考慮能耗成本與加權(quán)拖期成本的柔性作業(yè)車間調(diào)度方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了考慮能耗成本與加權(quán)拖期成本的柔性作業(yè)車間調(diào)度方法，所述調(diào)度方法包括如下的步驟：S1、對車間能耗進(jìn)行分類，分為：處理能耗、非處理能耗以及車間環(huán)境單位時(shí)間能耗；S2、分別對處理能耗、非處理能耗以及車間環(huán)境單位時(shí)間能耗建立數(shù)學(xué)模型；S3、構(gòu)建車間總能耗的數(shù)學(xué)模型；S4、計(jì)算得出車間總能耗的金額。本發(fā)明為現(xiàn)有的車間能耗提供了一種能夠降低車間能耗成本的調(diào)度方法，通過運(yùn)用本發(fā)明的調(diào)度方法，可降低總能耗金額接近60％。
【專利說明】
考慮能耗成本與加權(quán)拖期成本的柔性作業(yè)車間調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及能耗優(yōu)化方法，具體設(shè)及一種考慮能耗成本與加權(quán)拖期成本的柔性作 業(yè)車間調(diào)度方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 能源是為全球制造不可或缺的基礎(chǔ)資源之一。隨著行業(yè)的全球發(fā)展，全球能源消 費(fèi)量已經(jīng)在五十年翻一番。目前，工業(yè)能源消費(fèi)約占世界能源消費(fèi)量的一半，能源成本的上 升是制造企業(yè)最重要的因素之一。
[0003] 在激烈的市場競爭面前，越來越多的企業(yè)，尤其是對中小型企業(yè)來說降低能耗至 關(guān)重要，然而在生產(chǎn)車間的生產(chǎn)過程中，由于影響的因素比較多，從而導(dǎo)致目前還沒有一個 能夠降低車間能耗成本的調(diào)度方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的旨在提供能夠降低車間能耗成本的調(diào)度方 法。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] 考慮能耗成本與加權(quán)拖期成本的柔性作業(yè)車間調(diào)度方法，所述調(diào)度方法包括如下 的步驟：
[0007] S1、對車間能耗進(jìn)行分類，車間能耗分為:處理能耗、非處理能耗W及車間環(huán)境單 位時(shí)間能耗；
[000引S2、對處理能耗建立數(shù)學(xué)模型，具體為：
[0009]
[0010] ；
[0011]
[0012] 對車間環(huán)境單位時(shí)間能耗建立數(shù)學(xué)模型，具體為：
[0013] EE(Sch)=CmaxXMPE
[0014] 其中；
[00巧]n:工件數(shù)量；
[0016] m:機(jī)器數(shù)量；
[0017] J:工件集合，揉KU;
[001引山:工件11(1《1《0)的交貨期；
[0019] Wi:工件Ji的權(quán)重系數(shù)；
[0020] M:機(jī)器集合，M -鄉(xiāng)搔
[0021] Oi:工件Ji的工序數(shù)量；
[002^ OPij:工件的第j(l《j《0i)道工序；
[0023] MPij :0?^可選加工機(jī)器的集合；
[0024] gij: OPi^選加工機(jī)器的數(shù)量；
[00巧]竊度皆在機(jī)器Mk上加工的第1道工序；
[0026] hk:在機(jī)器Mk上加工的工序數(shù)量；
[0027] 讀江序摟峨的完成時(shí)間；
[002引嫂:工序滾變的開始時(shí)間；
[0029] pijk:0Pu在機(jī)器Mk上的加工處理時(shí)間；
[0030] tijk:0Pu在機(jī)器M止的切削時(shí)間；
[0031] Sij: OPu加工處理開始時(shí)間；
[00創(chuàng) Cij: OPij加工處理完成時(shí)間；
[0033] Ci:工件Ji的完工時(shí)間，即C; - c'A;
[0034] Cmax:所有工件的最大完工時(shí)間，即
[0035] MPE:車間環(huán)境單位時(shí)間能耗金額；
[0036] MPT:單位拖期懲罰金額；
[0037] MPP:單位功率金額；
[003引 PE:處理能耗；
[0039] NPE:非處理能耗；
[0040] EE:車間環(huán)境單位時(shí)間能耗；
[0041] S3、構(gòu)建車間總能耗的數(shù)學(xué)模型，具體為：
[0042] Minimize Cost(sch) =TM(SCh) XMPT+(PE(sch)+NPE(sch)) XMPP+?。⊿Ch);
[0043] 其中:Minimize Cost為車間能耗的總金額；
[0044] TM為拖期懲罰：
[0045] Ti 為拖期時(shí)間：Ti=MaxIO，Ci-di};
[0046] S4、根據(jù)S3構(gòu)建的車間總能耗的數(shù)學(xué)模型計(jì)算得出車間總能耗的金額。
[0047] 本發(fā)明的有益效果在于：
[004引本發(fā)明為現(xiàn)有的車間能耗提供了一種能夠降低車間能耗成本的調(diào)度方法，通過運(yùn) 用本發(fā)明的調(diào)度方法，可降低總能耗金額接近60%。
【附圖說明】
[0049] 圖1為本發(fā)明考慮能耗成本與加權(quán)拖期成本的柔性作業(yè)車間調(diào)度方法的流程框 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0050] 下面，結(jié)合附圖W及【具體實(shí)施方式】，對本發(fā)明做進(jìn)一步描述：
[0051] 如圖1所示，本發(fā)明考慮能耗成本與加權(quán)拖期成本的柔性作業(yè)車間調(diào)度方法具體 包括如下的步驟：
[0052] S1、對車間能耗進(jìn)行分類，車間能耗分為:處理能耗、非處理能耗W及車間環(huán)境單 位時(shí)間能耗；
[0化3] S2、對處理能耗建(PE)立數(shù)學(xué)模型
[0054] 每臺機(jī)器Mk有=個常數(shù)的功率消耗：閑置時(shí)間狀態(tài)、切換至開機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、實(shí)際操 作狀態(tài)（W切削操作表示）。
[0055] 機(jī)器Mk的輸入功率Pk(t)是一個階梯函數(shù)，機(jī)器Mk的閑置功率為鮮，若OPu在機(jī)器 Mk進(jìn)行加工處理，則增加的運(yùn)行時(shí)功率為III曰額外的切削功率為
[0056] 工序OPu處理時(shí)間為冷卻液開關(guān)的時(shí)間間隔Pi北，其中的切削時(shí)間ti化通常是最高功 率到達(dá)的較短的時(shí)間間隔，ti化包含在Pi化中，所W有puk>tijk,
[0057] 假設(shè)操作中功率保持常數(shù)，那么機(jī)器M進(jìn)處理工序OPi基； 將機(jī)器投入運(yùn)行狀態(tài)的增加的能量消耗^
.再額外增加的切削操作 的能量消耗：
[0化引因此，機(jī)器Mk上處理工序OPij的肝巧
：（肝6:工件處 理相關(guān)的能耗"包括機(jī)器的基本功率消耗，例如閑置功率，運(yùn)行加工消耗，切削消耗。）
[0059] 貝 Ij:
[0060] 對非處理能耗(NPE)建立數(shù)學(xué)模型
[0061] 設(shè)TEMk(SCh)為一個可行調(diào)度計(jì)劃SCh中消耗在機(jī)器Mk上的NPE?，敽颓煞謩e表示S 中在機(jī)器Mk上的操作;；續(xù)的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，貝U
[0062]
[0063]
[0064] 對車間環(huán)境單位時(shí)間能耗建立數(shù)學(xué)模型
[0065] 車間環(huán)境單位時(shí)間能耗是指除了加工工件時(shí)機(jī)器資源所耗的能源，其他必須消耗 的能源來維持車間正常運(yùn)作。如車間中的照明系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)、采暖等的耗能。
[0066] EE(Sch)=CmaxXMPE
[0067] 其中上述各參數(shù)的定義具體如下：
[0068] n:工件數(shù)量；
[0069] m:機(jī)器數(shù)量；
[0070] J:工件集合，
[0071] 山:工件11(1《1《11)的交貨期；
[0072] Wi:工件Ji的權(quán)重系數(shù)；
[0073] M:機(jī)器集合，
[0074] Oi:工件Ji的工序數(shù)量；
[0075] OPij:工件Ji( 1《i《n)的第j (1《j《Oi)道工序；
[0076] MPij: OPij可選加工機(jī)器的集合；
[0077] gij:OPリ可選加工機(jī)器的數(shù)量；
[007引。蝶:在機(jī)器Mk上加工的第1道工序；
[00巧]hk:在機(jī)器Mk上加工的工序數(shù)量；
[0080]韓工序毅錢I的完成時(shí)間；
[00川確江序該喝的開始時(shí)間；
[0082] pijk:0Pu在機(jī)器Mk上的加工處理時(shí)間；
[00削 tijk:0Pu在機(jī)器M止的切削時(shí)間；
[0084] Sij: OPu加工處理開始時(shí)間；
[0085] Cij: OPij加工處理完成時(shí)間；
[0086] Ci:工件Ji的完工時(shí)間，即已V: :?,;
[0087] Uax:所有工件的最大完工時(shí)間，即
[008引 MPE:車間環(huán)境單位時(shí)間能耗金額；
[0089] MPT:單位拖期懲罰金額(元/單位）；
[0090] MPP:單位功率金額(元/千瓦時(shí)）；
[0091] PE:處理能耗；
[0092] NPE:非處理能耗；
[0093] EE:車間環(huán)境單位時(shí)間能耗；
[0094] (2)具體的邏輯變量為：
[009引 Xijk:若OPij在機(jī)器Mk上加工處理，則xijk= 1，否則Xijk = O;
[00%] Yiji' j' k:若OPij先于OPi' y 在機(jī)器Mk完成（Xi化=1，Xi' j' k= 1，i聲 i'，j聲 j')，則yiji' j' k =1，否則 yiji'j'k=0;
[0097] (3)約束條件為：
[009引 su>0,叫>0,其中0《i《n，l《j《0i; (1)
[0099] sij+XijkXpijk《Cij，其中j《0i，(2)
[0100] cij《si(j+i)，其中 (3)
[0101]
其中 (4)
[0102] 8。+口1化《3叫+1^1-7扣少〇，其中0《1《11，1《占-《化，1《1'《11，1《^《〇1'，1《1^
[0103] (5)
[0104] 叫《si(j+i)+L(l-yi' j'i(j+i)k)，其中 《k《m;
[0105] (6)
[0106] (7)
[0107] 沖《Oi'(8)
[010引 ；中1《1《11，1《占.《01，1《4《111; (9)
[0109] 式（I)表示各個參數(shù)變量必須是O或者正數(shù);式(2)和式(3)表示每一個工件的工序 先后順序約束;式(4)表示工件的完工時(shí)間的約束，即每一個工件的完工時(shí)間不可能超過總 的完工時(shí)間；式(5)和式(6)表示同一時(shí)刻同一臺機(jī)器只能加工一道工序;式(7)表示機(jī)器約 束，即同一時(shí)刻同一道工序只能且僅能被一臺機(jī)器加工;式(8)和式(9)表示存在每一臺機(jī) 器上可W存在循環(huán)操作。
[0110] S3、構(gòu)建車間總能耗的數(shù)學(xué)模型，為統(tǒng)一量綱，將目標(biāo)函數(shù)都換算為金額，則總的 目標(biāo)函數(shù)為具體為：
[0111] Minimize Cost(sch) =TM(SCh) XMPT+(PE(sch)+NPE(sch)) XMPP+?。⊿Ch);
[0112] 其中:Minimize Cost為車間能耗的總金額；
[0113] TM為拖期懲罰
[0114] Ti 為拖期時(shí)間：Ti=MaxIO，Ci-di};
[0115] S4、根據(jù)S3構(gòu)建的車間總能耗的數(shù)學(xué)模型計(jì)算得出車間能耗的總金額。
[0116] 其中，為了驗(yàn)證本方法的實(shí)用性W及所能達(dá)到降低能耗的實(shí)際情況，采用10臺機(jī) 器生產(chǎn)100個工件分別在常規(guī)的車間采用常規(guī)的能耗調(diào)度方法進(jìn)行生產(chǎn)W及在常規(guī)的方法 車間采用本發(fā)明的能耗調(diào)度方法進(jìn)行生產(chǎn)，經(jīng)實(shí)踐證明，10臺機(jī)器生產(chǎn)100個工件在常規(guī)車 間采用常規(guī)的能耗調(diào)度方法進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，其所需要花費(fèi)的總能耗金額為134236.3元;而10 臺機(jī)器生產(chǎn)100個工件在常規(guī)車間采用本發(fā)明的能耗調(diào)度方法進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，其所需要花費(fèi) 的總能耗金額為63158.5元，由此可知，采用本發(fā)明的能耗調(diào)度方法，可降低總能耗金額接 近60%。
[0117] 對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可根據(jù)W上描述的技術(shù)方案W及構(gòu)思，做出其它各種 相應(yīng)的改變W及形變，而所有的運(yùn)些改變W及形變都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍 之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.考慮能耗成本與加權(quán)拖期成本的柔性作業(yè)車間調(diào)度方法，其特征在于，所述調(diào)度方 法包括如下的步驟： 51、 對車間能耗進(jìn)行分類，車間能耗分為:處理能耗、非處理能耗以及車間環(huán)境單位時(shí) 間能耗； 52、 對處理能耗建立數(shù)學(xué)模型，具體為：對非處理能耗建立數(shù)學(xué)模型，具體為：對車間環(huán)境單位時(shí)間能耗建立數(shù)學(xué)模型，具體為： EE ( sch ) = Cmax X MPE 其中： η:工件數(shù)量； m:機(jī)器數(shù)量； J:工件集合J di:工件彡η)的交貨期； Wi:工件Ji的權(quán)重系數(shù)； Μ:機(jī)器集合，M = Oi:工件Ji的工序數(shù)量； OPij:工件Ji(l$i彡η)的第j(l彡j彡Oi)道工序； MPij: OPij可選加工機(jī)器的集合； glJ: OPlj可選加工機(jī)器的數(shù)量； 似Φ在機(jī)器Mk上加工的第1道工序； hk:在機(jī)器Mk上加工的工序數(shù)量； 工序#_的完成時(shí)間； 攻工序OMl的開始時(shí)間； Pijk: OPij在機(jī)器Mk上的加工處理時(shí)間； ti jk: OPi j在機(jī)器Mk上的切削時(shí)間； Sij: OPij加工處理開始時(shí)間； cij: OPij加工處理完成時(shí)間； Ci:工件Ji的完工時(shí)間，即Q : Cmax:所有工件的最大完工時(shí)間，即1<!胃= MPE:車間環(huán)境單位時(shí)間能耗金額； MPT:單位拖期懲罰金額； MPP:單位功率金額； PE:處理能耗； NPE:非處理能耗； EE:車間環(huán)境單位時(shí)間能耗； 53、 構(gòu)建車間總能耗的數(shù)學(xué)模型，具體為：Minimize Cost(sch) =TM(sch) XMPT+(PE(sch)+NPE(sch)) XMPP+EE(sch)； 其中：Minimizp％主丨印能錢的.?全額?; TM為拖期懲罰 Ti為拖期時(shí)間：Ti=MaxlO，Ci-di}; 54、 根據(jù)S3構(gòu)建的車間總能耗的數(shù)學(xué)模型計(jì)算得出車間總能耗的金額。
【文檔編號】G05B19/418GK106020142SQ201610323081
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】張沙清
【申請人】佛山市南海區(qū)廣工大數(shù)控裝備協(xié)同創(chuàng)新研究院