考慮調整時間的柔性流水車間能耗優(yōu)化調度模型研究及應用.pdf

1、目前，隨著客戶個性化需求日益增加，陶瓷企業(yè)的生產和服務已由原來的大批量、規(guī)格化生產和服務轉變?yōu)樾∨俊⒍鄻踊a和服務。然而生產規(guī)格的增多，生產過程中頻繁訂單切換，大幅度增多調整時間，進一步導致了大量的時間成本和能耗成本。隨著能源需求的急劇增加，通過降低能耗來降低生產成本對于陶瓷等高能耗制造企業(yè)的發(fā)展意義重大。車間調度作為企業(yè)生產管理的重要環(huán)節(jié)，是企業(yè)規(guī)劃生產、優(yōu)化資源分配、減少生產成本、提升生產效率的重要技術手段，然而目前國內以節(jié)能降

2、耗為目標的車間調度研究并不多。本文以陶瓷企業(yè)為背景，對陶瓷車間制定生產計劃的特點進行分析，將陶瓷加工能耗優(yōu)化問題抽象為考慮調整時間的柔性流水車間能耗優(yōu)化調度問題，針對該問題進行了研究，建立了考慮調整時間的柔性流水車間能耗優(yōu)化模型，針對現(xiàn)有啟發(fā)式規(guī)則通常不具有通用性特點，提出了基于規(guī)則的啟發(fā)式算法對該能耗優(yōu)化模型進行求解;由于遺傳算法具有過程簡單、隨機性、可擴展性、容易與其他算法結合等優(yōu)點，結合遺傳算法對該求解算法進行了進一步的研究，提出

3、了基于規(guī)則的混合遺傳算法，以求解該能耗優(yōu)化調度問題;最后，把所提出的能耗優(yōu)化模型應用在陶瓷生產調度過程當中，將上述求解算法開發(fā)出程序包嵌入陶瓷能耗能源智能管理與分析系統(tǒng)，輔助制造企業(yè)制定生產計劃，節(jié)約企業(yè)生產能源消耗，降低企業(yè)生產成本。
　　本文在綜述當前制造業(yè)能耗優(yōu)化調度的主要方法、調整時間車間調度問題研究現(xiàn)狀、車間調度求解算法研究現(xiàn)狀的基礎上，對以下內容進行了深入研究：⑴系統(tǒng)的概述了能耗優(yōu)化調度模型的研究意義及發(fā)展現(xiàn)狀。對當前

4、制造業(yè)能耗優(yōu)化問題、帶調整時間的車間調度問題、車間調度求解算法的國內外研究現(xiàn)狀及發(fā)展情況進行了總結。⑵對陶瓷車間制定生產計劃的特點進行分析，將陶瓷加工能耗優(yōu)化問題抽象為考慮調整時間的柔性流水車間能耗優(yōu)化調度問題，建立了以能耗成本最小化為指標的調度數(shù)學模型，并給出了相應的目標函數(shù)和約束條件。為后文的研究提供理論依據(jù)。⑶針對考慮調整時間的柔性流水車間能耗優(yōu)化調度問題，采用啟發(fā)式算法進行求解。首先基于工件總運行時間提出EPRA啟發(fā)式規(guī)則算法;

5、然后基于調整時間空閑能耗提出ESRA調度算法;最后同時考慮了工件間的調整時間和加工時間提出了ESPRA算法。為驗證算法的有效性，采用裂區(qū)實驗法設計了仿真實驗，進行了大量仿真實驗。最后對實驗結果進行分析表明EPRA、ESRA、ESPRA三種種啟發(fā)式算法的求解效果較好，驗證了算法的合理性和有效性。⑷結合考慮調整時間的柔性流水車間能耗優(yōu)化調度問題的特點，采取基于工件和工序的雙層編碼方式進行編碼;用前文提出的三種啟發(fā)式算法規(guī)則隨機產生初始種群，

6、提出一種基于啟發(fā)式規(guī)則的混合遺傳算法求解本能耗優(yōu)化調度問題，為檢驗不同規(guī)則對混合遺傳算法性能的影響，通過3種基于規(guī)則混合遺傳算法與普通遺傳算法進行對比，設計了大量仿真實驗。實驗結果表明使用規(guī)則尋找初始種群的混合遺傳算法相較普通遺傳算法具有優(yōu)越性。并通過實驗驗證了算法的收斂性和可行性。⑸基于新明珠陶瓷能源管理的建設需求，首先對能源管理的系統(tǒng)結構和系統(tǒng)功能進行了分析及設計。然后重點介紹了能耗優(yōu)化調度模型在系統(tǒng)中的設計與實現(xiàn)，包括:關鍵流程描