制造物联网驱动的“生产-物流”系统ALC多尺度联动决策方法

The new Industry 4.0 strategy defines the automatic interaction mode among production sub-systems,requiring the high-level system to make adaptive in-process decision based on the real-time dynamics captured by IoT enablements and maintain the whole system in an optimally operated status.The well-coordination between production and logistics sub-systems could significantly optimize the cost and efficiency of a production system, and therefore, how to realize the dynamic coordination toward the randomly configured system of multiple production/logistics sub-systems have been regarded as the key challenging issues. The main issues include the coordination of the independent decision mechanisms, the integration of heterogeous decision parameters, and the coupling of autonomous decision models. This project will put forward a quantitative multi-scale decision enabling framework for the dynamic coordination of production logistics systems, within which the ALC (Augmented Lagrange Coordination) method which owns open coordination structure and multi-level coupling models will be extended to support the multi-scale modelling, relaxation of strong coupling, and two-cycle recursive solution among the decision sub-systems. Three kinds of typical production-logistics coordination modes will be focused, including the fixed production plan mode, sharing transportation mode, and capacitated warehouse mode. This work will produce a scientific research approach to study the dynamic in-process corrdination and automatic decision control mechanisms for the large-scale collborative production logistics operations.

最新的工业4.0战略要求生产系统支持物联网环境下多单元间的自主交互与联动决策，实现系统整体的智能化优态运行。其中，生产与物流单元的实时协同可使生产效率大幅提升，而如何对实时数据驱动下高频重组的异构子系统进行"多类决策机制的衔接、多维决策参数的融合和多级决策模型的耦合"，实现动态生产系统的多尺度联动决策成为关键挑战。本项目针对制造物联网使能的"生产-物流"系统，研究其多尺度联动决策机制及信息支撑框架，并将支持开放式决策结构及多级函数耦合的ALC增广拉格朗日协调方法从多尺度关联建模、强耦合松弛化分解、两层递归协调策略等方面，扩展为具有严格收敛性的多尺度联动决策协调方法。着重针对有/无企业层协调的情况研究中心化和分布式ALC新方法，解决固定生产计划拉动、固定配送频率带动、及有限仓库容量约束等三类"生产-物流"联动决策问题，为大型生产系统在线协同运作机理和自主决策控制方法提供科学的研究框架与手段。

小批量及定制化生产模式下，由随机性订单、服务性资源、动态性合作等因素所引发的高度动态性使得传统以各单元独立决策为核心的生产物流系统管控方式不再适用。工业4.0战略要求生产物流系统支持物联网环境下多单元间的自主交互与联动决策，引导生产物流系统不断调整执行计划和配置结构以适应性的方式将生产系统保持在动态条件下的最优运行状态。其中，生产与物流单元的实时协同可使生产物流系统管控效率大幅提升。因此，如何在实时数据驱动下实现生产物流系统的多尺度动态联动决策成为了重要挑战。.本项目着力研究制造物联网驱动下的生产物流系统多尺度联动决策方法。根据生产物流系统在处理订单时所经历的生命周期，将生产物流系统多尺度联动决策研究体系分为三部分。首先是结构配置层，研究其多尺度联动决策机制及信息支撑框架；再是动态联动层，着重针对有/无企业层协调的情况研究中心化和分布式 ALC 新方法；最后是操作执行层，解决固定生产计划拉动、固定配送频率带动、及有限仓库容量约束等三类“生产-物流”联动决策问题。.本研究系统性的形成以“结构配置-动态联动-操作执行”为核心的生产物流系统多层面融合与关联机制，不仅将生产物流系统优化问题的研究层面从“粗粒度的静态集成优化”提升为“精益化的动态联动优化”，也将制造物联网的研究层面从“局部数据可视化应用”的初级阶段向“整体系统的智能化运作”的高级阶段推动。项目不仅为从事制造物联网技术的研究人员提供了一种以多尺度思维处理、集成生产物流数据并提升其效用、价值的有效理论框架，也为研究大型生产系统在线协同运作机理和自主决策控制方法的学者们提供了科学的思路和方法。研究内容顺应社会、经济发展的需求而产生，所针对物联网大数据驱动下的生产物流系统互联互通、智能决策问题，也完全符合我国提出的工业化和信息化深度融合的理念。因此，所产生的研究成果也将具有广阔的应用前景。