工业工程

面向智能制造的生产运作管理：挑战、科学问题、关键研究及部分新进展

江志斌, 周利平

2024, 27 (1): 1-9. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.230254

摘要 ( 446 )

HTML ( 351 )

PDF(671KB) ( 654 )

简要介绍智能制造的互联、集成、服务、定制、时变等管理特征；分析了这些特征对生产运作管理提出的挑战，包括面向数字供应网络的多维度集成、柔性与网络化的生产、自组织优化配置制造资源、去中心化的自主决策与协同控制、学习型运作管理、强大的自优化与适应能力、前瞻性决策等。从价值创造机理、资源组织与重构机理以及生产计划调度体系3个方面提炼亟待解决的科学问题；进一步从融合机理、资源重构方法、生产计划与调度方法以及物流运行管理方法提出关键研究内容。最后介绍了若干智能制造生产运作管理研究新进展，为生产管理研究和实践提供新思路。

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数智时代下工业工程理论与方法在医疗健康管理领域的创新应用综述

罗利, 廖虎昌, 向杰, 房圆晨

2024, 27 (1): 10-24. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.240007

摘要 ( 382 )

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PDF(952KB) ( 449 )

工业工程理论与方法在医疗健康管理领域的应用贯穿于医院设施规划、医疗流程优化、医疗资源管理和疾病诊断等各个环节，为医疗服务改进和效率提升提供了有力支撑。随着物联网、云计算、大数据和人工智能等新一代信息技术的发展，工业工程理论与方法在医疗健康管理领域的应用也发生了改变。本文基于2014 ~ 2023年医疗健康管理文献中的4个热门话题——全生命周期健康管理、医疗资源调度与优化、医院运营管理和医疗物流及供应链管理，回顾工业工程关键技术在相关话题中的应用；归纳和分析新一代信息技术在医疗健康管理领域中的应用创新，阐明数智时代下工业工程理论与方法在医疗健康管理领域的技术赋能和管理赋能；对数智时代下工业工程理论与方法在医疗健康管理信息化、精细化和智能化等方面的应用前景进行展望。

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网联自动驾驶货车编队规划与控制研究综述

傅惠, 金诚谦, 牛张哲, 曾伟良

2024, 27 (1): 25-35. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.230246

摘要 ( 266 )

HTML ( 300 )

PDF(886KB) ( 283 )

物流运输联盟内开展货车编队运行，有望成为未来物流运输降低运营成本的新形态。本文以网联自动驾驶货车编队规划与控制为研究对象，通过文献检索来分析网联自动驾驶货车编队的关键技术与研究现状。从市场应用角度，分析目前实现货车编队市场应用面临的挑战，以及相关利益方之间的成本分配问题。从技术方法视角，围绕网联自动驾驶编队规划与运作控制问题，解读相关技术内涵与实现方法。通过评述网联自动驾驶编队技术研究现状，总结该领域未来研究方向，旨在为研究者掌握该方向发展脉络提供参考。

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基于改进DQN算法的无人仓多AGV路径规划

谢勇, 郑绥君, 程念胜, 朱洪君

2024, 27 (1): 36-44,53. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.220247

摘要 ( 282 )

HTML ( 260 )

PDF(1469KB) ( 386 )

针对无人仓中多AGV路径规划与冲突问题，以最小化总行程时间为目标，建立多AGV路径规划模型，提出一种基于动态决策的改进DQN算法。算法设计了基于单AGV静态路径规划的经验知识模型，指导AGV的学习探索方向，提前规避冲突与障碍物，加快算法收敛。同时提出基于总行程时间最短的冲突消解策略，从根本上解决多AGV路径冲突与死锁问题。最后，建立无人仓栅格地图进行仿真实验。结果表明，本文提出的模型和算法较其他DQN算法收敛速度提升13.3%，平均损失值降低26.3%。这说明该模型和算法有利于规避和化解无人仓多AGV路径规划冲突，减少多AGV总行程时间，对提高无人仓作业效率具有重要指导意义。

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基于CPM的多模式资源约束项目调度建模与复杂度分析

张利平, 高拯, 陈志敏, 唐秋华, 夏源

2024, 27 (1): 45-53. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.230006

摘要 ( 222 )

HTML ( 424 )

PDF(574KB) ( 287 )

为有效降低多模式资源约束项目调度模型的复杂度和解空间，构建3类混合整数线性规划模型。运用紧上界T_TUB缩减时间序列T的上界和关键路径法缩减各项活动结束时间的上下界，以降低模型复杂度和解空间。为验证改进模型的有效性，从MRCPSP标杆案例库中选取1106组规模不等的算例进行求解。结果表明，基于CPM的多模式资源约束项目调度模型解空间更小；决策变量同比缩小3 ~ 65倍，约束数同比缩小1 ~ 4倍；平均求解时间同比减少53% ~ 112%，求解性能显著优于其他模型。为验证紧上界T_TUB的参数α性能，1106组算例结果表明，α越接近1，模型的复杂度越低，解空间越小。但随着算例规模增加，算例可行解探寻难度增加。因此，对大规模算例，α值应适当放宽。

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卡片导航平衡控制系统性能仿真研究

刘建军, 苏意芬, 廖志华, 陈庆新

2024, 27 (1): 54-64. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.220030

摘要 ( 224 )

HTML ( 406 )

PDF(719KB) ( 245 )

为了减少装配作业车间内因物料齐套产生的等待浪费，使具有装配约束的关联零件加工进度得到有效协同，设计一类卡片导航平衡控制系统 (control of balance by card-based navigation，COBACABANA)。其基于两类卡片循环回路实现任务投放与作业分派的可视化进度协同控制逻辑。本文详细介绍系统的运行机制和系统控制参量，通过构建一般化的装配作业车间仿真模型，探讨在不同装配关联度下各控制参量的性能变化。实验结果表明，COBACABANA系统性能良好，并且选择合适的控制参量就能够有效提升关联零件的进度协同性。

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分时电价下任务调度–人员排班组合问题的代理模型求解研究

赖信君, 黄金晓, 刘艺涵, 张恪, 毛宁, 陈庆新

2024, 27 (1): 65-77. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.220235

摘要 ( 222 )

HTML ( 373 )

PDF(1033KB) ( 283 )

在分时电价背景下，制造成本和人力成本往往难以取得平衡：晚上电价较低但人员加班费较高，白天人员时薪较低而电价却较高。若将两个问题联合建模，则规模较大，不易求解。在实际应用中，较多采用先进行任务调度，再对人员排班的分阶段建模求解方法，但该求解思路难以保证得到较低成本的解。针对这一问题，提出一种代理模型的方法，以GA算法生成两个子问题的多组较优可行解作为训练样本，利用BP神经网络、深度学习及宽度学习系统分别拟合组合问题的代理模型，并采用BFGS法寻优。随着工件与工序数目的增加，本文所提供的自适应采样算法能有效解决维数灾问题。算例结果表明，新方法能得到明显优于利用遗传算法分阶段求解得到的结果，能为企业节省高达11.91%的电费与人力总成本。

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基于深度强化学习的柔性作业车间节能调度研究

张中伟, 李艺, 高增恩, 武照云

2024, 27 (1): 78-85,103. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.230101

摘要 ( 355 )

HTML ( 157 )

PDF(1462KB) ( 388 )

针对当前柔性作业车间节能调度研究无法充分利用历史生产数据，且对复杂、动态、多变的车间生产环境适应性不足的问题，引入深度强化学习思想，利用具有代表性的深度Q网络（deep Q-network, DQN）求解柔性作业车间节能调度问题。将柔性作业车间节能调度问题转化为强化学习对应的马尔科夫决策过程。进而，提炼表征车间生产状态特征的状态值作为神经网络输入，通过神经网络拟合状态值函数，输出复合调度动作规则实现对工件以及加工机器的选择，并利用动作规则与奖励函数协同优化能耗。在3个不同规模的案例上与非支配排序遗传算法、超启发式遗传算法、改进狼群算法等典型智能优化方法进行求解效果对比。结果表明，DQN算法有较强的搜索能力，且最优解分布情况与提出的柔性作业车间节能调度模型聚焦能耗目标相一致，从而验证了所用DQN方法的有效性。

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基于小波分解和ARIMA-GARCH-GRU组合模型的制造业PMI预测

陆文星, 任环宇, 梁昌勇, 李克卿

2024, 27 (1): 86-95,127. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.220145

摘要 ( 249 )

HTML ( 186 )

PDF(1230KB) ( 265 )

制造业采购经理人指数 (PMI) 是反映国家经济运行情况的重要指标，而传统预测模型对该类时序数据预测精度不高。针对制造业PMI指数的非线性、波动性和数据量少的特点，提出一种基于一维离散小波变换进行数据预处理的组合模型。时序数据经过小波变换，由整合移动平均自回归–广义自回归条件异方差模型 (ARIMA-GARCH) 处理稳态低频数据，门控循环单元 (GRU) 处理波动性强的高频数据，将各频段预测结果进行融合得到最终预测结果。为验证模型有效性，选取一定数据量的PMI指数进行实验。结果表明，与其他常见模型对比，本文构建的组合模型具有较好的预测精度与性能，平均绝对误差 (MAE) 、均方根误差 (RMSE) 、平均绝对百分比误差 (MAPE) 分别达到0.003 29、 0.004 162、0.65%。

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随机离散事件系统基于动态观测的安全诊断研究

刘富春, 周鹏

2024, 27 (1): 96-103. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.220064

摘要 ( 232 )

HTML ( 553 )

PDF(1067KB) ( 255 )

现有随机离散事件系统研究大都是假设事件的可观测性是固定不变的，而许多实际应用系统中事件的可观测性往往与系统所处的状态有关。为此，本文提出一种动态观测下随机离散事件系统安全可诊断方法。引入一种动态观测，使每一个状态都有各自独立的可观事件；对动态观测下随机离散事件系统安全可诊断性进行形式化；推导出一个基于安全诊断器的动态观测下随机离散事件系统安全可诊断性的充分必要条件，实现动态观测下随机离散事件系统的故障安全诊断。

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随机用户均衡准动态交通分配模型

赵传林, 齐琪, 贺少松, 孙阳琪

2024, 27 (1): 104-111. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.230035

摘要 ( 215 )

HTML ( 219 )

PDF(808KB) ( 296 )

动态交通分配问题是交通科学研究的热点和难点，将动态交通分配方法应用于大规模网络往往产生过高的计算成本。通过研究准动态交通分配问题，降低动态交通分配中时间的连续性和动态交通分配模型的复杂性。采用路段行程时间计算公式定义一种新的剩余交通需求计算方法；然后考虑剩余交通需求在时段之间的传播过程和出行者对路网的熟悉程度差异，建立基于Logit的随机用户均衡准动态交通分配模型，基于逐次平均法设计模型的求解算法。最后通过Braess网络和九节点网络说明模型的应用情况，并分析模型参数的敏感度，验证模型的合理性与算法的有效性。本研究丰富了交通科学基础理论，为交通政策的制定提供参考依据。

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风险规避下考虑碳期货的工程机械再制造企业生产决策研究

陈伟达, 钱婷婷

2024, 27 (1): 112-119,136. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.230049

摘要 ( 193 )

HTML ( 489 )

PDF(1039KB) ( 300 )

在碳限额与交易政策下，研究碳期货对风险规避型工程机械再制造企业生产决策的影响。分别构建无碳期货情形和考虑碳期货情形下风险规避型再制造企业的生产决策模型；利用Kuhn-Tucker条件对模型求解，比较两种情形下的最优解；通过算例分析碳期货和风险规避系数对产量、企业效用、消费者剩余和碳排放总量的影响。研究表明，在企业风险规避程度较高情形下，引入碳期货总是会增加新品产量和总产量，而再制品产量，在完全再制造策略下随之增加，部分再制造策略下随之减少。此外，企业风险规避程度较高时，考虑碳期货情形下的企业效用、消费者剩余和碳排放总量均高于不考虑碳期货情形。

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考虑退货的供应链订货策略偏好研究

官振中, 王怡文, 康怀飞

2024, 27 (1): 120-127. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.220090

摘要 ( 227 )

HTML ( 347 )

PDF(867KB) ( 279 )

为了研究允许顾客退货时，回购和补货两种订货策略下的供应链决策问题，构建由制造商、零售商和顾客组成的三级供应链；分析顾客退货行为增加库存风险的情况下，回购策略和补货策略对供应链各方利润的影响；以最大化自身利润为目标，研究供应链上下游成员在两种策略中的最佳选择，得出不同主体的订货策略偏好。通过数值算例验证理论推导的结果。研究表明，当退货率大于某个阈值时，供应链偏好补货策略，否则，偏好回购策略；给定退货率和回购价格，当收益共享系数超过某个阈值时，零售商偏好补货策略，否则，偏好回购策略；为使零售商和制造商偏好相同的订货策略，需要关注退货率并给出合适的收益共享系数。

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模仿产品竞争威胁下供应链独家采购合作研究

刘达, 赵旭东, 王晟嫣

2024, 27 (1): 128-136. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.230090

摘要 ( 188 )

HTML ( 12 )

PDF(1150KB) ( 260 )

为了探究模仿产品竞争背景下品牌制造商与零售商能否达成独家采购合作，构建原创品牌制造商、模仿者和零售商三方组成的两阶段Stackelberg博弈模型；对比了零售商引入模仿产品对其自身及品牌商利润的影响；求解了品牌商折扣让利情形下品牌商与零售商达成独家采购合作的边界条件。研究结果表明：1）不考虑品牌商的折扣让利时，零售商引入模仿产品总是会提升自身利润，降低品牌商利润，但是品牌商的创新产品需求量会逆势增加；2）当零售商担任博弈领导者时，如果品牌商愿意给予零售商一定批发价格折扣，品牌商与零售商都能从独家采购合作中实现帕累托改进，该折扣水平阈值与模仿产品质量、品牌商忠实消费者比例相关；3）品牌商担任博弈领导者时，品牌商与零售商并不能从独家采购合作中实现帕累托改进。

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政府奖惩机制下港口危化品物流监管的三方演化博弈研究

李煜, 王腾飞, 周欢, 刘景森

2024, 27 (1): 137-144,154. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.230012

摘要 ( 213 )

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PDF(1613KB) ( 262 )

为解决物流监管中企业向第三方专业机构寻租、政府监管缺失等问题，构建港口物流企业、第三方专业机构和港口行政管理部门的三方演化博弈模型，通过求解与数值仿真，揭示物流监管中演化均衡规律。研究表明，港口行政管理部门设定的奖惩机制必须符合对各方的奖励与惩罚之和大于各自投机收益的条件，才能使策略组合 (合规运营、拒绝寻租、宽松监管) 成为演化稳定策略；增大奖励与惩罚力度均有利于企业合规运营和第三方专业机构拒绝寻租策略的实施，但港政部门的监管意愿随着奖励力度的增大而减小，且随着奖励力度的增大其效果减弱；提升企业的信誉收益，增加寻租成本及政府失职受到的问责也有助于促进企业向合规运营方向的演化。

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“双碳”目标下政企及第三方检测机构三方演化博弈分析

刘琦铀, 徐禧洛, 张成科

2024, 27 (1): 145-154. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.220211

摘要 ( 209 )

HTML ( 16 )

PDF(1688KB) ( 281 )

针对政府低碳规制下，制造商与第三方机构合谋寻租，导致市面上“伪绿色产品”频现等问题，构建由政府监管部门、制造商和第三方检测机构组成的三方参与主体演化博弈模型。在此基础上，探讨各参与主体演化博弈稳定策略组合及实现条件。通过数值仿真分析，阐明制造商寻租及投机成本、生产高绿色和低绿色产品成本差值、第三方检测机构寻租成本及收益、政府监管部门对制造商及第三方机构的奖惩力度等因素对三方参与主体策略选择及系统优化稳定性的影响，以期为“双碳”目标下政府激励与监管政策制定提供参考。

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共享制造环境下基于Z-RIM的QoS多方异质评价方法

刘明明, 袁琦, 禹春霞

2024, 27 (1): 155-164. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.220174

摘要 ( 190 )

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PDF(1096KB) ( 235 )

为解决共享制造环境下决策信息异质、候选服务数量动态变化的制造服务QoS评价问题，基于平台、服务需求方、服务提供方的三方决策信息，提出一种符合共享制造特点的QoS多方异质制造服务评价方法。通过精确数、语言变量和Z-number处理异质信息；基于共识最大化计算决策方权重向量，利用TrFWAA算子集结多方信息，依据离差最大化模型计算属性权重；在此基础上，采用RIM对各服务进行评估。结合共享制造环境下的制造业服务优选案例对提出的方法进行验证分析，结果表明该方法具有较好的实用性和优越性。

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