1. 研究目的与意义
随着科技的迅猛发展，制造业的竞争也愈加激烈，如何在不影响产品质量的前提下尽可能的缩短工期，满足客户需求，已经成为离散制造企业的重要问题。本课题基于高级计划与排程APS(Advance Planning and Scheduling)，对企业资源进行实时、最优、可靠的规划和调度。通过该技术生成的计划，在达到一些硬性约束的基础上，能实现更多优化。APS是以约束理论（Theory of Constraints，TOC）为基础的一种数字解决方案，可帮助制造商管理生产计划和排程。使用先进的算法来平衡需求和产能，并生成可实现的生产计划。 APS软件可缩短交付周期以满足客户需求，并更容易、更快速地应对意外的生产变化。
2. 课题关键问题和重难点
此课题所需要解决的有以下几个关键问题：
（1）学习掌握高级计划与排程aps基本研究方法
（2）面向离散制造的aps模型、算法和系统设计框架，解决工厂在工业4.0产业升级所面临的mes/mom（manufacturing execution system/manufacturing operation management）问题。aps系统可基于optaplanner和java设计实现，具备基本的计划、排程和可视化功能。
3. 国内外研究现状（文献综述）
随着中国偏好依赖于单个家户的人口属性，家庭的人口规模、收入水平、年龄、文化程度、地域等因素均会影响到消费经济高速发展，商品从市场供应上看呈现整体过剩状态。樊茂清（2007年）提出异质性消费理论和模型，强调了消费行为。如何在不影响产品质量的前提下尽可能的缩短工期，满足客户需求，已经成为离散制造企业的重要问题。翁元等（2007年）分析mrpii/erp中的生产计划排程存在以下弱点：计划方式基于固定提前期、系统要求固定的工艺路线、假定无限能力的前提、瓶颈资源不能及时优化等，提出使用aps(advance planning and scheduling)系统，通过计算机和手工并用的方法来进行瓶颈资源的排产。
20 世纪 50 年代，johnson 【1】对两台设备生产排序问题进行研究，得到最优调度的决 策规则，标志着车间排程理论的诞生；50 年代后期，一些研究者通过数学解析优化的方 法对较为特殊、简单的单机排程问题进行研究，取得了一定的求解效果；60 年代，研究 人员开始利用更加复杂的数学方法，如整数规划、分支定界、动态规划等方法解决小规模企业面临的生产调度问题；70 年代中期，越民义、韩继业等 【2】人开始通过对 n 个零件m台设备的生产排序问题研究，开启了国内在调度理论研究上的先河；80 年代开始，计算机逐渐小型化，性能优良的个人计算机被开发出来，更大规模的复杂问题有了新的求解工具， 此时，人们受自然界生物、环境的启发，研究出一系列启发式求解算法，学者们尝试利用 这些启发算法来求解车间调度中较为复杂的 np (nondeterministic polynomial)问题。davis 【3】于 1985 年首次引入遗传算法来解决车间作业调度问题，并验证了算法在求解车间调度问题的可行性；laguna 【4】首次利用禁忌搜索算法有效解决车间调度问题；peter 【5】将模拟退火算法引入车间调度问题；之后，更多的启发算法如蚁群算法 【6】、免疫算法 【7】、混 合蛙跳算法 【8】、蝙蝠算法 【9】等被用来解决车间调度问题。 21 世纪以后，研究人员发现各类算法在某些性能方面具有独特的优势，往往单一的 启发式算法求解很多问题时存在一些缺陷，甚至单一智能算法不能解决某些问题，因此， 国内外研究人员开始研究各类算法的融合算法，利用其他算法的某些特性和优势进行算法 融合，生成各类改进算法和混合算法，使得排产问题的求解方式“井喷式”增长。park 【10】 通过优先级规则改变遗传算法的进化方向，提高了算法随机搜索的搜索质量，从而提高算 法效率；liaw 【11】将禁忌搜索法的局部搜索方式加入到遗传算法中，提高了算法在局部空间中的搜索能力，从而提高算法求解质量；张长胜 【12】将粒子群算法中的粒子的能量阀值概念引入遗传算法,提出自适应的混合粒子群进化算法，提高算法搜索效率；张华等人【13】 利用遗传算法和模拟退火算法的退火跳出特性，提高算法求解质量；马筠 【14】将免疫算法 中信息熵的概念引入遗传算法，指导种群选择，提高算法搜索能力；傅卫平 【15】将多色集 合理论引入遗传算法，并通过单层编码表示工件、设备约束，降低编码复杂度，提高求解 质量和效率。
高级计划与排程，是20世纪中期逐步发展起来的先进管理技术，源于制造商们需要一种更好的、实时的、灵活的时间安排和优化计划工具。起初以甘特图、数学规划等数学 方法解决计划问题，甘特图可以通过图表的形式很直观、简便的向人们展示事件的进展， 为人们提高了一种新的管理手段，但如何调度日益复杂的生产活动，人们开始尝试使用数 学规划的方法，并取得的一定效果。80年代后，优化理论和技术以及个人计算机的迅猛发展，人们开始将最优生产技术 (optimized production technology， opt)、约束理论(theory of constraints ， toc)、制造资源计划(manufacture resource plann， mrpii)、启发式算法、专家系统等与aps结 合，使高级计划排程得到巨大的发展；与此同时，大型软件公司开始尝试开发自己的aps 系统，市场上出现了众多aps供应商，如creative output mamp;m/mars、numetrix、 chesapeake等众多实力雄厚的公司；80年代后期，出现，部分供应商尝试在自己的aps 系统中加入图形化界面，并不断提高软件的图形运用能力，使图形化界面成为预测、计划、 排程工具的标准，极大的提高了 aps系统的应用性。
4. 研究方案
1. 系统功能结构
系统功能结构如图1所示如下：
5. 工作计划
2022-2023-1学期：
第15-16周：完成选题，查阅相关中英文资料，进行相关技术的学习；
第17周：与导师沟通进行课题总体规划；
课题毕业论文、文献综述、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
