信息技术的飞速发展加快了经济全球化的进程，新一轮的世界产业结构调整正在不断推进，产业分工有国际化的趋势，我国正逐渐成为“世界工厂”，是名副其实的制造大国。

制造业是指对采掘的自然物质资源和工农生产的原材料进行加工和再加工，为国民经济其他部门提供生产资料，为社会提供日用消费品的社会生产制造部门[1]。而工业是指开采资源并对其加工，从而为社会提供商品、服务或资源的生产部门的总称。制造业是工业的主体部分，是国家的基础性、前沿性、支柱性与战略性产业[2]。

制造业是国家的命脉，其主要体现在[3]：①制造业是国民经济的支柱产业和经济增长的发动机；②制造业是高技术产业化的载体和实现现代化的重要基石；③制造业是吸纳劳动力就业和扩大出口的关键产业；④制造业是国家安全的重要保障。杨叔子等[2]认为人类社会发展依赖四大物质文明支柱：材料、能源、信息和制造，并认为高度发达的制造业对国内是实现新型工业化和加速实现现代化的必备条件，对国外是衡量国家竞争力的重要标志，因此将制造比喻成“永远不落的太阳”。

我国政府一直非常重视制造业的发展。早在2001年，中国工程院就组织了25位院士和40多位专家对我国制造业的现状、作用、地位及发展趋势和对策进行了调查研究。调查[4]表明，中国的制造业直接创造国民生产总值的1/3，占工业生产的4/5，为国家财政提供1/3以上的收入，贡献出口总额的90%，制造业从业人员占全国工业从业人员的90%。国家统计局2009年公布的官方数据表明，工业生产总值占国民生产总值的39.7%，而制造业占国民生产总值的比例超过30%。由此可见制造业在我国国民经济中的重要地位。

对于如何发展制造业，美国在20世纪80年代提出了先进制造技术的概念，认为先进制造技术是以信息技术为支撑，研究并改造作用于产品整个生命周期的所有技术的总称，它综合了机械、电子、信息、生物、光学、材料、能源、环保、管理等领域的最新成果，目的是获得优质、高效、低耗、清洁的产品[5]。所谓先进制造技术，其实就是制造技术加信息技术加管理科学，再加上有关科学技术交融而形成的制造技术[6]。汪应洛等[7]认为先进制造模式的首要目标是获取生产的有效性，其基本原则是制造资源的集成。可见，对各种制造技术以及人员进行有效集成，实现对资源的优化利用，同时兼顾能源、环保等人文环境，是先进制造技术的精髓所在。

制造型企业是制造业的基本单元，是实现先进制造的根本。在供应链的竞争模式下，许多大型制造企业成为供应链上的核心企业。通过对国内某一大型汽车制造企业的调查发现，围绕该企业大大小小的供应商、分销商共一千八百余家。该企业具有雄厚的资金和研发实力、先进的运作理念，因而创造了供应链上的核心价值并成为实际的供应链主导者。在以制造型企业为核心的供应链中，制造型企业中的优化问题在供应链管理中占有重要地位。企业组织通常可以简单地划分为战略层、战术层和运作层，产品制造主要在企业的运作层。随着计算机网络技术的发展、信息系统的有效利用以及RFID（射频识别）等先进技术的不断涌现，企业组织有向扁平化发展的趋势。因此，制造型企业之间的竞争也有向车间调度级发展的趋势[8]。能否有效解决制造型企业制造工程管理中的优化问题，实现对企业资源的有效利用，直接影响到制造型企业的生产效率、生产成本以及对客户需求反应的敏捷程度。

本书拟针对制造工程管理中的优化问题进行研究，重点研究生产计划与调度、制造型企业内部物流、库存等方面的优化问题，探讨其建模与优化方法，为制造型企业提供相关的决策依据。

制造工程管理中存在大量的优化问题，为这些优化问题提供最优解无疑能够优化制造过程，提高制造过程的生产效率，节省制造成本并最终促进企业的生存与发展。在解决现实制造工程管理中的优化问题时，为避免问题定义的二义性，通常需要为之建立相应的数学模型，然后在此基础上设计一定的求解算法以获得问题的最优解或高质量的满意解。本章首先简要概述优化理论的发展现状；其次以制造工程管理中的生产调度优化和物流路径优化这两种不同特点的问题为例，来介绍制造工程管理中的常见优化模型；再次针对单目标优化问题，综述现有的常见优化方法；最后介绍多目标优化和不确定性优化的主要方法。

面对日趋激烈的竞争和市场的全球化，企业必须在时间和空间上优化各种资源的分配，合理地决策生产进程，以便降低生产成本，提高企业竞争力。批量问题主要研究在计划期内，在一定条件限制下，企业生产部门决定何时生产、生产何种产品、生产多少，使得生产总成本最小化的问题。企业在生产经营活动中，频繁地遇到各种类型的批量问题。

激烈的市场竞争迫使企业必须充分利用内部资源，协调供应链上、下游的其他企业，在遵守国家对环境、生态等方面法律的前提下，尽可能提高企业利润和顾客满意度。生产调度位于企业制造工程管理的微观层面，重点考虑企业资源如何充分利用，如何设计尽可能科学的调度方案满足更多客户的需求，因此生产调度是典型的优化问题，也是制造工程管理的重要组成部分之一。本章总结了生产调度中的优化问题，进而从生产调度与其他制造环节的集成和针对具体行业背景的生产调度两个方面对生产调度优化的国内外研究现状进行了综述，然后研究了释放时间受能耗约束、加工时间受能耗约束以及释放时间与加工时间同时受能耗约束的生产调度优化方法。

合理组织制造过程就是把企业的制造过程从空间上和时间上很好地结合起来，以优化其相应目标。基本制造过程是企业制造过程的重要组成部分，其实质就是工人对放置于机器上的工件进行加工的过程，因此，在合理组织制造过程，即制造工程管理中，把工件分配至相应机器并进行合理的排序是很普遍也很重要的优化问题，这也是机器调度所要研究的内容。本章首先对机器调度中存在的优化问题进行介绍，对相应问题的国内外研究现状进行简单的综述，其次研究几类考虑预防性维护的机器调度优化问题，即维护时段固定且加工时间恒定的单机调度优化、维护时段固定且加工时间可变的单机调度优化、维护时段可调的单机调度优化以及带维护时段的多机调度优化问题，为其建立优化模型并设计相应的优化算法。

库存控制是制造工程管理中一个重要的环节，其成本在制造企业的总成本中占有很大比例，因此对企业物资库存进行科学、合理地控制与优化具有十分重要的实际意义。本章首先对库存控制中的优化问题进行了介绍，对国内外关于库存控制优化的已有研究进行了简单的综述，其次具体讨论了几类典型的库存控制优化问题，包括间歇性和连续性生产策略下的库存控制优化问题，通货膨胀环境和信用支付策略下的库存控制优化问题，以及变质性产品和非立即变质性产品的库存控制优化问题，分别建立了相应的优化模型并对其优化算法进行了详细的分析。

随着制造工业的发展，制造工程管理的内涵也在不断地延伸。运输环节作为连接制造企业与零售商，或者制造企业内部上游工序与下游工序的纽带，其服务水平对于产品的生产制造过程具有重大影响，因此自然会被纳入到制造工程的管理体系中来，成为现代制造工程管理中的重要研究课题之一。

随着科技的快速进步和市场需求的逐步个性化与多样化，企业所处的环境正面临着越来越多的挑战。面对这些新的挑战，以“纵向一体化”为特征的传统企业经营管理模式无法做出迅速回应，从而导致企业运作效率低，利润不断减少，竞争能力急剧下降。因此，企业迫切需要一种新的管理运作模式，这种模式能够将企业的内部资源和外部资源进行有效整合，以最低的成本将顾客需要的产品和服务迅速地传递到顾客手中。作为一种以系统观为指导思想的新颖管理理念，供应链管理就是在此背景下产生的。供应链管理一经提出，就引起了理论界和企业界的广泛关注，特别是国际上一些着名企业，如Wal-Mart公司、HP公司、IBM公司、DELL公司、P＆G公司以及Toyota公司等在供应链管理实践中取得了巨大的成功，使人们更加坚信供应链管理是进入2l世纪后企业适应新的竞争环境的一种有效途径。清华大学的刘丽文[1]教授对近年来供应链管理思想及其理论和方法的发展演变过程进行了分析、总结和归纳，揭示了供应链管理思想和理论产生的必然性及其对企业的重要性。

在解决实际的优化问题时，必须将优化理论与方法同问题的具体特点紧密结合起来，才能保证所构造优化算法的计算效率和所获得的解的精度。本章以某大型联合企业为应用背景，详细分析了该企业高能耗、生产周期长、资金占用率高、厂区大、生产部门繁多等特点，并结合这些特点研究了企业原料采购计划、考虑节能降耗的生产调度、大型机器设备调度、企业内部物流路径、企业产成品库存控制等优化问题，分别为之建立优化模型并构建优化算法。