机器故障等）出现的频率明显高于传统制造车间。敏捷制造的车间调度更多地表现为动态调度问题。一个动态的车间里，调度职能还要处理很多相关信息，如在制工件的当前位置及数量、新投放的工艺序、工时、交货期、当前机器集的状态和能力、要获取随机变量、不确定事件的统计信息等。
ＪＳＰ的意义
１、实践意义。调度问题广泛存在了制造业的生产和服务业的运作中。在多品种、小批量、快速响应个性化需求的市场环境下，车间调度能力制造业企业核心竞争力的重要方面，研究生产调度问题可以为生产调度实务提供更有效的支持。因此，生产调度是系统工程和工业工程的重要课题之一，是各种先进制造模式中生产管理的重要研究内容。
调度职能对于准时交货、设备利用率和库存量有直接的影响，优化的调度方案可以极大地提高生产和运作的效率，同时降低制造成本。调度表还与很多其它经营管理活动有关，如生产计划的可行性分析、销售部门接受订单的提前期、生产线的人力调配、设备保养维修、物料采购供应计划。在机械制造业的离散生产过程中，一个工件制造过程９５％的时间在搬运和等待，５％的加工时间里，切削时间仅占３０％，其余７０％的时间用于零件装夹及定位、还用于刀具、测量、机床调整、消除屑末等，多数机器９０％的时间处于闲置状态，通过调度职能挖掘车间潜力还有很大的余地。
目前，国内外许多实际制造系统仍主要靠计划调度人员的经验和专业知识。但是，即使静态调度问题，寻优计算量也是随问题规模成指数增长的，远非人脑的计算能力所能及。当代，动态、不确定型车间调度问题中大量的优化运算工作更是惊人，调度专家的经验和直觉已不能胜任。国内很多制造业企业生产管理仍靠主观臆断和手工计算。计划、调度和派发效率低，生产计划柔性差，优化程度低，及时交货率低，伴随高库存、低周转率、客户响应速度慢。而我国是制造业大国，但还不是制造业强国。短时期内制造业的装备不可能大规模更新换代，但是仅靠现有的装备，通过调度技术进步就能在相当大程度上改进生产系统的效率，增加竞争力。
２、理论意义。生产调度研究成果为提高制造系统性能提供重要的基础理论，为调度职能的设计及计算机调度软件的开发提供理论支持。与先进制造系统相应，工业工程界近年提出了先进计划与调度系统ＡＰＳ（Ａｄｖａｎｃｅ Ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）的概念。
无论静态模型还是动态模型，ＪＳＰ都有极广泛的应用背景。动态车间是典型的离散事件动态系统，项目管理、物流管理、供应链管理等领域广泛存在的很多运作管理问题也可以抽象成为ＪＳＰ模型。因此，ＪＳＰ建模和求解方法也对其它问题的理论研究有所裨益，动态调度问题引起了工业工程和自动控制领域学者的极大兴趣。
作为算法设计与分析的一个典型对象，静态ＪＳＰ是一类有约束组合优化问题。算法理论认为，调度问题是ＮＰ难（ＮＰ－ｈａｒｄ）问题，到目前为止尚未找到实际可用的优化算法。求解有约束组合优化问题的高效算法是算法研究领域的重要课题，更是所有工程设计及优化领域备受关注的课题。
ＪＳＰ主要的内容及研究现状
１、主要研究内容。调度策略、调度问题建模技术、高效优化算法是生产调度研究的三个主要问题。调度策略是指特定生产类型下应采取的调度行动、规则及制造系统的性能评价指标；建模技术研究如何描述机器集、工件集、工序集和工时集之间的关系，如何将这些关系和调度策略、性能指标表达成约束条件和目标函数的形式；算法研究主要探索如何在满足约束条件前提下搜索到使目标函数最优或满意的解——优化的调度表。
①静态、确定型ＪＳＰ建模技术、求解算法。各种派发规则的优劣是调度策略研究重要内容。随着算法理论和优化技术的发展，许多新的优化方法已应用到ＪＳＰ中，目的是搜索全局最优调度表。优化目标也从单目标发展到带有互相冲突的多个目标。算法研究的主要内容有计算复杂度、近优性和搜索效率等。
②动态ｊｏｂ Ｓｈｏｐ具有多种随机性或不确定性，许多不确定因素能使机器集、工件集、工序集、工时集可能改变，造成调度表规定的时间表中断，静态ＪＳＰ的一张优化调度表往往不能一以贯之。中断或变化发生后，面临调度表修复或重构问题，新调度表引起车间现场的一系列调整，进而导致生产线物料供应和物流的调整，由此提出了调度稳定性的问题。调度策略应对中断的能力称为调度职能的适应性。工序加工实际消耗工时往往具有随机性，调度表对这类小幅度随机波动的抵御能力是鲁棒性研究的内容。动态调度策略研究主要针对各种动态环境下动态调度策略的适应性和鲁棒性。各种引起重调度的因素特性的辨识、重调度策略和重调度触发机制是动态ＪＳＰ研究的内容。
③重调度触发机制的实现还需要实时获得主计划数据和车间现场动态数据，生产动态数据库系统的体系结构、数据传输量、计算开销、实时性等问题就成为调度器工业原型开发中要解决的问题。
④调度表的性能最终要落实到生产系统的技术经济指标，但是调度表的性能常不能轻易直接在现场进行实验验证，只能在仿真环境中进行实验验证或评估。因此，仿真平台的建立和仿真实验设计成为该领域重要的研究课题之一。
⑤机器配置策略、工件投放生产线的策略、机器维修保养策略等对调度策略和模型有很大影响。因此，可重构制造系统的调度研究受到关注，计划、调度及现场管理的分工集成也是重要的研究内容，这涉及ＥＲＰ／ＭＥＳ／ＳＦＣ的分工、集成及接口的研究。
２、研究现状。对ＪＳＰ已经进行了广泛的研究，产生了多种策略、多种数学模型和求解方法，尚无系统性研究结论，没有形成统一的框架。调度策略问题是实践性很强的问题，模型构造和算法设计也仍然是一种技艺，异彩纷呈的方法不断提出。即使在工业发达国家，调度问题理论研究与工业界不断发展的生产调度实务之间也存在很大的距离。
不同企业的制造执行系统是不同的，实际的生产过程千差万别，系统中机器配置和资源、调度目标、调度策略均多种多样，一个企业在不同市场形势下的调度问题也可能大相径庭。因此，难有一个包罗万象的、普遍适用的调度策略、调度模型和算法。每一类制造业必须发展自己的调度技术，要开发定制的专用调度系统，必须深入了解对象系统的运行特点，这需要精深的专门知识和经验。
已有一些国外软件公司提供生产管理软件系统，其中包括生产调度模块，但通用调度软件系统面向某一大类制造行业，必须具有足够的可扩展性方能用于特定企业。实用中，调度模块与计划模块、现场管理模块的组装往往必须依企业的实务定制。国外的生产管理软件中，调度模块的建模方法、优化算法多将问题简化。但价格高，服务尚未本地化。调度软件的功能和效能依赖了其使用的调度策略和算法，有的软件只使用少数几种简单调度规则。国内无生产管理软件系统供应商，企业定制调度软件困难。与散见于文献的研究成果相比，成功的应用个案较少，原因是学者们往往孤立地研究调度策略、建模技术和优化算法，多数文献仅在高度简化的模型上探讨算法，目标函数的构造也缺乏实际背景，新算法研究成果用于软件开发的少。数字化制造技术与生产调度技术之间存在“信息鸿沟”，这阻碍着先进制造系统的效益发挥。该领域虽然进行了很多研究，但是离支持当今的生产调度实务仍有很大距离。生产调度领域的技术进步需要工业界、信息技术界和学术界的长期通力合作。
（作者单位：西安交通大学管理学院）