前　言

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。