本文關(guān)鍵詞：車間層能效建模與優(yōu)化方法研究

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【摘要】：世界能源問題日益凸顯，可持續(xù)制造成為當(dāng)前制造業(yè)發(fā)展的必然選擇。我國加工車間的特點是能耗大且能效低，直接導(dǎo)致車間生產(chǎn)成本上升，環(huán)境污染加劇。車間能耗設(shè)備種類及數(shù)量多，能耗特性復(fù)雜，節(jié)能降耗的方式多種多樣，提升車間層能效的潛力非常巨大。因此，本課題針對混合流水車間這一常見的車間類型，對車間層能效建模及優(yōu)化方法進行了研究。 本文將車間能耗劃分為機床能耗、運輸能耗和公共能耗三大類，針對機床、自動導(dǎo)引小車（AGV,Automated Guided Vehicle）、照明設(shè)備和看板這四種典型的耗能設(shè)備，對其能耗特性進行了分析。本文采用基于S-G（Savitzky-Golay）濾波的拐點識別方法識別功率曲線的加工起止點和切削起止點，從而獲取機床能耗數(shù)據(jù)，為車間層能效建模奠定了基礎(chǔ)。以AGV、照明設(shè)備和看板為例，研究了運輸設(shè)備、公共輔助設(shè)施的能耗數(shù)據(jù)采集和分析方法，充實了車間能效模型。 根據(jù)車間實際耗能情況，給出了車間層能效的定義，建立了混合流水車間能效數(shù)學(xué)模型和仿真模型。首先闡述了建模約束條件，然后，綜合考慮機床加工時間和AGV運輸時間，，建立了車間任務(wù)時間數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合機床加工能耗和AGV運輸能耗，給出了車間層能效數(shù)學(xué)模型。最后，基于離散事件動態(tài)系統(tǒng)仿真原理，提出了仿真建模三層次，并在SimEvents環(huán)境中實現(xiàn)了對任務(wù)時間、機床能耗、運輸能耗和公共能耗的仿真。 針對車間總?cè)蝿?wù)時間最短和總能耗最小兩個優(yōu)化目標(biāo)，采用基于遺傳算法的賦權(quán)值優(yōu)化方法和帕累托優(yōu)化方法進行了雙目標(biāo)優(yōu)化。本文采用實數(shù)編碼實現(xiàn)了兩種不同優(yōu)化變量的融合，采用錦標(biāo)賽-隨機遍歷選擇法用于選擇子代種群。闡述了帕累托優(yōu)化方法，給出了邏輯表達式。 根據(jù)我國機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，完成了車間案例的設(shè)計，依據(jù)該案例，對本課題提出的車間層能效建模與優(yōu)化方法進行了驗證分析。數(shù)學(xué)模型優(yōu)化結(jié)果驗證了優(yōu)化方法的可行性，優(yōu)化數(shù)據(jù)表明機床加工能耗占車間總能耗的70%-80%。帕累托優(yōu)化結(jié)果反映了車間各部分能耗與總能耗的相關(guān)關(guān)系。仿真模型優(yōu)化結(jié)果驗證了數(shù)學(xué)模型的正確性。最后針對數(shù)學(xué)模型和仿真模型的優(yōu)缺點進行了分析。
【關(guān)鍵詞】：混合流水車間 能效模型 雙目標(biāo)優(yōu)化 SimEvents仿真 遺傳算法
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TH18;TP18
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-21
• 1.1 課題來源10
• 1.2 課題研究背景10-11
• 1.3 車間能效的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析11-12
• 1.4 車間能效建模方法研究現(xiàn)狀12-16
• 1.4.1 單機能效建模12-14
• 1.4.2 生產(chǎn)線能效建模14
• 1.4.3 車間仿真建模14-15
• 1.4.4 車間能效建模研究現(xiàn)狀分析15-16
• 1.5 車間能效優(yōu)化方法研究現(xiàn)狀16-19
• 1.5.1 單機能效優(yōu)化17
• 1.5.2 生產(chǎn)線能效優(yōu)化17-18
• 1.5.3 車間仿真優(yōu)化18-19
• 1.5.4 車間能效優(yōu)化方法研究現(xiàn)狀分析19
• 1.6 本課題的研究內(nèi)容19-21
• 第2章 車間層能耗數(shù)據(jù)分析21-31
• 2.1 車間能耗組成21
• 2.2 機床能耗分析21-29
• 2.2.1 機床功率曲線分析21-24
• 2.2.2 功率曲線平滑24-28
• 2.2.3 功率曲線拐點識別28-29
• 2.3 AGV 運輸能耗分析29
• 2.4 公共能耗分析29-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第3章 車間層能效建模方法研究31-47
• 3.1 車間層能效定義31-32
• 3.2 考慮 AGV 的混合流水車間32-34
• 3.3 車間層能效數(shù)學(xué)建模34-37
• 3.3.1 混合流水車間任務(wù)時間建模34-36
• 3.3.2 混合流水車間能效建模36-37
• 3.4 車間層能效仿真建模37-46
• 3.4.1 離散事件動態(tài)系統(tǒng)仿真原理37-39
• 3.4.2 基于 SimEvents 的仿真要素39-40
• 3.4.3 混合流水車間布局仿真40-41
• 3.4.4 混合流水車間邏輯控制仿真41-44
• 3.4.5 混合流水車間信息仿真44-46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 第4章 車間層能效優(yōu)化方法研究47-58
• 4.1 遺傳算法基礎(chǔ)理論47-51
• 4.1.1 初始種群48-49
• 4.1.2 適應(yīng)度函數(shù)49
• 4.1.3 遺傳算子49-51
• 4.1.4 算法參數(shù)51
• 4.2 帕累托優(yōu)化理論51-53
• 4.3 混合流水車間遺傳算法優(yōu)化53-57
• 4.3.1 優(yōu)化變量53
• 4.3.2 雙目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)53-55
• 4.3.3 尋優(yōu)過程55-57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 第5章 車間層能效建模與優(yōu)化方法應(yīng)用58-74
• 5.1 車間案例設(shè)計58-62
• 5.1.1 車間布局設(shè)計58-61
• 5.1.2 能耗數(shù)據(jù)采集61-62
• 5.2 遺傳算法優(yōu)化過程62-65
• 5.2.1 編碼與解碼62-64
• 5.2.2 交叉算子64
• 5.2.3 變異算子64-65
• 5.3 數(shù)學(xué)模型優(yōu)化結(jié)果與分析65-69
• 5.3.1 賦權(quán)值優(yōu)化結(jié)果與分析65-67
• 5.3.2 帕累托優(yōu)化結(jié)果與分析67-68
• 5.3.3 優(yōu)化結(jié)果相關(guān)性分析68-69
• 5.4 仿真建模與優(yōu)化分析69-72
• 5.4.1 車間層能效仿真模型69-70
• 5.4.2 仿真優(yōu)化結(jié)果與分析70-72
• 5.5 數(shù)學(xué)模型優(yōu)化與仿真模型優(yōu)化對比72-73
• 5.6 本章小結(jié)73-74
• 結(jié)論74-75
• 參考文獻75-79
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果79-81
• 致謝81

【參考文獻】

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本文編號：1104777