带有时滞物流的多阶段批量协调计划理论研究

Taking the steel production process as research background, this project investigates multistage batch combination planning problems arising in production supply chain. Different from batch scheduling that is one of hot research topices focused by international research groups, this project concentrates on batch combination decision with complicated combination rules. The following novel characters also distinguish this project from the previous single stage batch combination problems: multistage production environment; the nested relation between different batches; variance of combination rules on different batches; time-delayed logistics affects batch combination decision The following topics are to be studied: (1) theory research of multistage batches combination planning based on centralized optimization strategy; (2) theory research of multistage batches combination planning based on decentralized optimization strategy; (3) column genration based optimization methods research; (4) application research of the multistage batches combination planning theories and methods on steel production. This project enriches the theory of batch combination planning. Furthermore, the research topics are rooted in the developing requirement of practical production management mode. The theory research result of this project can promote the optimal operation ability and the scientific decision level of enterprise.

本课题以钢铁生产为背景，研究生产供应链上多阶段批量协调计划问题.与国际上热点研究领域之一的批调度问题不同，本课题侧重于复杂组批准则的批量组合计划.同以往针对单阶段批量计划的研究也不同，本课题所研究的问题包含以下新特征：多阶段生产环境，批具有嵌套关系，多组批准则不一致，时滞物流对组批影响.需要解决以下问题：(1)基于集中优化策略的多阶段批量计划理论研究；(2)基于分散优化策略的多阶段批量计划理论研究；(3)基于列生成的最优化方法研究；(4)以钢铁生产为背景对多阶段批量计划理论与方法进行应用研究.本课题不但丰富了现有批量计划理论与方法，更重要的是所研究问题都来源于实际生产管理模式发展的需求.本课题理论研究成果将推动企业的优化运行和提升企业的科学管理决策水平.

本项目针对从钢铁生产中提炼出的一系列多阶段批量协调计划问题，从多阶段批量计划理论，多层级批量计划理论，基于对偶分解的最优化方法，和面向钢铁全流程的批量计划应用四个方面进行系统研究。..在多阶段批量计划理论方面：(1)针对考虑时滞物流的多阶段批量计划问题，建立了涵盖离散和连续决策的混合整数规划模型，分析了解的性质来提高计算效率和降低搜索时间，提出了引入变邻域搜索策略的改进分散搜索算法；(2)针对多品种成批轮番生产集成分批和调度问题，建立了基于批连接关系的连续时间模型，提出了二维编码策略的粒子群优化算法；(3)针对容量不确定型鲁棒批量计划问题，在MIP模型的基础上结合情景树表达和Dantzig-Wolfe分解技术建立集划分模型，提出基于列生成分支-定价算法。..在多层次批量计划理论方面：(1)针对批具有嵌套关系的多层次批量计划问题，建立耦合了并、串行批之间嵌套关系的两级集划分模型，提出求解模型的行-列生成算法框架；(2)针对带有批大小决策的多层次批量计划问题，建立混合整数规划模型，提出了LR&CG混合算法；(3)针对容量对称型双层批量计划问题，建立新型混合整数规划模型，提出引入新的记忆与外部存档策略的改进差分进化算法。..在基于对偶分解的最优化方法方面：(1)针对列生成算法要素改进，提出加速子问题求解四类方法和提出多层分支策略使得解空间有效分割且不破坏子问题结构；(2)针对模型的行列大规模特性，提出从包括部分行和列的限制主问题出发，通过求解子问题动态生成最优解所需的行和列的行-列生成算法；(3)在探究拉格朗日对偶和线性规划对偶等价关系的基础上，提出了拉格朗日和列生成（LR&CG）混合算法；(4)提出了基于离散和连续变量之间逻辑关系产生组合cuts的改进Benders分解方法。..在面向钢铁全流程的批量计划应用方面：研究了钢铁全流程供应链批量计划问题、热轧产线板坯组批与匹配问题、板坯组批与匹配时间参数确定问题、钢铁企业全流程物流优化问题，提出了求得问题近优解的近似算法和求得最优解的精确算法。..围绕着上述四个方面的研究，在国际期刊《Operations Research》、《ISIJ International》，国内一级期刊《自动化学报》、《控制与决策》，及国际会议发表论文14篇。部分成果获教育部技术发明一等奖和IFORS国际学术成果奖。