[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

说明书

本发明公开了一种考虑设备预维护的柔性作业车间调度节能优化方法，包括以下步骤：首先提出提出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，其次分析了柔性作业车间能耗特性，然后以总能耗和完工时间为多目标建立优化模型，并提出一种机床预维护调度策略。

技术领域

本发明涉及机械切削加工领域，具体涉及考虑设备预维护的柔性作业车间调度优化方法

背景技术

制造业是能量消耗的主要行业之一，能耗约占全球总量的33％。机械加工作为典型的制造系统，其能量源众多，能耗结构复杂，承担着制造过程的主要能耗。因此，从机械加工车间层面对整个生产系统的工艺路线、机床和刀具等资源的合理分配以及考虑机床故障的车间节能优化调度，是一个亟需解决的基础问题。

此外，实际柔性作业车间加工过程中时常会出现由于机床设备故障而导致加工中断的情况。机床故障后再维修，会严重影响工件完工时间、加工能耗以及机床负载均衡等调度性，给企业造成重大损失。而在调度过程中提前考虑机床设备的预维护，能使车间调度研究更加符合实际生产，有效降低机床故障的影响，提高加工效率和降低能耗。

发明内容

本发明提供一种考虑设备预维护的柔性作业车间调度节能优化方法，以降低柔性作业车间能耗和最大完工时间。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，即一种考虑设备预维护的柔性作业车间调度节能优化方法。它包括以下步骤：

步骤1：提出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。

优选地，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：

本发明中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，如图1所示。

本发明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。

优选地，步骤2中分析柔性作业车间能耗特性的过程为：

柔性作业车间调度生产系统的总能耗可计算如下：

E_total＝E_c+E_cd+E_tc+E_ts+E_i+E_t+E_a

(1)各工序切削加工能耗E_c