《离散制造车间的最优调度理论与方法》

项目所属科学技术领域、主要内容、特点及应用推广情况等:

项目属于先进制造领域的机械制造自动化学科。李克强总理指出“中国正从‘制造大国’迈向‘制造强国’”。中国工程院《制造强国战略研究》提出“提高生产效率是增强制造企业核心竞争力、加快制造业转型升级的关键”,而调度是提高生产效率的最有效手段之一。以作业车间、柔性车间和流水车间为代表的离散制造业,占制造业的一半。因此,研究上述三类车间的调度,对提高生产效率具有重要意义。调度方向也一直被ESI数据库列为学术研究前沿(ResearchFronts),调度的最优化是学术界追求的永恒主题。衡量调度结果的优劣和算法性能的高低,国际知名学者瑞士Taillard教授于1993年提出了TA问题集、韩国Kim教授于2003年提出了KIM问题集,已成为调度领域最权威测试基准。由于绝大部分调度是NP难问题,而离散制造车间的工艺更加复杂、资源约束更多,导致其最优调度更加困难。为此,该项目针对离散制造车间的最优调度,开展了系统深入的研究,重要科学发现如下:

1、针对作业车间,首次发现了左移-右移对称性原理,创建了全主动调度模型,极大地缩小了最优调度的解空间,颠覆了“只能通过左移工序才能求得最优调度”的经典理论;证明了左移-右移的可行性判定定理,提出了逼近最优调度的两种新邻域函数,能发现解空间“Big Valley”中的最优调度。刷新了作业车间TA问题集14个实例(共80个)的世界最好解,发现了4个最优调度,Ta33的记录保持14年至今无人打破。乌克兰科学院外籍院士、美国佛罗里达大学Pardalos教授在最优调度记录榜上进行了权威发布。

2、针对柔性车间,突破了经典调度缺乏工艺柔性的局限,首次创建了集成工艺的调度(IPPS)问题的混合整数规划模型;首次构建了基于加工特征和柔性工艺路线的调度编码模型,提出了新的解码映射函数;实现了反映问题解空间特性的高效高精自适应优化方法,解决了工艺柔性带来求解规模指数增长的难题。刷新了IPPS问题KIM问题集18个实例(共24个)的世界最好解,发现了3个最优调度。得到了16位院士的引用与高度认可。

3、针对流水车间,国际上首次发现了解结构的可分解性对生产周期的作用机理;证明了“增加特定工序的加工时间可缩短生产周期”的定理,颠覆了“生产周期是工序加工时间非减函数”的传统观念;提出了邻域解的双向快速精确评价方法,从理论上将整个邻域的计算复杂度由O(n3m)降至O(n2m)。刷新了流水车间TA问题集93个实例(共120个)的世界最好解。

出版专著3部,发表SCI论文140余篇,其中ESI热点论文1篇、ESI高被引论文11篇。8篇代表性论文SCI他引562次、总他引1166次。主持完成国家标准1项。研究成果得到国内外著名学者(包括美国工程院院士、美国密西根大学安娜堡分校副校长Hu教授,美国工程院院士、美国加州大学伯克利分校Hedrick教授等31位院士,50余位Fellow)的引用与高度认可。高亮获得国家杰出青年基金项目资助。高亮担任IET CIM期刊主编,高亮、潘全科担任SEC(SCI IF 3.818,JCR1区)SCI源刊副主编,高亮担任EJIE(SCI源刊)编辑,也担任JCP(SCI IF 5.651,JCR1区)、IJAMT(SCI IF2.601,JCR2区)等SCI源刊客座编辑。潘全科连续五年(2014-2018)入选Elsevier中国高被引学者。

在国内外重要学术会议上作大会报告10余次。获全国优秀博士学位论文提名奖2篇,获SCI期刊/国际会议最佳论文奖2篇。已成功应用于中国商飞、武昌造船厂、华为等企业。

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