考虑能耗优化的柔性作业车间动态调度方法研究

摘要

“绿色发展”是《中国制造2025》的基本方针之一，这是我国为实施制造强国战略所制定的首个十年规划，因此考虑节能降耗的绿色制造现已成为制造业的新趋势；此外，加速袭来的工业4.0浪潮使得客户对产品的需求日益多样化与个性化，而且实际生产调度中常会发生机器故障、新工件到达等干扰事件，因此本文围绕考虑能耗的柔性作业车间动态调度优化问题进行研究。
　　首先探讨了车间干扰事件的分类，并预设了机器故障、新工件到达、工件取消、加工时间变化等四类典型干扰事件的研究环境。在对多种动态再调度策略及滚动窗口技术研究的基础上，本文采用基于事件和周期的混合驱动再调度策略、完全再调度方法及滚动窗口优化技术对柔性作业车间的动态调度问题进行研究。根据柔性作业车间动态调度问题的实际情况，在综合考虑调度效率、稳定性和能耗的情况下，建立了多目标的调度优化模型。其中调度效率的性能以最大完工时间最小指标来表征，调度稳定性的效果以再调度方案前后的工序开始时间偏离度指标来体现，能耗的高低以机器加工能耗、机器空载能耗以及工件运输能耗的总和大小来度量。
　　在此基础上，为求解多目标优化下的柔性作业车间初始静态调度问题，提出了一种基于改进GA与Pareto优化的混合优化算法，该算法具有新的种群初始化方法。为了使该混合优化算法适用于动态调度问题，设计了动态调度更新与合并技术相结合的调度方法，包括原始数据更新技术与前后方案合并技术。仿真结果表明，新的种群初始化方法可有效改善优化算法的求解性能，验证了该混合优化算法的有效性和优越性，也证明了结合动态调度更新与合并技术可有效处理上述四类典型干扰事件下的柔性作业车间动态调度问题。随后，以一个简单算例为例，运用所设计的混合优化算法逐步从单目标、双目标及多目标等三个方面对柔性作业车间动态调度问题进行了系统的优化研究。仿真结果表明，多目标优化更具优势，其调度优化结果为一组Pareto最优解，为生产调度决策者提供了科学多样化的选择方案。
　　最后，依据我国机械行业相关标准，完成了柔性作业车间调度案例的设计。在调度任务更重、干扰事件发生更复杂的动态生产环境下，实现了对所提出的柔性作业车间动态调度任务建模和混合优化算法的测试分析和仿真验证。

目录

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目录

第1章 绪 论

1.1 课题的来源

1.2 课题的研究背景及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 国内外文献简析

1.5 本文的主要研究内容

第2章 柔性作业车间动态调度问题及建模研究

2.1 柔性作业车间动态调度问题概述

2.2 柔性作业车间动态调度问题研究

2.3 柔性作业车间动态调度任务建模

2.4 柔性作业车间的能耗建模

2.5 本章小结

第3章 基于改进遗传算法的柔性作业车间动态调度

3.1 基于调度效率和稳定性的柔性作业车间动态调度任务建模

3.2 改进遗传算法的设计

3.3 柔性作业车间动态再调度技术的实现

3.4 算例仿真与结果分析

3.5 本章小结

第4章 考虑能耗的柔性作业车间多目标动态调度研究

4.1 考虑能耗的柔性作业车间多目标动态调度任务建模

4.2 柔性作业车间多目标动态调度方法研究

4.3 算例仿真与结果分析

4.4 本章小结

第5章 柔性作业车间动态调度建模与优化算法应用

5.1 柔性作业车间动态调度案例设计

5.2 考虑能耗的多目标柔性作业车间初始静态调度仿真优化

5.3 考虑能耗的多目标柔性作业车间动态调度仿真优化

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢