[发明专利]考虑设备预维护的柔性作业车间调度节能优化方法

权利要求书

1.考虑设备预维护的柔性作业车间调度节能优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立面向能耗的设备预维护和柔性作业车间节能调度优化方法的流程框架；

步骤2：分析柔性作业车间机床加工能耗和车间辅助系统能耗特性，建立能耗模型；

步骤3：以总能耗和车间完工时间最小为优化目标建立考虑设备预维护的柔性作业车间调度节能多目标优化模型；

步骤4：提出机床预维护调度策略，并基于模拟退火算法求解。

2.根据权利要求1所述的考虑设备预维护的柔性作业车间调度节能优化方法，其特征在于：步骤1中所述一种面向能耗的设备预维护和柔性作业车间节能调度优化方法的流程框架的过程为：

考虑设备预维护的柔性作业车间调度节能优化问题可描述为：以车间调度方案和机床预维修计划在能耗、完工时间和机床负载上达到协调最优为目标，为各工件选择适合的工艺路线，为各工序选择相应的加工机床和刀具；此外，为每台机床设备安排预维修计划，确定每台机床的预维修的开始/完成时刻；

考虑设备预维护的柔性作业车间调度节能优化的假设条件描述如下：

(1)同一时刻同一台机床只能加工一个工件的一道工序；同一时刻同一道工序只能在一台机床上加工；

(2)工件的可选工艺路线和可选机床没有优先关系；

(3)机床故障发生情况服从威布尔分布，且随着时间的增加，机床役龄递减，故障率递增，预防性维修的频率增加，维护周期变短；

(4)工序一旦开始加工，在未完工前不能中断，机床的预维护在某道工序完工后进行；

(5)所有机床设备在完成全部作业加工前一直维持开机状态。

3.根据权利要求1所述的考虑设备预维护的柔性作业车间调度节能优化方法，其特征在于：步骤3中以总能耗和车间完工时间最小为优化目标建立考虑设备预维护的柔性作业车间调度节能多目标优化模型的过程为：

(1)优化变量

1)各工件选择的工艺路线、工序选择的机床、工序在机床上的加工顺序以及各工序的加工刀具x_ijrmo；2)各机床的预维护周期和预维护次数P_mr；

(2)目标函数

1)能耗目标函数

柔性作业车间的总能耗由7部分组成：工件装夹拆卸能耗，换刀能耗，对刀能耗，机床空闲能耗，工件搬运能耗，车间助系统能耗；

2)完工时间目标函数

完工时间为所有机床加工最后一个工序完工时刻的最大值；

(3)约束条件

1)生产约束

①每道工序只能在一台机床上加工，具体计算如下公式：

②同一时刻一台机床只能加工一个工件的一道工序，具体计算见下公式：

ST_m^r为机床M_m加工第r道工序的开工时刻，CT_m^r为机床M_m加工第r道工序的完工时刻，ST_m^pm为机床M_m的预维护开始时刻，CT_m^pm为机床M_m的预维护结束时刻；

2)维护约束

①同一时刻同一台机床上工序加工和预维护任务不能同时进行，具体计算见下公式：

②任意时刻t，机床设备M_m的可靠度R_m不能低于可靠度阈值R₀，具体计算如下公式：

R_m＞R_o

基于上述分析，建立考虑设备预维护的柔性作业车间调度节能多目标优化模型，具体如下：

min F(x_ijrmo，P_mr)＝(min E_total，TC)

4.根据权利要求1所述的考虑设备预维护的柔性作业车间调度节能优化方法，其特征在于：步骤4所述得机床预维护调度策略的过程为：

考虑机床预维护的调度主要涉及生产任务计划和预维护周期两个问题，所提出的调度算法包括两个主要部分：机床预维护策略和车间调度机制；

(1)机床预维护策略

机床加工过程实时计算机床M_m在完成第r道工序后的可靠性R_mn(t)，当机床M_m实际可靠度小于可靠度阈值时R_mn(t)≤R_m0，则在机床上下一道工序加工之前进行该机床的预防性维护，P_mr＝1；

(2)车间调度机制

当机床M_m实际可靠度大于可靠度阈值，即R_mn(t)≤R_m0，该机床上的加工任务暂停，并且根据此时所有工件的加工状态将加工任务分成三个子集(A1、A2和A3)；A1表示尚未开始加工的工件；A2代表至少有一个工序正在加工的工件；A3表示已经完工的工件；

①尚未开始加工的工件(J∈A1)重新选择工艺路线，所有工序重新安排机床和刀具；

②已开始加工的工件(J∈A2)尚未开始加工的工序重新安排机床和刀具；

③已完工的工件(J∈A2)将不再进行调度安排。