飞机移动装配线柔性资源多模式多项目协同调度建模与优化研究

This research project proposes to study three interlinked resource constrained project scheduling problems arising from the designing and operational decisions for aircraft assembly move line. After analyzing the influence relationships among the skill designating decisions for multi-skill resources, the operating mode choices for multi-mode tasks and the scheduling of tasks and resources, the research proposes to study the modeling and optimizing methods for single project scheduling problem with certain complicated characteristics. In order to satisfy the decision requirements in a tact assembly process, the research proposes to study a modeling method for multi-project cyclically scheduling problem. Furthermore, it also proposes to study a resource investment project scheduling problem with the cycle time constraint so as to be able to acquire the optimized resource configurations of an assembly line according to various market demand rates. At the same time, it also proposes to design the meta-heuristic and iterative search algorithms respectively based on variable- or problem- decomposition frameworks to solve the above complicated problems. The research is considered to extend the existing scheduling theory at the dimensions of modeling aspects and methodology. Meanwhile, it provides as well the key support for the operational decisions commonly met in industry for tact assembly line with sharing resources.

本项目从飞机移动装配线的设计与运作决策背景出发，提出了三个相互关联的项目调度问题。分析与引入资源技能选择、作业模式选择决策和作业调度计划、资源分配计划之间的影响关系，研究具有复杂特征的单项目调度问题的建模与优化方法。针对节拍式装配过程调度决策需求，提出并研究具有周期性调度要求的多项目协同调度问题的建模方法。在此基础上，研究具有节拍约束的资源投入型项目调度问题，以实现不同外部需求下装配线线上资源的优化配置。同时，对于上述复杂问题的优化求解，提出并研究基于分层的元启发式搜索算法或基于问题最优性分解的循环迭代搜索算法。以上研究在建模对象和建模方法等方面都是对现有调度理论的进一步扩展与深入，具有理论创新意义，同时也为实际生产中普遍存在的一类节拍式资源共享型装配生产过程调度的科学决策提供核心支撑。

本项目以飞机移动装配线为对象，从设计与运作决策两个层次分别对飞机移动装配线作业调度问题及与之关联的资源投入问题的建模与优化方法进行了研究。在设计决策层，分析了装配生产系统资源多技能、作业多模式以及生产过程不确定因素对作业调度的影响，构建了具有正则目标的单架飞机项目调度问题的确定性和不确定性优化模型，并通过引入人员排班与物料配送因素，对模型进行了扩展。进一步，从移动装配过程周期性调度需求出发，将项目拆分纳入决策框架，提出了移动装配线并行装配的多架飞机协同调度的建模方法，并建立了基于项目拆分决策的多项目调度集成决策数学模型。此外，结合装配线物料配送要求，构建了飞机移动装配线物料配送与线边存储联合决策模型。在运作决策层，在满足给定需求节拍下，结合飞机装配生产特征，建立了单架飞机装配资源投入型项目调度问题的数学模型。同时，通过构建项目拆分决策与生产节拍的关联关系，提出了资源投入型多项目调度集成决策数学模型。对于上述单架飞机装配调度模型，以元启发式算法框架为基础，通过改进现有解码算法，针对性地设计了模型求解的优化算法；对于多架飞机装配集成调度模型，提出并构建了双层闭环式循环迭代搜索算法。上述所有模型与算法在项目研究中均进行了数值实验验证。.综上所述，项目研究引入了飞机移动装配生产系统的主要特征，通过在调度建模框架中耦合项目拆分决策，在设计与运作决策两个层次上提出了移动装配线多项目协同调度的建模方法与模型求解算法，形成了较为完整的基于模型驱动的定量化决策支撑技术。项目的研究成果可应用于飞机移动装配线等一类节拍式资源共享型装配生产系统的相关决策。