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1 何为排配问题

在实验室样品检测工作场景下，将电池电芯类样品进行与设备通道的批量设定工作称之为排配。样品可能需要进行不同类别的测试，每项测试对于温度和电流都有一定要求，测试项之间还存在先后顺序关系，需要通过智能优化计算将每项测试任务合理地分配到各个通道的某个时间段上，输出精确到时分秒以及各通道的细粒度实验计划，在满足上述约束的前提下，优化通道利用率、委托单交期达成率、实验测试周期等。

2 排配特点

• 任务量大：每日超过150项测试任务；
• 设备通道多：涉及恒温箱和保温箱两大类设备，超过4000个通道；
• 通道能力多样：高规格的通道可以兼容低规格要求的测试；
• 温度量程兼容：测试任务满足一定温度要求，对于可变温度，需要变温箱；
• 失效不确定性强：实验阶段可能随时发生失效情况；
• 长循环周期长：部分测试循环需要几千圈，长达几年甚至几十年。

3 排配现状和痛点

• 纸质测试项：各测试项均靠纸质单据记录和分发，流程自动化和透明化程度低；
• 预约时间优先：按照先入先出（FIFO）的原则进行测试任务的安排，缺少优化；
• 巡视通道状态：需要人工巡视通道状态，一旦发现空闲才安排测试任务，实时响应慢；
• 手工匹配通道：人工检查通道的可用性，匹配工作量极大。

4 智能排配解决方案

4.1 整体架构

下图为智能排配引擎的整体架构，以资源、能力、样品、测试项、测试时间、测试要求、工装夹具为输入，以AI算法和运筹学模型为基础，提供基于有限能力和精确到时分秒的通道作业计划，输出测试项计划、样品收取计划、样品测试计划、测试项交付计划等，同时辅以测试进度和动态因素的反馈，实现测试计划下达、执行、反馈的闭环。此外，系统支持多种不同的排产策略（正排、倒排、锁定、插单、拆单、合单等）、丰富的可视化界面（甘特图、方案对比、通道监控等）、算法库（启发式、元启发式、数学规划、超启发式、深度学习、强化学习等），可同时优化多个目标。

4.2 总体思路

以委托单（订单）-样品（工单）-测试项（工序）和区域（温度）-设备（电流）-通道的三层结构体系，各测试项视为样品的测试工艺路线，将排配问题转换为排程问题，为每个测试项选择合适的通道。

4.3 智能排配约束

• 通道可用性：通过资源日历的方式，实现设备通道是否可用的排配管理。如通过发生故障或需维护，需要设置通道恢复正常的时间，排配时自动跳过该时间段。
• 温度、量程约束：温度、量程范围作为测试项工艺数据中可用设备通道的约束条件。
• 工装夹具约束：工装夹具作为辅助资源，避免被不同的测试项同时占用。
• 区域就近原则：为设备位置赋值，在排配时优先考虑通道就近的组合。
• 测试时长：根据测试要求和测试项标准确定测试时长，按照测试时长占用通道。
• 测试项顺序：设备通道的先后使用顺序：短期>性能>安全>存储>长期。

4.4 智能算法助力智能排配

在电池领域，测试是确保电池性能和可靠性的关键步骤。然而，传统的测试排配往往依赖于经验和启发式方法，无法全面考虑多变的测试任务、通道约束和优先级等因素。基于深度强化学习的电池测试排配解决方案通过使用深度神经网络和强化学习算法，实现智能化的测试排配优化。

深度强化学习是一种机器学习方法，通过与环境的交互学习最佳决策策略。在电池测试排配中，深度强化学习可以学习到测试任务的动态特征、资源的分配方式和测试紧急程度等信息，从而全面考虑多个因素的复杂关系，在不断学习和迭代中优化测试排程，逐渐提升测试效率和质量，使得测试任务能够在最短时间内完成，并充分利用通道资源，同时学习到的策略具备灵活性和可扩展性，能够应对不同测试场景和需求的变化。

4.5 智能+交互式排配

• 更灵活的测试任务调整，可对已排程的测试项进行顺序的调整以及任务的取消；

• 支持多种拖拽操作，保存后约束自动传播，生成可行排配结果；

• 对于违反时间约束和设备可用约束的拖拽操作，进行相关预警提示；

• 支持人工与自动相结合，只需完成部分测试项的拖拽，系统可智能重排剩余测试项，提高操作效率。

4.6 实时排配响应

当实验现场出现扰动如紧急插单、通道异常、测试失效等情况时，系统采用高效的决策算法和调度策略，能够在短时间内做出相应的决策和调整，保证设备通道的充分利用。

5 智能排配实施价值

智能排配采用人工智能和优化算法技术，极大地提升了电池测试的效率和价值，可为企业带来以下方面的增值：

• 最大限度地利用通道资源：智能排配可以根据通道的可用性和测试需求，合理调度和分配通道，最大限度地利用设备通道，通道利用率提升5%以上；
• 提高测试效率：智能排配可以通过优化测试任务的安排和通道利用，实现测试任务的并行执行和时间分配的最优化，可以大幅提高测试效率，测试周期缩短15%以上；
• 提升交期达成率：智能排配能够根据测试任务的优先级和时间要求，合理分配测试资源，并根据实时的反馈信息，及时调整排配计划，处理延迟或优先级变化的任务，确保交期达成率100%；
• 提高管理透明度：智能排配可以一键智能生成通道计划，管理人员可以直观地了解所有通道的未来情况，包括通道利用率、通道空闲时间、测试任务延迟等，从而提高管理的透明度。