一种利用高效计算策略的协调重调度方法，用于具有缺陷产品的多车间汽车制造系统

《Computers & Industrial Engineering》：Utilization-efficient computing strategy-enabled coordinative rescheduling approach of multi-workshop automobile manufacturing system with defective products

提出基于高效计算策略UCS的协调重调度方法，有效解决多车间汽车制造系统中缺陷产品再集成问题，并通过实际案例验证其可行性和优越性。

　　

杨淼|李聪波|唐颖|吴伟|黄乔治·Q.

中国重庆大学机械与车辆工程学院机械传动国家重点实验室，重庆400044

摘要

良好的生产流程设计对于实现汽车制造的高效率和低成本至关重要。然而，在实际生产中不可避免地会出现缺陷产品，而现有的方法无法有效支持考虑这些缺陷的协同调度。为了解决这个问题，本文提出了一种基于高效计算策略（UCS）的协同调度优化方法，用于处理含有缺陷产品的多车间汽车制造系统（MWAMS）。首先，开发了一种协同调度策略及其相应的数学模型，在该模型中，未加工和已修复汽车的重调度方案被视为决策变量。接下来，开发了一种结合了分布式和多线程计算策略优势的UCS，以提高优化过程的计算性能。最后，通过一个实际的MWAMS案例研究验证了所提出的方法，结果表明该协同调度方法具有可行性，并且优于现有的调度和计算策略。

引言

全球制造业目前正在经历快速发展和变革性创新（Nti等人，2022年；张C等人，2020年）。作为制造业的重要组成部分，汽车制造业对全球技术进步和经济发展至关重要（杨等人，2022年；杨等人，2023年）。在整个汽车生产过程中，设备磨损、机器故障和人为错误不可避免地会导致产品缺陷。根据零缺陷制造理论，这些问题必须得到妥善解决，以确保产品质量（Akbar等人，2024年；Psarommatis等人，2020年）。否则，可能会出现严重的后果，如工作站停滞和阻塞，以及整体吞吐量的显著下降。这可能导致成本上升、交货不稳定和问题放大，最终造成巨大的经济损失。因此，迫切需要开发一种汽车制造的协同调度方法，以便根据不同车间之间的协作，重新定义生产流程，有效处理缺陷产品。

一般来说，汽车是通过包括焊接、喷漆和组装在内的多个工序制造的，产品需要经过多个制造系统和中间缓冲区。每个阶段的生产流程都受到上游输出的约束，因此各制造工序之间存在强烈的相互依赖性，需要协调的调度决策。同时，汽车制造过程本身非常复杂，且容易受到不确定性的影响，这经常会导致产品缺陷。如果未正确地将修复后的缺陷汽车重新插入生产流程，将会造成巨大的利润损失。因此，在考虑多车间汽车制造系统（MWAMS）的协调性时，重新调度正在进行的生产计划是必不可少的。由于涉及多个制造阶段，特别是当考虑到缺陷产品及其重新整合时，问题的规模会变得相当大。因此，制造商在MWAMS的生产运营中有效管理缺陷汽车面临着重大挑战。

针对这一问题，本文提出了一种基于高效计算策略（UCS）的协同调度方法，用于处理含有缺陷的汽车产品。首先，根据协调关系，介绍了一种针对MWAMS的协同调度策略。然后，根据所提出的策略开发了一个协同调度模型，其目标包括生产成本和序列调整。接下来，提出了一种利用多台计算机和CPU多线程的UCS，以进一步提高优化过程的计算效率。最后，通过一个实际的MWAMS案例研究来验证所提出的方法，结果表明该协同调度方法可行且优于现有的调度和计算策略。

第2节 相关文献综述

文献综述

为了突出本研究与其他类似主题的先驱工作之间的区别，本节进行了全面的文献综述。

研究空白与主要区别

根据对现有研究的回顾和分析，可以看出已经有许多努力致力于解决汽车制造业中的调度决策问题。然而，仍存在一些挑战和研究空白，如下所述：

(1)

尽管汽车制造业中的调度问题已经得到了广泛研究，但大多数现有工作主要集中在传统的干扰因素上，如机器故障、紧急订单或序列偏差，而缺陷产品的问题则较少被关注。

问题陈述与协同调度策略

为了明确所考虑的问题和提出的方法，首先介绍了MWAMS的协同调度策略，特别是针对含有缺陷的汽车产品的情况。

协同调度的数学模型

由于协同调度问题可以表述为一个数学规划问题，因此本节为考虑缺陷产品的多车间汽车制造系统开发了一个相应的模型。

编码/解码策略与高效计算策略

预期一种高效的优化方法能够生成满足生产成本和序列调整要求的适当协同调度方案。因此，本节介绍了编码和解码策略以及UCS。

实验与分析

为了证明所提出的协同调度决策方法的有效性，本文以一个实际的MWAMS为例进行了验证实验和对比实验。同时，还提供了基于实验结果的分析，为实践者提供了管理上的见解。

结论

为了减少修复缺陷汽车对成本和延误的不利影响，本文提出了一种基于UCS的MWAMS协同调度方法。本研究的主要结论如下：(1)

提出了一种用于处理修复汽车重新插入生产流程的协同调度方法。通过协调调度，解决了如何将修复后的汽车重新整合到生产计划中的关键决策问题，从而保持稳定和协调的生产过程。

创作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明

作者声明在准备本作品时没有使用任何AI或AI辅助技术。

CRediT作者贡献声明

杨淼：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、软件开发、方法论构建、概念化。李聪波：撰写 – 审稿与编辑、监督、项目管理、方法论构建、资金获取、概念化。唐颖：撰写 – 审稿与编辑、监督。吴伟：撰写 – 审稿与编辑、可视化。黄乔治·Q：监督、方法论构建。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作部分得到了国家自然科学基金 [编号92367107]的支持。