[发明专利]一种多时间因素下混合流水锻造车间的节能调度模型

说明书

本发明公开了一种多时间因素下混合流水锻造车间的节能调度模型，该模型通过以下步骤建立：分析混合流水车间各加工阶段的多种时间影响因素：准备时间、加工时间、调整时间、运输时间、等待时间以及等待平衡时间；分析混合流水锻造车间的中加热炉设备的连续加工和其他加工设备的离散加工工艺；采用运输时间右移排序的规则，建立完工时间模型，分析车间调度中多种时间的关系；利用“关闭/开启”方案分析混合流动锻造车间的能耗调度，建立能耗调度模型。建立混合流水锻造车间节能调度模型的多目标函数。本发明为混合流水锻造车间建立了完工时间和能耗的多目标模型，通过运用该模型解决具有加热炉连续加工特性的混合流水锻造车间调度问题。

技术领域

本发明涉及混合流水车间的调度技术，尤其是针对混合流水锻造车间的一种节能调度模型的建模方法，属于先进制造控制与调度技术领域。

背景技术

随着工业的快速发展，能源价格的上涨和当前的可持续发展趋势给制造企业带来了新的压力，节能调度已成为车间调度的重要研究目标之一。与通常机加生产线的特点不同，锻造车间的生产是具有加热炉连续性的加工和其他机加设备的离散性加工混合的生产，生产过程难以控制，能量损失严重。除了加工操作中消耗的离散能量之外，锻造生产的大部分能量消耗来自加热炉等高能设备。因此，对锻造生产过程进行节能研究是非常有价值的。

关于加热炉节能的之前研究主要集中在设备优化和改造、废气热回收利用、新材料的开发和应用和热处理工艺的改进。近年来，通过解决炉膛加热的调度问题，对单机能耗进行了一些研究，以降低锻造生产的能耗。然而，对于锻造生产线的能耗调度问题的研究十分有限。关于混合流水车间调度问题的研究很多，如专利CN103309316 A中提出带有批处理机的多阶段变异混合流水车间调度方法，专利CN106020142 A中提出考虑能耗成本与加权拖期成本的柔性作业车间调度方法，以及专利CN104808636 A提出柔性流水车间能耗优化调度方法等，然而，对于有加热炉的混合流水锻造车间的调度问题的研究几乎没有。

在实际锻造生产中，加热炉等锻造生产设备的单位能耗高于普通生产设备。由于设备在多种不同时间状态下的能耗仍然很大，无法估算生产中设备的实际浪费能耗。同时，加热炉的后续加工在锻造生产中是连续性的，增加了生产调度的难度。因此，分析锻造生产中的多种制造时间因素，研究具有连续和离散加工的混合流水锻造车间节能调度模型十分重要。

发明内容

本发明中建立的锻造生产模型不仅考虑了众多不同制造阶段的时间，而且还提出了一种运输时间右移的规则，用于加热炉设备的连续性加工和机加设备的离散加工的生产计划排序，建立混合流水锻造车间调度的完工时间和能耗两个目标的权衡模型。

一种多时间因素下混合流水锻造车间的节能调度模型，该模型的建模过程有以下五个步骤：

步骤1构建多种时间因素下的混合流水车间模型

分析每个加工阶段的具体过程，针对每个过程分析过程中的不同操作状态，确定该状态下的时间因素，在运输阶段有运输时间TT，在上机加工阶段有准备时间eRT，加工时间ePT和调整时间eAT，在等待阶段有等待时间WT，开关机时间ST，等待平衡时间BT和间隔时间GT。通过对多种时间因素的分析，建立考虑多种时间因素的混合流水车间模型。

步骤2分析混合流水锻造车间的连续性和离散性

在锻造生产车间里，对于前一个阶段工艺是加热炉的工件，必须等到此阶段设备空闲，才能从上一阶段加热炉内取出工件进行此次工艺的加工，加工必须是连续性的。锻造加热工件工艺过程中，加热时间一般设定为固定的值，当满足加热时间后快速转移只保温区进行保温操作，保温时间要求必须满足最小保温时间，能够使锻件晶粒增长到锻造需求，当时不能大于最大保温时间以至锻件晶粒增长过大，内部组织破环，因此在加热炉连续的加工中，时间要求如下所示：