工厂化建造中预制钢箱梁生产及物流调度问题研究

In this project, new production and logistics problems for steel box girders are solved by using operation methods, computer technology, and heuristics algorithms. For a pickup and shipping problem that arises the material transportation application, we design a branch and price algorithm to solve it to optimality. For a production scheduling problem with job release time, we first give its computational complexity and then propose a heuristic algorithm with worst case analysis. For a rescheduling problem with due date changes, we provide the optimality properties and propose a heuristic algorithm with worst case analysis. From the view of theory, new production and logistics models considering new problem characteristics are added into the production and logistics area; and the proposed problems are solved by new methods. From the view of practice, reasonable and effective production and logistics plans can effectively reduce production and logistics costs. The research of this project will fill the gap in the research literature on production and logistics problems for steel box girders and provide suggestions for the related decision makers.

本项目面向重大工程的工厂化建造中预制钢箱梁生产及物流管理过程，系统研究预制钢箱梁生产与物流优化问题。针对从原材料运输过程中提炼出的带有固定离开时间点限制的原材料收集及运输问题，提出分支定价算法用于获得该问题的最优解；针对从预制钢箱梁的生产过程中提炼出的带有到达时间的预制钢箱梁生产调度问题，分析该问题的计算复杂性，提出启发式算法并分析该启发式算法的最坏情况比；针对从预制钢箱梁带有干扰特征的生产过程中提炼出的带有交货期变化的预制钢箱梁生产重调度问题，提出动态规划算法用于获得该特殊情况的最优解，对于一般性问题，提出启发式算法并分析该启发式算法的最坏情况比。从理论视角来看，该项目的研究丰富了传统生产与物流优化问题的理论成果，扩展了传统生产与物流优化问题的研究方法；从应用视角来看，对于钢箱梁生产与物流管理过程，该项目的研究在减少生产与物流成本、合理决策生产与物流计划等方面都具有重要的实际参考意义。

本项目以重大工程的工厂化建造中预制钢箱梁的生产与物流过程为研究背景，系统化地研究预制钢箱梁的生产与物流优化问题。本项目主要研究为：（1）带有两阶段运输的生产与物流协同优化问题，（2）带有运输费用函数是关于运输量的非减函数且关于运输时间的非增函数的生产与物流协同优化问题，（3）带有运输服务干扰的生产与物流协同优化问题。具体研究的重要结果如下：（1）针对带有两阶段运输的生产与物流协同优化问题，目标函数同时考虑了送达时间及运输费用，构造了相应的启发式算法，并对算法的最坏情况比及渐进情况比进行了理论分析。针对该问题的在线情况，提出了在线算法并分析了在线算法的竞争比。该研究成果已发表在管理类世界顶级期刊UTD 24期刊之一INFORMS Journal on Computing. （2）针对带有运输费用函数是关于运输量的非减函数且关于运输时间的非增函数的生产与物流协同优化问题，给出了生产周期为2天的问题的全多项式时间算法。对于生产周期为任意天数时，提出了基于列生成的启发式算法，该研究成果发表在管理学顶级期刊UTD24期刊之一的INFORMS Journal on Computing上。（3）针对带有运输服务干扰的生产与物流协同优化问题，考虑了三种不同影响控制因素，在每一种影响控制因素下，分别提出了最优算法。该研究成果发表在管理学著名期刊European Journal of Operational Research上。.通过本项目对钢箱梁生产与物流过程的系统化研究，不仅为预制钢箱梁生产与物流管理过程中存在的一些关键问题提供理论基础和依据，而且同样也适用于解决其它行业的生产与物流优化问题，对于降低能源消耗及生产物流成本具有一定的现实指导意义。