东北大学 流程工业生产过程管理与决策

“985工程”流程工业综合自动化科技创新平台学术方向建设《项目指南》（第一批）学术方向：流程工业生产过程管理与决策责任教授：汪定伟流程工业综合自动化科技创新平台二ΟΟ六年五月二十八日一、引言钢铁、石油化工和有色冶金等流程工业是国民经济的支柱行业。

流程工业综合自动化的实现对于提高这些行业的核心竞争力有着十分重大的意义。

生产管理与经营决策是综合自动化的一个核心内容。

“管理与决策”将设备级的底层自动化系统与企业面临的产品、原料两个市场联系起来，使企业成为一个“资源配置合理、物料流动有序，生产井井有条”有机的整体，在整个综合自动化中起着“提纲挈领”的作用。

近年来，随着知识经济和信息技术的发展，流程工业的管理与决策的研究中出现了一些新的研究方向。

绿色制造、知识工程、供应链管理、物流优化等新的管理理念都在流程工业的管理与决策的研究中出现。

为了支持这些新的研究方向，促进流程工业的科技创新，经广大科研人员反复讨论，提出了本方向支持的主要研究领域，并凝炼出7具体的科学问题作为首批资助的建议课题。

这些课题围绕流程企业的核心业务，覆盖了逆向物流系统、供应链控制策略、知识协同管理、产品数据管理、钢铁物流优化、动态生产调度、设备大修调度等多个研究领域。

但是，这些课题显然还不能完全覆盖本方向主要支持的各个研究领域，本方向将在以后的资助计划中支持剩余领域的研究课题。

通过这些课题的支持，势必能够促进管理与决策方向的科技创新，为解决流程工业企业的实际问题奠定理论基础，并培养出一批有很高学术造诣的，理论联系实际的优秀科技创新人才。

二、研究方向支持的主要领域本方向主要支持以下研究领域的科学问题及与其紧密相关的问题的研究：1）流程工业的“绿色制造”理论、管理方法；逆向制造与逆向物流的管理；工业污染的控制与治理的策略，以及其它相关问题的研究；2）流程工业的供应链管理，物流控制策略，原料采购，产品发运，生产存储管理，物流优化，基于射频识别技术（RFID）的物流管理等问题的研究；3）流程工业中的生产计划与调度的模型与方法，包括间歇式生产计划，动态调度与重调度，钢铁生产一体化调度等问题的建模与优化方法的研究；4）流程工业的产品生命周期管理（PLM），生产工艺与设计资源的管理的研究；5）流程工业的质量管理、质量监控与统计分析、产品质量功能展开、质量管理系统等问题和方法的研究；6）流程工业中的知识工程，包括数据挖掘、知识发现、知识协同等方法的研究；7）流程工业中项目管理问题，包括工厂扩建、技术改造、设备大修等项目的管理与优化调度方法的研究；8）流程工业中的突发事件，包括突发性自然灾害、人为破坏、重大事故等的救援预案和救援过程的管理及其信息支持技术的研究；9）与以上研究领域的工作紧密相关的理论方法的研究，如QFD方法、大规模领域搜索技术、动态进化计算、案例推理技术、企业绩效评价的路论与方法等。

三、研究方向建设的总体目标本研究方向建设的总体目标是：针对流程工业管理与决策的科技创新需要，培养一支高水平的研究队伍，创造一批高质量的研究成果，发表一批有影响的学术论文。

具体建设指标1）人才建设方面：国家杰出青年科学基金获得者4人、教育部新世纪人才4人、博士研究生50人、硕士研究生80人；2）科研获奖方面：国家自然科学奖1项、省部级自然科学奖4项、其它科研奖励10项；3）科研项目方面：国家自然科学基金重点项目2项、国家自然科学基金青年和面上项目8项，973计划、863计划和国家科技攻关计划项目2项，流程工业企业应用项目20项；4）学术论文方面：国际杂志论文24篇，国内杂志论文80篇，论文被SCI收录24篇，EI收录40篇，出版学术专著或教材5部。

四、建议课题课题1：流程工业动态调度的进化计算方法的研究1.1 研究目的与意义：本课题的研究目的是以流程工业中的动态调度问题为背景，采用国际上90年代末兴起的动态环境下的进化计算方法为主要理论，研究流程工业动态调度中的关键理论问题和计算方法，使研究成果达到国际前沿水平，为动态调度优化提供理论支持和计算工具。

进化计算方法在许多优化问题中获得了广泛的应用，但由于在种群进化中耗费时间较长，往往难于应用于动态优化问题。

近年来，国际上对动态环境下的进化计算的研究已经成为一个新的热点。

其基本思想是，如何利用种群的多样性和记忆能力，使得当环境变化时能够部分使用原有的进化信息，而不用完全初始化种群，从而大大节省进化计算的时间。

目前，国际上重要的有关进化计算的会议中都列有动态进化计算的谈论专题，并有一大批相关学术论文发表，但是国内这方面的研究还基本上是一片空白。

流程制造业主要特点是生产的连续性和时变性，这就对生产调度的实时性要求很高，即所谓的动态调度问题。

比如，化工企业的间歇式生产调度问题，钢铁工业中的炼钢计划，浇次计划，连铸调度，轧制计划等调度问题中，紧急订单的到达，炉况的变化，轧辊的变形，温度的变化，事故的发生，等等，都不可避免的带来调度方案不得不经常调整，即所谓的重调度（Rescheduling）问题，本质上就是动态调度问题。

由于重调度问题的复杂性和实时性，目前大多是凭人的经验来修正，或是用启发式方法来解决。

这种做法显然是不能适应流程工业管理现代化的需要。

本项研究的目的就是要针对流程工业动态调度问题的需要，运用并研究国际上新兴的动态进化计算的理论，设计开发解决多个典型动态调度问题的动态进化算法。

这项研究不仅能为我国流程工业计划调度的科学化提供关键技术，同时也能为填补我国在动态进化计算方法的学术研究相对滞后留下的空白。

预期目标：（1）在科学研究上，重点研究流程工业动态调度的动态进化计算方法的关键理论与技术，争取在国内一级杂志上发表6篇学术论文，全部EI检索；在国际权威杂志上发表4 篇学术论文，全部SCI检索。

（2）在技术开发上，与工业界进行合作开发一套实验性动态调度软件系统，为提高流程工业管理信息化和决策科学化水平提供解决方案。

（3）在人才培养上，凝集和培养一批具有创新精神与合作精神的优秀青年教师，形成年龄和素质结构更趋合理、团结进取的教学和科研梯队。

培养一批基础理论扎实、科研能力强的创新型硕士(4名)和博士人才(4名)。

1.2 主要研究内容动态进化计算的理论研究近年来是国际学术界十分活跃和具有挑战性的研究领域之一。

需要进一步研究以下理论问题：（1）动态进化计算中，测试环境变化，增加种群多样性的方法研究；（2）针对周期变化环境，引入记忆策略，调用保留信息的方法研究；（3）针对环境变化的超级变异和随机迁徙策略的组合运用方法的研究；（4）采用原－对偶策略的动态遗传算法（PDGA）和动态粒子群优化（PDPSO）方法的研究；（5）新的适应动态环境的计算策略的设计和开发，标准动态测试问题的验算和比较研究；（6）以宝钢炉况变化下的炼钢计划的重调度问题为背景研究问题求解的动态进化计算方法；（7）以宝钢轧辊变化和紧急订单到达下的轧制计划的重调度问题为背景研究问题求解的动态进化计算方法；（8）基于动态进化计算方法的实验性动态调度软件的设计与开发。

1.3 研究期限：3年（2005/01-2007/12）1.4 拟支持经费：20万元课题2：铁水物流优化调度研究2.1 研究目的与意义：本课题的研究目的是以钢铁生产中的铁水运输为背景，研究流程制造业实时运输调度中的关键理论问题，使研究成果达到国际前沿水平，为铁水运输编制实时调度提供理论支持。

流程制造业主要特点是物流以连续生产为主，对生产调度的实时性要求较高。

运输是物流管理中的一个关键环节，有效的运输调度对于提高物流工作效率有着重要的意义，能够为生产工序之间的物料传送得到运输上的保障。

在钢铁企业，高炉产生的铁水在炼钢之前，需要经过铁水预处理阶段进行脱磷和脱硫工序。

铁水调度的主要任务是根据生产过程机实时监视的物流和设备状态等信息，确定铁水的工艺路线和在各工序的时间表。

当一炉新的铁水需要出炉或铁水在运输过程中，下游生产线上的个别设备出现故障时，由于铁水是高温液态的，其停留、运输和等待都将引起温降，当温降超过容忍程度时，将严重影响最终钢的质量，因此产生铁水运输调度的时间有严格的限制，这是一个典型的实时调度问题。

铁水运输调度实时性要求高，如果只凭调度员的经验来编制作业调度，不但产生调度的时间长，而且调度的方案也不能保证其科学性，使铁水产生的温降增加，从而增加能耗和成本。

随着信息和网络技术的发展，流程制造业的过程计算机能够实时跟踪和管理生产物流信息，如何利用实时信息科学地编制生产调度成为调度领域的一个新的研究方向。

预期目标：1）在科学研究上，重点研究铁水运输实时调度方面的关键理论与技术，争取在国内一级杂志上发表3篇学术论文，全部EI检索；在国际权威杂志上发表2 篇学术论文，全部SCI检索;2）在技术开发上，与工业界进行合作开发一套实时调度软件系统，为提高企业管理信息化和决策科学化水平提供解决方案，从而有助于企业优化运行，提高企业竞争力，为国家经济建设作贡献;3）在人才培养上，凝集和培养一批具有创新精神与合作精神的优秀青年教师，形成年龄和素质结构更趋合理、团结进取的教学和科研梯队。

培养一批基础理论扎实、科研能力强的创新型硕士(6名)和博士人才(3名)。

2.2 主要研究内容实时调度的理论研究近年来是国际学术界十分活跃和具有挑战性的研究领域之一。

需要进一步研究以下理论问题：（1）带有工件截止日期和调度截止日期双重约束的硬实时调度问题研究；（2）带有时间窗口的软实时调度问题研究；（3）约束符合（CSP）搜索与软计算方法（Soft-computing）的融合技术的渐进迭代策略求解非模型化的实时调度问题的研究；（4）以宝钢铁水生产工艺为背景研究铁水运输实时调度中的若干关键问题；（5）基于优化算法的铁水实时运输调度仿真系统实施中的关键技术。

2.3 研究期限：3年（2005/01-2007/12）2.4 拟支持经费：10万元课题3：产品数据、流程和资源管理技术3.1研究目的与意义：产品数据定义了产品的成份和内在关联，是流程企业和离散企业经营生产的依据。

信息技术和制造技术的结合极大促进了制造业的发展，也提出了许多挑战性问题。

描述产品生命周期的各个阶段的数据和它们之间的逻辑关系，可以使得企业内各个部门（甚至不同企业之间）正确理解产品的市场销售、设计、制造和服务支持等业务过程。

产品数据交换技术可以支持人们在各种应用系统和异构计算机平台之间传递和共享不同编码形式的信息。

研究产品数据、设计流程、参数控制、设计资源的管理技术，对于提高企业协同水平、综合竞争力、经营效率具有重要意义。

是相关技术领域的学术前沿课题，也是制造企业迫切需要解决的问题。

预期目标：（1）发表4篇EI检索学术论文；在国际杂志上发表3篇学术SCI检索论文；（2）开发实用软件系统一套，获得软件著作权一项；（3）获得国家发明专利一项；（4）获得省部级科技进步奖一项；（5）获得国家863计划、国家自然科学基金和国家国防基金等2项以上；（6）在国防重点型号工程应用，产生显著的效益；（7）凝集和培养一批具有创新精神与合作精神的优秀青年教师，形成年龄和素质结构更趋合理、团结进取的教学和科研梯队（10人以上）。