混流装配线生产计划智能优化方法

随着制造业竞争的不断全球化和用户需求的日益多样化，制造企业纷纷致力于以更多
的产品变化、更短的产品制造周期、更低的产品成本和更高的产品质量，抢占市场竞争的
优势高地，获取更高的用户认可度。以上目标要求企业能够快速地将新技术、新功能有效
地集成到现有系统中，高效率地组织生产过程，快速响应频繁的市场需求变化，以生产出
性价比高、功能齐全的各类产品。为此，制造企业对先进制造技术与现代管理技术的需求，
也变得越发迫切。
特别地，制造企业目前普遍利用产品结构和功能的模块化、通用化和标准化来提高产
品更新速度、缩短产品研发周期，使得在产品的装配阶段往往需要同时混线生产多种类型
的个性化定制产品，以满足客户的多样化需求，因此混流装配线在制造企业的竞争力提升
方面开始发挥越发关键的角色。从生产管理角度出发，不同产品在装配任务量和物料需求
量方面存在一定差异，使得制造企业需要合理规划混流装配线的资源配置计划和产品投产
计划等内容，在客户订单准时交付的前提下降低生产过程的各类成本。并且随着各时期内
客户订单需求的不断变化，混流装配线的生产计划内容也面临着十分复杂的动态调整需求，
对生产管理技术提出了更高的挑战。
本书以智能制造系统对外部环境的自适应需求为出发点，在概要阐述混流装配线及其
生产计划内容的基础上，归纳混流装配线中的多种生产计划方式，介绍如何利用建模、分
析、决策和执行等一系列理论方法实现混流装配线生产计划的智能优化方法体系，提升装
配制造企业对多变客户需求的适应能力，为提高企业制造水平提供有益参考。本书提出的
方法和技术，能够为广大企业、科研院所、高等院校进一步深入研究混流装配线生产计划
问题提供理论基础，同时也可为推动我国制造业的智能化发展和企业应用提供参考，对提
升我国制造业的核心竞争力具有重要意义。 
本书的研究工作得到了国家自然科学基金青年项目“单元式混流装配生产作业计划
的基因调控方法研究”（No. 51905092）、上海市青年科技英才扬帆计划“混流装配线
生产计划多层次动态调控网络优化方法研究”（No. 18YF1400800）和国家重点研发计
划子课题“大数据驱动的生产性能预测及生产策略决策方法”（No. 2018YFB1703205-03）
的资助，在此表示感谢！
本书主要面向从事制造系统特别是混流装配线调度优化方面的学者和工业界中期望寻
找有效制造系统调度方法的生产管理人员。本书也可作为机械工程、工业工程、自动化、
计算机工程、管理工程等相关专业的研究生和高年级本科生的教材和参考书。
在本书编写过程中，研究生郑鹏、刘羽、许鸿伟、朱琼等承担了不少任务，付出了大
量心血，研究生左丽玲、谭远良等也参加了部分编写工作，在此对他们一并表示感谢。本
书在编写过程中参考了大量的文献，作者在书中尽可能地标注了，有疏忽未标注的，敬请
相关作者谅解，同时表示由衷的感谢。另外，电子工业出版社的编辑也为本书的出版付出
了大量的心血，在此表示感谢！
包括柔性加工车间、混流装配线在内的智能制造系统生产计划与调度的相关理论、方
法和应用都处在迅速发展之中，已引起越来越多的研究和应用人员的关注。由于作者的水
平和能力有限，书中的错误和疏漏在所难免，欢迎广大读者批评指正。
 作 者

针对混流装配线生产计划的智能优化需求，在概要阐述混流装配线及其生产计划内容的基础上，归纳混流装配线中的多种生产计划方式，介绍如何利用建模、分析和决策等一系列理论方法实现生产计划的智能优化方法体系，提升装配制造企业对多变客户需求的适应能力，为提高企业制造水平提供有益参考。全书分为10章，第1章介绍混流装配线中的生产计划体系；第2章总结混流装配线生产计划的现有优化方法；第3章提出混流装配线生产计划智能优化体系；第5至7章分别介绍智能优化方法体系中的建模、分析与决策等问题，以及适合问题特点的相关方法；第7至9章分别介绍自进化、自组织与自重构三种生产计划方式的具体实现方法；第10章介绍面向柴油发动机企业的混流装配线生产计划智能优化原型系统。本书撰写基于理论与实践相结合的原则，注重前沿性技术在生产计划智能优化中的实用性，因此本书内容不仅能为机械工程、工业工程、自动化等智能制造相关领域的高校研究生和科研人员提供理论实践案例，同时也可为企业中的生产管理人员提供混流装配线智能化生产管理的一系列实用方法。

吕佑龙，东华大学机械工程学院讲师，硕士生导师。2010年在华中科技大学机械科学与工程学院获学士学位，2017年在上海交通大学机械与动力工程学院获博士学位。研究方向：1.大数据驱动的生产系统智能调度2.大数据驱动的产品质量智能控制学术兼职：1.中国仿真学会会员2.上海市现代设计法研究会会员

第 1 章 混流装配线生产计划 ................................................................................................. 001 
1.1 混流装配制造行业 .................................................................................................... 001 
1.2 混流装配线的主要形式 ............................................................................................ 011 
1.2.1 混流装配线布局 ............................................................................................. 011 
1.2.2 几种典型的布置形式 ..................................................................................... 014 
1.3 混流装配线生产的特点 ............................................................................................ 018 
1.4 混流装配线生产计划体系 ........................................................................................ 020 
1.4.1 生产计划体系概述 ......................................................................................... 020 
1.4.2 生产计划与控制理论的演变过程 ................................................................. 024 
1.4.3 综合生产计划 ................................................................................................. 031 
1.4.4 主生产计划 ..................................................................................................... 037 
1.4.5 生产作业计划 ................................................................................................. 044 
1.4.6 生产计划实例 ................................................................................................. 051 
1.5 本章小结 .................................................................................................................... 054 
本章参考文献 ..................................................................................................................... 054 
第 2 章 混流装配线生产计划优化方法 ................................................................................. 057 
2.1 化算法 ................................................................................................................ 057 
2.2 启发式算法 ................................................................................................................ 061 
2.2.1 粒子群算法 ..................................................................................................... 062 
2.2.2 模拟退火算法 ................................................................................................. 063 
2.2.3 遗传算法 ......................................................................................................... 066 
2.2.4 禁忌搜索算法 ................................................................................................. 068 
混流装配线生产计划智能优化方法 
VI 
2.2.5 蚁群算法 ......................................................................................................... 069 
2.3 基于规则的方法 ........................................................................................................ 071 
2.4 基于仿真的优化方法 ................................................................................................ 071 
2.4.1 基于梯度的方法 ............................................................................................. 072 
2.4.2 随机优化方法 ................................................................................................. 074 
2.4.3 响应曲面法 ..................................................................................................... 074 
2.4.4 统计方法 ......................................................................................................... 075 
2.5 人工智能方法 ............................................................................................................ 076 
2.6 本章小结 .................................................................................................................... 077 
本章参考文献 ..................................................................................................................... 078 
第 3 章 混流装配线生产计划智能优化方法 ......................................................................... 080 
3.1 工位能力重平衡的生产计划自进化方式 ................................................................ 080 
3.2 产品投产重排序的生产计划自组织方式 ................................................................ 082 
3.3 整线生产重规划的生产计划自重构方式 ................................................................ 085 
3.4 生产计划智能优化层次化体系架构 ........................................................................ 086 
3.5 模型层：生产过程建模问题 .................................................................................... 088 
3.6 分析层：生产性能分析问题 .................................................................................... 088 
3.7 决策层：生产计划方式决策问题 ............................................................................ 089 
3.8 执行层：生产计划方式实现问题 ............................................................................ 090 
3.9 本章小结 .................................................................................................................... 092 
本章参考文献 ..................................................................................................................... 092 
第 4 章 混流装配线生产过程多层次动态建模方法 ............................................................. 094 
4.1 混流装配线生产过程建模需求 ................................................................................ 094 
4.2 混流装配线生产过程建模方法的现状 .................................................................... 096 
4.3 基因调控网络对生产过程的描述 ............................................................................ 102 
4.3.1 基因调控网络 ................................................................................................. 102 
4.3.2 基因调控网络的描述体系 ............................................................................. 106 
4.4 基于基因调控网络的生产过程建模方法 ................................................................ 107 
目 录 
VII 
4.4.1 描述生产计划的基因调控网络拓扑结构 ..................................................... 109 
4.4.2 面向生产执行的基因表达过程 ..................................................................... 113 
4.4.3 表征生产性能的终表达形态 ..................................................................... 115 
4.5 应用案例 .................................................................................................................... 116 
4.6 本章小结 .................................................................................................................... 122 
本章参考文献 ..................................................................................................................... 122 
第 5 章 混流装配线生产性能数据关联分析方法 ................................................................. 125 
5.1 混流装配线生产性能分析需求 ................................................................................ 125 
5.2 混流装配线生产性能分析问题的特点 .................................................................... 126 
5.3 混流装配线生产性能分析方法的现状 .................................................................... 127 
5.4 敏感性分析方法的定量分析能力 ............................................................................ 141 
5.5 基于改进全局敏感性的性能分析方法 .................................................................... 147 
5.5.1 生产性能的分量表达式 ................................................................................. 147 
5.5.2 基于生产性能方差的敏感性系数 ................................................................. 147 
5.5.3 基于生产参数随机采样的蒙5

针对混流装配线生产计划的智能优化需求，在概要阐述混流装配线及其生产计划内容的基础上，归纳混流装配线中的多种生产计划方式，介绍如何利用建模、分析和决策等一系列理论方法实现生产计划的智能优化方法体系，提升装配制造企业对多变客户需求的适应能力，为提高企业制造水平提供有益参考。全书分为10章，第1章介绍混流装配线中的生产计划体系；第2章总结混流装配线生产计划的现有优化方法；第3章提出混流装配线生产计划智能优化体系；第5至7章分别介绍智能优化方法体系中的建模、分析与决策等问题，以及适合问题特点的相关