在全球经济一体化的背景下,随着通用型工厂的优化以及同构生产线的整合,分布式制造已逐渐发展成为一种常见的制造模式。分布式制造可以使集团对下属多个企业或工厂的资源进行合理配置、优化组合及共享,统筹多个工厂建立协作关系,在低成本和低风险环境下采用分工和协作方式快速实现产品的高效生产。车间调度作为生产活动的重要环节,在分布式制造系统中占据着举足轻重的地位。不同于传统的单车间调度,分布式车间调度不仅需要考虑加工任务特性和生产约束的关联性,还需要考虑全局调度和各分布式工厂局部调度的耦合性,其求解过程更为复杂。因此,根据分布式制造特性构建调度优化模型,设计有效的优化方法,对推动分布式制造的调度理论研究具有重要意义。分布式车间调度问题有时优化单一生产目标,有时则需兼顾优化现代企业和国民宏观经济发展目标(如节能减排等环保政策);有时决策空间仅受单一约束限制,有时则需要同时满足多个约束;有时调度环境是静态的,有时则受不确定因素的干扰。随着问题规模的扩大,在多项式时间内较难获得最优解。因此,开展分布式车间的调度研究具有较高的挑战性。本文以分布式阻塞流水制造为研究背景,设计了相应的分布式生产调度体系架构,围绕分布式阻塞流水车间静态调度、绿色调度和动态调度三个方面展开了深入研究,分别构建了静态调度、绿色调度和动态调度问题的数学模型,并基于不同问题特性提出了三类元启发式算法。最后,搭建了分布式阻塞流水车间调度原型系统,对理论研究进行了系统实现和应用验证。本文主要研究工作如下:(1)分析了一般流水阻塞车间调度问题特性,引入分布式制造概念,对分布式生产调度业务流程进行了分析。在此基础上,进一步研究了分布式阻塞流水车间调度业务的关键决策点,设计了面向分布式流水制造的生产调度体系架构,提出了云-边缘结合的生产调度管控模式。(2)研究了静态环境下分布式阻塞流水车间调度问题,在分析了分布式流水制造模式特点的基础上,以完工时间为优化目标,构建了调度问题的整数规划模型,提出了离散果蝇优化算法(Discrete fruit fly optimization algorithm,DFOA)。首先,针对阻塞流水约束特性,提出了三类种群初始化方法;在嗅觉搜索阶段,设计了四类有向邻域搜索算子,以扩大算法的搜索空间;随后,提出了包含两类插入式局部搜索的变邻域下降搜索框架;在视觉搜索阶段,改进了种群更新策略,确保算法的快速收敛。最后,在基准测例上验证了DFOA的有效性和优越性。(3)同时从生产效率和节能角度出发,研究了分布式阻塞流水车间绿色多目标调度问题,分析了加工周期和能耗的冲突关系,提出了基于Pareto理论的多目标分布估计算法(Multi-objective estimation of distribution algorithm,MOEDA)。首先,建立了基于贝叶斯网络的离散概率模型,通过概率模型更新加工排序;随后,设计了两类加工速度调整算子,改进了一类工件插入策略,实现了算法调整工件排序时工序加工速度的自适应调整,加速种群向Pareto前沿逼近。最后,通过对比实验验证了MOEDA对Pareto前沿的覆盖和逼近性能。(4)考虑了事件驱动的分布式制造模式,以机器故障为背景,研究了分布式阻塞流水车间动态调度问题。设计了故障模拟与修复机制,提出了面向分布式阻塞流水车间的动态调度策略,以完工时间和系统稳定性为优化目标,构建了分布式阻塞流水车间干扰管理模型,针对重调度工件设计了基于差分进化思想的离散Memetic算法(Discrete Memetic algorithm based on differential evolution,DMA)。首先,设计了基于工件权重位置的种群初始化策略;随后,引入差分进化思想对重调度的目标空间进行邻域搜索;之后,提出了基于工件块的随机参考局部搜索策略,避免算法陷入局部最优。最后,通过对比实验验证了重调度算法的有效性和优越性。(5)结合分布式阻塞流水车间生产调度体系架构,开发了云-边缘结合的调度原型系统,实现了调度算法在云端的部署和集团调度业务的运行。随后,在某技术密集型企业搭建了边缘侧调度控制平台,以多品种、小规模和定制化产品为应用对象,对动态调度策略和DMA重调度算法的有效性进行了实例验证。该论文有图77张,表24个,参考文献186个。