车间层能效建模与优化方法研究

发布时间：2017-10-27 19:06

  本文关键词：车间层能效建模与优化方法研究

  更多相关文章： 混合流水车间 能效模型 双目标优化 SimEvents仿真 遗传算法

【摘要】：世界能源问题日益凸显，可持续制造成为当前制造业发展的必然选择。我国加工车间的特点是能耗大且能效低，直接导致车间生产成本上升，环境污染加剧。车间能耗设备种类及数量多，能耗特性复杂，节能降耗的方式多种多样，提升车间层能效的潜力非常巨大。因此，本课题针对混合流水车间这一常见的车间类型，对车间层能效建模及优化方法进行了研究。 本文将车间能耗划分为机床能耗、运输能耗和公共能耗三大类，针对机床、自动导引小车（AGV,Automated Guided Vehicle）、照明设备和看板这四种典型的耗能设备，对其能耗特性进行了分析。本文采用基于S-G（Savitzky-Golay）滤波的拐点识别方法识别功率曲线的加工起止点和切削起止点，从而获取机床能耗数据，为车间层能效建模奠定了基础。以AGV、照明设备和看板为例，研究了运输设备、公共辅助设施的能耗数据采集和分析方法，充实了车间能效模型。 根据车间实际耗能情况，给出了车间层能效的定义，建立了混合流水车间能效数学模型和仿真模型。首先阐述了建模约束条件，然后，综合考虑机床加工时间和AGV运输时间，，建立了车间任务时间数学模型，在此基础上，结合机床加工能耗和AGV运输能耗，给出了车间层能效数学模型。最后，基于离散事件动态系统仿真原理，提出了仿真建模三层次，并在SimEvents环境中实现了对任务时间、机床能耗、运输能耗和公共能耗的仿真。 针对车间总任务时间最短和总能耗最小两个优化目标，采用基于遗传算法的赋权值优化方法和帕累托优化方法进行了双目标优化。本文采用实数编码实现了两种不同优化变量的融合，采用锦标赛-随机遍历选择法用于选择子代种群。阐述了帕累托优化方法，给出了逻辑表达式。 根据我国机械行业标准，完成了车间案例的设计，依据该案例，对本课题提出的车间层能效建模与优化方法进行了验证分析。数学模型优化结果验证了优化方法的可行性，优化数据表明机床加工能耗占车间总能耗的70%-80%。帕累托优化结果反映了车间各部分能耗与总能耗的相关关系。仿真模型优化结果验证了数学模型的正确性。最后针对数学模型和仿真模型的优缺点进行了分析。
【关键词】：混合流水车间 能效模型 双目标优化 SimEvents仿真 遗传算法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH18;TP18
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 课题来源10
• 1.2 课题研究背景10-11
• 1.3 车间能效的国内外研究现状分析11-12
• 1.4 车间能效建模方法研究现状12-16
• 1.4.1 单机能效建模12-14
• 1.4.2 生产线能效建模14
• 1.4.3 车间仿真建模14-15
• 1.4.4 车间能效建模研究现状分析15-16
• 1.5 车间能效优化方法研究现状16-19
• 1.5.1 单机能效优化17
• 1.5.2 生产线能效优化17-18
• 1.5.3 车间仿真优化18-19
• 1.5.4 车间能效优化方法研究现状分析19
• 1.6 本课题的研究内容19-21
• 第2章 车间层能耗数据分析21-31
• 2.1 车间能耗组成21
• 2.2 机床能耗分析21-29
• 2.2.1 机床功率曲线分析21-24
• 2.2.2 功率曲线平滑24-28
• 2.2.3 功率曲线拐点识别28-29
• 2.3 AGV 运输能耗分析29
• 2.4 公共能耗分析29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 车间层能效建模方法研究31-47
• 3.1 车间层能效定义31-32
• 3.2 考虑 AGV 的混合流水车间32-34
• 3.3 车间层能效数学建模34-37
• 3.3.1 混合流水车间任务时间建模34-36
• 3.3.2 混合流水车间能效建模36-37
• 3.4 车间层能效仿真建模37-46
• 3.4.1 离散事件动态系统仿真原理37-39
• 3.4.2 基于 SimEvents 的仿真要素39-40
• 3.4.3 混合流水车间布局仿真40-41
• 3.4.4 混合流水车间逻辑控制仿真41-44
• 3.4.5 混合流水车间信息仿真44-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 车间层能效优化方法研究47-58
• 4.1 遗传算法基础理论47-51
• 4.1.1 初始种群48-49
• 4.1.2 适应度函数49
• 4.1.3 遗传算子49-51
• 4.1.4 算法参数51
• 4.2 帕累托优化理论51-53
• 4.3 混合流水车间遗传算法优化53-57
• 4.3.1 优化变量53
• 4.3.2 双目标优化函数53-55
• 4.3.3 寻优过程55-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第5章 车间层能效建模与优化方法应用58-74
• 5.1 车间案例设计58-62
• 5.1.1 车间布局设计58-61
• 5.1.2 能耗数据采集61-62
• 5.2 遗传算法优化过程62-65
• 5.2.1 编码与解码62-64
• 5.2.2 交叉算子64
• 5.2.3 变异算子64-65
• 5.3 数学模型优化结果与分析65-69
• 5.3.1 赋权值优化结果与分析65-67
• 5.3.2 帕累托优化结果与分析67-68
• 5.3.3 优化结果相关性分析68-69
• 5.4 仿真建模与优化分析69-72
• 5.4.1 车间层能效仿真模型69-70
• 5.4.2 仿真优化结果与分析70-72
• 5.5 数学模型优化与仿真模型优化对比72-73
• 5.6 本章小结73-74
• 结论74-75
• 参考文献75-79
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果79-81
• 致谢81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 曹静静;汪峥;;基于Petri网与SimEvents的半导体晶圆生产线建模与仿真[J];工业控制计算机;2007年12期

2 本刊编辑部;;解读工程机械行业“十二五”发展规划[J];工程机械与维修;2011年10期

3 国家发展改革委能源研究所课题组;韩文科;李际;;“十二五”时期能源发展问题研究[J];宏观经济研究;2010年03期

4 张超群;郑建国;钱洁;;遗传算法编码方案比较[J];计算机应用研究;2011年03期

5 刘飞;刘军;何彦;;基于参考功率曲线的大型工件加工进度状态信息的自动采集新方法[J];机械工程学报;2009年10期

6 施金良;刘飞;许弟建;谢东;;变频调速数控机床主传动系统的功率平衡方程[J];机械工程学报;2010年03期

7 王晶晶;汤军社;;基于对象Petri网的柔性制造仿真系统的建模与实现[J];中国制造业信息化;2012年07期

8 王凌,张亮,郑大钟;仿真优化研究进展[J];控制与决策;2003年03期

9 镡丹中;区长钊;;制造过程能耗纳入产品能耗强制监管的探讨[J];家电科技;2012年07期

10 陈彩丽;王加兴;;基于Witness的汽轮机叶片车间仿真优化方法研究[J];轻工机械;2010年04期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 尹晓红;自动引导车运动分段控制技术研究[D];合肥工业大学;2011年

2 胡韶华;现代数控机床多源能耗特性研究[D];重庆大学;2012年

本文编号：1104777