带有产线均衡要求的供应链调度问题的方法研究

Production in iron & steel enterprise is characterized by complex production technics, large devices, cross logistics network, various products. It is urgent for the enterprise to make reasonable production schedule so as to make the production rhythm of the involved production lines equilibrated, balance the logistics between every two production lines, improve the inventory structure, consequently, the production capacity of the enterprise can be improved, and the production costs can be reduced. This project focuses on the modeling, solution method and coordination strategies for a series of supply chain scheduling problems from both centralized and decentralized aspects, which are characterized by the consideration of equilibrium of the involved production lines, uncertain parameters and batch production mode. The content includes centralized supply chain scheduling problem with the objective of equilibrium of production lines, decentralized supply chain scheduling problem with the restrictions of equilibrium of production lines, application research of supply chain scheduling problem with consideration of equilibrium of the production lines. The optimization theories and hybrid solution methods based on column generation, optimization via simulation, game theory are studied in order to provide the efficient solution strategies to the supply chain scheduling problems sourced from practical production. The achieved theories and methods will be testified through application research about the production operation management in iron & steel industry, with the objective of providing the technology support to production, and improving the efficiency, profits and the competitive power.

钢铁生产具有生产工艺繁杂，生产设备规模大，交叉网状物流，产品多品种小批量的特点；企业迫切需要制定合理生产调度方案协调各生产环节运行节奏，平衡生产物流，优化库存结构，从而提高企业的生产能力，降低生产成本。本项目针对从钢铁生产过程中提炼出的一系列带有产线均衡要求、考虑参数不确定、生产具有批特征的供应链调度问题，从集中管理和分散管理两种模式探索供应链调度问题的建模方式、求解方法、合作模式。研究内容包括：带有产线均衡目标的集中管理模式下的供应链调度问题、带有产线均衡约束的分散管理模式下的供应链调度问题、带有产线均衡要求的供应链调度问题的应用研究。系统研究基于列生成、仿真优化、博弈的优化理论和混合求解方法，为解决工业生产中存在的问题提供新的有效解决方案。将所提出理论与方法在钢铁生产运作管理中进行应用研究，为提高工业过程的运作效率提供技术支持，提高企业的生产效益，增强企业的核心竞争力。

该项目以典型钢铁企业生产过程为背景，从生产实际中提炼出的一系列带有产线均衡要求的供应链调度问题，从集中和分散两种角度对其建模和求解方法进行了系统的研究。.从集中管理模式出发，对考虑工序产能均衡的热轧生产阶段板坯调度问题、确定性冷轧供应链调度问题、考虑不确定参数的冷轧供应链调度问题进行研究，主要工作包括：1) 针对考虑工序产能均衡的热轧生产阶段板坯调度问题，建立了目标函数含有二次函数的数学模型，考虑问题的强NP-难求解特性，提出了分支定价算法，为了加速子问题求解，提出基于状态空间松弛的动态规划算法进行求解；2) 针对确定性冷轧供应链调度问题，提出基于双模式交叉策略的改进差分进化算法进行求解；3) 针对考虑不确定参数的冷轧供应链调度问题，提出基于样本平均近似的求解方法，基于实际生产数据对包含不确定参数的目标函数进行估计，提出差分进化算法求解近似模型。.从分散管理模式出发，对带有产线均衡约束的分层供应链调度问题、考虑需求反馈的供应链调度问题、考虑工件博弈的单机调度问题进行研究，主要工作包括：1) 针对带有产线均衡约束的分层供应链调度问题，提出产能平衡和生产调度分层求解策略，并开发列生成算法计算下界；2) 针对考虑需求反馈的供应链调度问题，提出前道工序优先的贪婪求解策略，并设计需求反馈机制对其进行改进；3) 针对考虑工件博弈的单机调度问题，考虑工件的处理时间是开始加工时间的线性函数，建立合作博弈模型，证明模型凸性，设计了核心利润分配方式。.基于上述模型和算法，以钢铁企业实际生产过程为背景进行应用验证研究。.围绕以上研究内容，在ISIJ International等国际期刊和学术会议发表和录用论文9篇，获得2项授权国家专利。主要成果获得2016年国家技术发明二等奖、2014年教育部技术发明奖一等奖。在国际合作与交流方面，项目组成员11人次参加国际会议，项目负责人受邀在中国运筹学会2016年学术交流会做分组学术报告。培养了6名硕士。