动力电池自动化生产化成段调度方法研究

摘要

随着对动力电池需求量的逐年增加，动力电池的生产质量和生产效率显得尤其重要。化成段作为动力电池后端生产工序中最重要的工段，生产时间长、生产集中，是整个动力电池生产制造中的瓶颈所在，其生产调度方法的好坏对保证电池生产安全、提高电池品质和生产效率发挥着关键作用。如何针对动力电池自动化生产化成段提出合理的调度策略，实现高质高效的电池化成加工成为国内外研究的热点问题。因此，在整个动力电池化成段生产过程中制定合适的调度方案对提高动力电池生产效率、保证工艺质量，具有重要意义和实用价值。 本文以某动力电池生产线上的化成段为研究对象，分析了动力电池在化成段生产过程中高温静置生产工序和化成生产工序所面临的问题。针对各自工序的特点，建立了相应的多目标优化模型，并设计了不同的调度优化算法，并基于Flexsim仿真建模对化成段生产线的运行状况进行了可视化仿真研究。本文的主要研究内容如下： （1）化成段生产调度策略相关影响因素研究。介绍了动力电池化成段生产中涉及的主要工序流程及设备，具体分析了化成段生产调度的特点，分别研究了高温静置生产调度影响因素和化成生产调度影响因素，为调度优化研究提供依据。 （2）静置架货位分配调度优化方法研究。将高温静置工艺的特点与货位分配原则相结合，以提高静置架的稳定性和降低托盘的聚集度为优化目标，提出了静置架调度优化数学模型。分析了对于多目标问题的求解方法，设计了基于稳定度和聚集度的多种群遗传算法，对模型进行快速准确求解，并给出了实例验证，实现了静置架的货位的合理分配，保证了动力电池在高温静置工序生产中的安全性和工艺品质。 （3）带等待时间约束的化成工序生产调度优化方法研究。动力电池在完成静置工艺后，需要在一定时间区间内开始化成工序以保证电池化成品质。针对这一问题，以最小化最晚设备完工时间、设备更换生产参数累计最少次数为调度优化目标，提出了化成工序生产调度优化数学模型，并引入了带惩罚函数法的混合粒子群算法对该模型进行求解分析。实例分析的结果证明该方法可以有效地减少工件等待时间超时的数量并且降低设备更换生产参数次数。 （4）调度策略优化的仿真与分析。利用Flexsim仿真软件搭建了动力电池化成段生产仿真模型。通过模拟动力电池化成段中实际的加工过程，得到相关实验数据并进行分析，验证了系统调度优化方法的有效性与可行性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景、目的及意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1 生产线调度问题研究现状

1.3.2 货位优化调度研究现状

1.3.3 带等待时间约束的生产调度研究现状

1.4 本文的主要工作及结构

1.4.1 本文研究的主要内容

1.4.2 本文结构安排

第2章 化成段生产调度策略影响因素分析

2.1 化成段生产工艺流程分析

2.1.1 动力电池生产工艺流程

2.1.2 化成段生产工艺流程

2.1.3 化成段生产设备概述

2.2 高温静置工序对调度策略影响因素分析

2.3 化成工序对调度策略影响因素分析

2.4 本章小结

第3章 静置架货位分配调度优化方法研究

3.1 静置架货位分配原则

3.2 静置架货位数学模型

3.2.1 问题描述

3.2.2 符号与定义

3.2.3 模型假设

3.2.4 模型建立

3.2.5 多目标数学模型的建立

3.3 静置架货位分配优化算法设计

3.3.1 优化算法的比较与选取

3.3.2 遗传算法的基本原理及存在的问题

3.3.3 多种群遗传算法基本原理

3.3.4 基于静置架货位分配的多种群遗传算法设计

3.4 实例分析

3.5 本章小结

第4章 带等待时间约束的调度方法研究

4.1 带等待时间约束的生产调度问题

4.2 化成生产调度数学模型

4.2.1 问题的描述

4.2 2符号与定义

4.2.3 问题假设

4.2.4 模型建立

4.3 化成工序生产调度分配算法设计

4.3.1 粒子群算法基本原理

4.3.2 等待时间约束处理

4.3.3 基于化成工序生产调度的混合粒子群算法设计

4.4 实验结果及其分析

4.5 本章小结

第5章 动力电池自动化生产化成段调度建模与仿真

5.1 自动化调度系统仿真概述

5.2 Flexsim仿真建模的基本步骤

5.3 化成生产调度系统仿真实验

5.3.1 仿真模型实验数据

5.3.2 基于Flexsim的仿真模型

5.4 系统仿真结果统计与对比分析

5.4.1 仿真结果评价指标

5.4.2 仿真结果分析

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 本文工作总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果