基于知识的离散制造系统能效优化方法研究
发布时间：2023-01-25 22:57
离散制造业涉及航空航天、汽车、电子器件、装备制造等行业,数量巨大,其总体能耗及排放不容忽视.离散制造系统能耗与设备运行状态及其传动结构、工艺参数、工艺特征排序、产品结构、生产调度和启停控制等因素具有密切关联性.特别是柔性制造和混流制造等复杂离散制造过程受加工任务多变、设备状态和工艺动态多变等工艺过程特征的影响,能耗机理复杂.加工参数/热力学能耗模型中大量参数的事先未知性、设备能耗过程的高度非线性特点,以及复杂工作流中不可避免存在的随机性、动态性,对系统能耗过程的建模、分析和优化提出了挑战.现有的研究成果聚焦在基于静态机理模型的能效指标优化运行上.在系统建模和优化时,未充分考虑生产运行过程中动态不确定因素的影响,对于离散制造环境所提供的海量信息利用也不充分.本文从知识自动化的角度出发,提出了面向离散制造系统的能耗知识表示与更新方法,并在能量流分析的基础上基于能耗层次性和关联因素分析分别提出工艺参数节能优化方法、工艺路线节能优化方法和动态柔性调度节能优化方法,以实际车间为例开发了离散制造系统能效优化软件平台.本文的主要研究内容如下:（1）基于离散制造系统能量流分析,提出了基于本体的能耗知识...
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 能效优化问题描述
1.3 国内外相关研究现状
1.3.1 离散制造能效问题的数学模型
1.3.2 离散制造能耗知识表示与更新方法
1.3.3 面向能效的工艺参数优化方法
1.3.4 面向能效的典型工艺路线发现方法
1.3.5 面向能效的生产优化调度方法
1.4 论文主要研究工作
第二章 离散制造系统能耗知识表示与更新方法
2.1 引言
2.2 离散制造系统的能量流分析
2.2.1 离散制造系统层次能耗模型
2.2.2 能效关键影响因素分析
2.3 离散制造系统能耗知识表示方法
2.3.1 离散制造系统能耗知识的获得途径
2.3.2 离散制造系统能耗知识的类别
2.3.3 基于本体的能耗知识模块化多粒度层次表示模型
2.3.4 能耗知识本体的构建
2.3.5 能耗知识元定义与描述
2.4 基于改进记忆遗忘模型的能耗知识更新方法
2.4.1 改进的记忆遗忘模型
2.4.2 改进模型数学特性比较
2.4.3 基于改进记忆遗忘模型的知识更新方法
2.5 能耗知识表示与更新方法案例分析
2.5.1 层次能耗模型案例分析
2.5.2 能耗知识的案例分析
2.5.3 改进记忆遗忘模型的案例分析
2.6 本章小结
第三章 基于知识的工步能耗预测与工艺参数优化方法
3.1 引言
3.2 基于实例的工步能耗知识建模与预测
3.2.1 面向工步能耗的知识实例库构建
3.2.2 知识实例库预处理
3.2.3 知识实例检索与重用
3.2.4 基于实例的工步能耗预测总流程
3.3 基于CMOPSO的工艺参数优化
3.3.1 优化模型构建
3.3.2 CMOPSO优化方法
3.4 仿真实验分析
3.4.1 案例知识库构建
3.4.2 工步能耗预测模型性能分析
3.4.3 面向能效的工艺参数多目标优化
3.5 本章小结
第四章 面向能效的典型工艺路线知识自动发现与推送方法
4.1 引言
4.2 典型工艺路线知识发现问题分析
4.2.1 考虑能耗的工艺路线知识
4.2.2 工艺路线工艺相似度度量
4.2.3 工艺路线聚类
4.3 工艺路线知识的定义与描述
4.4 融合能耗信息的工艺路线综合相似度指标
4.4.1 工序间相似度
4.4.2 改进的伪LCS相似度
4.4.3 新型工艺路线工艺相似度指标
4.4.4 融合能耗信息的工艺路线综合相似度
4.5 考虑聚类有效性的典型工艺路线发现算法
4.5.1 考虑聚类有效性的K中心算法
4.5.2 考虑聚类有效性的AP算法
4.5.3 考虑聚类有效性的混合聚类算法
4.6 典型工艺路线知识自动推送
4.7 仿真实验分析
4.7.1 工艺路线工艺相似度指标的性能分析
4.7.2 考虑聚类有效性的聚类算法的性能分析
4.7.3 典型工艺路线自动发现和推送方法的节能效果分析
4.8 本章小结
第五章 基于GPHH的节能调度规则自动发现方法
5.1 引言
5.2 基于规则的调度问题求解
5.2.1 动态柔性离散制造系统调度问题描述
5.2.2 超启发式遗传规划算法
5.3 节能调度规则知识的定义与描述
5.4 基于路径决策延迟策略的GPHH
5.4.1 基于路径延迟策略的元算法
5.4.2 队列选择策略
5.4.3 GPHH-DR的总体框架
5.5 面向能效的仿真实验设计
5.5.1 面向能效的仿真模型构建
5.5.2 算法参数设定
5.5.3 算法性能指标
5.6 实验结果与分析
5.6.1 算法总体性能分析
5.6.2 算法实验结果分析
5.6.3 算法节能效果分析
5.7 本章小结
第六章 离散制造系统能效优化软件平台设计与应用
6.1 引言
6.2 应用背景分析
6.3 离散制造系统能效优化软件平台软硬件搭建
6.3.1 硬件部署架构
6.3.2 软件平台搭建
6.4 实际节能效果对比
6.4.1 节能前后工序能效对比
6.4.2 节能前后设备能效对比
6.4.3 节能前后零件能效对比
6.4.4 节能前后产品能效对比
6.5 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
致谢
参考文献
附录 :攻读博士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向能耗的数控铣削过程建模与参数优化[J]. 黄拯滔,杨杰,张超勇,周志恒,谢阳,林文文. 中国机械工程. 2016(18)
[2]知识自动化及工业应用[J]. 桂卫华,陈晓方,阳春华,谢永芳. 中国科学:信息科学. 2016(08)
[3]数控车床切削参数的能量效率优化[J]. 周志恒,张超勇,谢阳,黄拯滔,邵新宇. 计算机集成制造系统. 2015(09)
[4]面向节能优化的数控铣削参数优化方法研究[J]. 胡狄,张华,鄢威,李弼心. 机械设计与制造. 2015(08)
[5]能量有效的离散制造系统研究综述[J]. 王峻峰,李世其,刘继红. 机械工程学报. 2013(11)
[6]面向高效低碳的数控加工参数多目标优化模型[J]. 李聪波,崔龙国,刘飞,李丽. 机械工程学报. 2013(09)
[7]支持遗忘特征的记忆模型及其在知识管理中的应用[J]. 张格伟,胡建,俞烽,廖文和. 信息与控制. 2008(05)
博士论文
[1]面向广义能量效率的数控加工系统优化模型及方法研究[D]. 易茜.重庆大学 2015
[2]面向节能的工艺规划与车间调度研究[D]. 戴敏.南京航空航天大学 2015
[3]面向复杂产品研发过程的知识网络理论及集成应用研究[D]. 代风.浙江大学 2015
[4]面向产品绿色设计的知识建模及应用技术研究[D]. 吉祥.浙江大学 2013
[5]面向复杂产品网络化制造的知识集成与应用关键技术研究[D]. 刘骄剑.南京航空航天大学 2012
[6]基于知识的大型机电产品制造能耗模型及预测的研究[D]. 宫运启.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]面向加工中心的机械加工工艺过程节能优化方法研究[D]. 胡狄.武汉科技大学 2016
[2]复杂产品生命周期设计知识大数据集成和应用研究[D]. 屈鹏飞.浙江大学 2016
[3]数控铣床主传动系统能耗特性及运行节能技术研究[D]. 马峰.武汉科技大学 2015
[4]面向中文专利文献的相似例句检索算法的研究[D]. 卢延科.沈阳航空工业学院 2010
本文编号：3731890
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 能效优化问题描述
1.3 国内外相关研究现状
1.3.1 离散制造能效问题的数学模型
1.3.2 离散制造能耗知识表示与更新方法
1.3.3 面向能效的工艺参数优化方法
1.3.4 面向能效的典型工艺路线发现方法
1.3.5 面向能效的生产优化调度方法
1.4 论文主要研究工作
第二章 离散制造系统能耗知识表示与更新方法
2.1 引言
2.2 离散制造系统的能量流分析
2.2.1 离散制造系统层次能耗模型
2.2.2 能效关键影响因素分析
2.3 离散制造系统能耗知识表示方法
2.3.1 离散制造系统能耗知识的获得途径
2.3.2 离散制造系统能耗知识的类别
2.3.3 基于本体的能耗知识模块化多粒度层次表示模型
2.3.4 能耗知识本体的构建
2.3.5 能耗知识元定义与描述
2.4 基于改进记忆遗忘模型的能耗知识更新方法
2.4.1 改进的记忆遗忘模型
2.4.2 改进模型数学特性比较
2.4.3 基于改进记忆遗忘模型的知识更新方法
2.5 能耗知识表示与更新方法案例分析
2.5.1 层次能耗模型案例分析
2.5.2 能耗知识的案例分析
2.5.3 改进记忆遗忘模型的案例分析
2.6 本章小结
第三章 基于知识的工步能耗预测与工艺参数优化方法
3.1 引言
3.2 基于实例的工步能耗知识建模与预测
3.2.1 面向工步能耗的知识实例库构建
3.2.2 知识实例库预处理
3.2.3 知识实例检索与重用
3.2.4 基于实例的工步能耗预测总流程
3.3 基于CMOPSO的工艺参数优化
3.3.1 优化模型构建
3.3.2 CMOPSO优化方法
3.4 仿真实验分析
3.4.1 案例知识库构建
3.4.2 工步能耗预测模型性能分析
3.4.3 面向能效的工艺参数多目标优化
3.5 本章小结
第四章 面向能效的典型工艺路线知识自动发现与推送方法
4.1 引言
4.2 典型工艺路线知识发现问题分析
4.2.1 考虑能耗的工艺路线知识
4.2.2 工艺路线工艺相似度度量
4.2.3 工艺路线聚类
4.3 工艺路线知识的定义与描述
4.4 融合能耗信息的工艺路线综合相似度指标
4.4.1 工序间相似度
4.4.2 改进的伪LCS相似度
4.4.3 新型工艺路线工艺相似度指标
4.4.4 融合能耗信息的工艺路线综合相似度
4.5 考虑聚类有效性的典型工艺路线发现算法
4.5.1 考虑聚类有效性的K中心算法
4.5.2 考虑聚类有效性的AP算法
4.5.3 考虑聚类有效性的混合聚类算法
4.6 典型工艺路线知识自动推送
4.7 仿真实验分析
4.7.1 工艺路线工艺相似度指标的性能分析
4.7.2 考虑聚类有效性的聚类算法的性能分析
4.7.3 典型工艺路线自动发现和推送方法的节能效果分析
4.8 本章小结
第五章 基于GPHH的节能调度规则自动发现方法
5.1 引言
5.2 基于规则的调度问题求解
5.2.1 动态柔性离散制造系统调度问题描述
5.2.2 超启发式遗传规划算法
5.3 节能调度规则知识的定义与描述
5.4 基于路径决策延迟策略的GPHH
5.4.1 基于路径延迟策略的元算法
5.4.2 队列选择策略
5.4.3 GPHH-DR的总体框架
5.5 面向能效的仿真实验设计
5.5.1 面向能效的仿真模型构建
5.5.2 算法参数设定
5.5.3 算法性能指标
5.6 实验结果与分析
5.6.1 算法总体性能分析
5.6.2 算法实验结果分析
5.6.3 算法节能效果分析
5.7 本章小结
第六章 离散制造系统能效优化软件平台设计与应用
6.1 引言
6.2 应用背景分析
6.3 离散制造系统能效优化软件平台软硬件搭建
6.3.1 硬件部署架构
6.3.2 软件平台搭建
6.4 实际节能效果对比
6.4.1 节能前后工序能效对比
6.4.2 节能前后设备能效对比
6.4.3 节能前后零件能效对比
6.4.4 节能前后产品能效对比
6.5 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
致谢
参考文献
附录 :攻读博士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向能耗的数控铣削过程建模与参数优化[J]. 黄拯滔,杨杰,张超勇,周志恒,谢阳,林文文. 中国机械工程. 2016(18)
[2]知识自动化及工业应用[J]. 桂卫华,陈晓方,阳春华,谢永芳. 中国科学:信息科学. 2016(08)
[3]数控车床切削参数的能量效率优化[J]. 周志恒,张超勇,谢阳,黄拯滔,邵新宇. 计算机集成制造系统. 2015(09)
[4]面向节能优化的数控铣削参数优化方法研究[J]. 胡狄,张华,鄢威,李弼心. 机械设计与制造. 2015(08)
[5]能量有效的离散制造系统研究综述[J]. 王峻峰,李世其,刘继红. 机械工程学报. 2013(11)
[6]面向高效低碳的数控加工参数多目标优化模型[J]. 李聪波,崔龙国,刘飞,李丽. 机械工程学报. 2013(09)
[7]支持遗忘特征的记忆模型及其在知识管理中的应用[J]. 张格伟,胡建,俞烽,廖文和. 信息与控制. 2008(05)
博士论文
[1]面向广义能量效率的数控加工系统优化模型及方法研究[D]. 易茜.重庆大学 2015
[2]面向节能的工艺规划与车间调度研究[D]. 戴敏.南京航空航天大学 2015
[3]面向复杂产品研发过程的知识网络理论及集成应用研究[D]. 代风.浙江大学 2015
[4]面向产品绿色设计的知识建模及应用技术研究[D]. 吉祥.浙江大学 2013
[5]面向复杂产品网络化制造的知识集成与应用关键技术研究[D]. 刘骄剑.南京航空航天大学 2012
[6]基于知识的大型机电产品制造能耗模型及预测的研究[D]. 宫运启.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]面向加工中心的机械加工工艺过程节能优化方法研究[D]. 胡狄.武汉科技大学 2016
[2]复杂产品生命周期设计知识大数据集成和应用研究[D]. 屈鹏飞.浙江大学 2016
[3]数控铣床主传动系统能耗特性及运行节能技术研究[D]. 马峰.武汉科技大学 2015
[4]面向中文专利文献的相似例句检索算法的研究[D]. 卢延科.沈阳航空工业学院 2010
本文编号：3731890
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