基于蟻群算法的鋁型材車(chē)擠壓車(chē)間能耗優(yōu)化調(diào)度方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于蟻群算法的鋁型材車(chē)擠壓車(chē)間能耗優(yōu)化調(diào)度方法，本發(fā)明將鋁型材擠壓車(chē)間生產(chǎn)調(diào)度過(guò)程抽象為一種考慮時(shí)差電價(jià)極其能耗的非等同并行機(jī)調(diào)度問(wèn)題，通過(guò)對(duì)此類(lèi)調(diào)度問(wèn)題的分析的基礎(chǔ)上，提出一種基于迭代式計(jì)算的蟻群優(yōu)化算法，螞蟻經(jīng)過(guò)“機(jī)器-工件-機(jī)器”迭代式的方式實(shí)現(xiàn)機(jī)器和工件的調(diào)度，減少了傳統(tǒng)蟻群算法將機(jī)器和工件單獨(dú)調(diào)度帶來(lái)的求解誤差。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于蟻群算法的鋁型材車(chē)擠壓車(chē)間能耗優(yōu)化調(diào)度方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及車(chē)間能耗優(yōu)化調(diào)度技術(shù)，尤其涉及一種基于蟻群算法的鋁型材車(chē)擠壓 車(chē)間能耗優(yōu)化調(diào)度方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)制造中，不同效率的機(jī)器(非等同并行機(jī)）往往同時(shí)運(yùn)行，這給生產(chǎn)計(jì) 劃制定帶來(lái)了極大的困難。因此，在保證企業(yè)正常生存條件下，降低非等同并行機(jī)生產(chǎn)過(guò)程 的能源消耗和降低生產(chǎn)成本，是制造業(yè)關(guān)注的核心問(wèn)題之一。特別是在以鋁型材擠壓車(chē)間 中，鋁型材擠壓生產(chǎn)需要消耗大量的天然氣和電，屬于高能耗制造過(guò)程.電力供應(yīng)存在高 峰期和低峰期，也就是所謂的"峰、谷、平"，圖1所示是不同時(shí)間段的電力價(jià)格(時(shí)差電價(jià))， 利用時(shí)間差安排生產(chǎn)計(jì)劃，增加電力低谷期的生產(chǎn)安排可以有效地減少能源損耗.此外在 擠壓生產(chǎn)中，機(jī)器擠壓完所有鋁棒后才會(huì)關(guān)閉，中途不會(huì)停機(jī)，因此當(dāng)擠壓機(jī)結(jié)束一批產(chǎn)品 的擠壓，而未能有新的鋁棒進(jìn)入時(shí)，會(huì)造成很高的空載成本。實(shí)際生產(chǎn)中通常新舊機(jī)器一起 使用，機(jī)器的生產(chǎn)效率不一，電力高峰期安排生產(chǎn)效率高的新機(jī)器生產(chǎn)，電力低谷期則可以 安排生產(chǎn)效率低的舊機(jī)器生產(chǎn)以達(dá)到節(jié)能的目的。
[0003] 然而實(shí)際生產(chǎn)中需要考慮加工的完成時(shí)間和工件的拖期時(shí)間，最小化完成時(shí)間 或拖期時(shí)間往往以機(jī)器能耗的損失為代價(jià)，以3個(gè)工件、1臺(tái)機(jī)器的調(diào)度方案為例，工件 的加工時(shí)間、達(dá)到時(shí)間和交貨時(shí)間如表1所示，機(jī)器運(yùn)行能耗和單位時(shí)間待機(jī)能耗分別為 0. 5kwh/h和lkwh/h。不同的調(diào)度方案的機(jī)器能耗和完成時(shí)間如圖2所示。
[0004] 表1.工件的加工時(shí)間、達(dá)到時(shí)間和交貨時(shí)間

【權(quán)利要求】
1.基于蟻群算法的鋁型材車(chē)擠壓車(chē)間能耗優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于，所述優(yōu)化調(diào)度 方法包括以下步驟： 步驟1:構(gòu)建鋁型材擠壓車(chē)間能耗調(diào)度模型，確定鋁型材擠壓車(chē)間最小能耗目標(biāo)函數(shù) Emn，所述目標(biāo)函數(shù)Emn包括兩個(gè)子目標(biāo)：工件拖期成本、機(jī)器的能耗成本；目標(biāo)函數(shù)E mn如 公式（L 1)所示：
式（1. 2)表示工件只能在一臺(tái)機(jī)器上加工； 式（1.3)表示當(dāng)工件的完成時(shí)間由開(kāi)始時(shí)間和機(jī)器加工時(shí)間決定； 式（1. 4)表示工件的開(kāi)始時(shí)間取決于上一個(gè)工件的完成時(shí)間和該工件的到達(dá)時(shí)間； 以下是目標(biāo)函數(shù)用的參數(shù)變量： 圓：工件的數(shù)量； 爾：機(jī)器的數(shù)量； :安排在機(jī)器j上加工的工件數(shù)量； ^:工件拖期成本系數(shù)； %:機(jī)器能耗成本系數(shù)； A:每個(gè)工件i獨(dú)立的到達(dá)時(shí)間； 4:每個(gè)工件i交貨時(shí)間； Q7.:機(jī)器對(duì)工件的加工時(shí)間； Ai ,P/2第i個(gè)工件的單位時(shí)間拖期成本； /?,第J'臺(tái)機(jī)器的單位時(shí)間運(yùn)行能耗成本； 第J臺(tái)機(jī)器的單位時(shí)間待機(jī)能耗成本； /⑴/不同時(shí)間段的電力價(jià)格； 決策標(biāo)量：
JC用于判斷某個(gè)工件是否在指定機(jī)器上加工，若1=1則表示工件^在機(jī)器^!上 f rmmW m J J 加工，否則不在機(jī)器i上加工； 步驟2:信息素及其初始化 根據(jù)螞蟻的兩階段尋徑過(guò)程，信息素分為T(mén)j和Tij兩部分，Tj表示機(jī)器MffMj上的 信息素，初始值為*/=_; T ij表示機(jī)器*^|^和工件f之間的信息素,初始值T ij=0 ; 步驟3 :蟻群算法三階段解的構(gòu)建 首先選擇最早可以獲取的機(jī)器/，然后選擇在機(jī)器上工件拖期成本最小的工件/，最后 根據(jù)工件|_選擇機(jī)器能耗成本最小的機(jī)器/;通過(guò)機(jī)器再選擇的過(guò)程將拖期成本子目標(biāo)與 機(jī)器能耗成本子目標(biāo)聯(lián)系起來(lái)，提升算法性能；具體如下： 選擇機(jī)器 首先選擇加工的機(jī)器，采用的啟發(fā)式規(guī)則是最早可以獲取的機(jī)器，這可以使得工件的 完成時(shí)間最?。? 為了增加搜索隨機(jī)性，給定參數(shù)Ial 和隨機(jī)數(shù)^,如果fB <&,螞蟻選擇最早 可以獲取的機(jī)器，否則按公式（1. 6)的概率分布^選擇機(jī)器/ :
選擇工件 根據(jù)工件個(gè)數(shù)，用禁忌表認(rèn)=1，2,…，/?)記錄當(dāng)前螞蟻所選擇的工件，禁忌表隨 著螞蟻尋徑作動(dòng)態(tài)調(diào)整.給定參數(shù)和隨機(jī)數(shù)如果f|<fu,螞蟻選擇最小拖期 成本的工件，否則按公式（1. 8)的概率分布f選擇工件:
是啟發(fā)式函數(shù)，反映機(jī)器上加工工件i的拖期成本，優(yōu)先選擇綜合成本最小 的工件在該機(jī)器上生產(chǎn)；〃是信息啟發(fā)因子，反映了蟻群運(yùn)動(dòng)過(guò)程積累信息對(duì)當(dāng)前螞蟻選 擇的影響；，是期望啟發(fā)因子，表示啟發(fā)式信息在螞蟻選擇中的重視程度； 選擇機(jī)器 對(duì)于工件f而言，最早可以獲得的機(jī)器/并不一定是加工該工件能耗最小的機(jī)器，因 此采用迭代的方法，再次根據(jù)機(jī)器加工能耗最小選擇機(jī)器如式（2. 0)所示：
〈工件機(jī)器/*>為螞蟻一次尋徑的結(jié)果，即選擇工件f在機(jī)器/*上進(jìn)行加工； 螞蟻反復(fù)進(jìn)行尋徑，直到所有的工件加工完成，工件的加工序列即是解的序列； 步驟4 :信息素更新 當(dāng)螞蟻遍歷完所有的工件后，需要對(duì)當(dāng)前尋徑的結(jié)果上的信息量進(jìn)行調(diào)整I根據(jù)下面 規(guī)則式（2.1)進(jìn)行調(diào)整：
其中，I-P是信息素殘留因子，表示當(dāng)前迭代的尋徑結(jié)果對(duì)整個(gè)蟻群尋徑的影響程度， A 表示本次迭代中信息素增量4表示信息素強(qiáng)度，在一定程度上影響算法的收斂 速度，表示螞蟻本次迭代的尋徑結(jié)果。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK104360660SQ201410658781
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】楊海東, 梁鵬, 劉國(guó)勝, 張沙清, 郭建華 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)