本发明涉及一种制造系统的调度服务平台及方法，特别涉及一种基于云计算的制造系统的调度服务平台及方法，属于制造系统生产计划与调度领域。
背景技术：
：：生产计划与调度是根据市场的需求和企业的生产能力，对企业中产出产品、产出速度、产出时间、劳动力和设备配置以及库存等问题做出预先的考虑和安排。生产计划与调度技术是企业生产管理的核心和关键技术，系统、全面、合理的生产计划与调度方法不仅有助于提高制造企业的整体运行效率，更可以为企业带来显著的经济效益。随着企业信息化、自动化程度的提高，企业生产计划与调度方案的制定已从过去的人工排产进入到了计算机排产阶段。排产算法也由最初的规则算法研究拓展到到启发式规则、智能算法等多种方法研究。企业资源计划erp、制造执行系统mes、高级计划与排程系统aps等的出现，使得精确的制造过程管控成为了可能。而制造系统多样，在管理信息化上面临着投资高、难以找到合适的软件系统的难点，制约了进一步发展。云服务和云制造概念的提出，为制造系统信息化提供了新的解决思路。通过提供基础设施即服务iaas、平台即服务paas、软件即服务saas等多种不同类型的云制造服务，使得制造系统可以根据自身需要选择合适的服务。其中，通过saas模式向制造系统提供erp、mes、aps等服务，以其灵活的方式，可有效帮助制造系统解决企业信息化的问题。现有的制造企业需要为建立制造系统的线下调度系统而投入大量的资金、人力和物力，且调度服务单一，不能满足各种调度问题下的制造系统。技术实现要素：针对上述不足，本发明提供一种能解决多种调度问题且拥有更好的可扩展性、可用性及性能的基于云计算的制造系统的调度服务平台及方法。本发明的基于云计算的制造系统的调度服务平台，所述平台包括：问题定义模块，用于确定调度问题；模型建立模块，与问题定义模块连接，用于根据问题定义模块确定的调度问题在算法库中选择适用的调度算法及设定算法参数；算法求解模块，与模型建立模块连接，用以根据设定的算法参数基于云计算运行选择的调度算法对应的算法插件；结果输出模块，与算法求解模块连接，用以输出及显示算法求解模块的求解结果；算法库，用于存储解决各种调度问题的调度算法插件。优选的是，所述调度问题包括柔性作业车间调度问题、等效并行机调度问题、非等效机作业调度问题、混合并行机与作业车间调度问题、混合并行机与作业车间动态调度问题、混合流水车间调度问题、混合流水车间动态调度问题、混流装配线调度问题、晶圆制造系统光刻机单机调度问题和晶圆制造系统光刻区调度问题。优选的是，所述算法库包括：解决等效并行机调度问题的蚁群算法插件；解决非等效并行机调度问题的最大最小蚁群算法插件；解决非等效并行机调度问题的带精英策略的蚁群算法插件；解决柔性作业车间调度问题的基本帝国主义竞争算法插件；解决柔性作业车间调度问题的改进帝国主义竞争算法插件；解决柔性作业车间调度问题的混合帝国主义竞争算法和最大最小蚁群算法插件；解决柔性作业车间调度问题的蚁群算法插件；解决柔性作业车间调度问题的最大最小蚁群算法插件；解决柔性作业车间调度问题的改进最大最小蚁群算法插件；解决柔性作业车间调度问题的两级遗传算法插件；解决混合并行机与作业车间调度问题的最大最小蚁群算法插件；解决混合并行机与作业车间调度问题的两阶蚁群算法插件；解决混合并行机与作业车间调度问题的多目标两阶蚁群算法插件；解决混合并行机与作业车间调度问题的规则插件；解决混合并行机与作业车间调度问题的蚁群算法插件；解决混流装配线调度问题的基本遗传算法插件；解决混合流水车间调度问题的三阶蚁群算法插件；解决混合流水车间调度问题的多目标三阶蚁群算法插件；解决混合流水车间动态调度问题的改进蚁群算法插件；解决晶圆制造系统光刻机单机调度问题的算法插件；解决晶圆制造系统光刻区调度问题的算法插件。优选的是，所述问题定义模块，用于选择问题类别及该问题类别对应的具体调度问题，还用于设定问题参数及选择数据来源。优选的是，所述算法求解模块，还用于实时显示调度算法插件运行过程中的结果。优选的是，所述模型建立模块，还用于选择目标函数；所述目标函数为针对调度问题和选择的调度算法设定的调度目标函数。优选的是，所述模型建立模块，还用于设定约束条件；所述约束条件为针对调度问题和选择的调度算法设定调度约束条件，该约束条件还用于对输入数据进行有效性检查。优选的是，所述结果输出模块，还用于显示求解结果的甘特图、数据报表和/或性能指标分析表。本发明还提供一种基于云计算的制造系统的调度服务方法，所述方法包括：s1、根据调度问题的特征确定调度问题；s2、根据确定的调度问题在算法库中选择适用的调度算法及设定算法参数，该算法库中存储有解决各种调度问题的调度算法插件；s3、根据设定的算法参数基于云计算运行选择的调度算法对应的算法插件；s4、输出及显示求解结果。优选的是，所述调度问题包括柔性作业车间调度问题、等效并行机调度问题、非等效机作业调度问题、混合并行机与作业车间调度问题、混合并行机与作业车间动态调度问题、混合流水车间调度问题、混合流水车间动态调度问题、混流装配线调度问题、晶圆制造系统光刻机单机调度问题和晶圆制造系统光刻区调度问题。优选的是，所述算法库包括：解决等效并行机调度问题的蚁群算法插件；解决非等效并行机调度问题的最大最小蚁群算法插件；解决非等效并行机调度问题的带精英策略的蚁群算法插件；解决柔性作业车间调度问题的基本帝国主义竞争算法插件；解决柔性作业车间调度问题的改进帝国主义竞争算法插件；解决柔性作业车间调度问题的混合帝国主义竞争算法和最大最小蚁群算法插件；解决柔性作业车间调度问题的蚁群算法插件；解决柔性作业车间调度问题的最大最小蚁群算法插件；解决柔性作业车间调度问题的改进最大最小蚁群算法插件；解决柔性作业车间调度问题的两级遗传算法插件；解决混合并行机与作业车间调度问题的最大最小蚁群算法插件；解决混合并行机与作业车间调度问题的两阶蚁群算法插件；解决混合并行机与作业车间调度问题的多目标两阶蚁群算法插件；解决混合并行机与作业车间调度问题的规则插件；解决混合并行机与作业车间调度问题的蚁群算法插件；解决混流装配线调度问题的基本遗传算法插件；解决混合流水车间调度问题的三阶蚁群算法插件；解决混合流水车间调度问题的多目标三阶蚁群算法插件；解决混合流水车间动态调度问题的改进蚁群算法插件；解决晶圆制造系统光刻机单机调度问题的算法插件；解决晶圆制造系统光刻区调度问题的算法插件。优选的是，所述s1包括：选择问题类别及该问题类别对应的具体调度问题，还包括设定问题参数及选择数据来源。优选的是，所述s3还包括实时显示调度算法插件运行过程中的结果。优选的是，所述s2还包括选择目标函数；所述目标函数为针对调度问题和选择的调度算法设定的调度目标函数。优选的是，所述s2还包括设定约束条件；所述约束条件为针对调度问题和选择的调度算法设定调度约束条件，该约束条件还用于对输入数据进行有效性检查。优选的是，所述s中，还包括显示求解结果的甘特图、数据报表和/或性能指标分析表。本发明的有益效果，考虑到生产计划与调度在企业制造过程中的重要性，本发明利用云计算与云制造相关技术，将各种调度算法插件形成调度算法库，并实现与分布式制造执行系统的集成，为不同类型的车间生产系统提供服务。本发明使用基于云计算的制造系统调度云服务平台为制造企业提供调度服务的解决方法，通过将调度算法封装为服务形式提供，使得制造系统不需要为建立线下调度系统而投入大量的资金、人力和物力。同时，对平台而言，通过服务的方式为同类制造系统提供调度方案，可充分复用调度算法，且对算法的改进和维护十分方便。平台基于云计算建立，使用云平台来存储数据、加速运算。建立了智能调度算法库，实现了调度服务的可扩充性。案例测试结果表明，基于云计算的制造系统调度云服务平台符合了企业快速建立计划调度方案的需求，拥有更好的可扩展性、可用性和性能，可为制造系统提供日常调度服务。附图说明图1本发明具体实施方式的模块关系图；图2为本发明具体实施方式的架构图；图3为本发明具体实施方式的模块流程示意图，虚线框表示可选操作，实线框表示必选操作；图4为面向多制造过程的调度算法库与插件平台界面；图5为集成的算法插件选择界面；图6为调度结果甘特图；图7为两级遗传算法求解柔性作业车间调度问题界面；图8为最大最小蚁群算法求解非等效机作业调度问题界面；图9为最大最小蚁群算法求解混合并行机与作业车间调度问题界面；图10为复合启发式的规则算法求解混合并行机与作业车间动态调度问题界面；图11为事件驱动的蚁群算法求解混合并行机与作业车间动态调度问题界面。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。如图1所示，本实施方式发明的基于云计算的制造系统的调度服务平台，如图1所示，本实施方式的平台包括：问题定义模块，用于确定调度问题；模型建立模块，与问题定义模块连接，用于根据问题定义模块确定的调度问题在算法库中选择适用的调度算法及设定算法参数；算法求解模块，与模型建立模块连接，用以根据设定的算法参数基于云计算运行选择的调度算法对应的算法插件；结果输出模块，与算法求解模块连接，用以输出及显示算法求解模块的求解结果；算法库，用于存储解决各种调度问题的调度算法插件；通用模块，用于为其他模块提供数据访问、外部接口及甘特图功能。本实施方式将各种调度算法插件形成调度算法库，实现集成，能为不同类型的车间制造系统提供服务。本实施方式中的问题定义模块结合调度问题的特征实现对不同调度问题类型的归类，在每一类下给出适用的算法以供选择。本实施方式的模型建立模块。定义统一的建模流程，实现建模流程的格式化、规范化。本实施方式算法库中的算法插件，将不同的算法封装后作为插件，通过统一的接口集成到平台中。可根据调度背景添加和移除算法插件，实现平台快速配置，本实施方式在系统输入上，制定兼容各问题描述的输入规范，实现按照统一格式输入问题的相关参数和求解条件；在系统输出上，制定统一的文件存储格式和图形图表输出规范。本实施方式的基础功能代码复用，实现文件读写、甘特图绘制、数据库访问、用户权限控制等基础功能的模块化，从而实现代码复用。本实施方式的开发思想采用oop的设计思想，充分利用面向对象编程语言的继承性和多态性，利用接口开发技术定义规范，利用类的继承实现父类和子类的层次分解，从而使得算法库具有很好的灵活性和可扩展性。本实施方式应用microsoft.net类库技术开发平台，将调度算法封装为类库中的不同方法。最终形成dll文件供其他程序调用。具体实现上，使用三层架构技术来开发类库，如图2所示。本实施方式平台的开发环境：开发环境：microsoftvisualstudio2008开发语言：c#数据库：sqlserver2005应用程序：microsoftword2007，microsoftexcel2007本实施方式的问题定义模块、模型建立模块、算法求解模块和结果输出模块的功能如图3所示，其中虚线框为可选操作，实线框为必选操作，具体功能下所示：表1模块汇总表通用模块包括：数据访问功能模块功能需求：实现程序所需数据的读取、载入、导出、保存。前置条件：无后置条件：将读取到的数据存入内存中的datatable中供程序调用；将内存中的数据导出为*.xls、*.csv、*.txt类型的文件保存到本地计算机中，或插入到数据库相应表中。主要实现方法：●定义数据库和相关数据表。采用sql数据库配合数据访问层执行sql语言实现数据库管理和使用●制定excel数据格式标准。采用通用excel读写模块读取符合格式要求的数据文件，能将运行数据输出成标准格式的excel文件。●制定二进制文件数据格式标准。采用通用文本文件读写模块读取符合格式要求的数据文件，能将运行数据输出成标准格式的文本文件。●读取到的数据封装为datatable类型或list<t>类型，供程序使用。相关类设计数据显示模块功能需求：以表格形式显示程序中载入的数据、调度结果等。前置条件：无后置条件：将表格中的数据导出为*.xls、*.csv、*.txt类型的文件保存到本地计算机中。主要实现方法：●定义用于表格显示的数据格式，封装表格显示功能。●页面主要控件：gridview，button●重要方法：数据绑定(databind)相关类设计甘特图功能模块功能需求：实现甘特图绘制、显示、放大、缩小、平移、另存为等功能。前置条件：排产完毕，存在调度方案。后置条件：将绘制好的甘特图保存为*.jpg、*.png类型的文件到本地计算机中。主要实现方法：●定义用于绘制甘特图的数据格式，封装甘特图绘制功能。●使用zedgraph开源控件实现图形绘制。相关类设计接口功能模块功能需求：实现程序与用户、程序与其他程序、程序内部各方法之间的数据交换。前置条件：其他用户或程序调用本系统内方法或数据。后置条件：导入读取到的数据，返回被调用方法的执行结果。主要实现方法：●用户接口。提供良好的用户界面，便于用户操作输入数据。●外部接口。提供webservice接口和api接口，方便在网络环境和直接引用时对算法的调用。●内部接口。算法库的内部接口主要用于程序内部之间的数据传递。相关类设计问题定义模块包括：选择问题类别模块功能需求：实现问题类别信息的显示、选择前置条件：无后置条件：显示被选中问题类别下的调度问题列表。●通过下拉框、列表等形式显示算法库中包含的各类调度问题类别，显示相关说明信息。●选择某类调度问题类别后，显示该类别下的具体调度问题。●如图5所示，本实施方式问题类别：job-shop(柔性作业车间)调度问题，flow-shop(流水车间)调度问题，re-entrant(可重入生产车间)调度问题主要实现方法：●页面主要控件：gridview，listbox，dropdownlist，tips●重要方法：更换选择的问题类别时同步显示该类别下的所有调度问题。(selectedindexchanged)相关类设计选择具体调度问题模块功能需求：实现具体调度问题信息的显示、选择前置条件：已选择调度问题类别后置条件：若被选中问题需设定问题参数，显示被选中问题下参数列表；否则显示问题参数载入界面。●通过下拉框、列表等形式显示具体调度问题，显示问题参数列表、问题说明等信息。●选择某个问题后，显示可求解该问题的算法列表。●调度问题：柔性作业车间调度问题、等效并行机调度问题、非等效机作业调度问题、混合并行机与作业车间调度问题、混合并行机与作业车间动态调度问题、混合流水车间调度问题、混合流水车间动态调度问题、混流装配线调度问题、晶圆制造系统光刻机单机调度问题和晶圆制造系统光刻区调度问题主要实现方法：●页面主要控件：gridview，listbox，dropdownlist，tips●重要方法：更换选择的问题时同步显示该问题的参数信息、说明信息等。(selectedindexchanged)相关类设计设定问题参数模块功能需求：实现具体调度问题参数的显示、填写、保存。可选功能，如问题参数确定，则不输入。前置条件：已选择具体调度问题后置条件：显示问题参数载入界面。●通过下拉框、列表等形式显示问题参数及其相关说明信息。●提供文本框、单选框、复选框等方式输入各参数，并对参数进行有效性检查。●输入数据有效性检查。●提供从问题定义文件中导入问题参数功能。●可将设定好的问题参数保存为问题定义文件。主要实现方法：●页面主要控件：gridview，listbox，dropdownlist，tips，checkbox，radiobox，textbox●重要方法：参数输入时的有效性检查(item.inputvalidation)，文件读取(file.load)，文件保存(file.saveas)相关类设计载入问题相关数据模块功能需求：实现具体调度问题数据，如任务、工艺、设备数据等的选择、载入、显示前置条件：已选择调度问题/已设定问题参数后置条件：显示该调度问题可用的调度算法列表。●提供数据文件浏览选择功能。●支持从数据库中读取、excel文件中导入等方式载入待求解问题的数据。●载入后以列表形式显示在界面上。主要实现方法：●页面主要控件：gridview，listbox●重要方法：文件读取(file.load)相关类设计算法插件算法插件开发规范各算法插件独立建立一个project，类型为classlibrary。算法相关的类文件全部存放于该类库下。算法的窗口界面放在algorithmlib类库中，以各自算法库的名称命名。相关类设计模型建立模块包括：选择调度算法模块功能需求：实现具体算法信息的显示、选择前置条件：已选择具体调度问题后置条件：若算法需选择目标函数，显示目标函数选择界面；否则显示算法参数设定界面。●通过下拉框、列表等形式显示针对调度问题，可供使用的算法列表及说明信息。●算法：基于简单规则的算法(多种简单规则，如fifo等)、基于复合规则的算法、二阶蚁群算法、三阶蚁群算法、模拟退火算法、帝国主义算法等。主要实现方法：●页面主要控件：gridview，listbox，dropdownlist，tips●重要方法：更换选择的算法时同步显示该算法的参数信息、说明信息等。(selectedindexchanged)相关类设计选择目标函数模块功能需求：实现目标函数的显示、选择。可选功能，若算法目标函数只有一种，则默认选取。前置条件：已选择调度算法后置条件：显示约束条件设定界面。●针对某个具体调度问题，结合具体调度算法设定调度目标函数，如最大完工时间最小，最大拖期时间最小，总拖期时间最小、加权总拖期时间最小、最小化设备闲置时间、拖后工件数最少等。主要实现方法：●页面主要控件：listbox，checkbox●重要方法：记录选择结果(item.selected)相关类设计设定约束条件模块功能需求：实现问题约束条件的显示、录入。可选功能，若算法约束条件已通过工艺、设备信息等表述，则不需要另行设定。前置条件：已选择调度算法后置条件：显示算法参数设定界面。●针对某个具体调度问题，结合具体调度算法设定调度约束条件，如前后工序约束、设备能力约束、优先级等。●输入数据有效性检查。主要实现方法：●页面主要控件：gridview，listbox，dropdownlist，tips，checkbox，radiobox，textbox●重要方法：记录选择结果(button.submit)相关类设计设定算法参数模块功能需求：实现算法参数的显示、录入前置条件：已选择调度算法后置条件：运行算法●通过下拉框、列表等形式显示算法参数及其相关说明信息。●提供文本框、单选框、复选框等方式输入各参数，并对参数进行有效性检查。●输入数据有效性检查。●提供从模型定义文件中导入问题参数功能。●可将设定好的问题参数保存为模型定义文件。主要实现方法：●页面主要控件：gridview，listbox，dropdownlist，tips，checkbox，radiobox，textbox●重要方法：记录选择结果(button.submit)，文件读取(file.load)，文件保存(file.saveas)相关类设计算法求解模块包括：运行算法模块功能需求：实现算法运行控制前置条件：已设定算法参数后置条件：显示中间结果●使用多线程控制算法开始、暂停、结束运行。主要实现方法：●页面主要控件：button●重要方法：线程控制(thread.start，thread.pause，thread.sleep，thread.stop)相关类设计显示中间结果模块功能需求：实现算法运算过程的显示前置条件：算法已运行后置条件：显示算法最终结果●通过列表、文本等形式显示算中间过程，如迭代步数、当前最优值、误差等。主要实现方法：●页面主要控件：gridview，richtextbox●重要方法：实时刷新(gridview.databind)相关类设计结果输出模块包括：显示算法结果模块功能需求：实现算法运算结果的显示前置条件：算法运行结束后置条件：保存运算结果●可将调度结果显示为甘特图、数据表等多种形式。主要实现方法：●页面主要控件：gridview，richtextbox，zedgraph●重要方法：实时刷新(gridview.databind)，绘图(zedgraph.render)相关类设计保存结果模块功能需求：实现算法运算结果的保存前置条件：算法运行结束后置条件：将运算结果导出为*.xls、*.csv、*.txt类型的文件保存到本地计算机中，或插入到数据库相应表中。●可将结果保存为excel文件、文本文件，或存入数据库中。主要实现方法：●页面主要控件：button●重要方法：文件保存(file.saveas)相关类设计采用上述模块设计面向多制造过程的调度算法库与插件平台界面，如图4至图11所示，设置之后调用上述模块实现调度服务。本实施方式还提供一种基于云计算的制造系统的调度服务方法，所述方法包括：s1、根据调度问题的特征确定调度问题；s2、根据确定的调度问题在算法库中选择适用的调度算法及设定算法参数，该算法库中存储有解决各种调度问题的调度算法插件；s3、根据设定的算法参数基于云计算运行选择的调度算法对应的算法插件；s4、输出及显示求解结果。所述调度问题包括柔性作业车间调度问题、等效并行机调度问题、非等效机作业调度问题、混合并行机与作业车间调度问题、混合并行机与作业车间动态调度问题、混合流水车间调度问题、混合流水车间动态调度问题、混流装配线调度问题、晶圆制造系统光刻机单机调度问题和晶圆制造系统光刻区调度问题。所述算法库包括：解决等效并行机调度问题的蚁群算法插件；解决非等效并行机调度问题的最大最小蚁群算法插件；解决非等效并行机调度问题的带精英策略的蚁群算法插件；解决柔性作业车间调度问题的基本帝国主义竞争算法插件；解决柔性作业车间调度问题的改进帝国主义竞争算法插件；解决柔性作业车间调度问题的混合帝国主义竞争算法和最大最小蚁群算法插件；解决柔性作业车间调度问题的蚁群算法插件；解决柔性作业车间调度问题的最大最小蚁群算法插件；解决柔性作业车间调度问题的改进最大最小蚁群算法插件；解决柔性作业车间调度问题的两级遗传算法插件；解决混合并行机与作业车间调度问题的最大最小蚁群算法插件；解决混合并行机与作业车间调度问题的两阶蚁群算法插件；解决混合并行机与作业车间调度问题的多目标两阶蚁群算法插件；解决混合并行机与作业车间调度问题的规则插件；解决混合并行机与作业车间调度问题的蚁群算法插件；解决混流装配线调度问题的基本遗传算法插件；解决混合流水车间调度问题的三阶蚁群算法插件；解决混合流水车间调度问题的多目标三阶蚁群算法插件；解决混合流水车间动态调度问题的改进蚁群算法插件；解决晶圆制造系统光刻机单机调度问题的算法插件；解决晶圆制造系统光刻区调度问题的算法插件。所述s1包括：选择问题类别及该问题类别对应的具体调度问题，还包括设定问题参数及选择数据来源。所述s3还包括实时显示调度算法插件运行过程中的结果。所述s2还包括选择目标函数；所述目标函数为针对调度问题和选择的调度算法设定的调度目标函数。所述s2还包括设定约束条件；所述约束条件为针对调度问题和选择的调度算法设定调度约束条件，该约束条件还用于对输入数据进行有效性检查。所述s中，还包括显示求解结果的甘特图、数据报表和/或性能指标分析表。虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。当前第1页12当前第1页12