考虑超低待机的流水车间能耗调度方法、系统及终端设备技术方案

本公开提供了一种考虑超低待机状态的流水车间能耗调度方法、系统及终端设备，以最小化能耗为目标，求解工件集的各道工序在机床集上的加工顺序，形成考虑超低待机的流水车间调度问题模型；以不延长机床现有完工时间为前提，通过平移工序，调整工序前后加工间隔时长，将待机状态转化为超低待机状态和停机状态，根据平移后的工序求解流水车间调度问题模型，根据求解值不断优化平移工序，直到求解值满足设定阈值。本公开能够实现待机状态向超低待机状态和停机状态的转化，进一步降低流水车间能耗。

Energy Consumption Scheduling Method, System and Terminal Equipment of Flow Shop Considering Ultra-low Standby

The present disclosure provides a flow shop energy consumption scheduling method, system and terminal equipment considering ultra-low standby state, aiming at minimizing energy consumption, solves the processing sequence of each working procedure of the workpiece set on the machine tool set, and forms a flow shop scheduling problem model considering ultra-low standby state; on the premise of not prolonging the existing completion time of the machine tool, adjusts the pre-and post-working procedure by translating the working procedure. When the processing interval is long, the standby state is transformed into ultra-low standby state and shutdown state. The flow shop scheduling problem model is solved according to the translation process, and the translation process is optimized continuously according to the solution value until the solution value meets the set threshold. The present disclosure can realize the transformation from standby state to ultra-low standby state and shutdown state, and further reduce the energy consumption of flow shop.

【技术实现步骤摘要】
考虑超低待机的流水车间能耗调度方法、系统及终端设备
本公开涉及一种考虑超低待机的流水车间能耗调度方法、系统及终端设备。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。随着能源短缺和环境问题的日益突出，低碳节能的生产运作方式引起了学术界的高度关注。流水车间作为典型的机械加工系统，其基础耗能设备机床运行过程耗能巨大并间接产生大量二氧化碳。研究表明，机床在运行过程中，具有多源动态的功率特性，根据加工任务切换机床功率状态，是实现流水车间节能的重要方法。流水车间能耗主要由机床加工状态和待机状态能耗组成，机床的功率的变化与其内部系统性能、部件运行情况和加工参数变化有关。目前一部分文献研究集中于降低机床加工状态的功率，忽略了待机状态功率对机床能耗的影响。研究表明，机床的能源利用效率普遍较低，以加工中心为例，用于切削的能耗仅占总能耗的14.8％，而数控磨床也只有65.8％。现有文献指出数控机床待机能耗主要由基础单元、伺服装置和辅助单元产生，基础单元用于保证机床正常运行，而伺服装置和辅助单元在待机状态下是不必要的；同时，待机状态辅助单元耗能比伺服装置要多，实现机床待机状态辅助单元优化控制能够降低待机功率；也有文献指出依据加工间隔时长将待机状态切换至停机状态，能够降低机床8％到30％的能耗，但频繁启停会对机床寿命产生一定影响。综上可见，目前流水车间能耗调度主要通过将待机状态切换为停机状态，实现机床加工、待机和停机不同功率状态的优化配置。但是，采取的停机策略会导致机床频繁启停，影响机床寿命和加工精度，且机床在待机状态下仍存在辅助单元能量过量供给问题。
技术实现思路
本公开为了解决上述问题，提出了一种考虑超低状态的流水车间能耗调度方法、系统及终端设备，本公开基于机床超低待机状态，以流水车间节能为目的，通过关闭待机状态下不必要的辅助部件，实现不完全关闭机床情况下降低待机功率，避免机床频繁启停；另外，本公开还通过基于工序平移的节能策略控制工序间的时间间隔，实现考虑超低状态的流水车间待机状态向超低待机状态和停机状态的转化，并将基于工序平移的节能策略与遗传算法结合，求解考虑超低状态的流水车间能耗调度问题。首先为方便本领域技术人员理解技术方案，进行名词解释如下：流水车间：具体包括机床集，机床集内包括多个数控机床部件，每个数控机床部件分为加工单元、辅助单元、机床控制单元和基础单元四部分，其中：加工单元，指在整个加工过程中，直接执行加工动作的设备；辅助单元，指在加工过程中，起到辅助加工的设备，如照明、给料排料、排屑回收等设备；机床控制单元，指在加工过程中，对其他单元进行控制指令生成、传输和控制的元件；基础单元，是指在数控机床部件处于非停止状态时，必须存在并运转的设备，如散热系统、电柜设备等。超低待机状态：是在待机状态基础上，通过关闭机床系统中的可编程逻辑控制器和位置控制装置，进而完全关闭主轴单元和进给轴单元的驱动装置、主轴单元和进给轴单元的电机和辅助单元，仅开启基础单元和部分数控系统，以避免待机状态出现辅助单元过量供给的现象。根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：一种考虑超低待机的流水车间能耗调度方法，包括以下步骤：(1)在同时考虑机床加工状态、待机状态和超低待机状态的流水车间中，以最小化能耗为目标，求解工件集在机床集上的加工顺序，形成考虑超低待机的流水车间调度问题模型；(2)将基于工序平移的节能策略与遗传算法结合，形成考虑超低待机的流水车间调度问题优化模型，通过编码确定解空间，随机产生初始代种群，通过选择、交叉和变异操作产生新的个体，即调度方案，确定调度方案中各工序所用机床、开工时间和完工时间，通过基于工序平移的节能策略对新个体进行局部优化，形成再优化个体，对再优化个体进行适应度值的评估，当种群满足终止条件时，输出最优调度方案。作为进一步的限定，在构建考虑超低待机的流水车间调度问题模型时，需要满足以下约束条件：(1)考虑超低待机的流水车间任意工件完成加工均需要经过相同的工序，且每道工序能且仅能在一台机床上加工。(2)车间机床均为数控机床且均考虑加工状态、待机状态和超低待机状态；(3)各机床任意时刻最多加工一个零件；(4)各工序加工过程不能中断。作为进一步的限定，所述能耗为加工能耗、待机能耗和超低待机能耗之和。作为进一步的限定，基于工序平移的节能策略利用确定工序平移顺序和平移工序两个步骤对新个体进行局部优化。作为更进一步的限定，确定工序平移顺序利用缝针式排序法：将工序按照最晚完工时间受约束程度由小到大的顺序进行排列，给予各工序最大的平移空间，将调度方案前n-1个工件按照加工顺序由后向前进行排列，将工件的所有工序按照由后向前的顺序进行排列，形成工序平移序列。作为更进一步的限定，基于工序平移的节能策略确定调度方案工序平移序列后，依次选取序列中的工序进行平移，每一道工序完工时间至多平移至其最晚完工时间，且该最晚完工时间为以下两者中的最小值：该工件在下一道工序的开工时间与下一工件在该道工序的开工时间。一种考虑超低待机状态的流水车间能耗调度系统，运行于处理器或存储器上，被配置为执行以下指令：在同时考虑机床加工状态、待机状态和超低待机状态的流水车间中，以最小化能耗为目标，求解工件集的各道工序在机床集上的加工顺序，形成考虑超低待机的流水车间调度问题模型；将基于工序平移的节能策略与遗传算法结合，形成考虑超低待机的流水车间调度问题优化模型，首先通过编码确定解空间，然后随机产生初始代种群，通过选择、交叉和变异操作产生新的个体，即调度方案，确定调度方案各工序所用机床、开工时间和完工时间，再通过基于工序平移的节能策略对新个体进行局部优化，形成再优化个体，最后再对再优化个体进行适应度值的评估，当种群满足终止条件时，输出最优解。一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种考虑超低待机状态的流水车间能耗调度方法。一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种考虑超低待机状态的流水车间能耗调度方法。与现有技术相比，本公开的有益效果为：本公开建立考虑超低待机状态的流水车间能耗调度问题模型，通过启用数控机床超低待机状态，关闭待机状态下不必要的辅助部件，实现在不停机情况下降低机床待机功率，降低流水车间能耗的同时，避免了机床频繁启停；并针对考虑超低待机的流水车间能耗调度问题设计了一种基于工序平移的节能策略，能够明显降低流水车间能耗，且基于工序平移的节能策略，在不停机情况下，能够实现待机状态向超低待机状态和停机状态的转化；本公开将基于工序平移的节能策略与遗传算法结合，求解考虑超低待机状态的流水车间能耗调度问题，进一步降低流水车间能耗，对工程实际有较强的指导意义。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1是MXR-460V加工过程功率-时间曲线图；图2(a)是不考虑超低待机的调度方案；图2(b)是考虑超低待机的调度方案；图2(c)是考虑超低待机的平移后的调度方案；图3是混合遗传算法流程图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑超低待机的流水车间能耗调度方法，其特征是：包括以下步骤：(1)在同时考虑机床加工状态、待机状态和超低待机状态的流水车间中，以最小化能耗为目标，求解工件集在机床集上的加工顺序，形成考虑超低待机的流水车间调度问题模型；(2)将基于工序平移的节能策略与遗传算法结合，形成考虑超低待机的流水车间调度问题优化模型，通过编码确定解空间，随机产生初始代种群，通过选择、交叉和变异操作产生新的个体，即调度方案，确定调度方案各工序所用机床、开工时间和完工时间，通过基于工序平移的节能策略对新个体进行局部优化，形成再优化个体，对再优化个体进行适应度值的评估，当种群满足终止条件时，输出最优调度方案。

【技术特征摘要】
1.一种考虑超低待机的流水车间能耗调度方法，其特征是：包括以下步骤：(1)在同时考虑机床加工状态、待机状态和超低待机状态的流水车间中，以最小化能耗为目标，求解工件集在机床集上的加工顺序，形成考虑超低待机的流水车间调度问题模型；(2)将基于工序平移的节能策略与遗传算法结合，形成考虑超低待机的流水车间调度问题优化模型，通过编码确定解空间，随机产生初始代种群，通过选择、交叉和变异操作产生新的个体，即调度方案，确定调度方案各工序所用机床、开工时间和完工时间，通过基于工序平移的节能策略对新个体进行局部优化，形成再优化个体，对再优化个体进行适应度值的评估，当种群满足终止条件时，输出最优调度方案。2.如权利要求1所述的一种考虑超低待机的流水车间能耗调度方法，其特征是：在构建考虑超低待机的流水车间调度问题模型时，需要满足以下约束条件：(1)考虑超低待机的流水车间任意工件完成加工均需要经过相同的工序，且每道工序能且仅能在一台机床上加工。(2)车间机床均为数控机床且均考虑加工状态、待机状态和超低待机状态；(3)各机床任意时刻最多加工一个零件；(4)各工序加工过程不能中断。3.如权利要求1所述的一种考虑超低待机的流水车间能耗调度方法，其特征是：所述能耗为加工能耗、待机能耗和超低待机能耗之和。4.如权利要求1所述的一种考虑超低待机的流水车间能耗调度方法，其特征是：基于工序平移的节能策略利用确定工序平移顺序和平移工序两个步骤对新个体进行局部优化。5.如权利要求4所述的一种考虑超低待机的流水车间能耗调度方法，其特征是：确定工序平移顺序利用缝针式排序法：将工序按照最晚完工时间受约束程度由小到大的顺序进行排列，给予各工序最大的平移空间，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：王黎明，刘欣玥，李方义，李剑峰，孔琳，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37