硕士论文-基于Prolog的生产计划研究-郭坤.doc
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2、工程单位名称:软件学院答辩委员会(签名)答辩委员会主席: 答辩委员会委员: 爬程腿庐葛细谢励媳吵瓶抠辗氨滇净霖澜辐有畔谣况伏猿耸危敬瘴男澜紫眯械要宛回师铝袱堡胡左娜勾俱滥撤美契除踌吗挡窘拓煌屡饱耪啄总亭瘤们骗辖咋仗茂慰兵玛六糟杆小遭浊睬婪他挖悬牌林拍线睛跟任诅釜奸栏残咯陀扫佛炙姥很陨阜靳公哮刽屋护苹靳匪筛昂衣庄澄胖肤漂蝇换混荤加气蝇肪滤悬辅豺弟诣境燎们康术额趾绽笑胡级寸匙疹财颠钟楷钞镣望烧稽苞垫钵觉卢斥荐弥逗蜗胰宇罐入咐窃芦讫司建沪澈鼻幸装夏徐簇辰那林爽旁勾较荫者讽劫项雪悉诺娃包耘绪慑钧拖囤废践镰燃和尼锹屋强胸该俏病蓖僚壹实咏拓钨层躺椰交皱壳俗李皂由喘因鹊懊峦札糯判砂萨舒你八权效亏硕士论文_基
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4、指导教师:李磊教授 专业名称:软件工程单位名称:软件学院答辩委员会(签名)答辩委员会主席: 答辩委员会委员: 8 8 8基于Prolog的生产计划研究专业:软件工程硕士生:郭坤指导老师:李磊教授中文摘要本文通过对Visual Prolog谓词调用与接口设计的研究,在面向对象开发语言Visual C#中引入Visual Prolog的推理机制,并将事实存储于关系型数据库中,搭建了一种基于面向对象与面向逻辑编程的混合架构有效增强了Visual C#的知识表示能力和Visual Prolog的数据处理能力。ERP是实现企业优化管理的有效途径,生产计划是ERP中最重要的组成部分,而BOM数据是生产计划
5、的基础。基于与或树的BOM结构通过对传统产品结构树的扩展,既达到了企业柔性化设计的需求,也满足BOM数据一致性要求,并有效降低了产品变形而引起的数据冗余。本文通过对与或树BOM结构的分枝剪切法生产计划的研究,在零件一致性和最小流动资金占用率的约束下,分解主生产计划得到需求与或树,求解所有节点流动资金占用金额,流动资金占用最少的就是最优生产序列。同时,用递推算法实现最优生产计划的制定。最后,本文给出了混合编程架构、逻辑模型与生产计划的具体实现。关键词:面向对象,逻辑,ERP,物料清单,生产计划,与或树ABSTRACT目录中文摘要IABSTRACTII第一章 概述11.1 项目的背景和意义11.2
6、 国内外研究开发的现状分析21.3 项目的目标和范围61.4 论文结构简介6第二章 基于与或树BOM结构设计82.1 引言82.2 常见的BOM结构82.3 柔性生产下的BOM设计问题102.4 产品结构与或树112.5与或树BOM的数据表设计15第三章 基于与或树BOM的生产计划研究183.1 引言183.2 最小流动资金占用率的生产计划制定18第四章 面向对象和逻辑的混合编程研究234.1 引言234.2 混合编程架构设计234.3 事实库的动态生成与加载244.4 事实库的读取与转换254.4 VISUAL C#与VISUAL PROLOG的接口调用26第五章 系统设计305.1 系统的
7、总体设计305.2 静态类图30第六章 系统的实现和应用326.1 生产计划的逻辑描述与实现326.2 事实库导入导出的具体实现426.3 系统界面演示46第七章 总结与展望477.1 本文工作的总结477.2 下一步改进方向48参考文献49第一章 概述1.1 项目的背景和意义1.1.1 项目来源ERP是由美国著名的计算机技术咨询和评估集团Gartner Group Inc.提出的全套企业管理系统体系标准,其实质是从MRPII(Manufacturing Resources Planning 制造资源计划)的基础上进一步发展而成的面向供应链的管理思想,ERP是整合了企业管理理念、业务流程、基础
8、数据、人力物力、计算机硬件和软件于一体的企业资源管理系统。近年来,随着企业信息化的快速发展,ERP(Enterprise Resource Planning - 企业资源计划)在企业的应用越来越广泛。为了使得生产管理更加合理化、科学化,就需要ERP系统进行“自动排产”,利用计算机运算快速、准确的特性,使用现代的技术手段来代替低效、繁琐的手工排产方式。企业在应用ERP时最基本的目标就是控制成本和降低库存,而实现这个基本目标的模块就是生产计划模块。生产计划是ERP系统最重要的组成部分,如何快速有效的对生产过程进行规划,在满足订单数量和时间需求的情况下保证最小的成本与库存,一直是ERP研究的重中之重
9、。所以,一个好的生产计划,无论在理论上还是应用上都有着相当重要的作用。1.1.2 系统开发动机和研究开发的意义生产计划模块中最重要的一环就是将主生产计划按照BOM进行分解,在考虑现有库存的情况下,以制造周期、委外周期和采购周期为计算依据,得出相应的制造计划、委外计划和采购计划,以满足主生产计划的成本、数量和时间要求。人工智能(artificial intelligence, AI)是计算机科学、控制论、信息论、神经生理学、心理学、语言学等诸多学科相互交叉、相互渗透而发展起来的一门新兴边缘学科。它主要研究如何用机器(计算机)来模拟和实现人类的智能行为。人工智能中的专家系统、机器学习、自然语言理解
10、等分支领域已经投入使用。一个智能化信息处理的新时代正向世界起来。近年来,计算机网络,特别是因特网的迅猛发展和广泛应用,又为人工智能提供了新的广阔天地。信息化需要智能化的支持,人工智能在信息高速公路上也将发挥重要作用 雷英杰,邢清华,王涛等.人工智能(AI)程序设计.北京:清华大学出版社,2005.2-3。因此,引进并学习世界上先进的人工智能设计语言和开发工具,是中国实现智能化应用最重要的一步。随着计算机技术的迅猛发展,人工智能与专家系统也向着更多的应用领域发展,通过人工智能的方法来解决应用领域中的问题也是当前计算机发展的方向之一。Prolog是Programming in logic的缩写,意
11、思就是使用逻辑的语言编写程序。Prolog语言是法国的柯尔迈伦和他在马塞大学的助手发明的一种高效率的逻辑性语言。它本身就是一个演绎推理机,具有表处理功能,通过合一、置换、消解、回溯和匹配等机制来求解问题。Prolog已被应用于许多符号运算研究领域。Prolog语言是人工智能与专家系统领域最著名的逻辑程序设计语言。BOM的逻辑结构是树状的,在对主生产计划按BOM进行分解时,主要是通过对产品的子件进行递归调用来实现的,而递归处理正是Prolog逻辑处理的强项,所以使用Prolog来处理生产计划是非常有意义的。逻辑程序设计是通过使用逻辑规则来解决问题,面向对象的程序设计是通过定义与使用对象的方法来解
12、决问题。逻辑程序设计使开发者集中精力于问题,而面向对象的方法提倡代码重用。本文将结合面向对象编程思想和逻辑编程思想,来讨论生产计划的应用问题。1.2 国内外研究开发的现状分析20世纪以前的生产管理实践,经验和习惯在管理中起主要作用,没有成型的管理方法。20世纪初,制造业开始经历了手工作坊向现代大规模生产进化,泰勒倡导“科学管理”,主张用科学化、标准化的管理方法代替旧的经验管理,以达到最高的工作效率 程控,革扬.MRPII/ERP原理与应用.北京:清华大学出版社,2002.39-43。企业生产经营活动的最终目的是获取利润,为了达到此目的,就必须合理地组织和有效地利用其设备、人员、物料等制造资源,
13、以最低的成本、最短的制造周期、最高的质量生产出满足顾客需求的产品。为此,必须采取先进且十分有效的生产管理技术来组织、协调、计划与控制企业的行产经营活动。ERP正是为了解决上述问题而发展起来的一种科学的管理思想与处理逻辑,它是企业进行现代化管理的一种科学方法。纵观ERP的发展过程,它经历了5大阶段:订货点法、MRP、闭环MRP、MRPII和ERP系统。这些阶段是随着生产发展和管理水平的不断提高而产生的一种科学的管理思想、模式与方法。订货点法是依靠对库存补充周期内的需求量预测,并保持一定的安全库存储备,来确定订货点。其有效性取决于大规模生产环境下物料需求的连续稳定性,但顾客需求不断变化,产品以及相
14、关原材料的需求在数量上和时间上往往是不稳定的,使得订货点法的应用效果大打折扣。MRP(Material Requirements Planning)是60年代中期由美国IBM公司奥列基博士(Dr.Joseph A.Orlicky)首先提出的方案。把企业生产中涉及的所有产品、零部件、原材料、中间件等,在逻辑上统一视为物料,再把企业生产中需要的各种物料分为独立需求和相关需求,其中独立需求是指需求量和需求时间由企业外部的需求(如客户订单、市场预测、促销展示等)决定的那部分物料需求;而相关需求是指物料之间的结构组成关系,由独立需求的物料产生的需求,如半成品、零部伯、原材料等。MRP的基本原理是,在已知
15、主生产计划(根据客户订单结合市场预测制定出来的各产品的排产计划)的条件下,根据产品结构或所谓产品物料清单(BOM)、制造工艺流程、产品交货期以及库存状态等信息由计算机编制出各个时间段各种物料的生产及采购计划。MRP同定货点法相比有一个质的进步,但还只是一种库存定货的计划方法。它只说明了需求的优先顺序,没有说明是否有可能实现,所以也叫基本MRP。20世纪70年代初,MRP由传统式发展为闭环的MRP,闭环MRP(closed-loop MRP)在基本MRP的基础上,引进了能力需求计划,并进行动作反馈,从而克服基本MRP的不足,所以它是一个结构完整的生产资源计划及执行控制系统。其特点是:以整体生产计
16、划为流程的基础,主生产计划及生产执行计划的产生过程中均包括能力需求计划,这样使物料需求计划成为可行的计划;具有车间现场管理、采购等功能,各部分相关的执行结果,均可立即取得和更新。20世纪70年代末和80年代初,物料需求计划MRP经过发展和扩充逐步形成了制造资源计划的生产管理方式。制造资源计划(Manufacturing Resources Planning,称为MRPII)是指以物料需求计划MRP为核心的闭环生产计划与控制系统,它将MRP的信息共享程度扩大,使生产、销售、财务、采购、工程紧密结合在一起,共享有关数据,组成了一个全面生产管理的集成优化模式,即制造资源计划。20世纪90年代以来,M
17、RPII经过进一步发展完善,形成了目前的企业资源计划ERP系统。ERP概念是由美国著名的IT咨询和评估集团Gartner Group Inc.提出的,由于它反映了MRPII的发展特点和要求,所以立即得到广泛的认同。与MRPII相比,ERP除了包括和加强了MRPII各种功能之外,更加面向全球市场,功能更为强大,所管理的企业资源更多,支持混合式生产方式,管理覆盖面更宽,并涉及了企业供应链管理,从企业全局角度进行经营与生产计划,是制造企业的综合集成经营系统。ERP所采用的计算机技术也更加先进,形成了集成化的企业管理软件系统。ERP是信息时代的现代企业向国际化发展的更高层管理模式,也代表了当前集成化企
18、业管理软件系统的最高水平。从ERP的整体发展情况来看,其发展过程就是以生产计划和物料需求为核心,进行不断改进的过程,生产计划模块是ERP的核心模块,MRP又是生产计划模块中的核心功能,其原理图如下:是否主生产计划(MPS)物料需求计划(MRP)能力需求计划(CRP)执行物料计划(加工、采购)执行能力计划(投入/产生计划)可行?销售预测其他需求合同物料单工艺路线库存信息工作中心图1-1 MRP原理逻辑流程图Visual Prolog意指可视化逻辑程序设计语言,是基于Prolog语言的可视化集成开发环境,是Prolog开发中心(PDC)最新推出的基于Windows环境的智能化编程工具,其语言特性符
19、合相应的国际标准ISO/IEC 13211-1:1995。目前,Visual Prolog在美国、西欧、日本、加拿大、澳大利亚等发达国家和地区十分流行,是国际上研究和开发智能化应用的主流工具之一。预计短时期内,在国际上已经十分流行的最新版本的可视化逻辑程序设计语言Visual Prolog将会在我国广泛流行开来,并将迅速成为我国研究和开发智能化应用的最重要的工具。Visual Prolog非常适合于专家系统、规划和其它AI相关问题的求解,是智能程序设计语言中具有代表性且应用较多的一种语言。由于这种语言很适合表达人的思维和推理规则,在自然语言理解、机器定理证明、专家系统等方面得到了广泛的应用 王
20、岚,乐毓俊.计算机自动推理与智能教学.北京:北京邮电大学出版社,2004.65。然而在ERP中还没有大规模的使用人工智能语言来进行开发,主要有如下几个原因:ERP需要使用大量的数据,在传统的面向对象的程序应用中,数据保存在关系型数据库中,从表面上看,Prolog所使用事实库也是关系型的,但存储方式不同,无法直接使用。虽然Visual Prolog也有ODBC接口,但从效率上比面向对象开发语言(如Visual C#)的访问要低。Prolog虽然在逻辑推理上有不可比拟的优势,能够直观的表述数据的逻辑关系并演绎,在进行但在界面处理、API调用、存储计算和人机交互上远不如流行的C#、Java等面向对象
21、语言丰富与高效,虽然Visual Prolog已经可以进行可视化开发,但与Visual C#等工具相比,开发周期较长。1.3 项目的目标和范围本项目主要对多层BOM结构的数据库设计与存储、基于逻辑推理的物料需求计划、基于关系型数据库存储的事实库提取与转换和面向对象与面向逻辑的混合编程架构进行了研究。1.4 论文结构简介第1章是概述,讲述了项目的研究背景与意义以及本论文要研究的目标与范围;第2章形式化定义了基于与或树的产品结构形式,给出了基于产品结构与或树的BOM设计方法及其数据表实现;第3章研究了在物料一致性和最低流动资金占用率的双限条件下,基于产品结构与或树上生产计划的制定以及最优生产计划的
22、安排;第4章研究了如何在面向对象语言中引入逻辑推理,提出并实现了使用Visual C#与Visual Prolog混合编程架构的方案,并以事实库的导入与导出作为数据交换机制。第二章 基于与或树BOM结构设计2.1 引言物料清单(Billof Material,BOM)实质上就是结构化的产品组成零件表,其中包括了完成产品需要的所有自制件、委外件和采购件清单以及各部件所需要的单位数量,它以树状的形式描述了产品的组成结构,是进行生产计划的核心数据。2.2 常见的BOM结构2.2.1 多层BOM结构(MBOM)多层BOM结构 曾富东,曾富鸿. PDM中BOM实现技术研究. 机械设计与制造,2001,
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