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精益管理工程研究中心

精益管理工程研究中心主任侍乐媛教授是国家海外高层次人才引进计划(千人计划)获得者,北京大学工学院工业工程与管理系系主任,美国威斯康辛麦迪逊大学工业与系统工程系的终身教授、国际知名学者。研究领域包括大规模系统的调度及规划优化,例如供应链管理优化,调度和计划优化, 物流系统优化等。并在这方面发表了100多篇学术文章及两部专著,获得美国各政府机构和企业研究资助多达2000多万美元。

目前,精益管理工程研究中心有北京大学工学院教授2名、特聘研究员4名、博士后2名、博士研究生4名、硕士研究生10名。中心下设有物流与交通实验室、精益制造与仿真优化实验室和质量与可靠性分析实验室。


1.
物流与交通实验室

物流与交通实验室近年来主要从事两个领域的研究:航空管理领域和可靠性网络领域。

第一个领域是航空管理,其主要目标是减少航空业存在的拥堵问题,提高航空业运营效率,减少运营成本。主要研究如下两个方面。第一方面是以空域管理为出发点的航班排程优化研究,其目标是在给定空域容量的情况下,解决最优的航班日程安排,以最大限度的容纳所有航空公司的航班需求。目前的研究是利用大规模组合优化方法解决航班排程的经济性(最小航班改动、耗油量低)、鲁棒性(航班正常延误不会对系统产生巨大扰动)、和公平性(每个航空公司的改动相对公平),弥补了人工排程的不足。第二个方面是以航空公司为出发点,其目标是最合理的安排飞机的航空排程,以满足国家和国际的客机安全标准,确保客机的安全维护能够被严格实行,并使其具有一定的鲁棒性(即对航班的延误有一定的缓冲作用)。

梁哲博士的第二个研究领域是关于可靠性网络的建设,具体应用在互联网电视(IPTV)上。即在现有的互联网上构建用于IPTV的多点传输网络、决定其拓扑结构。他与ATT实验室的研究人员合作开发了支持未来IPTV的新型组合优化技术,并给出了支持美国本土IPTV的多点传输拓扑结构。

实验室负责人梁哲特聘研究员,新加坡国立大学本科、硕士,美国新泽西州立大学博士。2010INFORMS新泽西分会研究生竞赛第一名,新泽西州立大学工业工程系杰出学生。在IEEE Transactions Transportation Science Computers & OR 等刊物发表多篇论文。参与过多项与航空公司、港务局相关的科研研究,包括机场调度、航空延迟恢复、人机联合排程(飞行员和飞机)、航空货运等问题。


2.精益制造与仿真优化实验室

许晓云博士所在的精益制造与仿真优化实验室的研究方向主要是生产调度与仿真优化。在处理和优化大规模复杂系统,特别是制造系统时,传统的数学工具(如运筹学、组合数学等)往往力不从心,难以完成对整个系统精确的描述。这时就需要使用计算机仿真技术对复杂实际系统进行模拟。在增加一些假设后,计算机仿真模型会尽可能地逼近真实系统。这时,就可以通过对仿真模型的优化,进而达到优化原系统的目的。由于仿真的过程常常伴有随机参数或因素,因此其所描述问题的目标方程甚至约束条件有时都只能用随机函数、概率或随机过程来描述,而传统的运筹学等优化手段无法处理这类问题,因此仿真优化问题给优化领域带来了新的挑战。随着工业系统的日益大型化与复杂化,仿真优化在研究大规模复杂系统的行为、变化、调度和控制中将发挥越来越重要的作用。


3.
质量与可靠性分析实验室

质量与可靠性分析科研团队主要从事对生产过程监控、产品质量控制以及产品可靠性分析技术的研究以及推广。项目针对于目前生产过程的连续性、复杂性、多态性等特点,从产业的实际应用角度出发,着力研究能够优化生产过程、提高产品质量、降低生产成本的技术方案和措施。

随着现阶段生产和加工设备已经逐渐步入全自动化阶段,生产过程复杂性增加,同时客户的需求也呈现多样化趋势。如何在满足客户多样化需求的同时保证产品质量,并同时要求成本可控成为目前企业需要解决的一大问题。通过全球广泛认可的质量管理体系方法(如六西格玛方法、精益生产、准时生产法等),能够在不同程度上提高产品的外部质量(如提高员工素质、降低投诉率等),而产品自身的质量则需要通过对生产过程和现场的具体分析和优化,以及产品相关特性的研究才能够显著提升。

根据当前生产企业的特点分析可知,生产过程中会产生各种形式的数据,这些数据含有大量有关生产流程的信息。本研究团队的优势是能对具有此类特点的行业实现定量分析,通过数据采集、数学模型和统计分析工具,结合企业和项目工程自身特点,提出合理的优化方案,达到降低成本提高产品质量的目的,从而最终实现企业的核心竞争力的提升。

同时,本科研团队还致力于对产品以及工程项目的可靠性分析、维护以及评估的研究。其优势在于能针对复杂系统的全局可靠性以及局部可靠性出现的问题,对各流程的系统性能和可靠性传递路径进行逐步分析和模拟,从而提出一整套适合复杂系统设计、维护和改善的优化方案。

目前项目团队研究领域主要涉及先进制造、物流、智能楼宇、交通、公共医疗卫生、制药、农产品等方面。团队负责人张玺博士是北京大学工学院特聘研究员,曾在上海交通大学机械工程及自动化系和工商管理系获双学士学位,美国南佛罗里达大学工业管理与系统工程学博士学位。2007年在美国圣地亚哥超级计算中心(SDSC)担任项目研究员。其研究领域主要包括对复杂系统的过程建模和质量监控、动态过程的数据信息挖掘、诊断和可靠性分析,以及其工业中推广应用的研究工作。研究成果在先进制造系统、公共医疗系统等领域得到良好应用,并在国际著名学术刊物IEEE Transactions上发表多篇论文。曾获得美国自然科学基金会NSF Cyberinfrastructure Experience Program奖项及NSF Graduate Conference Travel Supports 经费项目。

 

 

 

精益管理工程研究中西部分产业化推广项目及研究课题简介:


1.
能源优化结构研究及管理决策支持2010年产学研项目)

      本项目与德国施耐德电气公司共同合作,以复杂系统整体优化与精益管理理论为研究基础,通过构建仿真模型、搭建能源管理系统平台,从而使能源系统的整体优化管理成为可能。

实施状况:针对现代楼宇的能源消耗,以北京大学某建筑为实验主体,目前已经完成了第一部分的数据采集;同时定义整体优化模型并开始模拟能源流向趋势。(如图1所示)

1 能源流量动态模拟3D图和楼宇电能分布图


2.
物联网环境下的粮食流通安全检测与风险评估技术研发与应用2011年广东省科技厅产学研项目(评审中)

   本项目围绕食品安全,拟运用现代物联网技术下的信息,以过程监控、全局优化为基础,对农产品及食品安全溯源、监测、预警、生产和加工过程安全控制技术提出更快速准确的解决方案。

实施状况:目前前期调研已经结束,与广东省粮食科学研究所以及台山市粮食购销总公司接洽,对粮食流通过程的数据进行定点定时分析。


3.
半导体制造中的即时过程监控与诊断2010年教育部985II期项目)

   本项目针对半导体制造的重要环节----晶片抛光(CMP)过程中易出现的晶片表面缺陷问题,以动力学时空模型为基础,通过结合工程背景知识以及先进统计工具,致力于研发一套能够在微/纳级动态加工过程中的即时监控和诊断方案。

实施状况:前期探索性研究已经完成,对于小尺寸晶片抛光已开发出即时过程监控方案。目前研究正在向全尺寸(300mm)晶片的监控诊断方案拓展(如图2)。

2 晶片抛光过程及红外温度分布数据采集


4.
绿色校园社区项目2010年北京大学科研挑战项目)

   本项目以美国绿色建筑评级体系(LEED)为参照,以北京大学教学楼和社区为样板,通过构建基于物联网的楼宇能源信息采集和分析系统,搭建楼宇能源管理平台,同时提供能满足楼宇和社区内各种个性化服务需求并促进节能减排的解决方案,制定适合中国国情的校园社区绿色节能标准。

实施状况:已完成初步调研工作,包括针对于学生的调研问卷、对北大3幢教学楼的能耗实测、能耗开关情况的调查记录等。目前在结合碳排放吸收模型、环境心理学等对教学楼的能耗进行评估。