考虑能源成本的置换流水车间调度

摘要

随着经济的快速发展，世界能源消耗量不断增加，随之也引发了一系列的环境问题。为追求经济的可持续发展，生产中人们愈加重视节能环保，提出了绿色制造的概念。置换流水车间调度(Permutation flow shop problem，PFSP)是一类典型的生产调度问题，在生产制造中具有重要的作用。而目前生产调度的研究仍以生产效率指标为主，基于节能降耗绿色制造的背景，论文提出了考虑能源成本的置换流水车间调度，同时优化能源成本和最大完工时间，在追求生产效率指标的同时，优化生产中的能源成本，从生产调度的角度实现绿色制造，追求经济效益与环境效益双重指标。
　　一方面，论文从分时电价的角度出发研究了分时电价下考虑能源成本的置换流水车间调度。该问题在决策工件加工顺序的同时，利用分时电价不同时段具有不同价格的特点，合理地确定工件的开始加工时间，尽量避免电价高峰时段作业，从而降低机器总的耗电成本。考虑到调度问题的NP难性，论文设计了一种混合遗传局部搜索算法，并在解码过程中设计了相应的启发式解码算法来确定工件的开始加工时间。另外，为克服遗传算法早熟收敛的缺点，论文采用了排序和轮盘赌混合选择机制，并设计了一种新的种群更新机制。通过对经典PFSP算例的仿真实验，论文验证了算法的有效性，同时分时电价下考虑能源成本的置换流水车间调度有效地降低了机器总的耗电成本，从而降低了企业的生产成本。
　　另一方面，论文从直接降低机器能耗的角度出发，提出了考虑开关机策略的置换流水车间调度。该问题打破了一般置换流水车间调度中关于机器一经开机直到加工完所有的工件才停机的假设，当机器加工完某一工件等待下一个工件到达时，要在停机与空转之间做出权衡，以降低机器的总能耗。论文通过引入机器开关机决策变量，建立了相应的混合整数规划模型。初始建立的模型能耗目标中含非线性项，论文通过增加变量的方式将其转化为线性模型并应用优化软件对问题进行求解。通过经典算例的数值实验，论文验证了模型的有效性，而且对于大部分算例在保证生产效率的前提下极大地降低了机器的总能耗。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

第一节 研究背景及意义

1．1．1 能源和环境

1．1．2 分时电价机制

1．1．3 绿色制造

第二节 国内外研究现状

1．2．1 车间调度发展历程

1．2．2 能耗调度相关研究

第三节 本文研究内容及论文结构安排

第二章 经典置换流水车间调度理论

第一节 一般描述

第二节 问题计算复杂性

第三节 常用求解算法

第四节 本章小结

第三章 分时电价下考虑能源成本的置换流水车间调度

第一节 分时电价下考虑能源成本的PFSP问题提出

第二节 分时电价下考虑能源成本的PFSP问题建模

3．2．1 相关符号表示

3．2．2 数学模型

第三节 分时电价下考虑能源成本的PFSP遗传算法求解

3．3．1 算法求解流程

3．3．2 染色体编码

3．3．3 启发式解码

3．3．4 初始种群的生成

3．3．5 适应度函数的选择

3．3．6 遗传操作

3．3．7 局部搜索算法

第四节 仿真实验

3．4．1 实验数据设计

3．4．2 遗传算法有效性的验证

3．4．3 考虑能源成本的模型与经典模型结果比较

第五节 本章小结

第四章 考虑开关机策略的置换流水车间调度

第一节 问题提出

第二节 问题描述

4．2．1 符号表示

4．2．2 机器停机约束

4．2．3 数学模型

第三节 模型求解及结果分析

4．3．1 模型转化

4．3．2 实验数据设计

4．3．3 算例分析

第四节 本章小结

第五章 总结与展望

第一节 论文主要工作及研究成果

第二节 进一步研究方向

参考文献

致谢

个人简历