[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于啟發(fā)式規(guī)則的硫化車(chē)間能耗優(yōu)化調(diào)度方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410475431.3
• 申請(qǐng)日: 2014-09-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104281128A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊海東;唐萬(wàn)和;張沙清;楊波;黎展滔
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05B19/418
• 分類(lèi)號(hào): G05B19/418
• 代理公司: 北京精金石專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 11470
• 代理人: 劉曄

1.一種基于啟發(fā)式規(guī)則的硫化車(chē)間能耗優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、構(gòu)建硫化車(chē)間能耗優(yōu)化調(diào)度模型，該模型中的最小化生產(chǎn)成本E_min由兩部分組成包括工件拖期懲罰成本和機(jī)器能耗成本，目標(biāo)函數(shù)如公式(1.1)所示：

Emin=Σi=1nβi·max(0,Ci-Di)Σi=1nTij·pij1·Xij+Σj=1mΣi=1Hj(SHij-CH(i-1)j)·(1-YΔtij)·pj2+Σj=1mΣi=1Hjaj·pj3·YΔtij---(1.1)]]>

該數(shù)學(xué)模型應(yīng)滿(mǎn)足下列約束條件：

Σj=1mXij=1---(1.2)]]>

YΔtij=1αpj3-Δtijpj2<0Δtij=SHij-CH(i-1)j---(1.3)]]>

C_i＝S_i+T_ij·X_ij????????(1.4)

S_i＞R_i????(1.5)

C₀＝0????(1.6)

Σi=1,l≠hnUlhj-Σo=1,o≠hnUhoj=0---(1.7)]]>

式(1.2)表示一個(gè)工件同一時(shí)間只能在一臺(tái)機(jī)器上加工。

式(1.3)用于確定機(jī)器從“停—開(kāi)”機(jī)狀態(tài)，當(dāng)時(shí)確定機(jī)器開(kāi)始啟動(dòng)預(yù)熱，

αp_j3-Δt_ijp_j2＜0用于判斷機(jī)器是否仍處于預(yù)熱狀態(tài)，該不等式成立，則表明機(jī)器仍需要繼續(xù)預(yù)熱。

式(1.4)用于計(jì)算工件的完工時(shí)間。

式(1.5)表示工件的開(kāi)始加工時(shí)間不能早于其到達(dá)時(shí)間。

式(1.6)定義下標(biāo)為0的工件完工時(shí)間為0。

式(1.7)表示機(jī)器同一時(shí)間只能加工一個(gè)工件。

以下是數(shù)學(xué)模型用的參數(shù)變量：

β_i：工件i的單位拖期懲罰成本；

α_j：機(jī)器M_j從停機(jī)到運(yùn)行狀態(tài)需要的時(shí)間；

m：機(jī)器的數(shù)量；

n：工件的數(shù)量；

M_j：第j臺(tái)機(jī)器；

J_i：第i個(gè)工件；

H_j：安排在機(jī)器j上加工的工件數(shù)量；

H_ij：安排在機(jī)器j上加工的第i個(gè)工件；

S_i：工件i的開(kāi)始加工時(shí)間；

C_i：工件i完工時(shí)間；

R_i：工件i到達(dá)車(chē)間的時(shí)間；

D_i：工件i交貨期；

p_ij1：工件i在機(jī)器M_j上加工時(shí)的單位時(shí)間能耗成本；

p_j2：機(jī)器M_j待機(jī)時(shí)的單位時(shí)間能耗成本；

p_j3：機(jī)器M_j從停機(jī)到運(yùn)行狀態(tài)，即預(yù)熱的單位時(shí)間能耗成本；

T_ij：工件i在機(jī)器M_j上的加工時(shí)間；

決策標(biāo)量：

式(1.8)用于判斷某個(gè)工件是否在指定機(jī)器上加工，若X_ij＝1則表示工件i在機(jī)器j上加工，否則不在機(jī)器j上加工；

式(1.9)表示機(jī)器加工完一個(gè)工件后是否馬上加工下一個(gè)工件，若U_lhj＝1，則表示馬上接著加工工件，表明機(jī)器仍處于正常工作狀態(tài)；

式(1.10)表示用于判斷機(jī)器何時(shí)由停機(jī)轉(zhuǎn)為運(yùn)行狀態(tài)。

S2、針對(duì)調(diào)度模型中拖期成本優(yōu)化目標(biāo)提出三種基于規(guī)則的啟發(fā)式算法：EDD、ODD、SPT，由于該模型考慮的是非同等并行機(jī)的調(diào)度問(wèn)題，所以在采用上述調(diào)度規(guī)則對(duì)工件進(jìn)行排序時(shí)，工件的加工時(shí)間T′_i由式(1.11)求得。而對(duì)于ODD規(guī)則，由于完工時(shí)間和交貨期均不相同，因此工件的交貨期D′_i由(1.12)式求得。

Ti′=Σj=1mTijm---(1.11)]]>

D′_i＝D_i-R_i-T′_i????(1.12)

EDD、ODD、SPT算法步驟如下：

步驟1：根據(jù)上式，求出每個(gè)工件的D_i(對(duì)應(yīng)EDD算法)、D′_i(對(duì)應(yīng)ODD算法)、T′_i(對(duì)應(yīng)SPT算法)，并根據(jù)D_i、D′_i、T′_i值的遞增對(duì)工件進(jìn)行排序，得到對(duì)應(yīng)三種算法的加工工件隊(duì)列Q。

步驟2：根據(jù)工件隊(duì)列，安排第一個(gè)工件到機(jī)器上加工。如果工件同一時(shí)間有多臺(tái)可加工的機(jī)器，選擇運(yùn)行能耗最小的機(jī)器上加工。

步驟3：在機(jī)器上加工工件，更新機(jī)器的完工時(shí)間C_i。

步驟4：重復(fù)步驟2、步驟3，直至加工完所有工件。

上訴三種算法，除了獲得隊(duì)列時(shí)所求參數(shù)不同，第2-4步步驟類(lèi)似，在此不再一一贅述。

S3、針對(duì)能耗成本優(yōu)化目標(biāo)，提出最小運(yùn)行能耗啟發(fā)式算法LPP，LPP規(guī)則的核心思想是盡量安排工件到運(yùn)行能耗最小的機(jī)器上加工，工件的平均運(yùn)行能耗由式(1.13)求得。

Poi=Σj=1mTijpij1m---(1.13)]]>

步驟1：根據(jù)式(1.13)計(jì)算每個(gè)工件的平均運(yùn)行能耗Po_i，根據(jù)Po_i的遞增工件進(jìn)行排序，得到工件加工隊(duì)列Q。

步驟2：根據(jù)工件盡早開(kāi)工原則(Earliest?starting?time，EST)，安排加工Q中的工件到機(jī)器上加工。如果工件同一時(shí)間有多臺(tái)可加工的機(jī)器，選擇運(yùn)行能耗最小的機(jī)器上加工。

步驟3：在機(jī)器上加工工件，更新機(jī)器的完工時(shí)間。

步驟4：重復(fù)步驟2、步驟3，直至加工完所有工件。

S4、針對(duì)“關(guān)-開(kāi)”能耗優(yōu)化問(wèn)題,采用EST調(diào)度規(guī)則安排工件上機(jī)加工，根據(jù)工件到達(dá)時(shí)間與機(jī)器空閑時(shí)間段的關(guān)系，提出了控制機(jī)器“關(guān)-開(kāi)”狀態(tài)的算法RI:

步驟1：根據(jù)工件到達(dá)時(shí)間進(jìn)行遞增排序，獲得工件隊(duì)列Q。

步驟2：若有機(jī)器空閑，則安排隊(duì)列中的第一個(gè)工件上機(jī)器，若同時(shí)有幾個(gè)機(jī)器空閑，則分別計(jì)算空閑機(jī)器的能耗(包括等待能耗和預(yù)熱能耗)，將工件安排到最小空閑能耗的機(jī)器。

步驟3：在機(jī)器上加工工件，更新機(jī)器的完工時(shí)間。

步驟4：重復(fù)步驟2、步驟3，直至加工完所有工件。

S5、基于基于減少狀態(tài)轉(zhuǎn)換次數(shù)更節(jié)能的精益理論，提出了一種基于工件組批加工的BC算法:

步驟1：根據(jù)工件到達(dá)時(shí)間進(jìn)行遞增排序，獲得工件隊(duì)列Q。

步驟2：選擇隊(duì)列中的第一個(gè)未被加工的機(jī)器，將其安排到一個(gè)空閑機(jī)器上加工，如有多個(gè)機(jī)器都處于空閑狀態(tài)，則分別計(jì)算其待機(jī)能耗(包括等待能耗和預(yù)熱能耗)，將工件安排待機(jī)能耗最小的機(jī)器上加工。

步驟3：分別計(jì)算是工件是否被安排到同一個(gè)機(jī)器上的機(jī)器等待能耗，若前者更節(jié)能，則轉(zhuǎn)到步驟2，否則優(yōu)先將機(jī)器安排到該機(jī)器上。并更新機(jī)器的完工時(shí)間

步驟4：重復(fù)步驟2、3，直至加工完所有工件。

S6、基于組合啟發(fā)式算法理論，提出了四種基于組合規(guī)則的啟發(fā)式算法:EDD+BC算法、ODD+BC算法、SPT+BC算法、LPP+BC算法，四種組合的啟發(fā)式算法步驟類(lèi)似，下文以EDD+BC算法為例來(lái)說(shuō)明算法步驟。

EDD+BC算法：

步驟1：工件由S2提出的EDD算法進(jìn)行排序，以獲得工件隊(duì)列Q。

步驟2：采用S5所提到的BC算法將隊(duì)列Q中的工件分配到機(jī)器上。

步驟3：在機(jī)器上加工工件，更新機(jī)器的完工時(shí)間，直到加工完所有工件。

ODD+BC算法、SPT+BC算法、LPP+BC算法這三種算法的步驟與EDD+BC算法基本一致，都是采用前面的規(guī)則獲得工件隊(duì)列，再由BC算法將工件分配到機(jī)器上，在此不再一一贅述。

S7、采用分割實(shí)驗(yàn)法設(shè)計(jì)了仿真實(shí)驗(yàn)算例，進(jìn)行大量仿真實(shí)驗(yàn)。

S8、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，表明EDD、SPT、LPP、SPT-BC四種啟發(fā)式算法的求解效果較好，其中SPT-BC啟發(fā)式算法的求解效果最好。