基于多目标混合人工蜂群算法的能效优化调度分析

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1、华中科技大学硕士学位论文5全文总结与展望5.1全文总结......................................................................................(49)5.2工作展望......................................................................................(49)致谢..................................................................

2、...........................(51)参考文献.............................................................................................(52)附录攻读硕士学位期间发表论文.............................................(57)V万方数据华中科技大学硕士学位论文1绪论1.1课题概述1.1.1课题来源本课题主要来源于国家自然基金重点项目：“离散车间制造系统的高效低碳运行优化理论与关键技术”(项目编号：

3、51035001)；国家自然基金项目“机械加工系统基于实时信息反馈的稳健性调度优化理论、算法与应用”(项目编号：51275190)。1.1.2课题研究目的实际制造车间的生产过程中，机床有很大部分时间处于空载状态，造成车间能量有效利用率低下。现有的调度问题主要以时间、成本等因素为目标，基于能效的调度还比较少见。因此，在大规模的车间能效调度问题领域，存在巨大的研究空间。本文根据实际制造车间生产环境，通过对流水车间能量流进行系统分析，建立了考虑空载、开停机和切削参数的调度优化模型。设计了一种改进MOHABC(Multi-objectivehybridartific

4、ialbeecolonyalgorithm,MOHABC)，用来求解基于能效的单机调度模型和置换流水车间调度模型。最后建立了基于多方案决策的评价体系，为整个加工方案提供了比较完善的处理方法。通过实例研究，取得了比较满意的结果，为车间能效调度问题提供了一种新的解决方法。1.1.3.课题研究意义随着经济社会的快速发展，能源消耗的总量逐年增加，随之产生的能源浪费与环境污染问题也日趋严重，如何实现高效、节能与环保是当前企业的首要任务。调度研究是考虑如何提高车间生产效率、缩短产品生产周期并且提高产品质量，它一门结合了数学、运筹学以及计算科学的综合学科，调度研究对于车间

5、的实际生产具[1]有重要意义。制造加工系统在机械加工过程中，消耗大量能量，但是在生产车间，机床大约[2]80%的能量消耗在空载待机以及开关机的过程中，通过车间调度减少这部分的能量损耗具有极大的空间。车间能量消耗过大困扰企业进一步发展的难题，大多数制造企业急需寻找更加节能的方案来维持企业的长期发展，但是传统企业在工厂建设的初期并没有考虑后面的调度节能问题，一般采用新的生产工艺或者设备以达到节能目的。而本文在现有的设备基础上，通过有效的调度优化方案，在少量的成本投入同时，减少生产过程的能源消耗。调度技术的引入能够有效地控制机床的加工时间，继而间接控制机床的加工能

6、耗。调度问题研究主要从模型和算法两个方面入手，模1万方数据华中科技大学硕士学位论文型方面主要包括模建立、模型规划以及调度目标确立等问题；算法方面主要包括算法选择、算法设计、效果优化、计算复杂度以及收敛性等。本文主要从这两个方面出发对能耗调度问题进行了深入研究。本文从车间层出发，在调度的同时考虑空载、开关机能耗等因素，建立了基于能耗的单机调度模型和置换流水车间调度模型。此外，本文还设计了高效多目标优化算法求解以上两个模型。最后本文建立了基于多方案决策的评价体系。通过对制造车间的能效调度，能够在车间加工系统中有效的控制设备切削参数与生产计划之间的能耗和效率。1.

7、2能效调度研究背景以现状1.2.1制造业能效问题研究背景在制造业的发展过程中，机械加工过程所占的能源消耗占了主要的部分，每年排放大量的温室气体与有害物质。2006年新西兰经济发展部报告表明，全世界制造[3][4]业的能量消耗总量占全球总能耗的37%。同时Alhourabi等人研究表明美国制造所消耗的能量占全国能量消耗总量的42%，相似的情况相在其他国家也已经出现。大量统计研究表明，机床在加工过程中，能量的平均有效利用率低于30%。我国是制造业大国，拥有机床大约700万台，机床量大面广，能耗总量巨大，且机床的利用[5]率极低。如果每台机床的额定功率为10KW计

8、算，则每年的总用电量约是三峡电站[6]总装机容量(2