面向车间层的绿色生产多目标调度及改进算法研究

发布时间：2020-03-19 01:58

【摘要】：近年来,在全球能源日益紧张、自然环境持续恶化的情况下,环境及能源问题成为全球关注的焦点与热点。在全球倡导保护环境、节能减排的大背景下,我国作为制造业大国,如何在制造业中实现节能减排、绿色生产是当前非常紧迫的课题。生产调度作为制造业生产系统的重要环节,通过对车间资源的合理分配,提高生产效率、降低成本及能耗,实现绿色生产和节能减排。本文将车间调度的时间、能耗、成本优化作为主线,研究流水车间和混合流水车间绿色生产多目标调度优化问题,同时考虑混合流水车间调度过程中涉及并行机床选择的问题,根据机床展现的不同加工特性对传统遗传算法进行改进。主要研究内容阐述如下:(1)针对现代企业生产面临生产效率、环境及经济等多方面的需求问题,本文面向流水车间,分析车间生产特点,建立时间、能耗、成本绿色生产多目标数学模型,基于遗传算法对问题进行求解获得最优生产方案。已有相关研究表明单一目标的传统车间调度方法已经无法满足当前制造业对于生产过程的综合需求,而且车间需要随时根据企业生产需求的改变调整生产调度策略。本文面向流水车间,建立了车间的生产运作时间、车间能耗以及生产成本的多目标数学模型,运用归一加权方法对量纲进行统一,并根据企业需求,通过层次分析法决策各指标权重,利用遗传算法对此问题进行寻优迭代,实时获取符合当下生产情况的调度优化方案。在此基础上,根据车间生产特点,提出了四种典型车间生产调度模式,指导车间生产。最后,以流水车间某零件生产加工为例,分析不同生产模式下调度优化结果,验证了模型的有效性与准确性。(2)面向混合流水车间建立绿色生产多目标数学模型,并考虑混合流水车间并行机选择问题,分析机床加工特性,建立各加工特性的数学模型,利用模糊隶属度方法对机床加工特性进行识别,为后续改进算法研究奠定基础。混合流水车间作为流水车间的扩展,在企业应用范围较广且具有较高的复杂性和灵活性。在流水车间建模方法以及多目标生产的研究基础上,面向混合流水车间,建立了时间、能耗、成本的多目标数学模型,针对混合流水车间机床选择的柔性问题结合机床在使用时展现出的特性问题,对机床加工特性进行分析和建模,并基于模糊隶属方法定义了高效、节能和经济三种类型机床。通过在调度优化前期快速识别机床加工特性,更有针对性的依据调度指标对加工机床进行选择。(3)针对传统遗传算法求解混合流水车间调度优化问题的局限性,提出将机床的加工特性纳入到遗传算法求解中,通过对变异状态进行干预及优势个体的保留策略,有针对性的对机床进行选择,提高结果的准确性及搜索效率。为求解复杂的混合流水车间调度优化问题,结合对机床加工特性的分析,有针对性的对机床进行选择,提出具有工件、工序、设备的三层编码方式简化了编程操作便于实现。通过自适应的交叉率、变异率控制种群的变化趋势。提出将机床加工特性与调度目标的权重系数进行匹配,基于机床加工特性干预变异状态并根据机床加工特性隶属度实行优势保留策略,及时获取更优个体进行迭代,保留优势基因,加速收敛速度,在保证优化结果准确性的基础上提高了求解效率。最后通过实例分析,选取单纯形格子设计方法设计目标函数的权重,对比不同算法的优化结果,验证了提出的改进算法的有效性。
【图文】：

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图２－１流水车间生产流程图逡逑２．２面向高效、节能、经济的流水车间绿色生产多目标建模逡逑２．２．１时间建模逡逑根据流水车间特点，假设工件的加工顺序为按照上述对时间逡逑的阶段划分对相关的时间参数建模。逡逑其中：逡逑；）表示机床上第／个工件第ａ道工序的开始加工时间；逡逑表示机床上第个工件第Ａ道工序的完成加工时间；逡逑（１）第１个工件第１道工序的开始加工时间和完成加工时间逡逑ＳＴ（ｊ＼，ｍ，，）邋＝邋０逦（２＿１）逡逑＊

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逑ＩＳ？表加工设备邋＿逦＿逦画逡逑图２－１流水车间生产流程图逡逑２．２面向高效、节能、经济的流水车间绿色生产多目标建模逡逑２．２．１时间建模逡逑根据流水车间特点，假设工件的加工顺序为按照上述对时间逡逑的阶段划分对相关的时间参数建模。逡逑其中：逡逑；）表示机床上第／个工件第ａ道工序的开始加工时间；逡逑表示机床上第个工件第Ａ道工序的完成加工时间；逡逑（１）
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB497

【参考文献】