车间调度及其遗传算法 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:清华大学出版社

作者:王凌编

出品人:

页数:235

译者:

出版时间:2003-5

价格:29.0

装帧:平装

isbn号码:9787302063582

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现代工业生产管理中的优化难题与前沿方法 本书聚焦于当代制造业和流程工业中普遍存在的复杂调度问题，深入剖析了提升生产效率、降低运营成本、确保按时交付的核心挑战。 这是一个关乎资源优化配置、流程时序控制与系统弹性的技术领域，其复杂性随着生产规模的扩大和产品多样化的增加而呈指数级增长。 第一部分：复杂调度环境的解析与建模 本部分旨在为读者构建一个对现代车间和生产系统复杂性的全面认知框架。我们不仅仅关注单一设备的排程，而是着眼于整个生产网络的协同运作。 1.1 现代制造范式的演进与调度需求的变化 传统生产模式（如大批量、标准化生产）下的调度问题相对固定，但随着工业 4.0 和智能制造的兴起，柔性化、定制化成为主流。这带来了新的调度约束： 高动态性与不确定性： 原材料供应波动、设备突发故障、紧急订单的插入，要求调度系统具备快速重构和适应变化的能力。 多目标优化冲突： 现代调度不再是单一追求最小化完工时间（Makespan），而是需要在最小化延迟、最大化资源利用率、最小化在制品（WIP）库存、以及满足特定客户服务水平（如首次订单准时率 OTD）之间寻求动态平衡。 异构资源管理： 生产系统中往往涉及不同能力、不同加工精度的设备，以及多技能操作人员，如何有效分配这些异构资源构成了关键难题。 1.2 调度问题的数学形态化描述 本书详细阐述了如何将现实世界的生产流程转化为严谨的数学模型。我们将重点讨论以下几种主流模型结构： 资源受限项目调度问题（RCPSP）的扩展形式： 探讨如何将时间、物料流、人力等关键资源作为约束条件嵌入到项目网络中，尤其是在考虑依赖关系和资源共享时的建模技巧。 混合整数线性规划（MILP）基础框架： 建立用于描述离散决策（如选择哪台机器加工哪个工件）和连续变量（如加工时间、等待时间）的数学公式。重点分析约束矩阵的构建，包括机器容量约束、工件先后顺序约束（Precedence Constraints）以及资源可得性约束。 性能评估指标的量化： 深入探讨如何将“好”的调度方案量化。除了经典指标，我们还引入了鲁棒性指标（衡量系统在面对扰动时的表现）和公平性指标（在多用户或多产品场景中分配资源时的均衡性）。 1.3 调度问题的计算复杂性理论基础 理解调度问题为何难以求解是选择正确优化策略的前提。本节简要回顾了计算复杂性理论，说明了许多实际调度问题属于 NP-hard 范畴。这将引导读者理解为何在处理大规模、高约束的实际问题时，启发式和元启发式方法（Metaheuristics）是现实可行的替代方案。 第二部分：面向实际挑战的精确求解与近似算法 本部分深入探讨了解决复杂调度问题的具体算法和技术，从理论精确解法过渡到工程实践中常用的高效求解器。 2.1 精确求解方法的局限性与应用场景 对于小规模或结构高度集成的系统，精确算法仍是首选。我们将介绍： 分支定界法（Branch and Bound）的调度应用： 重点分析如何设计高效的界限函数（Bounding Function）来加速搜索过程，特别是对于序列依赖设置时间或换模时间较大的问题。 割平面法（Cutting Plane Methods）： 探讨如何通过添加有效不等式来不断逼近 MILP 问题的最优解空间，适用于资源竞争较为激烈的场景。 2.2 启发式与贪婪策略的设计 在时间压力大或模型过于庞大时，快速生成可行解至关重要。 优先级规则（Priority Rules）： 详细分析并比较经典规则如最早到期日（EDD）、最短处理时间（SPT）、最长处理时间（LPT）在不同系统目标下的有效性。讨论如何结合系统状态（如当前的等待队列长度）动态调整优先级权重。 局部搜索策略： 探讨邻域结构的设计，例如交换相邻工件顺序、重新分配空闲资源等微小扰动，以期从当前可行解跳跃到局部更优解。 2.3 求解复杂调度问题的先进元启发式框架 面对高度非线性、多峰值的解空间，元启发式算法展现出强大的全局搜索能力。我们将重点解析几种针对组合优化问题的强大工具： 模拟退火（Simulated Annealing）： 阐述如何根据“温度”参数控制系统对不良解的接受概率，以有效跳出局部最优。关键在于设计一个合理的温度调度方案和能量函数。 禁忌搜索（Tabu Search）： 深入剖析如何构建“禁忌表”来系统地避免算法陷入已访问过的解的循环，从而引导搜索过程探索未知的解空间。讨论如何动态调整禁忌列表的长度和内容。 变邻域搜索（Variable Neighborhood Search, VNS）： 强调系统地改变搜索的邻域结构（从小范围扰动到大范围重排），以应对解空间中存在不同尺度优化潜力的特征。 第三部分：面向工业实践的系统集成与验证 理论算法必须与实际的生产执行系统相结合才能发挥价值。本部分关注调度结果的落地、验证与实时反馈机制。 3.1 调度结果的表示与可视化 一个高效的调度方案需要直观地传达给操作人员和管理者。 甘特图（Gantt Chart）的深化应用： 不仅展示时间轴，还需融入资源占用状态、关键路径标识、以及异常预警信息。 资源负荷曲线分析： 如何通过图形化方式揭示资源在时间上的瓶颈点和空闲时段，辅助管理者进行容量规划。 3.2 调度系统的实时反馈与调整机制 计划的制定和执行之间必然存在偏差。系统必须具备对实时事件（如设备停机、紧急插单）的快速响应能力。 事件驱动的调度重计算： 建立触发机制，当系统状态偏离预定计划达到阈值时，自动启动快速求解模块，生成修正后的短期（例如未来四小时内）调度方案。 操作员辅助决策界面： 设计人机交互界面，允许经验丰富的操作员在系统推荐的基础上进行微调，融合人工经验与算法效率。 3.3 案例研究与行业应用分析 本书将通过多个具体的工业场景（例如，高混合度零部件加工车间、连续流程产品的配方切换调度）来演示所介绍算法的实际效果，对比不同优化策略在特定约束条件下的性能差异，为读者提供一套可迁移的优化实施路径。 本书适合对象： 生产管理工程师、工业工程专业学生、系统集成商以及任何致力于通过优化方法提升制造系统效率和响应速度的专业人士。

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这部著作的结构安排颇为精巧，一上来就将读者带入了工业生产复杂性管理的深邃领域。作者并没有急于展示那些炫目的算法模型，而是先用一系列生动的案例，描绘了现代制造业车间中，时间、资源与订单之间错综复杂的博弈场景。阅读体验如同在迷宫中寻找出口，每翻过一页，都能感受到那种迫在眉睫的优化压力。书中对于不同类型生产模式下，诸如单机作业、流水线并行、柔性制造系统等情境的剖析，极为细致入微，令人印象深刻。特别是对传统调度方法论的局限性进行了深入的批判性审视，为后续引入更先进工具奠定了坚实的基础。它不是一本纯粹的理论教科书，更像是一本实战指南，让你在理解理论的同时，脑海中已经开始模拟起实际车间的喧嚣与齿轮的咬合声。这种从宏观痛点到具体场景的过渡，处理得非常自然流畅，让初学者也能迅速抓住问题的核心矛盾所在。

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这是一部带有强烈方法论色彩的著作，它提供了一整套解决问题的思维工具箱，而不是简单地罗列几个现成的答案。作者在论证过程中，始终保持着一种“为什么是这样，而不是那样”的追问精神，这使得读者在学习过程中，不断地在进行自我反思和模型构建的练习。书中对于不同调度范式下的“局域最优”与“全局最优”之间的辩证关系探讨得尤为深刻，引导读者跳出单一视角的限制。那种对生产效率背后的人机协作、信息流转的深层思考，远超出了传统工科范畴。阅读此书后，我感觉自己对“流程控制”的理解从静态的蓝图设计，跃升到了动态的生命体管理，关注点从零件转移到了时间价值的创造与分配上。这是一本需要慢下来细细品味，并结合自身工作经验进行深度消化的上乘之作。

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与其他同类书籍相比，这本书最显著的特点是其对“实践落地”的执着关注。它不满足于停留在纸面上的完美解，而是不断地将理论模型拉回到现实车间的“泥泞”之中。对于如何处理实时变化、突发故障以及物料延迟等“脏数据”问题，书中提供了许多富有洞察力的见解。我尤其喜欢其中关于“调度鲁棒性”的讨论部分，这简直是给所有一线工程师敲响了警钟——一个在理想状态下最优的计划，在现实面前可能脆弱不堪。作者没有回避这些难题，反而将其作为提升调度系统价值的关键点来系统性地分析。从系统集成、数据接口到用户交互层面的设计考量，都有所涉猎，使得整本书的价值链更加完整，让人感觉它不仅仅是一本算法书，更是一本关于如何构建一个高效、耐用、可持续的生产管理系统的百科全书。

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这本书的排版和图示设计，也极大地提升了阅读体验，体现出出版方对专业读者的尊重。复杂的流程图和数据流向图，结构清晰，配色得当，有效地辅助了文本的解释。我注意到作者在介绍一些迭代算法的步骤时，经常会穿插一些手绘风格的示意图，这非但没有降低专业感，反而增添了一种“亲手推导”的温度感，仿佛作者正坐在你身边，手把手地教你如何进行每一步的计算与判断。这种细致入微的编排，对于需要快速定位和检索特定知识点的读者来说，无疑是极大的便利。它使得那些原本需要反复研读才能消化的复杂概念，通过视觉化的辅助，迅速在脑海中形成了清晰的认知路径。整体来看，这本书在内容深度与外在呈现之间，找到了一个近乎完美的平衡点，是那种会忍不住想在书架上随时取阅的工具书。

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这本书在理论深度的挖掘上，展现出一种扎实且不失灵活性的学术气质。我特别欣赏作者在阐述核心概念时所采用的类比手法，使得一些抽象的优化目标和约束条件变得具象化、可感知。比如，书中对于“完工时间最小化”和“设备负荷均衡”这两个经典冲突目标的权衡，不是简单地给出公式，而是通过一个富有张力的思想实验，让读者真切体会到决策背后的权衡艺术。语言风格上，它保持了一种高标准的学术严谨性，但又避免了过度晦涩的术语堆砌，使得即便是非专业背景的管理者，也能从中汲取营养。书中引用的文献综述部分也做得非常到位，清晰地勾勒出该领域自早期起源到现代迭代的发展脉络，展现出作者深厚的学术积累和广阔的视野。读完整部分，感觉自己的分析框架被系统地重塑了一遍，对“最优”二字的理解也变得更加辩证和成熟。

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