与传统生产线不同，智能生产线可以提供多维度信息，支持全设备监控，能够进行高精度管理并支持虚拟调试，这为更高效、更柔性的生产制造过程提供了可能，与此同时，也对管理理论和控制协调能力提出了更高要求。管理者需要从生产线设计、调度和管理等方面增强生产线重构能力，充分发挥智能生产线的效能空间。
针对当前智能生产线设计缺乏设计重构能力、生产线工艺流程非标准化、制造单元布局及流程不合理、任务分配系统和车间生产线响应速度慢、物流调度性能欠缺和仓储补货难以降本增效等问题，本书以智能生产线为背景，从工艺流程重构、生产线布局重构、生产调度重构、物流调度重构和仓储管理重构五项技术出发，总结国内外专著、文献，结合项目研究成果，介绍了全流程的智能生产线设计重构方法论，为智能生产线的优化重构提供一定的技术支持，同时为企业，设计人员在规划设计智能生产线时提供一定的指导和借鉴。

申作军，现任香港大学副校长，物流与供应链管理讲座教授，美国加州大学伯克利分校校长教授（Chancellor's Professor）、工业工程与运筹学系终身教授、土木与环境工程系终身教授，清华大学工业工程系卓越访问教授、清华-伯克利深圳学院环境科学与新能源技术研究中心主任，生产与运营管理学会当选主席（POMS President-Elect），美国运筹学与管理科学学会会士（INFORMS Fellow）。曾任美国运筹学与管理科学学会选址分析分会主席（the Society of LocationalAnalysis of INFORMS），美国加州大学伯克利分校工业工程与运筹学系系主任，清华大学工业工程系系主任，清华大学机械工程学院副院长。主要研究领域为集成供应链设计和管理及数据驱动决策。

第1章 生产线布局设计与重构
1.1 生产线布局设计与重构问题介绍
1.1.1 问题定义
1.1.2 概念及术语
1.1.3 问题特性概览
1.1.4 典型问题分类
1.2 生产线布局设计与重构优化模型的建立与求解方法
1.2.1 问题表示形式
1.2.2 目标函数
1.2.3 数据类型
1.2.4 建模方式
1.2.5 约束
1.2.6 求解方法
1.3 当前趋势和未来研究与应用方向
1.4 典型案例：多生产车间制造单元布局重构问题
1.4.1 问题描述
1.4.2 数学模型
1.4.3 求解方法
1.4.4 结论
第2章 生产调度重构
2.1 调度重构概述
2.1.1 概念及术语
2.1.2 理论问题和现实问题
2.1.3 突发事件
2.1.4 性能指标
2.2 车间层级重构
2.2.1 预测响应式调度
2.2.2 完全响应式调度
2.2.3 鲁棒预响应调度
2.3 系统层级重构
2.3.1 自主体系结构
2.3.2 中介体系结构
2.4 案例：多智能体调度系统
2.4.1 问题描述
2.4.2 问题建模
2.4.3 指标估计
2.4.4 方法介绍
2.4.5 动态调度单元中的多智能体系统
2.4.6 流程介绍
第3章 仓储管理重构
3.1 背景描述
3.2 仓储管理中的典型问题
3.2.1 库存补货问题
3.2.2 仓库布局与订单拣选
3.3 单个仓库的仓储管理重构
3.3.1 需求更新下的贝叶斯库存重构
3.3.2 新型仓库的布局重构
3.4 多仓库或无仓库的仓储管理重构
3.4.1 多级仓库网络的库存重构
3.4.2 共享单车的库存重构
第4章 物流系统重构
4.1 制造系统物流问题综述
4.2 制造系统应用AGV提升效率
4.2.1 AGV系统的设计
4.2.2 自动导引车的调度
4.2.3 AGV的路由和调度
4.2.4 用于吞吐量计算的分析模型
4.3 联合生产和配送问题
4.3.1 背景介绍
4.3.2 问题定义与分类
4.3.3 案例一：DWC公司的联合生产调度和配送问题
4.3.4 案例二：增材制造中的同时生产与运输问题
第5章 重构中的联合优化
5.1 工艺流程与产线布局的联合优化
5.1.1 问题介绍
5.1.2 案例：多工艺路线与车间布局联合优化
5.2 工艺流程与生产排程的联合优化
5.2.1 问题介绍
5.2.2 IPPS问题的求解策略
5.2.3 IPPS联合优化模型
5.2.4 IPPS问题的求解算法
5.2.5 案例：大型灵活工作车间的综合流程和排程调度
5.3 产线布局与生产排程的联合优化
5.3.1 问题介绍
5.3.2 案例：基于PetriNet的动态设施布局与生产排程的联合优化
5.4 产线布局与物流调度的联合优化
5.4.1 问题介绍
5.4.2 案例：设施布局和材料处理网络设计的联合优化
5.5 生产与物流调度的联合优化
5.5.1 问题介绍
5.5.2 案例：综合生产调度和车辆调度问题的总体协调问题
5.6 仓储库存与物流运输的联合优化
5.6.1 基础的IRP问题
5.6.2 随机IRP问题
5.6.3 动态随机IRP问题
5.6.4 案例：有缺货的随机库存路由问题
5.7 其他的联合优化问题
5.7.1 生产、维护、库存和质量控制之间的联合优化
5.7.2 设计、控制和调度的联合优化
5.7.3 装配、库存和运输的联合优化
总结

智能生产线虚拟重构是
一种通过计算机模拟的方式
，对生产线进行虚拟设计和
优化的工作。这种方法可以
在实际生产线建成前。通过
模拟试验和优化，预测每一
个工作环节的效果和影响，
提高生产效率和降低成本。
虚拟重构是智能化的基
础，只有将生产线的各个环
节中的重要元素进行有效的
提取，将生产线的过程进行
合理且保真的仿真建模。才
能够对生产线进行智能化的
分析，从而制定合理高效的
生产策略。智能化是虚拟重
构的目的，对于重构出的场
景，充分挖掘潜在的优化问
题，从生产效率、柔性、鲁
棒性等多角度，从工艺流程
、布局、生产排程等多场景
开展智能化的研究，利用运
筹优化的手段，解决这些实
际生产中的困难问题．并且
在虚拟场景中进行模拟和检
验，从而实现生产线的全面
智能化。
故而，智能生产线虚拟
重构不是一个简单的技术问
题，而是一个复杂艰深的建
模问题。我们应该从生产线
的各个环节进行哪些要素提
取？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。
我们切人了生产线中的
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
I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