車間層能效建模與優(yōu)化方法研究.pdf

1、世界能源問題日益凸顯，可持續(xù)制造成為當前制造業(yè)發(fā)展的必然選擇。我國加工車間的特點是能耗大且能效低，直接導致車間生產(chǎn)成本上升，環(huán)境污染加劇。車間能耗設(shè)備種類及數(shù)量多，能耗特性復雜，節(jié)能降耗的方式多種多樣，提升車間層能效的潛力非常巨大。因此，本課題針對混合流水車間這一常見的車間類型，對車間層能效建模及優(yōu)化方法進行了研究。
　　本文將車間能耗劃分為機床能耗、運輸能耗和公共能耗三大類，針對機床、自動導引小車（AGV,Automated G

2、uided Vehicle）、照明設(shè)備和看板這四種典型的耗能設(shè)備，對其能耗特性進行了分析。本文采用基于S-G（Savitzky-Golay）濾波的拐點識別方法識別功率曲線的加工起止點和切削起止點，從而獲取機床能耗數(shù)據(jù)，為車間層能效建模奠定了基礎(chǔ)。以AGV、照明設(shè)備和看板為例，研究了運輸設(shè)備、公共輔助設(shè)施的能耗數(shù)據(jù)采集和分析方法，充實了車間能效模型。
　　根據(jù)車間實際耗能情況，給出了車間層能效的定義，建立了混合流水車間能效數(shù)學模型和

3、仿真模型。首先闡述了建模約束條件，然后，綜合考慮機床加工時間和AGV運輸時間，建立了車間任務(wù)時間數(shù)學模型，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合機床加工能耗和AGV運輸能耗，給出了車間層能效數(shù)學模型。最后，基于離散事件動態(tài)系統(tǒng)仿真原理，提出了仿真建模三層次，并在SimEvents環(huán)境中實現(xiàn)了對任務(wù)時間、機床能耗、運輸能耗和公共能耗的仿真。
　　針對車間總?cè)蝿?wù)時間最短和總能耗最小兩個優(yōu)化目標，采用基于遺傳算法的賦權(quán)值優(yōu)化方法和帕累托優(yōu)化方法進行了雙目標優(yōu)

4、化。本文采用實數(shù)編碼實現(xiàn)了兩種不同優(yōu)化變量的融合，采用錦標賽-隨機遍歷選擇法用于選擇子代種群。闡述了帕累托優(yōu)化方法，給出了邏輯表達式。
　　根據(jù)我國機械行業(yè)標準，完成了車間案例的設(shè)計，依據(jù)該案例，對本課題提出的車間層能效建模與優(yōu)化方法進行了驗證分析。數(shù)學模型優(yōu)化結(jié)果驗證了優(yōu)化方法的可行性，優(yōu)化數(shù)據(jù)表明機床加工能耗占車間總能耗的70％-80%。帕累托優(yōu)化結(jié)果反映了車間各部分能耗與總能耗的相關(guān)關(guān)系。仿真模型優(yōu)化結(jié)果驗證了數(shù)學模型的正確