一、面临的重大管理问题

智能制造是物联网、云计算、人工智能等新信息技术赋能下的第四次工业革命（德国称为工业4.0）下的制造新范式，而服务型制造则是智能制造中重要的业务模式。近十多年来，世界各国都高度重视智能制造及服务型制造，把智能制造作为振兴本国制造业的重要战略。2015年我国提出“中国制造2025”，十九大五中全会把制造强国建设作为我国强国建设的重大战略，而智能制造及服务型制造对于我国强国建设意义重大。

对于企业而言，智能制造和服务型制造是企业实现高质量发展的重要途径，是企业向产业价值链高端转型重要驱动力。然而，随着全球化市场的竞争越来越激烈，客户需求个性化程度越来越高，企业生产模式逐渐从大批量制造模式向多品种小批量的制造模式转变，从面向库存生产向面向订单生产转变，从单工厂的生产向网络化生产转变，从销售产品向提供产品与服务系统转变。这些转变对企业生产与服务运作管理方法提出了更高的要求，传统的针对稳定产品大规模生产的集中式和确定性的生产计划和调度方法不再适用，需要考虑企业在向智能制造互联、多维度集成、系统时变、定制需求及服务化等新特征，提出新的运作管理理论方法，解决制造资源自组织与可重构、大规模复杂制造网络协同化生产计划、制造与服务一体化（制造服务化）、自适应与前瞻性生产调度控制等关键问题。

二、解决问题的思路与方法

本团队瞄准智能制造及制造服务化国际前沿，对接国家制造强国建设重大需求，瞄准企业在向智能制造与服务型制造转型过程中面临的主要问题，从面向定制化的智能制造的系统可重构与生产调度控制方法、大规模复杂制造系统智能调度控制方法、面向服务型制造的智能制造产品与服务优化配置方法、制造与服务一体化优化管控方法四个方面展开了研究。

（1）面向定制化的智能制造的系统可重构与生产调度控制方法

智能制造面临的一大挑战是高度动态变化的市场需求，其极端情况是定制化制造，导致制造系统高度动态变化故而呈现时变系统特征（系统子系统及相互联系因时而变）。本团队提出了基于变结构面向对象的Petri网的时变制造系统建模方法，对系统进行形式化建模，以支撑定制产品的生产调度控制；并进一步提出了基于虚拟生产系统的制造资源敏捷重构及自适应调度控制方法，实现面向定制化产品的制造资源敏捷重构，以适应的定制化预期的系统变化和不确定性。

（2）大规模复杂制造系统智能调度控制方法

大规模复杂制造系统具有机器多、设备昂贵、多个子系统耦合、制造过程复杂、多产品混线生产等特征，其调度控制十分困难。为此，本团队首先提出了基于系统分解与协调的大规模复杂制造系统智能调度方法，将整体系统分解为若干相互关联的子系统，对于小规模的子系统分布式快速求解，获得局部优化；同时建立多个子系统的协调机制，协调多个子系统的求解，实现全局优化。其次，提出了基于动态瓶颈的大规模复杂系统优化调度方法，为大规模复杂智能制造调度问题求解提出了新的有效解决方案。

（3）面向服务型制造的智能制造产品与服务优化配置方法

服务型制造模式下，如何针对不同的产品类型、产品市场、客户使用产品使用方式和行为，配置不同的服务，至关重要。为此，本团队考虑客户主观感知带来的服务效用不确定性以及客户对价格变化的敏感性与差异性等特点，通过引入交叉效用来刻画客户行为的随机性。然后，以最大化客户满意度期望值以及总销售利润为目标，将各类模块特征、相容性和相斥性关系、需求满足程度均衡等作为约束，建立多目标混合整数随机规划模型，并通过设计可行性检验和加速策略，提出了基于约束转换的有效求解算法。

（4）制造与服务一体化优化管控方法

服务型制造企业不仅要管理产品制造环节，还需要管理下游服务环节，实现两者一体化运营管理挑战巨大。为此，本团队提出了产品与服务需求预测新方法，以考虑产品与服务耦合特征，为一体化运营管理提供依据；基于库存管理与排队论，提出了考虑客户顾客体验（不耐烦引起的不下单及退单行为）制造服务系统马尔科夫链模型，提出服务补充能力与库存协同控制优化方法，设计了分支定界结合最速下降搜索算法对该问题进行求解，解决了制造决策和服务能力决策的协同优化问题；采样合同设计理论，提出了服务型制造融合物流与服务流的混合供应链上生产与服务协同优化方法，实现物流与服务流的协同。

三、推广和应用效果

围绕上述理论研究内容，出版专著2部，发表论文60余篇，其中包括Production and Operations Management等国际顶尖期刊和重要期刊论文20篇，学术成果得国内外同行高度评价。同时，本团队先后与上海集优机械股份有限公司、辽宁三三工业有限公司、华荣科技股份有限公司和苏州百得胜智能家居有限公司等行业龙头企业开展应用研究。具体的，针对部分企业定制化制造对于产品服务的需要，提出相适应的服务型制造模式及面向产品的产品服务系统创新；提出了产品定制服务+制造的生产与服务集成化运营管控解决方案；设计了产品制造+再制造+租赁服务的面向使用的产品服务系统和产品制造+再制造+施工服务的面向结果的产品服务系统等服务型制造模式，并提出了制造与服务一体化管控方法，使得企业的制造、再制造及租赁和施工服务有机衔接。以上工作为这些企业向智能制造与服务型制造转型，提升制造系统生产调度控制管理水平，创新与优化服务模式，对制造和服务进行一体化管理，增加了企业的盈利空间，提升了顾客需求响应和服务能力，提高了生产效率，产生了显著的经济和社会效益。