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需要关心哪些问题? 如何进行有效的建模? 不同的问题采取怎样的方法去求解? 这一系列问题都需要进行全面且细致的思考、 翔实而可靠的分析。 事实上，对于智能生产线虚拟重构的探索，不仅能够对现实中的生产线管理产生极为宝贵的实际价值，而且重构生产线的思路、生产线智能化 的方法论，不同问题的建模理念、处理问题的具体方法，更具有极强的迁移价值，相关的研究内容可以适用于许多除生产线之外的虚拟重构研究、 智能化管理场景，具有非凡的研究意义与理论价值。 我们切入了生产线中的产线布局与设计、生产调度、仓储管理、物流系统等环节，深入分析了每一个环节的自身特点、 重要问题；对各个环节进行了详细的概念梳理和建模，重点突出了在实际生产的过程中，各个环节所直面的核心问题；并对这些核心问题进行了探讨、分析 建模与求解，辅以具体的实践案例，有效且全面地展示了这些环节的虚拟重构和智能化管理方法。 生产线的布局与设计是整个工业生产的基础，布局与设计的好坏在很 大程度上决定了最终生产效率的高低与生产产品的优劣。生产线的布局和设计在过往是不会进行轻易更改的。但是，随着时代的飞速发展，制造业 面对的客户、产品、生产方式等都迎来了快速的变化和迭代，传统的过于固定的布局和设计方法已经不再适用于这样的生产环境，反而对生产线布局与设计的灵活性与可塑性提出了相当高的要求。所以，为了提升生产线布局和设计问题的灵活性，如何对于生产线的布局与设计进行虚拟重构，厘清生产线布局与设计中的关键问题就变得尤为重要。在本书的第一章，我们针对这一问题进行了深入的探讨，建立了生产线布局与设计的基本模型，从模型和概念上完成了重构，为可调节、可更改、具有柔性的产线布局与设计提供了理论的基础。并且，我们结合先进的大数据方法、智能优化手段，更加动态化、全局化、实时化、精细化 复杂化地聚焦研究了若干个重要的典型优化问题，对于这些问题的建模及求解进行了细致的讲解与分析。章节中还介绍了大量具有参考和启发价值的智能算法以及具体 案例。 生产调度问题通常被认为是生产线优化的核心问题，也是与生产效率 联系最为紧密的生产线决策环节。当今时代的生产调度事实上面临着一个 快速动态的、具有相当程度的随机性的决策空间。这就使得生产调度问题不再是过往的静态的、确定性的单一问题，而成为了一个涉及更加复杂的过程、更加灵活的处理方式、更高维度的评价指标的全新问题。因此，生产调度实际上成为了一个不断调整的、长期持续的发展过程。如何对这样的生产调度过程进行规划设计、安排调整就成为了驱动智能生产线发展的重大问题。在本书的第二章，我们将通过对生产调度进行虚拟重构，重塑我们对于生产调度过程的认知，将生产调度过程构造为一个更加泛化、弹性、应对性的新模型。在该模型基础之上，将过往的许多经典的生产调度问题进行重新诠释，对不同的问题特点及其影响进行了充分的分析与探讨，并结合具体的案例给出了适宜的解法，这些均可以作为生产调度虚拟重构的良好示范。 仓储管理是工业生产的重要组成部分。无论是原材料的仓储管理，还是在制品、最终产品的库存管理，都与整个生产系统的总体成本息息相关。合理的仓储管理应当做到有效地进行需求预测、结合自身具体的库存情况，制定合理的补货策略，从而高效率低成本地调节生产过程，做到需求满足与库存成本之间的良好权衡。信息管理系统的发展将仓储管理带入了数字化管理的新时代，这也为我们进行仓储管理的虚拟重构提供了良好的技术基础。而仓储管理硬件的灵活化、柔性化的趋势也为仓储管理的进一步优化提供了更多的可拓展空间。在本书的第三章，我们介绍了仓储管 理方面的库存补货、仓库布局与订单拣选等典型的库存问题，并在这些经典的问题框架之下，深入研究了单个仓库的仓储管理重构、多仓库或者无仓库的仓库管理重构问题；初步建立起了仓储管理重构的思维框架、概念模型、数学模型，介绍并提出了针对具体问题的相关算法和策略。事实上，我们对于仓储管理虚拟重构的研究和思考，已经不仅仅局限于生产线这一问题背景，也不只关注制造业的应用场景，其模型和方法是可以推广到所有供应链相关问题之上的。我们在本章节所选取的案例，覆盖了电商物流、百货仓储、共享单车、立体仓库等各方面，能为所有应用背景的仓储管理问题提供良好的借鉴。 物流系统是制造业不可忽视的关键环节，从原料流到产品流，工业生产都离不开物料的运输与传递，对物流系统进行合理的科学管理是智能化生产线的关键，这既关系到生产节拍的把控、生产效率的提高，又对整个生产线的高效协调起到穿针引线的黏合作用。现代制造物流系统日益走向机器化、无人化、灵活化；这对从更为精细的数据层面去控制物流系统提供了充足的可能性，同时也对更加成熟高效的物流系统管理方法提出了迫切的要求。在此启发和激励下，在本书的第四章，我们基于自动导引车（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＡＧＶ）这一重要工具的使用，对物流系统进行了全面的虚拟重构，详细介绍了ＡＧＶ的使用能够为物流系统带来怎样的增益，ＡＧＶ支持下的物流系统应该怎样去建模，ＡＧＶ的路由应该如何去规划，整个物流系统的设计、调度应当使用何种模型去分析，又应当使用什么样的算法和手段去求解。上述的问题一方面展示了生产线中物流系统的智能化图景，另一方面也切实地阐述了具体的技术手段（ＡＧＶ）如何合理高效地嵌入到整个物流系统之中。 除了对于上述几个环节的精细分析与刻画之外，智能生产线更是一个相互联动的有机协同的整体性概念。生产线中各个环节相互联系非常紧密，在生产决策上决不能视为一个个孤立的个体，对智能生产线的各个环节进行合理的联合优化是势在必行又顺理成章的。特别是。当我们已经完成了对各个具体环节的虚拟重构时，各个环节的联合优化也就具备了理论，研究的基础和实践应用的可能。也就是说，智能生产线的虚拟重构有助于 我们进行生产各个环节之间的联合优化，而这种联合优化本身又进一步提高了智能生产线决策过程的整体性，会使生产线的智能化更上一层楼。在本书的第五章，我们探讨并介绍了大量的联合优化问题: 工艺流程与产线 布局的联合优化、工艺流程与生产排程的联合优化、产线布局与生产排程 的联合优化、产线布局与物流调度的联合优化、生产与物流调度的联合优化、仓储库存与物流运输的联合优化以及其他的联合优化问题。这些问题或将各个生产环节进行两两联合优化，或将多个乃至整个生产过程进行联合优化。针对不同的具体问题，不同的实践案例，我们都介绍了对应的联合优化模型与求解方法。这些问题展现了虚拟重构给联合优化带来的巨大便利，以及在智能生产线虚拟重构的基础之，联合优化以及整体性优化所产生的实际价值，具有广阔的研究空间与应用前景。 申作军 ２０２３年３月

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