面向节能的流程工业生产调度建模与求解方法研究

论文摘要

流程工业是国民经济的支柱产业,地位举足轻重。生产调度是流程企业生产运行的指挥中心,提高生产调度的质量和效率对于提高流程企业的经济效益和社会效益会起到重要作用。能耗是流程工业生产中的一个十分重要的因素,它不仅仅关系到企业的经济效益,而且和企业的社会责任密切相关。在能源供应日益紧张、价格日益高涨的国内外环境下,开展以节能为目标的调度方法研究,具有重大的意义,尤其是对冶金这样的高能耗工业。本文是以国家自然科学基金重点项目《面向节能降耗的有色冶金过程控制若干理论与方法研究》(项目编号:60634020)的一个子项目:《流程工业过程的模式识别能耗寻优与优化调度方法研究》作为背景开展研究的。本文选取了流程工业中十分广泛的存在并行设备的多产品批处理调度问题作为主要的研究对象,在建模、算法等方面进行了广泛而深入的研究。主要研究内容包括:1、研究了以能耗最小为调度目标的混合流水车间调度问题,采用遗传算法求解;为了克服基本遗传算法的缺陷,设计了一种自适应遗传算法;仿真结果表明,自适应遗传算法的效果优于基本遗传算法。2、针对存在并行设备的多产品批处理问题,提出了分批方法;在存在中间存储的条件下,以能耗最小为目标,考虑各种约束条件,建立了数学模型。3、针对上述的数学模型,以遗传算法为基本框架,在其中嵌入模拟退火算法和禁忌搜索算法,构成改进Memetic算法;针对多产品批处理问题提出了改进Memetic算法的关键算子和参数。4、调用改进Memetic算法求解以铝工业生产为背景面向节能的多产品批处理调度问题,将改进Memetic算法求得的结果与遗传算法和未改进的Memetic算法求得的结果进行比较和分析,验证了改进Memetic算法的优越性。最后,对全文进行了总结,并展望流程工业生产调度问题建模技术和求解方法需要进一步研究的课题和实际应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 调度理论的起源和发展
• 1.3 流程工业生产调度的特点和发展现状
• 1.3.1 生产调度问题的特点和分类
• 1.3.2 流程工业生产调度问题的特点
• 1.3.3 流程工业调度问题的研究现状
• 1.4 生产调度问题的研究方法
• 1.4.1 数学规划方法
• 1.4.2 启发式方法
• 1.4.3 基于仿真的方法
• 1.4.4 人工智能方法
• 1.4.5 计算智能方法
• 1.5 Memetic 算法的概念和研究现状
• 1.5.1 Memetic算法的概念
• 1.5.2 Memetic算法的研究现状
• 1.6 本文的主要工作和内容安排
• 第二章 面向节能的混合流水车间调度问题研究
• 2.1 HFSP的描述
• 2.2 以能耗最小为目标的HFSP数学描述
• 2.2.1 相关假设和参数说明
• 2.2.2 以能耗最小为目标的HFSP数学模型
• 2.3 遗传算法
• 2.3.1 GA的原理
• 2.3.2 GA的流程和设计
• 2.3.3 GA的特点
• 2.4 面向节能的HFSP的遗传算法设计
• 2.4.1 编码方法
• 2.4.2 初始种群
• 2.4.3 适应度函数
• 2.4.4 选择
• 2.4.5 交叉
• 2.4.6 变异
• 2.4.7 终止准则
• 2.5 仿真结果及分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 面向节能的存在并行设备的多产品批处理调度问题建模研究
• 3.1 批处理调度问题建模的研究现状
• 3.1.1 流程工业批处理过程的描述
• 3.1.2 流程工业批处理过程建模的关键技术
• 3.2 存在并行设备的多产品批处理调度问题的描述
• 3.3 参数定义和相关假设
• 3.3.1 参数定义
• 3.3.2 建模的相关假设
• 3.4 存在并行设备的多产品批处理调度问题的分批方法
• 3.4.1 时间描述
• 3.4.2 工序前后不存在物料损失的分批方法
• 3.4.3 工序前后存在物料损失的分批方法
• 3.5 面向节能的存在并行设备的多产品批处理调度问题的数学模型
• 3.5.1 约束条件的表达
• 3.5.2 目标函数的表达
• 3.6 本章小结
• 第四章 面向节能的存在并行设备的多产品批处理调度问题求解方法研究
• 4.1 算法概述
• 4.1.1 模拟退火算法
• 4.1.2 禁忌搜索算法
• 4.2 改进Memetic算法的构成
• 4.2.1 改进Memetic算法的出发点
• 4.2.2 改进Memetic算法的构成
• 4.2.3 改进Memetic算法的性能分析
• 4.3 针对存在并行设备的多产品批处理调度问题的改进Memetic算法设计
• 4.3.1 GA的设计
• 4.3.2 SAA的设计
• 4.3.3 TA的设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 面向节能的存在并行设备的多产品批处理调度问题仿真和分析
• 5.1 铝工业生产概述
• 5.2 以铝工业生产为背景面向节能的多产品批处理调度问题的分批
• 5.3 改进Memetic算法求解面向节能的多产品批处理调度问题
• 5.3.1 改进Memetic算法的参数选择
• 5.3.2 改进Memetic算法的求解结果和分折
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果