面向节能的工艺规划与车间调度研究

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1、中图分类号：TG5论文编号：102870515-B022学科分类号：080202博士学位论文面向节能的工艺规划与车间调度研究研究生姓名戴敏学科、专业机械电子工程研究方向现代集成制造系统指导教师唐敦兵教授南京航空航天大学研究生院机电学院二О一五年九月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanicalandElectricalEngineeringResearchonEnergy-efficientProcessPlanningandSchedulingAT

2、hesisinMechanicalandElectricalEngineeringbyDaiMinAdvisedbyProf.TangDun-BingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophySeptember,2015承诺书木人卢明所呈交的博／硕±学位论文巧本人在导师指导下．进巧的研究．Ｔ作及取得的硏充成巧。除丫文中特別加标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人ｄ经发表或撰写过的硏究成果，也不包含为获得聞扣航巧航天大学或巧他教宵机构的学

3、位或证巧而使用过的材料。本人校权南克航巧航天大学ｉｉｒ臥将学位论义的个部或部分内容编入宵关数据库进行检索，可臥采用影印、缩印或抓等复制乎段保存。、汇编学位论文（保稱的学位论义巧狮密后适用本承巧书）作各签么：如則：ＩＩ［．—列．从ｒ南京航空航天大学博士学位论文摘要随着制造业对能源资源需求的不断增加，加之能源逐渐枯竭、成本持续上升、环境冲击日趋严峻等问题的影响，传统制造业的制造模式亟需转型。绿色节能制造作为一种新型的基于经济可持续发展概念的环境友好型制造模式，得到了广泛研究。工艺规划和车间调度作为制造系统研究的两个重要内容，在传统的研究

4、过程中，往往把加工时间、加工成本和加工质量作为生产目标，即在制造过程中更多地注重物料流和信息流。而事实上，把节约能源、提高能效作为工艺规划和车间调度研究过程中一个衡量绿色节能制造的评价指标，对制造系统朝着可持续方向发展是非常有意义的。因此，本文从技术节能和管理节能两个角度出发，对制造系统中的工艺规划系统、车间调度系统以及两者的集成系统在制造过程中进行节能降耗研究，其主要研究内容描述如下：1、研究了一种面向节能的柔性工艺规划问题的数学模型及其求解方法。首先，以柔性工艺规划问题为研究对象，针对一般的柔性工艺规划问题在制造过程中对能量消耗问题考虑有限，提出了一种面向节能

5、的柔性工艺规划数学模型。然后，采用多层整数编码机制设计了一种改进的遗传算法，该算法交叉部分采用基于特征关系约束块的设计方法，变异部分使用基于生物激素调节机制设计的模拟退火操作进行替代，有效地避免非法解的出现，提高了算法的求解性能。最后，通过性能测试验证了所提算法的有效性和优越性，并通过工艺规划案例对上述问题模型进行了有效求解。2、以静态调度环境为出发点，设计了一种面向节能的柔性流水车间静态调度模型及其求解方法。首先对柔性流水车间静态调度问题及其制造系统节能降耗相关理论进行了描述，在此基础上建立了一种柔性流水车间的节能调度模型。其次，提出采用一种新的遗传模拟退火算法

6、进行求解，该算法先利用一种改进遗传算法的快速搜索能力得到一个较优的群体，再利用一种改进模拟退火算法的突跳能力对整个群体进行优化。然后，采用测试实例对这种新的混合算法性能进行了评估，并与文献中提及的几种算法进行了比较以验证其优越性。最后，使用提出的算法求得了上述问题的可行解，证明了算法的可行性和有效性。3、针对实际生产环境存在动态干扰行为，提出了一种面向节能的柔性流水车间动态调度模型及其求解方法。首先给出柔性流水车间动态调度问题的描述，以新工件到达和机器故障为干扰事件，构造了一个面向节能的柔性流水车间动态调度多目标优化模型。然后提出采用基于生物激素调节机制的粒子群算

7、法去求解该问题模型。最后，对算法性能进行了测试并使用提出的算法求得了上述问题的可行解，证明了算法的可行性和有效性。4、基于非线性工艺规划模型理论的研究，建立了一种面向节能的工艺规划与车间调度集成I面向节能的工艺规划与车间调度研究模型。首先给出面向节能的工艺规划与车间调度集成问题的定义并建立了数学模型。然后,基于该问题属于复杂的NP困难问题范畴，采用改进的遗传算法用于对面向节能的工艺规划与车间调度集成模型进行求解。最后，通过几组测试实例来验证其可行性和有效性。5、根据上述研究理论，开发了一个面向节能的工艺规划与车间调度应用支持系统。首先搭建了该应用支持系统结构框架。

8、然后，对系