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本书亮点：
1 提出了多重入复杂制造系统的可重构生产计划与调度体系的概念。介绍了该体系的基本组成、建模核心元素及其关系，构建了体系的协同框架；
2 在体系框架下，设计了中期生产计划、短期生产计划、实时调度、重调度的可重构体系单元。
3 介绍了体系结构的可重构过程，对支持重构的复用层次及其关系进行了形式化定义，得到了规范化的组件复用模式，通过对业务系统的协同应用研究，以原型系统为依托在HP24生产线模型上验证了重构过程；
4 为投料计划、工件调度、设备调度、设备维护计划、瓶颈调度等功能单元分别设计接口及内置了相应的智能优化算法，包括神经网络算法、蚁群算法、遗传算法等，并通过组件复用模式的规范化设计，实现了功能单元在体系中的集成；
5 构建了生产线性能评估尺度与生产线数据分析模型，通过该模型可得到生产效率的备选优化方案和完成每种方案所需要的体系成员及协同结构，并在Minifab及实际生产线模型上验证了其有效性。
6 介绍了复杂制造系统生产计划与调度体系的原型系统的设计开发与实现。
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| 內容簡介： |
本书包括3篇内容, 第1篇可重构体系篇, 针对复杂制造系统的生产计划与调度整体需求与特点, 构建具有可重构能力的生产计划与调度体系结构, 并讨论体系结构的可重构特性以及体系的重构过程和方法。第2篇可重构单元篇, 在复杂制造系统生产计划与调度体系的整体框架下, 分别讨论体系结构中的四个核心单元, 即中期生产计划单元、短期生产计划单元、实时调度单元和重调度单元。第3篇可重构实施篇, 首先给出了实施本书体系结构设计的可重构计划与调度体系原型系统的实现, 然后应用此原型系统, 结合案例对单元级和系统级的体系结构重构过程加以分析说明。
本书面向从事复杂制造系统计划、调度和优化等相关领域研究工作的科研人员, 微电子等复杂制造行业的生产管理或工程技术人员, 也可作为系统工程、工业工程、自动化、机械工程等专业院校研究生和教师的学习用书。
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| 關於作者： |
乔非，同济大学，教授，同济大学电子与信息工程学院教授，入选教育部新世纪人才支持计划。兼任中国自动化学会常务理事兼副秘书长，上海市系统工程学会副理事长，上海市微型电脑应用学会副理事长，上海市自动化学会常务理事，中国自动化学会专家咨询工作委员会副主任委员，中国计算机用户协会仿真应用分会副秘书长。
长期从事系统工程、自动控制与管理工程等方面的教学和科研工作。主要研究方向包括：智能制造与智能工厂、复杂生产系统调度与优化、智能优化理论与方法、制造业信息化、能耗模型与能源管理等。作为负责人或骨干成员完成科研项目20余项，包括国家自然基金重点项目和面上项目、973项目子任务等。出版专著4部，学术论文100余篇，其中被SCI、EI检索论文70余篇。曾获上海市技术发明一等奖、国家教育部科技进步奖、中国高校科学技术奖、上海市科技进步奖等10多项。
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| 目錄：
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第1 篇 可重构体系篇
第1 章 复杂制造系统概述 2
1.1 制造系统的复杂性 2
1.1.1 制造系统的分类与特点 2
1.1.2 工业制造系统的复杂性 5
1.2 多重入复杂制造系统运作概述 6
1.2.1 多重入复杂制造系统概念及特征 6
1.2.2 典型多重入复杂制造系统半导体制造 6
1.2.3 制造信息系统 8
1.3 复杂制造系统的生产计划与调度 10
1.3.1 生产计划与调度概念 10
1.3.2 中期生产计划问题与方法 11
1.3.3 短期生产计划生产调度问题与方法 12
1.3.4 动态调度问题与方法 13
1.4 复杂制造系统的发展趋势 15
1.4.1 新一代互联网技术驱动下的制造系统发展趋势
15
1.4.2 新型制造模式下计划调度的可重构意义 16
参考文献 17
第2 章 可重构的复杂制造系统生产计划与调度体系 19
2.1 体系结构的一般概念 19
2.1.1 体系结构和体系结构框架 19
2.1.2 常用体系结构框架 20
2.1.3 体系结构框架的概念模型 24
2.2 面向生产计划与调度的体系结构框架 25
2.2.1 制造系统生产计划与调度的研究路线 25
2.2.2 面向生产计划与调度的体系结构框架的元素及关系 26
2.2.3 面向生产计划与调度的体系结构框架的视角及模型 31
2.2.4 面向生产计划与调度的体系结构框架的特点分析
36
2.3 复杂制造系统生产计划与调度体系结构的构建 37
2.3.1 业务系统视角模型建立 38
2.3.2 业务过程视角模型建立 42
2.3.3 协同视角模型建立 45
2.3.4 体系结构模型之间的集成和重构关系 49
2.4 可重构的复杂制造系统生产计划与调度集成体系 53
2.4.1 体系结构的业务功能关系 53
2.4.2 体系结构的业务过程逻辑 55
2.4.3 体系结构的特点分析 57
参考文献 59
第3 章 面向复杂制造系统的计划与调度重构 61
3.1 面向复杂制造系统的计划与调度体系重构概述 61
3.1.1 可重构系统的结构及组成 61
3.1.2 可重构的类别 62
3.1.3 可重构系统的复用层次 63
3.2 可重构的内容与层次 66
3.2.1 系统级重构 66
3.2.2 组件级重构 68
3.2.3 算法级重构 69
3.3 可重构系统的建立过程 70
3.4 复用层次的语义基础 72
3.4.1 范畴论基础概念 73
3.4.2 复用层次的语义基础 74
参考文献 80
第2 篇 可重构单元篇
第4 章 复杂制造系统的中期生产计划 84
4.1 中期生产计划概述 84
4.1.1 投料计划概述 84
4.1.2 维护计划概述 87
4.2 投料计划方法研究 89
4.2.1 负荷均衡投料计划算法 90
4.2.2 动态负荷均衡投料计划算法 93
4.2.3 基于产能约束的混合智能投料算法 97
4.3 维护计划方法研究 99
4.3.1 设备维护策略 99
4.3.2 智能优化维护方法研究 101
4.4 协同计划方法研究 103
4.4.1 投料计划与维护计划的协同 103
4.4.2 维护计划与生产调度的协同 104
4.5 中期计划的可重构集成 107
4.5.1 中期计划体系结构模型 107
4.5.2 中期计划集成控制 112
4.5.3 中期计划通用组件及接口 115
4.6 案例： 考虑了生产调度的维护计划 116
4.6.1 案例描述 116
4.6.2 仿真模型 117
4.6.3 仿真结果 117
参考文献 119
第5 章 复杂制造系统的短期计划与调度 121
5.1 短期生产计划与调度概述 121
5.1.1 短期生产计划与调度概念 121
5.1.2 短期生产计划与调度方法 122
5.2 基于约束理论的DBR 短期生产计划方法 125
5.2.1 面向多重入制造系统实施的DBR 分析 125
5.2.2 基于DBR 的分层调度算法 129
5.3 基于SBO 的多目标调度优化方法 130
5.3.1 面向复杂制造调度的SBO 方法设计 131
5.3.2 基于灰色关联度分析的优化目标选取 134
5.3.3 基于NSGA- II 算法的SBO 多目标调度优化方法 136
5.3.4 基于层次分析法的最优解选取 140
5.4 瓶颈区并行设备调度方法 142
5.4.1 瓶颈区调度优化方法简介 142
5.4.2 瓶颈区调度优化方法设计 142
5.4.3 调度期内瓶颈区工序集预测方法 144
5.4.4 瓶颈区调度任务的优化 146
5.5 短期计划与调度的可重构集成 150
5.5.1 短期计划与调度体系结构的业务系统视角模型
150
5.5.2 短期计划与调度体系结构的业务过程视角模型
155
5.6 案例： SBO 多目标调度优化方法 161
5.6.1 基于BenchMark6 模型的SBO 仿真优化 161
5.6.2 最优解选取 164
参考文献 166
第6 章 复杂制造系统的实时调度 170
6.1 实时调度概述 171
6.1.1 基于规则的实时调度方法 171
6.1.2 基于数据的实时调度方法 173
6.2 基于数据的组合规则调度策略 175
6.2.1 调度规则库的设计与选取 176
6.2.2 性能指标集的设计与选取 178
6.2.3 基于数据的实时调度 180
6.3 基于数据的瓶颈设备实时调度 184
6.3.1 基于数据的瓶颈识别 185
6.3.2 基于数据的瓶颈调度算法 189
6.4 实时调度的可重构集成 192
6.4.1 实时调度的业务系统视角模型 193
6.4.2 实时调度的业务过程视角模型 195
6.5 案例： 基于数据的瓶颈设备实时调度 198
参考文献 202
第7 章 复杂制造系统的重调度 204
7.1 重调度概述 204
7.1.1 重调度策略的研究现状与发展 205
7.1.2 重调度方法的研究现状与发展 206
7.1.3 重调度评价的研究现状与发展 206
7.2 基于模糊Petri 网推理的重调度策略 207
7.2.1 面向重调度决策的模糊Petri 网模型 208
7.2.2 基于模糊推理的重调度决策 212
7.3 匹配重调度方法 217
7.3.1 匹配时段与匹配区域 217
7.3.2 单台设备匹配重调度方法 220
7.3.3 设备组匹配重调度方法 224
7.3.4 两种匹配重调度方法的比较分析 225
7.4 重调度评价 227
7.4.1 稳定性评价 227
7.4.2 有效性评价 228
7.5 重调度的可重构集成 228
7.5.1 重调度的业务系统视角模型 228
7.5.2 重调度的业务过程视角模型 229
7.6 案例： 在线重调度 233
参考文献 236
第3 篇 可重构实施篇
第8 章 可重构体系原型系统设计 240
8.1 原型系统简介 240
8.2 原型系统设计 241
8.2.1 原型系统基础架构设计 241
8.2.2 数据层设计 242
8.2.3 软件层设计 243
8.2.4 仿真层设计 246
8.3 数据层实现 247
8.4 软件层实现 248
8.4.1 数据接口定义实现 248
8.4.2 基础模型实现 250
8.4.3 体系结构组件实现 251
8.4.4 仿真模型接口实现 262
8.4.5 用户界面实现 262
8.5 仿真层实现 263
8.5.1 模型库实现 264
8.5.2 算法库实现 266
8.6 MRPSS 使用流程 267
参考文献 268
第9 章 基于原型系统的可重构实施 269
9.1 原型系统基本使用界面 269
9.2 基于原型系统的可重构验证研究 272
9.2.1 概述 272
9.2.2 瓶颈区需求模型 273
9.2.3 HP24Fab 模型简介 274
9.2.4 重构验证过程及分析 275
9.3 基于原型系统的可重构优化研究 280
9.3.1 概述 280
9.3.2 生产线数据分析过程 282
9.3.3 生产线数据表示与评估尺度 284
9.3.4 生产线数据分析模型 290
9.3.5 Minifab 模型 298
9.3.6 Minifab 数据分析的重构过程案例 300
参考文献 306
附录 专业词语汇总表 307
索引 312
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| 內容試閱：
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制造业是国民经济发展的重要支柱，制造业的先进程度标志着一个国家的发展水平。随着现代制造业在环境、结构、过程等多方面表现出的复杂性日益增强，对复杂制造系统的运营管理与优化也提出了更高的要求。复杂制造系统技术密集，资金密集，例如，在半导体集成电路芯片制造生产线上，投资的75%用在设备上，相比于通过增加贵重设备来提高产能的方式，以改进生产计划与调度策略来优化生产也能收到良好效果，价格动辄数千万甚至上亿的设备如果少空闲几分钟，则将节省数目可观的成本。
生产计划与调度是复杂制造企业生产活动和组织管理的重要环节，是提高企业经济效益的有效途径，对于提高企业生产管理水平、节约成本、提升市场竞争力、快速收回投资以及获得更高的经济效益有着十分重要的意义。而复杂制造系统的调度优化毫无疑问是众多调度问题中颇具挑战性的一类，得到了国内外工业工程、控制工程、人工智能、应用数学、运筹学、计算机科学、管理科学、系统工程等领域的研究人员及工程技术人员的广泛关注，成为学术界和应用界的研究热点之一。
以多重入特征明显的半导体制造系统为代表的一类复杂制造系统，因其在工艺流程、多样性约束、生产方式等方面的复杂要求及来自内外部制造环境的动态不确定性，为其制造过程的生产计划和调度控制的研究带来了更大的挑战。近十多年来，虽然有大批学者投身这一领域的研究，也取得了相当可观的成果积累，但主要的研究工作还是集中于对生产计划与调度中各个子问题的求解，如能力计划、投料控制、实时调度等。无论是从模型到方法的理论研究，还是从优化问题到控制策略的技术探索，都难以填充研究与应用之间的鸿沟，究其原因，已有的研究成果在系统性和灵活性上的不足可能是制约因素之一。
著者从20 世纪90 年代初开始涉足制造领域生产计划与调度的研究，先后围绕柔性制造、计算机集成制造等先进制造系统，积累了多年的科研、教学及工程经历。近十多年来，进一步专注于对以半导体芯片制造为代表的复杂制造系统的生产计划与调度理论、方法和应用研究，同时也越来越体会到，对于复杂制造系统的调度优化管理，在不断改进模型、创新方法的基础上，更需要加强系统级的协同能力和对于复杂动态环境的应变能力。
鉴于此，本书从系统工程的角度切入，面向以半导体生产线为代表的多重入复杂制造系统，研究提出一种可重构的生产计划与调度体系结构。该体系结构不仅把复杂的半导体制造过程所涉及的各类典型生产计划与调度问题科学合理地整合为一个有机体，将各部分各环节的常规方法及著者多年研究形成的方法成果等嵌入该体系之中，而且能够针对具体业务问题在体系结构层级上重新配置其业务系统，产生合理的方案，支持具体环境下的计划调度决策。
本书的主要内容来源于著者及其研究生们的科研积累，强调理论与实践的结合以及学术研究与工程应用的结合。着重研究具有集成性和灵活性的复杂制造系统生产计划与调度体系的构建及相关技术方法，并突出其可重构特征与可重构能力的设计与实现。全书包括3 篇9 章。
第1 篇可重构体系篇，针对复杂制造系统的生产计划与调度整体需求与特点，构建具有可重构能力的生产计划与调度体系结构，并讨论体系结构的可重构特性以及体系的重构过程和方法，为后续内容建立框架和基础。
第2 篇可重构单元篇，在复杂制造系统生产计划与调度体系的整体框架下，分别讨论体系结构中的四个核心单元，即中期生产计划单元、短期生产计划单元、实时调度单元和重调度单元。在分别概述各单元的概念、发展及一般方法的基础上，重点介绍了著者研究提出的若干针对复杂制造系统的计划与调度的新方法。这些单元问题及方法都可以借助于体系结构的集成化模型纳入生产计划与调度体系的框架之中，并参与系统的重构过程。
第3 篇可重构实施篇，首先给出了实施本书体系结构设计的可重构计划与调度体系原型系统的实现，继而应用此原型系统，结合案例对单元级和系统级的体系结构重构过程加以分析说明。
本书面向从事复杂制造系统计划、调度和优化等相关领域研究工作的科研人员，系统工程、工业工程、自动化、机械工程等专业大专院校研究生和教师，微电子等复杂制造行业的生产管理或工程技术人员等，力图在生产计划与调度的系统化技术、方法、工具及应用案例等方面，为读者提供有价值的参考和帮助。
与本书内容相关的研究工作得到了国家自然科学基金项目（编号：71690234 和61034004）等的资助，也得到了团队创始人吴启迪教授的指导和帮助。在本书编写过程中，丁小进、施斌、叶恺、李兆佳、郭璎宵、倪嘉呈、谷翔、李雯琳、于孝雨、高海、王正等研究生参与了研究工作，研究生王巧玲、邢俊霞协助了书稿整理，在此一并表示感谢。
限于水平和能力，本书难免有不妥之处，衷心希望各位读者不吝批评指正。
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