考虑能耗成本与加权拖期成本的柔性作业车间调度方法
【专利摘要】本发明公开了考虑能耗成本与加权拖期成本的柔性作业车间调度方法，所述调度方法包括如下的步骤：S1、对车间能耗进行分类，分为：处理能耗、非处理能耗以及车间环境单位时间能耗；S2、分别对处理能耗、非处理能耗以及车间环境单位时间能耗建立数学模型；S3、构建车间总能耗的数学模型；S4、计算得出车间总能耗的金额。本发明为现有的车间能耗提供了一种能够降低车间能耗成本的调度方法，通过运用本发明的调度方法，可降低总能耗金额接近60％。
【专利说明】
考虑能耗成本与加权拖期成本的柔性作业车间调度方法
技术领域
[0001] 本发明设及能耗优化方法，具体设及一种考虑能耗成本与加权拖期成本的柔性作 业车间调度方法。
【背景技术】
[0002] 能源是为全球制造不可或缺的基础资源之一。随着行业的全球发展，全球能源消 费量已经在五十年翻一番。目前，工业能源消费约占世界能源消费量的一半，能源成本的上 升是制造企业最重要的因素之一。
[0003] 在激烈的市场竞争面前，越来越多的企业，尤其是对中小型企业来说降低能耗至 关重要，然而在生产车间的生产过程中，由于影响的因素比较多，从而导致目前还没有一个 能够降低车间能耗成本的调度方法。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足，本发明的目的旨在提供能够降低车间能耗成本的调度方 法。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 考虑能耗成本与加权拖期成本的柔性作业车间调度方法，所述调度方法包括如下 的步骤：
[0007] S1、对车间能耗进行分类，车间能耗分为:处理能耗、非处理能耗W及车间环境单 位时间能耗；
[000引S2、对处理能耗建立数学模型，具体为：
[0009]
[0010] ；
[0011]
[0012] 对车间环境单位时间能耗建立数学模型，具体为：
[0013] EE(Sch)=CmaxXMPE
[0014] 其中；
[00巧]n:工件数量；
[0016] m:机器数量；
[0017] J:工件集合，揉KU;
[001引山:工件11(1《1《0)的交货期；
[0019] Wi:工件Ji的权重系数；
[0020] M:机器集合，M -鄉搔
[0021] Oi:工件Ji的工序数量；
[002^ OPij:工件的第j(l《j《0i)道工序；
[0023] MPij :0?^可选加工机器的集合；
[0024] gij: OPi^选加工机器的数量；
[00巧]窃度皆在机器Mk上加工的第1道工序；
[0026] hk:在机器Mk上加工的工序数量；
[0027] 读江序搂峨的完成时间；
[002引嫂:工序滚變的开始时间；
[0029] pijk:0Pu在机器Mk上的加工处理时间；
[0030] tijk:0Pu在机器M止的切削时间；
[0031] Sij: OPu加工处理开始时间；
[00创 Cij: OPij加工处理完成时间；
[0033] Ci:工件Ji的完工时间，即C; - c'A;
[0034] Cmax:所有工件的最大完工时间，即
[0035] MPE:车间环境单位时间能耗金额；
[0036] MPT:单位拖期惩罚金额；
[0037] MPP:单位功率金额；
[003引 PE:处理能耗；
[0039] NPE:非处理能耗；
[0040] EE:车间环境单位时间能耗；
[0041] S3、构建车间总能耗的数学模型，具体为：
[0042] Minimize Cost(sch) =TM(SCh) XMPT+(PE(sch)+NPE(sch)) XMPP+邸（SCh);
[0043] 其中:Minimize Cost为车间能耗的总金额；
[0044] TM为拖期惩罚：
[0045] Ti 为拖期时间：Ti=MaxIO，Ci-di};
[0046] S4、根据S3构建的车间总能耗的数学模型计算得出车间总能耗的金额。
[0047] 本发明的有益效果在于：
[004引本发明为现有的车间能耗提供了一种能够降低车间能耗成本的调度方法，通过运 用本发明的调度方法，可降低总能耗金额接近60%。
【附图说明】
[0049] 图1为本发明考虑能耗成本与加权拖期成本的柔性作业车间调度方法的流程框 图。
【具体实施方式】
[0050] 下面，结合附图W及【具体实施方式】，对本发明做进一步描述：
[0051] 如图1所示，本发明考虑能耗成本与加权拖期成本的柔性作业车间调度方法具体 包括如下的步骤：
[0052] S1、对车间能耗进行分类，车间能耗分为:处理能耗、非处理能耗W及车间环境单 位时间能耗；
[0化3] S2、对处理能耗建(PE)立数学模型
[0054] 每台机器Mk有=个常数的功率消耗：闲置时间状态、切换至开机运行状态、实际操 作状态（W切削操作表示）。
[0055] 机器Mk的输入功率Pk(t)是一个阶梯函数，机器Mk的闲置功率为鮮，若OPu在机器 Mk进行加工处理，则增加的运行时功率为III曰额外的切削功率为
[0056] 工序OPu处理时间为冷却液开关的时间间隔Pi北，其中的切削时间ti化通常是最高功 率到达的较短的时间间隔，ti化包含在Pi化中，所W有puk>tijk,
[0057] 假设操作中功率保持常数，那么机器M进处理工序OPi基； 将机器投入运行状态的增加的能量消耗^
.再额外增加的切削操作 的能量消耗：
[0化引因此，机器Mk上处理工序OPij的肝巧
：（肝6:工件处 理相关的能耗"包括机器的基本功率消耗，例如闲置功率，运行加工消耗，切削消耗。）
[0059] 贝 Ij:
[0060] 对非处理能耗(NPE)建立数学模型
[0061] 设TEMk(SCh)为一个可行调度计划SCh中消耗在机器Mk上的NPE。瑪和巧分别表示S 中在机器Mk上的操作;；续的开始时间和结束时间，贝U
[0062]
[0063]
[0064] 对车间环境单位时间能耗建立数学模型
[0065] 车间环境单位时间能耗是指除了加工工件时机器资源所耗的能源，其他必须消耗 的能源来维持车间正常运作。如车间中的照明系统、通风系统、空调、采暖等的耗能。
[0066] EE(Sch)=CmaxXMPE
[0067] 其中上述各参数的定义具体如下：
[0068] n:工件数量；
[0069] m:机器数量；
[0070] J:工件集合，
[0071] 山:工件11(1《1《11)的交货期；
[0072] Wi:工件Ji的权重系数；
[0073] M:机器集合，
[0074] Oi:工件Ji的工序数量；
[0075] OPij:工件Ji( 1《i《n)的第j (1《j《Oi)道工序；
[0076] MPij: OPij可选加工机器的集合；
[0077] gij:OPリ可选加工机器的数量；
[007引。蝶:在机器Mk上加工的第1道工序；
[00巧]hk:在机器Mk上加工的工序数量；
[0080]韓工序毅錢I的完成时间；
[00川確江序該喝的开始时间；
[0082] pijk:0Pu在机器Mk上的加工处理时间；
[00削 tijk:0Pu在机器M止的切削时间；
[0084] Sij: OPu加工处理开始时间；
[0085] Cij: OPij加工处理完成时间；
[0086] Ci:工件Ji的完工时间，即已V: :?,;
[0087] Uax:所有工件的最大完工时间，即
[008引 MPE:车间环境单位时间能耗金额；
[0089] MPT:单位拖期惩罚金额(元/单位）；
[0090] MPP:单位功率金额(元/千瓦时）；
[0091] PE:处理能耗；
[0092] NPE:非处理能耗；
[0093] EE:车间环境单位时间能耗；
[0094] (2)具体的逻辑变量为：
[009引 Xijk:若OPij在机器Mk上加工处理，则xijk= 1，否则Xijk = O;
[00%] Yiji' j' k:若OPij先于OPi' y 在机器Mk完成（Xi化=1，Xi' j' k= 1，i声 i'，j声 j')，则yiji' j' k =1，否则 yiji'j'k=0;
[0097] (3)约束条件为：
[009引 su>0,叫>0,其中0《i《n，l《j《0i; (1)
[0099] sij+XijkXpijk《Cij，其中j《0i，(2)
[0100] cij《si(j+i)，其中 (3)
[0101]
其中 (4)
[0102] 8。+口1化《3叫+1^1-7扣少〇，其中0《1《11，1《占-《化，1《1'《11，1《^《〇1'，1《1^
[0103] (5)
[0104] 叫《si(j+i)+L(l-yi' j'i(j+i)k)，其中 《k《m;
[0105] (6)
[0106] (7)
[0107] 冲《Oi'(8)
[010引 ；中1《1《11，1《占.《01，1《4《111; (9)
[0109] 式（I)表示各个参数变量必须是O或者正数;式(2)和式(3)表示每一个工件的工序 先后顺序约束;式(4)表示工件的完工时间的约束，即每一个工件的完工时间不可能超过总 的完工时间；式(5)和式(6)表示同一时刻同一台机器只能加工一道工序;式(7)表示机器约 束，即同一时刻同一道工序只能且仅能被一台机器加工;式(8)和式(9)表示存在每一台机 器上可W存在循环操作。
[0110] S3、构建车间总能耗的数学模型，为统一量纲，将目标函数都换算为金额，则总的 目标函数为具体为：
[0111] Minimize Cost(sch) =TM(SCh) XMPT+(PE(sch)+NPE(sch)) XMPP+邸（SCh);
[0112] 其中:Minimize Cost为车间能耗的总金额；
[0113] TM为拖期惩罚
[0114] Ti 为拖期时间：Ti=MaxIO，Ci-di};
[0115] S4、根据S3构建的车间总能耗的数学模型计算得出车间能耗的总金额。
[0116] 其中，为了验证本方法的实用性W及所能达到降低能耗的实际情况，采用10台机 器生产100个工件分别在常规的车间采用常规的能耗调度方法进行生产W及在常规的方法 车间采用本发明的能耗调度方法进行生产，经实践证明，10台机器生产100个工件在常规车 间采用常规的能耗调度方法进行生产时，其所需要花费的总能耗金额为134236.3元;而10 台机器生产100个工件在常规车间采用本发明的能耗调度方法进行生产时，其所需要花费 的总能耗金额为63158.5元，由此可知，采用本发明的能耗调度方法，可降低总能耗金额接 近60%。
[0117] 对本领域的技术人员来说，可根据W上描述的技术方案W及构思，做出其它各种 相应的改变W及形变，而所有的运些改变W及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围 之内。
【主权项】
1.考虑能耗成本与加权拖期成本的柔性作业车间调度方法，其特征在于，所述调度方 法包括如下的步骤： 51、 对车间能耗进行分类，车间能耗分为:处理能耗、非处理能耗以及车间环境单位时 间能耗； 52、 对处理能耗建立数学模型，具体为：对非处理能耗建立数学模型，具体为：对车间环境单位时间能耗建立数学模型，具体为： EE ( sch ) = Cmax X MPE 其中： η:工件数量； m:机器数量； J:工件集合J di:工件彡η)的交货期； Wi:工件Ji的权重系数； Μ:机器集合，M = Oi:工件Ji的工序数量； OPij:工件Ji(l$i彡η)的第j(l彡j彡Oi)道工序； MPij: OPij可选加工机器的集合； glJ: OPlj可选加工机器的数量； 似Φ在机器Mk上加工的第1道工序； hk:在机器Mk上加工的工序数量； 工序#_的完成时间； 攻工序OMl的开始时间； Pijk: OPij在机器Mk上的加工处理时间； ti jk: OPi j在机器Mk上的切削时间； Sij: OPij加工处理开始时间； cij: OPij加工处理完成时间； Ci:工件Ji的完工时间，即Q : Cmax:所有工件的最大完工时间，即1<!胃= MPE:车间环境单位时间能耗金额； MPT:单位拖期惩罚金额； MPP:单位功率金额； PE:处理能耗； NPE:非处理能耗； EE:车间环境单位时间能耗； 53、 构建车间总能耗的数学模型，具体为：Minimize Cost(sch) =TM(sch) XMPT+(PE(sch)+NPE(sch)) XMPP+EE(sch)； 其中：Minimizp％主丨印能钱的.?全额?; TM为拖期惩罚 Ti为拖期时间：Ti=MaxlO，Ci-di}; 54、 根据S3构建的车间总能耗的数学模型计算得出车间总能耗的金额。
【文档编号】G05B19/418GK106020142SQ201610323081
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】张沙清
【申请人】佛山市南海区广工大数控装备协同创新研究院