针对大型装备制造4D调度问题,本文在时间维度上对三维时空做分层划分,将整个复杂动态调度过程划分为有限个静态调度区间的基础上,借助可配置空间理论和启发式二维布置理论实现层内部件集合空间资源利用率最优的二维布置。在此基础上,进行部件加工过程中时间约束的第三维度的时间切片,耦合物流搬运设备资源能力约束的第四维度,基于唯一占用、任务处理优先级约束构建双层遗传算法寻找生产时间资源和物流设备资源最优4D调度方案,以部件作为移动粒子,工位和缓存空间分别作为车间网络的工位元胞和缓存元胞,描述元胞属性、初始条件及边界条件和局部演化规则,构建低熵4D调度总目标函数,构造反映实际生产的大型装备制造多目标4D调度元胞机模型,为一定系统优化目标下大型装备制造企业生产制造调度设计和优化提供有效的分析方法与工具。本文的主要工作成果如下:1.关注生产车间柔性调度、运送批量的动态化,包括大型在制品管控、物料搬运的设备限制、物流的路径冲突、有限物流设备资源调度等的相关理论和研究方法。2.对大型装备制造4D调度问题三维时空进行分层划分,将车间抽象划分空间网格,得到工序元胞、缓存元胞以及部件粒子,确定元胞各自的状态和领域情况,设置元胞模型的初始边界条件和元胞状态演化规则,在完成低熵调度指标推导的基础上设计模型的低熵多目标优化函数抽象和描述4D调度模型的脆弱性并对低熵调度进行稳健优化设计。在整体模型建立完成的基础上,完善了二维布置模型构建、第三维度生产调度模型构建以及第四维度物流调度模型构建。3.在层布局模型构建求解时通过网络化场地空间来优化求解搜索空间,在去除较差布置解的基础上实现了可行解的优化。针对生产调度模型和物流搬运设备调度模型的特殊关系设计改进双层遗传算法利用内外层遗传算法交互迭代博弈达到平衡状态寻求生产时间资源和物流设备资源最优的调度方案。4.采用Miscrosoft Access 2000创建数据库,通过ADO作为VB的数据访问接口;利用Visual Basic完成仿真系统界面的设计,实现原始数据的输入、仿真结果的输出;用MATLAB对算法进行编程,实现二维布局、生产调度和物流设备调度的运算;同时,采用ActiveX技术实现VB对MATLAB的调用,实现模型的仿真。5.通过对HY空分精馏塔器生产某车间跨部件生产仿真基于元胞机的大型装备制造4D调度过程,通过仿真得到优化后的排产甘特图、行车叉车运行轨迹,与实际情况对比,证明大型装备制造4D调度的有效性和可行性。