節能分批調度最佳化理論與方法研究

《節能分批調度最佳化理論與方法研究》是依託中國科學技術大學，由陳華平擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：節能分批調度最佳化理論與方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳華平
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

綠色製造要求企業的生產不僅要追求生產效益，還需要綜合考慮生產過程對環境的影響以及資源和能源的利用效率。本課題針對當前分批調度研究缺乏能源效率分析的現狀，提出節能分批調度問題：構建並行機和混合流水車間環境下最小化總能源消耗，以及分時電價條件下最小化電力成本的分批調度的單目標和多目標最佳化模型；分析所涉及問題以及建立的相應模型的複雜性程度；分析分批決策和批加工決策之間相互關係及對目標函式的影響；分別從多維聚類以及智慧型最佳化方法兩個不同角度構造分批算法；在多目標最佳化中引入決策者偏好，將調度方案選擇的決策問題與算法求解的最佳化問題相聯繫，嘗試最佳化-決策一體化的新模式。通過本課題的研究，進一步拓展和豐富現代生產調度理論，為生產企業實現綠色製造及可持續發展目標提供依據和幫助。

結題摘要

批處理機器在工業生產中具有極其重要的套用，尤其是批調度策略，被普遍套用於半導體寫入和金屬工業的熱處理等領域，具有廣泛而重要的套用價值。我們針對這些問題，研究了不同規模任務動態到達的情況在單個批處理機器下最小化完工時間的問題，提出了一系列的啟發式算法，與其他算法進行比較，該課題研究提出的算法在解的質量上以及計算時間上具有明顯改進。 我們針對兩階段阻塞的流水車間批調度問題，研究了考慮到達時間和阻塞約束的兩階段流水車間批調度問題及其差分進化算法。我們研究的問題中，工件具有不同的尺寸和任意的到達時間屬性，最佳化目標為最小化製造期（Makespan）。我們首先對這一問題建立混合整數規劃模型。其次，提出一種混合的離散差分進化算法。第一，在該算法中，本文將種群中的個體編碼成離散的工件序列。基於該編碼方式，設計變異和交叉操作。第二，我們採用first-fit規則將工件分批，然後提出一種最小閒置或阻塞時間算法（least idle/blocking time heuristic）安排批在機器上的加工次序。第三，提出一種局部搜尋技術，以進一步增強算法的搜尋能力。我們提出的算法和線性規劃最佳化軟體CPLEX，遺傳算法，模擬退火算法進行了對比實驗。結果表明，本文算法在解質量、魯棒性和求解速度方面均優於對比算法。 另外，在傳統的資源調度問題中，研究者普遍使用函式來表征資源分配和工件加工時間的關係。然而，近些年，有些研究者指出，這些資源分配函式不能正確表征工件的個體特徵。在該課題中，我們研究了分散式估計算法(Estimation of Distribution Algorithms,EDA)在一般通用的資源調度模型中的套用。我們使用一個更為一般的資源模型，並在一個傳統單機調度問題上進行實現。我們證明該問題仍然為NP-難問題。我們在基於玻爾茲曼分布的基礎上構建EDA算法進行求解該問題。對比試驗表明，與可用算法相比，該算法具有較高的求解精度。 該課題在IEEE Trans. on Evolutionary, IJPR,IJPE,COR,CIE,IJCIMS等國際期刊上發表8篇SCI論文.