[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

摘要

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。

主权项

1.一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：T_furnace＝T_heat+T_{heat‑preservattion}   (1)对于前一阶段是非加热炉的机加设备，加工完之后到下一阶段等待时间无限延伸，因此前一阶段是机加设备的，此阶段加工可以保持离散状态，利于生产调度调节；步骤3 建立混合流水锻造车间完工时间模型提出了“运输时间右移规则”，即基于先完工先运输的规则，对已完工的工件进行运输顺序排列，将其他同时完成的工件采用可调时间进行排序调整；对于机加工设备，可调时间是运输前等待时间WT^t和加工前等待时间WT^m；对于前一阶段是加热炉，后一加工阶段的等待时间为零，可调时间是加热炉的保温时间hpT；最后再对排序之后的结果验证保温时间hpt是否满足工艺要求在最小保温时间和最大保温之间；通过分析多种类型的时间分析和运输时间右移规则，构建的混合流水锻造车间调度的完工时间模型如下：步骤4 建立混合流水锻造车间能耗模型将混合流水锻造车间的总能耗模型分为三部分：机加设备的工作能耗、机加设备的待机能耗和加热炉设备能耗；机加设备的工作能耗是设备处于准备时间、加工时间和调整时间的能耗；机加设备的待机能耗是设备处于等待状态的能耗，若待机时间过长，消耗的待机能耗大于开关机需要的能耗，采用“关闭/开启”方案来节省能耗；加热炉设备一旦开始需要保持温度恒定，中间没有待机状态，因此加热炉设备能耗是从开始加工第一个工件到完成最后一个工件的所有加热能耗和保温能耗的总和；利用“开启/关闭”方案构建的混合流水锻造车间调度的能耗模型如下：步骤5 构建混合流水锻造车间节能调度模型的多目标函数混合流水锻造车间节能调度模型中的完工时间F_max和总能耗E_a作为优化的两个目标函数，定义如下：基于多目标加权和的方法，考虑多目标归一化构建的多目标优化函数如下：minf(x)＝ω·F_max+(1‑ω)·E_a·Ne   (8)各个符号的技术含义如下：T_furnace：加热炉工艺需要的时间；T_heat：加热炉工艺的加热时间；T_{heat‑preservation}：加热炉工艺的保温时间；加热炉工艺允许的最小保温时间；加热炉工艺允许的最大保温时间；F_max：总完工时间；n：工件的数量；i：第i个工件；m：加工阶段的数量；.j：第j加工阶段；第i个工件在第j加工阶段的运输前等待时间；第i个工件在第j加工阶段的加工前等待时间；TT_ij：第i个工件在第j加工阶段的运输时间；eRT_ij：第i个工件在第j加工阶段的准备时间；ePT_ij：第i个工件在第j加工阶段的上机加工时间；eAT_ij：第i个工件在第j加工阶段的调整时间；E_a：所有设备的总能耗；第j加工阶段里设备的开关机能耗k_j：第j加工阶段里的机器数量；k：加工阶段里的机器编号；BT_j：第J加工阶段设备的间隔时间；eGT_ij：第i个工件在第j加工阶段的等待平衡时间；eHT_jk：第j加工阶段中第k设备的加热时间总和；eKT_jk：第j加工阶段中第k设备的保温时间总和；ePP_j：在第j加工阶段设备的工作功率即加热炉设备的加热功率；eWP_j：在第j加工阶段设备的待机功率；eKP_j：在第j加工阶段加热炉的保温功率；α_ij：是否采用“关闭/开启”方案参数；β_j：加热炉与机加设备识别参数；ω：多目标权值参数；N_e：多目标归一化参数。