工业工程

面向多目标优化的航空发动机装配特征选择

陆文灏, 柯勇伟, 郭永强, 司书宾

2024, 27 (4): 1-8. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.240227

摘要 ( 1205 )

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PDF(798KB) ( 167 )

由于航空发动机装配工艺和试车工艺的复杂性，收集到的航空发动机装配数据的装配特征非常庞大，严重干扰了对航空发动机装配质量的准确预测，如何选择航空发动机装配的关键质量特征实现质量预测成为极具挑战性的问题。因此，针对航空发动机装配特征选择难题，本文提出面向多目标优化的航空发动机装配数据的两阶段特征选择方法。明确特征选择的优化目标，在第1阶段，基于最大相关最小冗余算法的相关特征选择过程，计算装配特征与试车指标的互信息值，筛选出与试车指标相关性最大的相关特征，并剔除有干扰影响的冗余特征。在第2阶段，通过引入种群初始化策略和自适应遗传算子，提出基于改进的二代非支配排序遗传算法的关键质量特征选择过程，得到航空发动机装配的关键质量特征子集的帕累托前沿。实验表明，本文所提出的两阶段特征选择方法比传统的方法有更好的适用性和有效性，实现了对航空发动机装配特征选择，提高了对航空发动机装配质量的预测准确率。

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基于基尼的深度解卷积方法在机械装备故障诊断中的应用研究

石惠芳, 苗永浩, 夏雨

2024, 27 (4): 9-18. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.240076

摘要 ( 1482 )

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PDF(2032KB) ( 70 )

解卷积方法是机械装备故障诊断的有力工具，但传统研究仍属于浅层特征提取，难以处理极低信噪比情况。针对此问题，在传统解卷积理论的基础上引入特征学习思想，提出一种基于基尼指数(Gini index, GI)的稀疏特征深度解卷积方法(GI-based sparse deep deconvolution, GI-SDD)进行机械装备早期故障诊断。采用频带均分策略初始化输入层滤波器，为后续解卷提供方向。以能够表征机械故障稀疏特征的GI作为损失函数，指导深度网络进行训练。基于广义的特征向量法(eigenvector algorithm, EVA)执行权重优化，进而对微弱故障特征进行逐层学习。利用相关系数和包络谱峭度(envelope kurtosis, EK)准则联合评价故障信息，降维输出最为显著的故障分量。经仿真分析及试验验证，所提方法对背景噪声具有强鲁棒性，故障特征得到显著加强，其EK值相较于传统MED和MGID结果分别提升163.43%和187.11%。

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智能手机组装线质量-可靠性耦合建模与评估方法

罗毅, 张定, 刘强

2024, 27 (4): 19-28. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.230056

摘要 ( 878 )

HTML ( 26 )

PDF(1415KB) ( 202 )

为研究多装配阶段因素因果关联致使产线良率传导与形成的机理，以实验室手机组装数字孪生产线为原型测试平台，围绕该平台锁螺丝、点胶两大工艺段良率问题，从因果关联关系出发，提出智能手机组装工艺过程产品质量-设备可靠性耦合建模方法，构建考虑多阶段因果要素关联的动态贝叶斯网络 (dynamic Bayesian network, DBN) 模型，并进行影响最终良率形成的溯因分析与重要度评价。所提方法的可用性和有效性在手机组装数字孪生产线上获得了测试和验证，所提方法可为产线良率损失阻隔机制、产线预防性维护决策提供性能评估支撑。

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考虑设备保护的租赁制造系统生产决策与收益调整激励机制

李亚平, 吴尽, 程宇虹, 陶良彦, 刘思峰

2024, 27 (4): 29-38,101. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.240066

摘要 ( 1046 )

HTML ( 183 )

PDF(834KB) ( 79 )

针对租赁设备合作生产过程中可能会出现承租方滥用设备的现象，提出一种考虑设备保护的租赁制造系统生产决策模型与收益调整激励机制，以形成租赁制造的最优生产策略。从设备保护的角度出发，构建考虑承租方对租赁设备使用率和保护程度的优化模型，以租赁制造系统总收益最大化为目标，确定设备保护的努力程度、设备使用率以及维护后设备状态与如新状态偏差度，即租赁制造系统的最优生产策略。提出一套收益调整激励机制，运用补偿金对合作双方的收益进行调整，并令双方独立决策的最优策略与系统最优策略相同，得到最佳补偿金系数，从而确定收益调整方案。案例研究表明，系统决策模型存在使得总收益最大的最优努力程度和预防维护程度，且系统决策下的最大总收益总是高于独立决策下的最大总收益，提升承租方对设备保护的努力程度和出租方对设备的预防程度，可以减少租赁设备平均故障次数。

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考虑拆卸结构的动车组系统动态机会维修策略

权海锐, 王红, 何勇, 高纪宁

2024, 27 (4): 39-47. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.240014

摘要 ( 1730 )

HTML ( 13 )

PDF(846KB) ( 56 )

为研究拆卸结构对动车组系统维修计划的影响，运用拆卸混合图模型分析单部件最优拆卸序列。并基于效费比分析方法选择多级维修方式，计算考虑拆卸成本和安装调试成本的部件最优可靠度阈值。在此基础上，引入机会维修理念，针对系统内多部件维修前拆卸序列规划问题，提出多拆卸目标序列优化方法，建立考虑可靠度价值浪费的动态机会维修策略模型。算例分析表明，动态机会维修策略相较于传统顺序预防性维修策略，通过归并维修时机，停机次数减少16次，有效减少因预防性维修和拆卸时间冗长造成的停机成本损耗，且维修总成本节省16.6%，满足维修部门对经济性的要求，为动车组系统考虑复杂相关性的维修策略研究提供理论支持。

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实物互联网环境下考虑供应中断的易腐品低碳生产–路径协同优化研究

赵鹏云, 戢守峰, 刘红玉, 戢媛媛

2024, 27 (4): 48-59. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.240206

摘要 ( 60 )

HTML ( 13 )

PDF(1198KB) ( 73 )

针对易腐品供应网络易受意外中断影响而造成设施能力和运输距离不确定性问题，探讨了具有全球开放和共享特征的实物互联网 (physical internet, PI) 环境下易腐品低碳生产–路径协同优化策略。PI作为一种相互连接、共享和适应性强的创新物流系统，在增强易腐品供应网络弹性和减少碳足迹方面具有巨大潜力。基于易腐品的特殊性和PI的特征，构建基于情景的两阶段随机规划模型。为了求解模型，设计集成情景生成与缩减和改进Benders分解的混合求解方法。最后，以辽宁供销安邦海得食品供应网络为背景进行算例分析，验证了模型的可行性和算法的有效性。敏感性分析结果表明，PI在减少碳足迹和增强供应链弹性方面具有显著优势。此外，本文还对碳排放交易机制、设施能力损失、运输距离增加以及产品生命周期的影响进行全面分析。本研究丰富了易腐品供应网络中低碳生产与路径协同优化的理论基础，也为物流企业应对不确定性和追求碳中和目标提供重要的理论指导。

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基于区块链和消费者敏感的农业供应链融资上链决策研究

刘琦铀, 林丽婷, 张成科

2024, 27 (4): 60-69. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.230207

摘要 ( 54 )

HTML ( 19 )

PDF(956KB) ( 30 )

为解决绿色农业供应链发展面临的生产端资金短缺、消费端食品安全顾虑等问题，将消费者农产品质量和信息搜索成本敏感系数等引入农业供应链融资上链决策中，分别构建电商采用、不采用区块链技术下，农户通过供应链内部、外部融资4种不同情境组合下的博弈模型；通过理论推导和实证仿真分析，探讨农产品质量敏感系数、农产品质量信息搜索成本敏感系数、上链与融资成本等参数对农户融资模式选择和电商上链决策的影响。研究发现，在电商不同上链决策下，当农户外部融资利率大于电商资金机会成本时，内部融资优于外部融资；反之，外部融资优于内部融资。在农户不同融资模式下，当电商上链净收益大于零时，上链为电商最优决策；当上链净收益为负，且上链所节省融资成本不足以抵消该负收益时，不上链为最优决策。

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基于订单农业的农产品供应链帮扶策略研究

冯春, 颜菁, 何征, 冯宇杰

2024, 27 (4): 70-81. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.230082

摘要 ( 66 )

HTML ( 27 )

PDF(1131KB) ( 62 )

为了研究政府及零售商的农产品供应链帮扶决策，考虑政府生产性补贴和零售商投入的扶贫努力，建立3种订单农业帮扶模型，包括政府补贴模型 (GS模型)、零售商扶贫模型 (RH模型)、政府与零售商联合帮扶模型 (GR模型)。通过对3种模型中各主体利润关系及利润增量的对比分析，得到政府及零售商的最优帮扶决策。结果表明，政府仅为高成本农户提供生产性补贴之后，零售商有必要为其投入扶贫努力；零售商为所有农户投入扶贫努力之后，政府有必要再提供生产性补贴。零售商的扶贫助农计划可以始终惠及所有农户，而在消费者强敏感市场下，政府后期提供补贴可以惠及所有农户。此外，在消费者弱敏感市场下需要政府先补贴，零售商后投入扶贫努力；在消费者强敏感市场下需要零售商先投入扶贫努力，然后政府再补贴。

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考虑混合补贴和消费者敏感的生鲜农产品供应链定价决策

梁喜, 魏玉莲

2024, 27 (4): 82-92. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.220250

摘要 ( 59 )

HTML ( 26 )

PDF(1050KB) ( 71 )

在单个供应商和单个电商构成的生鲜农产品供应链系统中，引入消费者敏感系数、政府保鲜技术补贴额和电商绿色研发补贴率等参数，运用Stackelberg博弈对比分析了政府保鲜技术补贴、电商绿色研发补贴、混合补贴对供应链决策的影响。研究表明，在3种模式下，增加消费者对新鲜度或绿色度的敏感度有利于提高供应链成员利润和社会福利；在适度的消费者绿色度敏感下，政府或电商提供的补贴都有利于提升社会福利，且混合补贴最有利；混合补贴下的供应商投入保鲜努力、产品绿色度、产品需求以及供应商利润最高；在适度的电商绿色研发补贴率下，混合补贴对生鲜电商最有利，若绿色研发补贴率过高，则单一政府补贴更有利。

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联合创新视角下的绿色供应链双重治理策略研究

高鹏, 王志华

2024, 27 (4): 93-101. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.230119

摘要 ( 43 )

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PDF(858KB) ( 54 )

为探究不同环境规制政策之间的协同效应，最大程度提升供应链企业绿色创新，利用博弈论和决策优化方法，从联合创新视角研究政府补贴和碳减排规制这两种治理策略下绿色供应链的市场绩效及社会绿色绩效。考虑单位绿色产品的碳减排约束，引入K-T条件建立并求解制造商单独创新 (IM) 以及联合创新 (UG) 下的政府补贴模型，并对结果进行对比分析。研究发现，只有当碳减排约束超过某一阈值时，双重治理策略才能形成，否则仅补贴策略有效。相比于单补贴策略，双重治理策略能实现更高的单位产品碳减排水平，有利于增加绿色产品的市场需求，但不利于提升制造商的经济利润，也不利于发挥联合创新模式的优势。两种治理策略在提高消费者剩余和社会总福利方面存在正向协同效应，在实现联合创新社会价值方面则呈负向协同。

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应对不信任问题的“公司+农户”供应链策略性决策研究

魏光兴, 潘媛媛

2024, 27 (4): 102-111,131. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.230064

摘要 ( 69 )

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PDF(1128KB) ( 25 )

“公司+农户”是提高农产品供应链运作效率的一种重要模式，但是其中存在不信任问题，农户不会完全相信公司传递的市场信息。构建供应链博弈模型，研究应对农户不信任的公司信息传递和农户产能安排决策，分析农户不信任对供应链决策和农户利润等的影响。研究发现：1)农户不信任促使公司策略性地传递市场信息，如果公司比农户看好市场行情会传递缩小的信息，反之，会传递夸大的信息；2)农户会策略性地调节产能计划，如果公司比农户看好市场行情会扩大产能计划，反之，会缩小；3)公司的策略性信息传递和农户的策略性产能调节能够应对农户不信任对公司利润和农户产能安排的不利影响，但是农户不信任必然会引起农户利润偏差，使农户实际所得利润总是低于预期利润。

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机场地面服务资源滚动时域调度方法

陈庆新, 陈光劲, 徐国宁, 余龙水

2024, 27 (4): 112-120. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.220256

摘要 ( 1281 )

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PDF(818KB) ( 62 )

为了应对航班随机到达对机场地面服务资源调度的影响，针对问题的特点设计了一种滚动时域调度方法 (rolling horizon scheduling method，RHSM)。先按时间轴将原问题分解为一系列子问题，再以最小化航班延误总成本和同类资源负荷均衡为目标，构建项目-资源分级调度的数学模型，对每轮滚动时域内的子问题进行调度，最后由各个子问题的解构成原问题的近似解。这样就把复杂问题分解为若干小问题逐个求解，保证了资源调度的实时性。以广州白云国际机场某天3个不同规模的数据: 01:00－02:00、15:00－16:00及13:00－21:00，验证该方法的性能。实验结果表明，RHSM能够应对航班到达时间的随机性，并且相较于时间窗解耦调度方法，在01:00－02:00小规模数据中，当求解总时长相同时，选择合适参数的RHSM可降低36.79%航班延误总成本；在15:00－16:00和13:00－21:00的中、大规模数据中，RHSM具有较快的求解速度和较小的计算机内存空间。因此所提方法是具有可行性的，有助于机场地面服务提质增效。

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考虑道路受阻的森林火灾应急资源联合调度优化研究

吴鹏, 王路兵, 储诚斌

2024, 27 (4): 121-131. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.230136

摘要 ( 623 )

HTML ( 12 )

PDF(1472KB) ( 53 )

针对森林火灾发生后可能存在的交通路网受阻情况，探讨一类新的森林火灾应急资源联合调度优化策略，构建了兼顾资源受限和道路受阻的森林火灾应急资源联合调度的混合整数线性规划模型。为减少森林火灾造成的资源损失，优化目标设定为最小化消防救援时间，并且根据问题特性设计两种编码方式的改进人工蜂群算法。最后，通过典型实例和随机仿真算例进行实验验证。实验结果表明：1) 对于实际案例和中小规模仿真案例，采用商业求解器CPLEX求解模型，能够在5 min内获得最优的消防救援方案；2) 对于大规模森林火灾，提出的改进人工蜂群算法求解性能优于商业求解器CPLEX，只需10 s就能够获得更高质量的消防救援方案，可为道路受阻下的森林火灾应急救援团队提供有效的消防救援方案。

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考虑未来运营收益的自动驾驶出租车充放电协同路径规划

曾伟良, 韩宇, 傅惠

2024, 27 (4): 132-140,149. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.230095

摘要 ( 564 )

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PDF(1571KB) ( 119 )

现有的出租车调度模型通常只优化实时成本而忽视当前路径规划对未来运营收益的影响，这不利于自动驾驶环境下的连续调度。为此，本文提出一个专注于长期收益的路径规划模型，并利用强化学习将预估的未来运营收益整合到实时调度问题中。模型的具体求解方法是先利用神经网络来拟合车辆的不同时空状态的状态价值函数，再通过双神经网络和经验池的方式加快算法收敛。深圳路网仿真实验表明，所提出的调度模型能够预先精准地调度车队，服务更多乘客，获得更大的运营收益；并且模型能够利用分时电价的峰谷特征和电动汽车入网 (vehicle to grid, V2G) 技术进行充放电，从而降低车队的能耗成本。相较于其他调度模型，该模型在长期运营中实现乘客匹配服务率增加4%，总收益提高25%，能耗成本节省50%以及乘客等待时间降低20%。

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多水源灌溉系统的管网布置与管径协同优化研究

李妍峰, 陈赛玥

2024, 27 (4): 141-149. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.220255

摘要 ( 703 )

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PDF(861KB) ( 66 )

基于多水源灌溉系统，考虑系统水资源分配并确定管网拓扑结构与连接管道尺寸，以最小化系统流量分配成本和管道安装成本之和为目标函数建立混合整数规划模型。设计一种混合启发式算法将局部搜索与精确算法结合，协同优化管网布置与管网设计两个阶段，分析各节点之间的连接情况与连接管径，并为需水节点分配流量。通过不同规模的测试算例验证协同优化算法能有效降低多水源灌溉系统的建设成本。

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考虑模糊工序工期的重复性项目时间费用权衡优化

邹鑫, 陈丹昊, 张立辉

2024, 27 (4): 150-160,170. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.230104

摘要 ( 1055 )

HTML ( 15 )

PDF(1221KB) ( 36 )

为了减少不确定性对项目业绩目标的影响，提高进度计划的鲁棒性，研究模糊工序工期下的重复性项目离散时间费用权衡问题。通过模糊风险度量，建立考虑决策者风险偏好的模糊机会约束规划模型，目标是确定所有工序的最优执行模式 (即模式列表)，从而在满足事先设定的工期延误和费用超支风险水平条件下最小化项目预算。提出模式列表已知条件下，计算模糊总工期和模糊总费用隶属度函数的正向递归过程，并据此设计搜索最优模式列表的基于电磁机制的改进遗传算法 (GA-EM)。利用一个实际工程案例验证算法的有效性，并通过数值实验分析算法的计算性能。结果表明，GA-EM能够给出满足给定工期延误和费用超支风险水平的模糊进度计划，预算的平均和最大百分比误差分别不大于0.096%和0.239%。

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一种适用于平面智能仓库改造的PBS系统研究

于丽娜, 蔡卓杰, 林洁, 于靖

2024, 27 (4): 161-170. doi: 10.3969/j.issn.1007-7375.230112

摘要 ( 766 )

HTML ( 21 )

PDF(1182KB) ( 77 )

针对传统平面库房空间利用率低下、自动立体仓库 (AS/RS) 改造成本高等问题，研究了适用于平面仓库改造的基于拼图的存储系统 (puzzle-based storage system，PBS系统)，在保证拣选效率的同时最大限度地提高仓库空间利用率。针对PBS系统检索过程复杂的问题特征，提出一种基于有用点的对角线最优拣货路径算法。该算法根据货物所在位置使用有用点移动策略提高计算效率，以减少系统拣货移动次数、缩短作业时间。研究结果表明，该方法可以在毫秒级别实现单货物、单空位、任意货位的最短时间取货。通过对比其他算法，发现该算法在求解效率的优越性和拣选步数最优的稳定性方面具有明显优势。通过分析实际应用案例，验证了基于PBS系统改造后的平面库房空间利用率上涨 100%，具有实际应用价值。

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