《Computers & Industrial Engineering》：Utilization-efficient computing strategy-enabled coordinative rescheduling approach of multi-workshop automobile manufacturing system with defective products
編輯推薦：
提出基于高效計算策略UCS的協調重調度方法，有效解決多車間汽車制造系統中缺陷產品再集成問題，并通過實際案例驗證其可行性和優越性。
楊淼|李聰波|唐穎|吳偉|黃喬治·Q.
中國重慶大學機械與車輛工程學院機械傳動國家重點實驗室，重慶400044
摘要
良好的生產流程設計對于實現汽車制造的高效率和低成本至關重要。然而，在實際生產中不可避免地會出現缺陷產品，而現有的方法無法有效支持考慮這些缺陷的協同調度。為了解決這個問題，本文提出了一種基于高效計算策略（UCS）的協同調度優化方法，用于處理含有缺陷產品的多車間汽車制造系統（MWAMS）。首先，開發了一種協同調度策略及其相應的數學模型，在該模型中，未加工和已修復汽車的重調度方案被視為決策變量。接下來，開發了一種結合了分布式和多線程計算策略優勢的UCS，以提高優化過程的計算性能。最后，通過一個實際的MWAMS案例研究驗證了所提出的方法，結果表明該協同調度方法具有可行性，并且優于現有的調度和計算策略。
引言
全球制造業目前正在經歷快速發展和變革性創新（Nti等人，2022年；張C等人，2020年）。作為制造業的重要組成部分，汽車制造業對全球技術進步和經濟發展至關重要（楊等人，2022年；楊等人，2023年）。在整個汽車生產過程中，設備磨損、機器故障和人為錯誤不可避免地會導致產品缺陷。根據零缺陷制造理論，這些問題必須得到妥善解決，以確保產品質量（Akbar等人，2024年；Psarommatis等人，2020年）。否則，可能會出現嚴重的后果，如工作站停滯和阻塞，以及整體吞吐量的顯著下降。這可能導致成本上升、交貨不穩定和問題放大，最終造成巨大的經濟損失。因此，迫切需要開發一種汽車制造的協同調度方法，以便根據不同車間之間的協作，重新定義生產流程，有效處理缺陷產品。
一般來說，汽車是通過包括焊接、噴漆和組裝在內的多個工序制造的，產品需要經過多個制造系統和中間緩沖區。每個階段的生產流程都受到上游輸出的約束，因此各制造工序之間存在強烈的相互依賴性，需要協調的調度決策。同時，汽車制造過程本身非常復雜，且容易受到不確定性的影響，這經常會導致產品缺陷。如果未正確地將修復后的缺陷汽車重新插入生產流程，將會造成巨大的利潤損失。因此，在考慮多車間汽車制造系統（MWAMS）的協調性時，重新調度正在進行的生產計劃是必不可少的。由于涉及多個制造階段，特別是當考慮到缺陷產品及其重新整合時，問題的規模會變得相當大。因此，制造商在MWAMS的生產運營中有效管理缺陷汽車面臨著重大挑戰。
針對這一問題，本文提出了一種基于高效計算策略（UCS）的協同調度方法，用于處理含有缺陷的汽車產品。首先，根據協調關系，介紹了一種針對MWAMS的協同調度策略。然后，根據所提出的策略開發了一個協同調度模型，其目標包括生產成本和序列調整。接下來，提出了一種利用多臺計算機和CPU多線程的UCS，以進一步提高優化過程的計算效率。最后，通過一個實際的MWAMS案例研究來驗證所提出的方法，結果表明該協同調度方法可行且優于現有的調度和計算策略。
第2節 相關文獻綜述
文獻綜述
為了突出本研究與其他類似主題的先驅工作之間的區別，本節進行了全面的文獻綜述。
研究空白與主要區別
根據對現有研究的回顧和分析，可以看出已經有許多努力致力于解決汽車制造業中的調度決策問題。然而，仍存在一些挑戰和研究空白，如下所述：
(1)盡管汽車制造業中的調度問題已經得到了廣泛研究，但大多數現有工作主要集中在傳統的干擾因素上，如機器故障、緊急訂單或序列偏差，而缺陷產品的問題則較少被關注。
問題陳述與協同調度策略
為了明確所考慮的問題和提出的方法，首先介紹了MWAMS的協同調度策略，特別是針對含有缺陷的汽車產品的情況。
協同調度的數學模型
由于協同調度問題可以表述為一個數學規劃問題，因此本節為考慮缺陷產品的多車間汽車制造系統開發了一個相應的模型。
編碼/解碼策略與高效計算策略
預期一種高效的優化方法能夠生成滿足生產成本和序列調整要求的適當協同調度方案。因此，本節介紹了編碼和解碼策略以及UCS。
實驗與分析
為了證明所提出的協同調度決策方法的有效性，本文以一個實際的MWAMS為例進行了驗證實驗和對比實驗。同時，還提供了基于實驗結果的分析，為實踐者提供了管理上的見解。
結論
為了減少修復缺陷汽車對成本和延誤的不利影響，本文提出了一種基于UCS的MWAMS協同調度方法。本研究的主要結論如下：
(1)提出了一種用于處理修復汽車重新插入生產流程的協同調度方法。通過協調調度，解決了如何將修復后的汽車重新整合到生產計劃中的關鍵決策問題，從而保持穩定和協調的生產過程。
創作過程中生成式AI和AI輔助技術的聲明
作者聲明在準備本作品時沒有使用任何AI或AI輔助技術。
CRediT作者貢獻聲明
楊淼：撰寫 – 審稿與編輯、初稿撰寫、驗證、軟件開發、方法論構建、概念化。李聰波：撰寫 – 審稿與編輯、監督、項目管理、方法論構建、資金獲取、概念化。唐穎：撰寫 – 審稿與編輯、監督。吳偉：撰寫 – 審稿與編輯、可視化。黃喬治·Q：監督、方法論構建。利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的財務利益沖突或個人關系可能影響本文所述的工作。
致謝
本工作部分得到了國家自然科學基金 [編號92367107]的支持。
