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(dāng)前制造業(yè)發(fā)展的必然選擇。我國(guó)加工車間的特點(diǎn)是能耗大且能效低，直接導(dǎo)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(fù)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(duì)混合流水車間這一常見的車間類型，對(duì)車間層能效建模及優(yōu)化方法進(jìn)行了研究。
　　本文將車間能耗劃分為機(jī)床能耗、運(yùn)輸能耗和公共能耗三大類，針對(duì)機(jī)床、自動(dòng)導(dǎo)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(duì)其能耗特性進(jìn)行了分析。本文采用基于S-G（Savitzky-Golay）濾波的拐點(diǎn)識(shí)別方法識(shí)別功率曲線的加工起止點(diǎn)和切削起止點(diǎn)，從而獲取機(jī)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(yùn)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(shí)了車間能效模型。
　　根據(jù)車間實(shí)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(xué)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(jī)床加工時(shí)間和AGV運(yùn)輸時(shí)間，建立了車間任務(wù)時(shí)間數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)床加工能耗和AGV運(yùn)輸能耗，給出了車間層能效數(shù)學(xué)模型。最后，基于離散事件動(dòng)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(shí)現(xiàn)了對(duì)任務(wù)時(shí)間、機(jī)床能耗、運(yùn)輸能耗和公共能耗的仿真。
　　針對(duì)車間總?cè)蝿?wù)時(shí)間最短和總能耗最小兩個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，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(jìn)行了雙目標(biāo)優(yōu)

4、化。本文采用實(shí)數(shù)編碼實(shí)現(xiàn)了兩種不同優(yōu)化變量的融合，采用錦標(biāo)賽-隨機(jī)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(dá)式。
　　根據(jù)我國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，完成了車間案例的設(shè)計(jì)，依據(jù)該案例，對(duì)本課題提出的車間層能效建模與優(yōu)化方法進(jìn)行了驗(yàn)證分析。數(shù)學(xué)模型優(yōu)化結(jié)果驗(yàn)證了優(yōu)化方法的可行性，優(yōu)化數(shù)據(jù)表明機(jī)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(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的正確