考虑能耗的船用柴油机增压器机加车间调度方法与应用研究

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通过制造企业的高质量发展,从制造大国变为制造强国一直是我国未来发展的迫切愿望和经济持续发展的必然要求。海洋工程装备与技术作为重要工业技术领域,其相关技术和配套设施的发展程度代表着我国在海洋方面的实力与水平,因此,“中国制造2025”将海洋工程装备与技术纳入制造强国战略的十大发展领域。船舶工业是海洋工程装备与技术发展的基础行业,而船用柴油机是船舶工业动力系统的心脏,决定着整个船舶动力系统的性能,船用柴油机的设计和制造水平深刻影响着船舶行业乃至海洋工程装备与技术的发展。作为船用柴油机核心关重件之一的增压器生产制造过程与其他机械制造业产品一样,普遍面临着高能耗、高排放等能源和环境问题,如何在保证加工效率的前提下,通过优化制造资源的配置效率,降低船用柴油机及其零部件的机械加工制造系统整体能耗,实现制造水平和制造能效提高的并行发展是一个值得深入研究的问题,具有重要的工程意义和学术价值。生产调度作为生产制造系统中的重要环节,它能够在不增加或者少量增加额外成本的前提下,通过对车间现有制造资源的合理有效分配,切实提高车间生产效率,减少车间生产过程中的能源消耗和排放,从而实现生产的高效化和绿色化,提高车间的整体能效水平。论文统筹考虑了生产资源和运输资源及其能耗的基础上,以完工时间和能耗为目标研究车间的优化调度问题。主要研究内容如下:(1)针对增压器的压气叶轮和扩压器两个重要零部件机械加工全过程,对其机械加工系统内的机床加工设备和天车运输设备从时间和能量维度对其运行过程进行了分析,并基于分析结果提出优化调度问题。建立了一种以能耗和效率为优化目标的优化调度数学模型,为后续的调度优化求解提供了基础;(2)在对遗传算法、入侵杂草优化算法进行描述和分析的基础上,综合两个算法的优缺点,结合多目标优化理论,提出了多目标杂草遗传算法,针对问题的离散搜索空间,设计了入侵杂草算法的适应度函数、种子生成机制,同时,描述了遗传算法的进化过程,设计了淘汰选择策略,通过对实际生产数据的仿真证明了算法的有效性;(3)针对实际车间生产环境中异常事件频发干扰车间的稳定生产的问题,在对增压器机械加工车间生产过程中的异常事件进行描述和分析的基础上,提出基于事件驱动的动态调度优化策略,在原静态数学模型的基础上,增加加工过程稳定性指标,建立多目标动态优化模型,并对机器突发故障和工件加工过程中报废两个异常事件进行了仿真优化。(4)在原有船用柴油机绿色设计平台和可配置MES系统的基础上,设计并开发了船用柴油机增压器机械加工车间绿色调度子系统,用于指导增压器机械加工生产车间作业计划的安排和实施。
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