考慮調(diào)整時(shí)間的柔性流水車間能耗優(yōu)化調(diào)度模型研究及應(yīng)用.pdf

1、目前，隨著客戶個(gè)性化需求日益增加，陶瓷企業(yè)的生產(chǎn)和服務(wù)已由原來(lái)的大批量、規(guī)格化生產(chǎn)和服務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)樾∨俊⒍鄻踊a(chǎn)和服務(wù)。然而生產(chǎn)規(guī)格的增多，生產(chǎn)過(guò)程中頻繁訂單切換，大幅度增多調(diào)整時(shí)間，進(jìn)一步導(dǎo)致了大量的時(shí)間成本和能耗成本。隨著能源需求的急劇增加，通過(guò)降低能耗來(lái)降低生產(chǎn)成本對(duì)于陶瓷等高能耗制造企業(yè)的發(fā)展意義重大。車間調(diào)度作為企業(yè)生產(chǎn)管理的重要環(huán)節(jié)，是企業(yè)規(guī)劃生產(chǎn)、優(yōu)化資源分配、減少生產(chǎn)成本、提升生產(chǎn)效率的重要技術(shù)手段，然而目前國(guó)內(nèi)以節(jié)能降

2、耗為目標(biāo)的車間調(diào)度研究并不多。本文以陶瓷企業(yè)為背景，對(duì)陶瓷車間制定生產(chǎn)計(jì)劃的特點(diǎn)進(jìn)行分析，將陶瓷加工能耗優(yōu)化問(wèn)題抽象為考慮調(diào)整時(shí)間的柔性流水車間能耗優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題，針對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了研究，建立了考慮調(diào)整時(shí)間的柔性流水車間能耗優(yōu)化模型，針對(duì)現(xiàn)有啟發(fā)式規(guī)則通常不具有通用性特點(diǎn)，提出了基于規(guī)則的啟發(fā)式算法對(duì)該能耗優(yōu)化模型進(jìn)行求解;由于遺傳算法具有過(guò)程簡(jiǎn)單、隨機(jī)性、可擴(kuò)展性、容易與其他算法結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合遺傳算法對(duì)該求解算法進(jìn)行了進(jìn)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(diào)度問(wèn)題;最后，把所提出的能耗優(yōu)化模型應(yīng)用在陶瓷生產(chǎn)調(diào)度過(guò)程當(dāng)中，將上述求解算法開(kāi)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(chǎn)計(jì)劃，節(jié)約企業(yè)生產(chǎn)能源消耗，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。
　　本文在綜述當(dāng)前制造業(yè)能耗優(yōu)化調(diào)度的主要方法、調(diào)整時(shí)間車間調(diào)度問(wèn)題研究現(xiàn)狀、車間調(diào)度求解算法研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行了深入研究：⑴系統(tǒng)的概述了能耗優(yōu)化調(diào)度模型的研究意義及發(fā)展現(xiàn)狀。對(duì)當(dāng)前

4、制造業(yè)能耗優(yōu)化問(wèn)題、帶調(diào)整時(shí)間的車間調(diào)度問(wèn)題、車間調(diào)度求解算法的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展情況進(jìn)行了總結(jié)。⑵對(duì)陶瓷車間制定生產(chǎn)計(jì)劃的特點(diǎn)進(jìn)行分析，將陶瓷加工能耗優(yōu)化問(wèn)題抽象為考慮調(diào)整時(shí)間的柔性流水車間能耗優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題，建立了以能耗成本最小化為指標(biāo)的調(diào)度數(shù)學(xué)模型，并給出了相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)和約束條件。為后文的研究提供理論依據(jù)。⑶針對(duì)考慮調(diào)整時(shí)間的柔性流水車間能耗優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題，采用啟發(fā)式算法進(jìn)行求解。首先基于工件總運(yùn)行時(shí)間提出EPRA啟發(fā)式規(guī)則算法;

5、然后基于調(diào)整時(shí)間空閑能耗提出ESRA調(diào)度算法;最后同時(shí)考慮了工件間的調(diào)整時(shí)間和加工時(shí)間提出了ESPRA算法。為驗(yàn)證算法的有效性，采用裂區(qū)實(shí)驗(yàn)法設(shè)計(jì)了仿真實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行了大量仿真實(shí)驗(yàn)。最后對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)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(yàn)證了算法的合理性和有效性。⑷結(jié)合考慮調(diào)整時(shí)間的柔性流水車間能耗優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題的特點(diǎn)，采取基于工件和工序的雙層編碼方式進(jìn)行編碼;用前文提出的三種啟發(fā)式算法規(guī)則隨機(jī)產(chǎn)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(diào)度問(wèn)題，為檢驗(yàn)不同規(guī)則對(duì)混合遺傳算法性能的影響，通過(guò)3種基于規(guī)則混合遺傳算法與普通遺傳算法進(jìn)行對(duì)比，設(shè)計(jì)了大量仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(shè)需求，首先對(duì)能源管理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)功能進(jìn)行了分析及設(shè)計(jì)。然后重點(diǎn)介紹了能耗優(yōu)化調(diào)度模型在系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，包括:關(guān)鍵流程描