正版 混流装配线生产计划智能优化方法/工业智能与工业大数据系列

第 1 章 混流装配线生产计划 ................................................................................................. 001
1.1 混流装配制造行业 .................................................................................................... 001
1.2 混流装配线的主要形式 ............................................................................................ 011
1.2.1 混流装配线布局 ............................................................................................. 011
1.2.2 几种典型的布置形式 ..................................................................................... 014
1.3 混流装配线生产的特点 ............................................................................................ 018
1.4 混流装配线生产计划体系 ........................................................................................ 020
1.4.1 生产计划体系概述 ......................................................................................... 020
1.4.2 生产计划与控制理论的演变过程 ................................................................. 024
1.4.3 综合生产计划 ................................................................................................. 031
1.4.4 主生产计划 ..................................................................................................... 037
1.4.5 生产作业计划 ................................................................................................. 044
1.4.6 生产计划实例 ................................................................................................. 051
1.5 本章小结 .................................................................................................................... 054
本章参考文献 ..................................................................................................................... 054
第 2 章 混流装配线生产计划优化方法 ................................................................................. 057
2.1 最优化算法 ................................................................................................................ 057
2.2 启发式算法 ................................................................................................................ 061
2.2.1 粒子群算法 ..................................................................................................... 062
2.2.2 模拟退火算法 ................................................................................................. 063
2.2.3 遗传算法 ......................................................................................................... 066
2.2.4 禁忌搜索算法 ................................................................................................. 068
混流装配线生产计划智能优化方法
VI
2.2.5 蚁群算法 ......................................................................................................... 069
2.3 基于规则的方法 ........................................................................................................ 071
2.4 基于仿真的优化方法 ................................................................................................ 071
2.4.1 基于梯度的方法 ............................................................................................. 072
2.4.2 随机优化方法 ................................................................................................. 074
2.4.3 响应曲面法 ..................................................................................................... 074
2.4.4 统计方法 ......................................................................................................... 075
2.5 人工智能方法 ............................................................................................................ 076
2.6 本章小结 .................................................................................................................... 077
本章参考文献 ..................................................................................................................... 078
第 3 章 混流装配线生产计划智能优化方法 ......................................................................... 080
3.1 工位能力重平衡的生产计划自进化方式 ................................................................ 080
3.2 产品投产重排序的生产计划自组织方式 ................................................................ 082
3.3 整线生产重规划的生产计划自重构方式 ................................................................ 085
3.4 生产计划智能优化层次化体系架构 ........................................................................ 086
3.5 模型层：生产过程建模问题 .................................................................................... 088
3.6 分析层：生产性能分析问题 .................................................................................... 088
3.7 决策层：生产计划方式决策问题 ............................................................................ 089
3.8 执行层：生产计划方式实现问题 ............................................................................ 090
3.9 本章小结 .................................................................................................................... 092
本章参考文献 ..................................................................................................................... 092
第 4 章 混流装配线生产过程多层次动态建模方法 ............................................................. 094
4.1 混流装配线生产过程建模需求 ................................................................................ 094
4.2 混流装配线生产过程建模方法的现状 .................................................................... 096
4.3 基因调控网络对生产过程的描述 ............................................................................ 102
4.3.1 基因调控网络 ................................................................................................. 102
4.3.2 基因调控网络的描述体系 ............................................................................. 106
4.4 基于基因调控网络的生产过程建模方法 ................................................................ 107
目 录
VII
4.4.1 描述生产计划的基因调控网络拓扑结构 ..................................................... 109
4.4.2 面向生产执行的基因表达过程 ..................................................................... 113
4.4.3 表征生产性能的最终表达形态 ..................................................................... 115
4.5 应用案例 .................................................................................................................... 116
4.6 本章小结 .................................................................................................................... 122
本章参考文献 ..................................................................................................................... 122
第 5 章 混流装配线生产性能数据关联分析方法 ................................................................. 125
5.1 混流装配线生产性能分析需求 ................................................................................ 125
5.2 混流装配线生产性能分析问题的特点 .................................................................... 126
5.3 混流装配线生产性能分析方法的现状 .................................................................... 127
5.4 敏感性分析方法的定量分析能力 ............................................................................ 141
5.5 基于改进全局敏感性的性能分析方法 .................................................................... 147
5.5.1 生产性能的分量表达式 ................................................................................. 147
5.5.2 基于生产性能方差的敏感性系数 ................................................................. 147
5.5.3 基于生产参数随机采样的蒙特卡罗算法 ..................................................... 148
5.5.4 蒙特卡罗算法的估算精度 ............................................................................. 149
5.5.5 生产参数的自适应随机采样序列 ................................................................. 150
5.5.6 混流装配线生产过程的影响系数矩阵 ......................................................... 154
5.6 企业案例 .................................................................................................................... 154
5.6.1 敏感性分析方法对比实验 ............................................................................. 155
5.6.2 柴油发动机装配线生产性能分析实例 ......................................................... 157
5.7 本章小结 .................................................................................................................... 162
本章参考文献 ..................................................................................................................... 162
第 6 章 混流装配线生产计划方式智能决策方法 ................................................................. 165
6.1 混流装配线生产计划方式的决策需求 .................................................................... 165
6.2 面向生产计划方式的多分类方法的现状 ................................................................ 166
6.3 支持向量机的小样本、多分类能力 ........................................................................ 172
6.3.1 敏感性系数驱动的生产计划方式决策问题 ................................................. 172
混流装配线生产计划智能优化方法
VIII
6.3.2 面向多分类问题的支持向量机方法 ............................................................. 173
6.3.3 生产计划方式的支持向量数据描述 ............................................................. 181
6.4 基于证据理论的生产计划方式决策输出 ................................................................ 183
6.4.1 决策问题的基本证据框架 ............................................................................. 184
6.4.2 基于基因调控网络优化的生产计划自适应调整方法 ................................. 186
6.5 企业案例 .................................................................................................................... 187
6.5.1 基于机器学习数据库的标准算例实验 ......................................................... 188
6.5.2 柴油发动机装配线生产计划方式决策问题实例 ......................................... 189
6.6 本章小结 .................................................................................................................... 191
本章参考文献 ..................................................................................................................... 192
第 7 章 面向工位能力重平衡需求的生产计划自进化方式 ................................................. 194
7.1 工位能力重平衡的需求分析 .................................................................................... 194
7.2 工位能力重平衡问题的特点 .................................................................................... 197
7.3 工位能力重平衡的生产计划自进化方式 ................................................................ 200
7.4 基于蚁群算法的生产计划自进化方式的实现方法 ................................................ 204
7.4.1 蚁群算法概述 ................................................................................................. 204
7.4.2 问题模型与优化算法的映射关系 ................................................................. 207
7.4.3 两阶段蚁群平衡优化流程 ............................................................................. 209
7.5 企业案例 .................................................................................................................... 213
7.5.1 算法参数实验 ................................................................................................. 213
7.5.2 案例结果分析 ................................................................................................. 215
7.6 本章小结 .................................................................................................................... 217
本章参考文献 ..................................................................................................................... 218
第 8 章 面向产品投产重排序需求的生产计划自组织方式 ................................................. 220
8.1 产品投产重排序的需求分析 .................................................................................... 220
8.2 产品投产重排序问题的特点 .................................................................................... 224
8.3 产品投产重排序的生产计划自组织方式 ................................................................ 230
8.4 基于蚁群算法的生产计划自组织方式的实现方法 ................................................ 233
目 录
IX
8.5 企业案例 .................................................................................................................... 238
8.5.1 算法参数实验 ................................................................................................. 238
8.5.2 案例结果分析 ................................................................................................. 239
8.6 本章小结 .................................................................................................................... 242
本章参考文献 ..................................................................................................................... 242
第 9 章 面向整线生产重规划需求的生产计划自重构方式 ................................................. 244
9.1 整线生产重规划的需求分析 .................................................................................... 244
9.2 整线生产重规划问题的特点 .................................................................................... 246
9.3 整线生产重规划的生产计划自重构方式 ................................................................ 251
9.4 基于分布估算算法的生产计划自重构方式的实现方法 ........................................ 255
9.5 企业案例 .................................................................................................................... 267
9.6 本章小结 .................................................................................................................... 271
本章参考文献 ..................................................................................................................... 272
第 10 章 混流装配线生产计划智能优化原型系统 ............................................................... 274
10.1 原型系统的需求分析 .............................................................................................. 274
10.2 原型系统体系结构 .................................................................................................. 275
10.3 核心功能模块设计 .................................................................................................. 276
10.3.1 混流装配线生产过程建模模块 ................................................................... 276
10.3.2 混流装配线生产性能分析模块 ................................................................... 277
10.3.3 混流装配线生产计划方式决策模块 ........................................................... 278
10.4 生产计划智能优化方法示例 .................................................................................. 278
10.4.1 混流装配线生产计划自进化优化方法 ....................................................... 278
10.4.2 混流装配线生产计划自组织优化方法 ....................................................... 280
10.4.3 混流装配线生产计划自重构优化方法 ....................................................... 281
10.5 柴油机装配线应用案例 .......................................................................................... 282
10.6 本章小结 .................................................................................................................. 284
本章参考文献 ..................................................................................................................... 284

张洁，女，东华大学机械工程学院院长、教授、博士生导师。中国科协智能制造学会联合体专家委员会委员、中国人工智能学会智能制造专业委员会副主任等。长期致力于将优选制造技术与优选管理理念和IT技术结合的课题研究与开发，主要研究方向为工业大数据分析与决策、智能生产调度等，主持和参加了国家自然科学基金重点项目和面上项目、国家高技术研究发展计划（“863”计划）项目、国家科技部重点研发计划项目、国家科技重大专项等20多个项目，出版专著《晶圆制造自动化物料运输系统调度》等9本，发表论文80多篇，获得国内公开授权发明和软件著作权30项。

本书撰写基于理论与实践相结合的原则，注重前沿性技术在生产计划智能优化中的实用性本书撰写基于理论与实践相结合的原则，注重前沿性技术在生产计划智能优化中的实用性，因此本书内容不仅能为机械工程、工业工程、自动化等智能制造相关领域的高校研究生和科研人员提供理论实践案例，同时也可为企业中的生产管理人员提供混流装配线智能化生产管理的一系列实用方法。

针对混流装配线生产计划的智能优化需求，在概要阐述混流装配线及其生产计划内容的基础上，归纳混流装配线中的多种生产计划方式，介绍如何利用建模、分析和决策等一系列理论方法实现生产计划的智能优化方法体系，提升装配制造企业对多变客户需求的适应能力，为提高企业制造水平提供有益参考。全书分为10章，第1章介绍混流装配线中的生产计划体系；第2章总结混流装配线生产计划的现有优化方法；第3章提出混流装配线生产计划智能优化体系；第5至7章分别介绍智能优化方法体系中的建模、分析与决策等问题，以及适合问题特点的相关方法；第7至9章分别介绍自进化、自组织与自重构三种生产计划方式的具体实现方法；第10章介绍面向柴油发动机企业的混流装配线生产计划智能优化原型系统。本书撰写基于理论与实践相结合的原则，注重前沿性技术在生产计划智能优化中的实用性，因此本书内容不仅能为机械工程、工业工程、自动化等智能制造相关领域的高校研究生和科研人员提供理论实践案例，同时也可为企业中的生产管理人员提供混流装配线智能化生产管理的一系列实用方法。

本书撰写基于理论与实践相结合的原则，注重前沿性技术在生产计划智能优化中的实用性，因此本书内容不仅能为机械工程、工业工程、自动化等智能制造相关领域的高校研究生和科研人员提供理论实践案例，同时也可为企业中的生产管理人员提供混流装配线智能化生产管理的一系列实用方法。