传送带给料分批加工系统在线优化控制方法

发布时间：2019-07-16 18:28

【摘要】：传送带给料分批加工系统中,工件动态到达,并配置有存放待加工工件的缓冲区,其加工主体为批处理设备。考虑工件属性差异,重点研究单机模型的在线优化控制问题。以前视距离为控制变量,无穷时段内的工件处理率最大为优化目标,建立了系统的优化模型。针对该模型中的工件分批决策,提出一种以批处理机加工周期内加工能力浪费比最小为准则的工件分批规则。对于该模型中的行动选择决策,文中引入Q学习优化算法,以求解最优前视控制策略。通过仿真实验,对算法的有效性进行了验证,并分析了不同分批策略及参数对系统性能的影响。
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图片说明： 第29卷第4期系统仿真学报Vol.29No.42017年4月JournalofSystemSimulationApr.,2017http:∥www.china-simulation.com732系统开始新一轮的决策过程。在整个系统运行过程中，若有工件进入前视距离，有以下三种情形：1)是待加工批中的工件，则将该工件捡取到加工主体中；2)不是待加工批中的工件，且缓冲区空余量充足，则将该工件捡取到缓冲区中；3)不是待加工批中的工件，且缓冲区空余量不足，则该工件流失。图1传送带给料分批加工系统物理模型Fig.1Physicalmodelofconveyor-servicedbatchprocessingsystem本文主要研究单机环境下含有差异工件的传送带给料分批加工系统的在线优化控制问题，以提高系统的工件处理率。为了不失一般性且方便研究，本文研究基于以下假设：(1)传送带匀速运行，工件按照参数为的泊松流到达，工件有多种类型，不同种类工件到达的概率相等。(2)加工主体为一台批处理机，其容量为C，批中的工件尺寸之和不能大于C，假定没有尺寸大于C的工件存在。在满足容量约束时，任意工件均可放入同一批中进行加工。(3)批的加工时间等于该批中所有工件加工时间的最大值，第n个决策时刻选取的待加工批bn的加工时间用nbP表示，max{|}nbjnPpjb，其中pj表示工件j的加工时间。批bn的到达时间nbR等于当前决策时刻至该批工件全部到达缓冲区的时间，即max{|}nbjnRrjb，其中rj表示工件j在当前决策时刻距离到达缓冲区的时间。如果在当前决策时刻，，批bn中所有工件均在缓冲区，则=0nbR。(4)工件的捡取时间消耗忽略不计。1.2数学模型假设工件类型总数为M，缓冲区容量为U。记缓冲区中i类型工件的数量xi作为i类型工件自身的状态，有0i≤x≤U，其中1≤i≤M。
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图片说明： 由于考虑工件尺寸差异，每次形成的待加工批不一定是满批，导致批处理机可能产生空闲空间。此外，由于考虑工件加工时间差异，且批的加工过程不允许中断，同一批中工件的时间差异也会影响批处理机的利用率。同时，当选出的待加工批中存在部分工件未到达缓冲库时，从当前决策时刻到待加工批内工件全部到达且放入批处理机这段时间内，批处理机一直处于空闲状态，导致了时间上的浪费。因此，根据系统特点，本文将上述三类浪费用工件的加工时间与工件尺寸的乘积这一量纲来统一度量，提出批处理机加工能力浪费比的概念。图2是从当前决策时刻Tn到下一决策时刻Tn+1时间内批处理机工作状态的示意图。图中C为批处理机的容量(后文简称机器容量)；工件1,2,,n为当前批bn中的工件，12,,,nsss和12,,,nppp分别为工件1,2,,n的尺寸和加工时间；nbR为批bn的到达时间。区域I表示由于等待批bn中的工件全部到达缓冲区所导致的浪费；区域II表示由于批bn中的工件尺寸之和小于C所导致的浪费；区域III表示由于批bn中的工件加工时间差异所导致的浪费。由此，给出如下定义：定义2一个决策周期内批处理机加工能力浪费比等于该决策周期内由于I类、II类和III类浪费而少加工的工件量与该决策周期内批处理机理论上最大可加工工件量的比值。假设第n个决策周期内批处理机加工能力浪费比为n，根据定义2，从图2中可以得出：11111()()nnnjjjbnnnbbnnspspspCTTCRP(3)式中：nbP为批bn的加工时间，其值等于np，()(())nnnbbjjjbspCRP为第n个决策周期内批处理机的利用率(后文简称机器利用率)。这里给出无穷时段内的机器利用率C
【作者单位】： 合肥工业大学电气与自动化工程学院;
【基金】：国家自然科学基金(61174186,61374158,71231004,61573126,60404009) 高等学校博士学科点专项科研基金(20130111110007)
【分类号】：O232;TB497


本文编号：2515194