不确定环境下废旧产品拆解的Petri网建模及综合优化方法研究

In reality, the disassembly of products can suffer from much uncertainty. Thus the disassembly condition or disassembly depth in which the product may reach has a strongly uncertain feature. Based on the uncertainty feature and having multiple uncertain factor variables of a product disassembly process by combining with extended stochastic Petri nets and uncertain programming theory, this research establishes a research framework for the disassembly modeling and comprehensive optimization of the obsolete products under an uncertain environment. The research contents are presented as follows: (1) Main factors analysis of a disassembly process of the obsolete products and definition of disassembly evaluation parameters. (2) Establishment of a disassembly model for the obsolete products under an uncertain environment based on extended stochastic Petri nets. (3) According to different disassembly decision-making criterion by combining with the related uncertain programming theory, this work establishes typical disassembly comprehensive optimization models, and designs an intelligent algorithm integrating stochastic simulation, genetic algorithm (GA) and neural network (NN) to solve them. (4) By taking a typical automotive component as an example, and using the developed simulation platform, this project illustrates the effectiveness of proposed models and methods. This research can provide a new and effective scientific method for the uncertainty analysis of product disassembly, achieve a comprehensive optimization among disassembly time, cost and profit of a disassembly process, and help decision makers to perform optimally when a disassembly process of a used/ returned/ problematic/ obsolete product is executed.

实际废旧产品的拆解由于受到各种因素的影响，其拆解过程存在很强的不确定性。基于产品拆解过程具有不确定性的特征和存在多个不确定因素变量的物理本质，结合扩展随机Petri网和不确定规划理论，构建不确定环境下的废旧产品拆解建模及综合优化问题的研究框架。研究内容包括：（1）产品拆解的主要影响因素分析及评价参数定义。（2）基于扩展随机Petri网的不确定环境下的废旧产品拆解信息模型的构建。（3）根据拆解决策准则的不同，结合不确定规划理论，进行产品拆解综合优化模型的建立并设计融合随机模拟、神经网络和遗传算法的混合智能算法进行求解分析。（4）以典型汽车零部件产品为例，开发相应仿真平台并验证所提出理论及方法的有效性和合理性。通过上述研究为废旧产品拆解过程的不确定性分析提供新的和有效的科学方法，以达到产品拆解过程的拆解时间、拆解费用及拆解利润的综合优化，并为产品拆解的实际决策提供理论支持。

拆解可有效地实现废旧产品的回收利用,本项目围绕废旧机电产品拆解建模与优化问题进行了系统性研究，其主要研究进展为：1)在可拆解性评价指标体系方面：通过能量可拆解度等概念的提出，进一步完善了基于概率的产品可拆解性评价体系。另外，应用可信性理论，提出了废旧回收产品质量等级的界定和划分方法，为产品拆解过程的模糊评估提供了一种新的方法。2)在拆解信息模型构建方面：进行了资源拆解Petri网，随机拆解网络图和模糊“与/或”图的定义和相关信息模型的构建，为产品可拆解性设计建模提供了新的工具。3）在拆解规划方面：针对资源约束拆解优化问题，进行了以最大拆解收益为目标的单目标拆解序列优化问题研究及其最大拆解收益和最小拆解时间的多目标拆解序列优化问题研究；针对随机拆解优化问题，分别进行了以最小拆解时间、最低拆解费用和最小拆解能耗的拆解序列随机优化分析；针对模糊拆解优化问题，进行了最大拆解收益为目标的标拆解序列模糊优化问题研究。通过此，扩展了产品可拆解性设计规划理论方法体系并提升了提高产品可拆解性设计优化的智能化水平。4）在可拆解性设计与拆解线设计方面：提出了基于混合多属性决策的可拆解性设计方案优选方法，其成果进一步完善了可拆解性设计方法理论体系；针对报废汽车这一典型机电产品设计了其拆解线并在相关企业得到应用，对促进我国资源高效利用和废弃物资源化工作做出了一定的贡献；提出了再制造新型式和模式，以及再制造产品可靠性分析的理论与方法，丰富了可再制造性设计方法体系。依托青年基金项目在国内外权威学术期刊和会议上发表和录用学术论文共39篇，其中SCI论文30篇；撰写中文专著2部（其中科学出版社1部）；参编规划教材2部；申请及授权专利7项。参加国内外学术会议6次并做分组报告4次；担任6个相关领域知名国际会议的程序委员会委员并以分会场主席身份主持会议3次；获山东机械工业学会科技进步一等奖（排名第5）。