1.1 研究背景與動機
單元製造系統(Cellular Manufacturing System)為群組技術(Group Technology)的主 要應用之一，具有零工式生產(Jobshop)的彈性與流程式生產(Flowshop)的效率，讓中、
小批量的生產能達到類似大批量生產的經濟效益，相關研究指出實施單元製造系統具 有降低設置時間，減少在製品存貨，簡化生產的規劃與控制程序以及提高機器使用率 等特色，引起學術研究及工業應用兩大領域的廣泛注意。因此隨著單元製造系統普遍 的應用而製造單元排程問題(Manufacturing Cell Scheduling Problem)亦成為生產排程領 域的核心研究議題。
單元製造系統的生產環境及製造形態皆與傳統工廠有所不同，在生產排程方面；
工件(Parts / Jobs)必須以群組的形態來加以處理，將需要相同整備零件或治具的工件集 合稱之為工件族(Part Family)，並且在生產排程裡，必須要考慮到兩個層面，不僅要決 定工件族與工件族之間(Among Family)處理的先後順序，並且必須同時決定各工件族 內工件(Within Family)的加工順序，由此可知單元製造系統的生產排程比一般傳統排程 的問題更為複雜，加上製造單元排程問題具有 NP-hard 特性，也就是當排程之工件數 增加時，在合理時間內利用傳統的數學規劃法求得最佳解相當困難，欲求得最佳解，
求解過程所花費的時間必然會隨著問題的複雜度呈現指數型增加。於是近年來許多學 者開始使用啟發式演算法來求解排程問題，如基因演算法(Genetic Algorithms；GA)、
模擬退火法(Simulated Annealing；SA)、塔布搜尋法(Tabu Search；TS)等。雖然此類方 法大多能夠找尋到近似最佳解，並且在求解效益上優於數學規劃法，可惜的是這些演 算法都有各自的優缺點，因此便有許多研究提出針對改善演算法的搜索效率，在可接 受的時間內能快速地找到排程的最佳解。
另外以往多數排程問題的研究，假設機器之整備時間為順序獨立(Sequence Independent Setup Time)，且大都將工件之整備時間合併於加工時間中一起考量，然而 實務上現場作業多半為順序相依整備時間(Sequence Dependent Setup Time)的狀況。順
序相依整備時間會隨著加工工件順序的差異，使得機器之整備時間會有所不同。在排 程問題的複雜度上來考量，順序相依的問題較順序獨立問題複雜，但亦較貼近現實生 產環境。
1.2 研究目的
綜合上述觀察，本研究主要在探討應用混合式染色體表達法於具順序相依家族整 備時間(Sequence Dependent Family Setup Time)之製造單元排程問題。以 Lin et al. (2009)使用之傳統染色體表達法為基礎，透過改良式的染色體表達法，再更進一步提 出混合式染色體表達法轉換的概念，使用 GA-N（New Genetic Algorithm）、GA-TN
（Mixde-mode Genetic Algorithm）與 GA-NT（Mixde-mode Genetic Algorithm），與 過去文獻中所提之 GA-T（Traditional Genetic Algorithm）傳統基因演算法進行實 驗比較，本研究預期將達成以下幾項目標：
（1）在最小化最大完工時間(makespan；Cmax)與最小化總延遲時間(total tardiness；
∑
Ti ) 的績效衡量指標下，比較改良式染色體表達法與傳統染色體表達法，求解具順序 相依家族整備時間與固定序列特性之流程型製造單元排程問題，探討改良式染色 體表達法逼近最佳解的速率及求解品質。（2）藉由混合式染色體表達法，去探討四種不同類型基因演算法之求解績效。
1.3 研究問題的定義與限制條件
本研究主要在探討單元製造排程問題中，有多數的工件被群組歸類成為一個工件 族，同一個工件族內之工件擁有相同的加工屬性，然後將各個工件族指派到製造單元 (Manufacturing Cell；MC)下作業。而同一個工件族集合裡的工件，在加工機台上使用 相同的加工順序，這被稱為純粹流程式製造造單元(Pure Flowline MC)，且所有的工件 族在每部機台上都以相同的順序加工稱為序列式排程(Permutation Scheduling)。因此每 個工件族加工之優先順序，會直接影響到機台的設置時間、物料的配置及生產規劃的
控制。所以製造單元排程問題是在處理生產製造單元中，每個工件族和工件族內工件 的排序問題。
一個實際製造單元排程問題的案例為 Schaller et al.(2000)應用於印刷電路板
（PCB）製造業的表面粘著技術 SMT(Surface Mounting Technology)中。電路版上必 需插入許多電子零件（Chips）在電路版的表面。而每片電路版可視為一個工件，該案 例公司將不同類型的電路版群組分類成各個電路版家族（PCB Family）。每部 SMT 機台 可視為一個工作站處理各個工件族（PCB Family），每片電路版在每部加工機台上依序 插入所需的電子零件。
在準備製造前，會將所有屬於同個 PCB 家族，待插入之電子零件預先設置在 SMT 機台上。但是，當切換不同 PCB 家族時，新的 PCB 家族是否需要更換不同的電子零件 取決於兩個方面：（1）前、後加工之電路版屬性高度相似，表示不需更換待加工的電 子零件或只會發生極小的變換，可以使更換電子零件的設置時間(Setup Time)降至最 低；（2）前、後加工之電路版屬性高度不相同，表示必需更換待插入之電子零件，以 至有設置時間的發生。因此，轉換時間取決於 PCB 家族屬性被安排的順序。而這家公 司使用五部 SMT 機台，透過自動化處理系統將所有電路板在五部機台上以相同的順序 加工。因此，在這種情況下的排程問題定義為具順序相依家族整備時間與固定序列特 性之流線型製造單元排程。本研究模式建構如下：
在一個具順序相依整備時間之流線型製造單元排程問題下，考慮有n個工件在m 部機台下使用相同的技術順序加工處理，所有的工件依加工屬性被分類至互斥且獨立 的 F 個工件族中，因此所有工件族的集合f =
{
f f1, 2,...,fF}
表示每個工件族 f 各有k nk 個工件(
k =1, 2,⋅⋅⋅,F)
，而且必須讓工件按照工件的編號依序分類至工件族中，例如前n 個工件屬於第1 f 個工件族，接下來未分類之工件族中，排序前1 n 個工件屬於第2 f 個2 工件族，以此類推，最後n 個工件屬於第F f 個工件族，而總工件數可由F n= + ⋅⋅⋅ +n1 nF 表示。
另外考慮每個工件族在加工處理時會產生的順序相依家族整備時間sixy，其表示為 當一個工件族 f 緊接著工件族y f 後在機台x i 上加工處理前所需的順序相依整備時間，
若前後兩個加工工件屬於同一個工件族，則整備時間視為零
(
siyy = 。而0)
p 表示工件 iij在機台 j 上的處理時間，此外工件獨自的整備時間與家族整備時間相較來得小，因此 將其納入各別工件的處理時間內。
此時，可以求出某個給定排程集合σ =
(
σ( )
1 ,⋅⋅⋅,σ( )
n)
中，工件σ( )
i 在機台 j 的完工時間C
(
σ( )
i , j)
，表示如公式(1)：( ( )
,)
max{ ( ( )
, 1 ;) ( (
1 ,) )
qfj}
( )i,jC σ i j = C σ i j− C σ i− j +s +pσ (1)
( ) ( ) ( ) ( ( ) )
where σ i− ∈1 nq,σ i ∈nf, and C φ, j =C σ i , 0 =0 for all and .i j
有了以上問題的定義，目標在最小化最大完工時間(makespan；Cmax)與最小化總 延遲時間(total tardiness；
∑
Ti )下，找到一個考慮工件族與工件族之間的排序，且同時 也必須決定各工件族內工件的加工順序的最佳序列式排程。本研究主要在以下的限制 條件下執行：（1）本研究僅限於分析靜態式(Static)流線型製造單元流程問題，表示工件的數量及其 處理時間與工件族的數量及其家族整備時間是已知的，而且為非負整數。
（2）所有工件在時間為 0 時可進行處理(Ready Time=0)。
（3）同一個工件族內的工件不能被分割處理，必須連續加工完同一個工件族內所有的 工件。
（4）每個工件一次只能經由一部機台加工，每部機台一次只能加工一個工件，不允許 多個工件同時在同一機台上加工。
1.4 論文章節介紹
本論文內容共含五章。第一章敘述研究背景與動機、研究目的及研究問題的定義 與限制條件等。第二章探討有關製造單元系統研究相關的文獻，最後針對本論文會使 用到的演算法之相關研究進行探討。第三章描述模式介紹以及相關的參數設定，以混 合式染色體表達法之基因演算法求解製造單元排程問題。第四章為實驗情境與結果。
第五章則敘述結論與未來研究方向。