随着市场竞争逐步加剧,现代企业所处的市场环境发生了深刻的变革,企业竞争越来越强调基于客户需求的竞争,为适应市场需求,满足客户的个性化定制,半导体等制造业中大都采用多品种中、小批量生产模式。在该模式下存在产品需求不稳定、工艺路线复杂、生产组织和生产管理更加复杂等问题,导致企业面临生产计划调度困难等生产管理问题,从而影响企业的生产效率和经济效益。对此,混合流水车间(Hybrid Flow Shop,HFS)的制造环境被广泛应用。该制造环境集成了流水车间和平行机车间的特点,使制造系统具有较强的柔性化的加工能力,能很好地满足多品种中小批量的生产需求。另一方面,伴随着制造规模的不断增长,企业的生产设施数量也在逐渐增多。越来越多企业采用了单元式布局,车间被划分为多个独立单元,并为每个单元进行布局优化以提高生产管理效率。但鉴于复杂的制造环境,庞大的机器数量和繁多的产品种类为组合优化带来了极大困难。对此问题,论文做出如下研究工作:针对HFS下产品多周期大规模优化问题,本文提出了一种三层次优化方法来进行单元式布局设计和生产调度优化,完成了对产品搬运距离、总换模次数等目标的优化。该方法将问题分为了单元构建、调度优化、布局优化三个层次。首先,单元构建层次分析了HFS物流网络的特点,并将其与供应链网络对比,并借鉴其优化的方法,提出了一种基于物流网络优化的单元构建方法。该方法将车间划分为多个模块,优化了机器在模块内选址和每个周期每类产品在模块间的物流。论文还基于Pareto最优曲线衡量了总搬运最小、机器移动最小等多个目标。最终完成了单元构建优化。其次,调度优化层次则基于确定的单元构建结果,分析了不同的单元耦合情景,提出了针对性处理方案。并在调度优化模型中考虑了周期耦合的情景。同时,模型还考虑了分批加工的情景,最大化HFS的柔性化能力。最终,制定出使总换模次数最小的多周期的调度方案。然后,布局优化层次依托调度优化确定的产品加工路径,以总搬运距离最小为目标,详细计算了每台机器的坐标值,设计了每个单元内机器的具体布局。最后,本文使用提出的三层次优化方法为某企业进行了单元式布局设计和生产调度优化。最终的结果证明了三层次方法对大规模问题求解的适用性。