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生产及能耗多指标优化的柔性作业车间调度方法

【摘要】:生产及能耗多指标优化的柔性作业车间调度问题以先进生产制造系统下的高效模式为背景,通过综合约束平衡车间生产资源,同时实现生产效率和能源配置的双重优化,在生产制造中具有重要的实践意义。本文重点研究可以体现生产加工过程复杂性的多类约束柔性作业车间调度问题,采用基于进化计算的调度优化控制方法,对优化生产效率和能源消耗开展研究。以下是主要研究内容:(1)针对在柔性作业车间的整个加工过程及能耗的特征,建立以加工产品层面和加工机器层面能耗为优化指标的柔性作业车间调度模型,为后续生产及能耗多指标优化的调度问题提供理论基础。同时结合柔性作业车间调度问题的特点和难点,详细分析了混合蛙跳算法的基本原理、参数配置以及算法特性,在研究其寻优机制基础上,总结了算法的优缺点。(2)通过对柔性作业车间生产资源和调度约束的分析,对考虑生产和能耗两个优化性能指标的柔性作业车间调度问题进行研究,并构建了以最大完工时间和加工能耗最小为目标函数的调度模型。为了合理地安排工件的加工顺序和选择加工机器,以减少工件在加工过程中的能耗,提出一种基于单亲移位的混合蛙跳算法。此外,采用基于多点交叉操作和单亲遗传基因移位操作来对算法的局部更新策略进行改进。实验结果证明了算法求解该类问题的有效性。(3)同时考虑以完工时间和多源能耗来表征生产效率与生产能耗的优化目标,建立了生产及多源能耗多指标优化的柔性作业车间调度模型。另外,引入启停节能策略减少机器的空载时间,使更好地达到节能增效。考虑到调度问题中多源能耗的复杂性,设计了基于Pareto关系支配的多目标混合蛙跳算法来求解该问题。基于多目标优化算法的特点,采用适合问题求解的分组方式,并对算法的组内最差解和最优解同时更新。通过与其它算法的对比实验来验证多目标混合蛙跳算法可以实现生产及能耗的优化。(4)针对生产运输设备的调度机制和约束,深入研究了基于运输设备约束下生产及能耗多指标优化的柔性作业车间调度问题。考虑调度问题中运输设备也是可选择的,柔性作业车间调度需要实现机器分配、工序排序和运输设备选择三个任务,因而提出了具有三层编码的基于小生境混合蛙跳算法来对问题进行求解。考虑到混合蛙跳算法的趋同寻优机制,引入的小生境策略可以减弱算法寻优过程中的趋同性,以得到不同运输时间下的调度方案,为进一步研究考虑生产运输设备约束下的柔性作业车间调度提供理论方法。

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