大型装备生产模式具有产品结构复杂、重量尺寸大、配套加工设备需求多、加工时间长、多种设备之间协调性差、物流设备能力有限且无法快速响应搬运需求等特点,空间、时间以及设备资源的利用率成为其制造过程中的瓶颈。为了提高客户满意度,增强企业竞争力,合理调配瓶颈资源成为大型装备制造企业当下亟待解决的难题。基于地理空间概念,项目研究将此类调度新问题定义为“大尺度制造调度”问题。论文以时间利用率、空间利用率、设备资源利用率为优化目标,采用元胞机构建大尺度制造4D调度模型,并成功应用于船舶分段制造调度。研究为大型装备制造企业生产调度提供了新的方法和思路,具有较好的理论价值及现实意义。论文的主要工作和成果如下:1.描述大尺度制造调度的原型特征,分析大尺度制造调度问题的研究现状和研究方向,提出大尺度制造调度解题思路。2.在第一、第二维度场地平面空间约束以及第三维度零件加工过程中时间约束基础上,耦合设备资源约束的第四维度,提出4D调度问题。3.划分三维立体时空,设计元胞机网格模型、元胞状态属性、初始边界条件及局部演化规则,建立大尺度制造4D调度整体模型。4.构建4D调度层模型,包括基于规则的二维空间调度模型和基于双层遗传算法的设备调度模型。5.应用Microsoft Access构建仿真模型数据库,采用VB设计仿真模型界面,利用MATLAB实现仿真模型运算,建立大尺度制造4D调度的元胞机仿真模型系统。6.进行ZC公司分段车间调度实证研究,对比实际调度方案,4D调度方案在延迟部件数、时空利用率和设备有效利用率数等关键指标优化明显,验证了论文所建模型的可行性及有效性。