發(fā)布時間：2020-10-16 14:55

　　 日益突出的資源壓力與環(huán)境問題使壽命終期產品再生利用成為研究的熱點,而有效的再生決策與拆卸規(guī)劃是確保產品再生有效實施的重要前提。如今,泛在信息技術(如物聯(lián)網、智能傳感、射頻識別等)使產品全生命周期的信息追蹤與閉環(huán)供應鏈的信息共享成為可能,也為提高再生管理的效益提供潛在機遇。然而,如何利用獲取的多維信息來優(yōu)化再生管理決策仍是一個挑戰(zhàn),并缺乏完整而綜合的方法體系。本文旨在彌補該不足,提出解決該問題系統(tǒng)的優(yōu)化模型與方法,為實現(xiàn)壽終產品高效、柔性、智能的再生管理提供理論基礎與方法支持。本文采用理論研究建模、數(shù)值仿真實驗、案例應用分析等方法,開展了以下研究工作:研究了泛在信息支持下零部件再生決策問題,提出質量驅動的再生決策新模型。分別設計廢舊零部件群體和個體的質量狀態(tài)評價方法,對群體質量評價,使用模糊邏輯模型集成產品全生命周期數(shù)據(jù),形成綜合質量指數(shù);對個體質量評價,將基于比例風險模型的條件剩余使用壽命分布估計與再生效益分析相結合,進而以剩余壽命分布為測度,提出質量驅動的再生決策模型與方法,并研究了質量評價不確定性和決策者風險偏好的影響。研究了泛在信息支持下壽終產品可再生性能評價與優(yōu)選問題,提出兩類新問題和新方法,即不同品種再生產品集評價與優(yōu)選問題、同品種產品多模塊組合再生優(yōu)選問題。針對前者,設計了綜合模糊成本收益分析、多準則定性評價與目標規(guī)劃的混合決策模型,為該問題求解提供通用的評價框架和方法;針對后者,采用多準則交互分析與多目標優(yōu)化相結合的方法,建立考慮組合再生效應和模塊質量狀態(tài)的二次優(yōu)化模型,并設計一種動態(tài)災變進化算法,有效實現(xiàn)再生模塊和再生方案的同步優(yōu)選。研究了泛在信息支持下產品拆卸規(guī)劃與零部件再生方案選擇的集成決策問題,設計了高效求解該問題的新方法,實現(xiàn)根據(jù)零部件質量狀態(tài)同步求解產品拆卸序列、拆卸程度和零部件再生方案�？紤]再生方案與拆卸規(guī)劃兩個子問題相互影響,建立了面向產品再制造和零部件拆解再生的集成決策模型。設計了一種改進型共生進化算法,實現(xiàn)兩個子問題的同步求解。在該算法中,提出多目標逆推和局部拓撲排序相結合的可行解生成方法,實現(xiàn)隨機生成的再生方案與拆卸序列的匹配,通過內共生進化的并行搜索機制、精英局部加強搜索和全局擾動,提高求解效率和質量。通過不同決策情景和產品案例的數(shù)值實驗,驗證了本算法的有效性和優(yōu)越性。研究了面向可持續(xù)制造的產品再制造與拆解再生權衡決策問題,提出泛在信息支持下質量與需求聯(lián)合驅動的權衡決策新模型。以實現(xiàn)產品再生的經濟、環(huán)境以及社會可持續(xù)性能綜合優(yōu)化為目標,針對無需求約束和有需求約束兩種情況,分別建立權衡決策多目標優(yōu)化模型。對無需求約束模型,采用非支配排序遺傳算法求解最優(yōu)的產品再生策略、零部件再生方案以及拆卸方案;對有需求約束模型,設計了雙種群協(xié)同進化算法,增加再生產量的求解和分析。以汽車發(fā)動機模型為案例,探討無需求約束下,質量、成本和再生品價格變化對再生策略及其可持續(xù)性能的影響,以及有需求約束下,再生品需求波動對其可持續(xù)性能和最優(yōu)產量的影響。最后,以典型電子產品拆解再生和機械裝備再生利用規(guī)劃為例,研究本文所提模型和方法的案例應用。提出多層結構產品的集成決策模型,對廢舊電表的精細拆解序列、拆解程度和元器件再生方案進行了優(yōu)化分析,并探討了不同拆解需求以及工藝成本波動對拆解收益和最優(yōu)方案的影響;研究汽車總裝升降機再生利用問題,對不同退役階段進行再生策略的戰(zhàn)術規(guī)劃,為該裝備的壽命終期管理提供了核心方法和決策依據(jù)。
【學位單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：X705
【部分圖文】：

泛在信息支持下壽終產品的再生決策與拆卸規(guī)劃方法研究全球化公司從再生產業(yè)中受益，如寶馬、福特等知名汽車制造商大多建有自有品牌的廢舊汽車回收、拆解與再生基地，IBM 的筆記本電腦可以通過回收進行零部件拆解再利用或整機再制造，還有富士施樂 Xerox 的打印機再制造、康明斯的發(fā)動機再制造、卡特彼勒的工程機械再制造等，這些原始制造商在 EOL 產品回收再生業(yè)務方面的成功實踐也帶動了一大批第三方再生商的業(yè)務發(fā)展。從公眾層面看，消費者的綠色環(huán)保意識增強，也為再生產品及零部件的市場開發(fā)提供了基礎。圖 1.1 給出了汽車與柴油機拆解再生的情景[7]。

圖 1. 2 閉環(huán)可持續(xù)制造系統(tǒng)框架（3）泛在信息技術為 EOL 產品再生管理提供有力的技術支撐與發(fā)展機遇信息瓶頸是影響產品再生大規(guī)模開展的重要障礙之一。由于產品離開制造廠商、銷售到客戶手中后（“后制造環(huán)節(jié)”）的信息流中斷與缺失以及閉環(huán)供應鏈中不同廠商信息共享不足，使EOL 產品及其回收再生業(yè)務具有較高不確定性，表現(xiàn)在產品的壽終質量、產品回收的數(shù)量與周期、客戶需求的數(shù)量、再生方案與工藝路徑等諸多方面[12-13]。產品再生業(yè)務要實現(xiàn)經濟收益、環(huán)境保護與社會效益等多方面可持續(xù)地發(fā)展，需要綜合考慮產品壽終狀態(tài)、市場需求、企業(yè)資源和能力等，因此需要產品全生命周期不同階段、來源和性質的信息支持。表 1.1 列舉了部分EOL 管理的信息需求，這些信息可以分為靜態(tài)信息、動態(tài)信息和外部信息[14]。靜態(tài)信息往往提供產品的基本信息，如規(guī)格描述、材料清單等；動態(tài)信息是減少 EOL 產品再生不確定性的關鍵，如獲知產品使用和維護信息可以為進一步分析產品的壽終狀態(tài)提供支持；產品的外部信息主要是影響再生決策的法律政策、市場價格、客戶評價與偏好、供需情況、再制造能力、環(huán)境影響等相關信息。再生管理所需信息的缺失將使產品再生過程難以實現(xiàn)決策與信息系統(tǒng)的協(xié)同，增加了產品再生的難度和不確定性，降低了產品再生的工藝效率與再生收益[15]。

南京航空航天大學博士學位論文的無線通信，實現(xiàn)泛在的產品生命周期管理與價值創(chuàng)造，支持 EOL 階段的規(guī)劃與管理[26]。此外，還有很多研究涉及了信息技術驅動的產品再生管理系統(tǒng)以支持數(shù)據(jù)采集、存儲、處理、交互與決策支持[15-16, 27-28]。上述泛在信息支持可由第三方服務商采用并不昂貴的技術來實現(xiàn)，這為中小企業(yè)和第三方再生商提供了經濟可行的支撐方案，也增加了該技術體系的應用推廣價值[29]�；诜涸谛畔⒓夹g的發(fā)展，諸多先進的制造模式和理念（智能制造、泛在制造、云制造等先進制造模式）也為 EOL 產品再生業(yè)務提供了潛在的系統(tǒng)化解決方案[30-34]，這些新制造模式融合了現(xiàn)有的信息化制造技術與云計算、物聯(lián)網、服務計算等技術，更加智慧地集成制造全生命周期的各類活動。以云制造模式為例，再生企業(yè)可以部署私有云實現(xiàn)自有產品的全生命周期管理，也可以同銷售商、維護商、再生商等合作，圍繞共同的逆向物流業(yè)務部署團體云，強化信息共享與 EOL 管理，還可以通過公有云平臺以最小的成本獲得其他標準化組織、研究機構，檢測中心、咨詢機構等的信息資源和服務。

本文編號：2843405