离散制造系统高能效多目标优化问题粗饲料

2019-12-03 05:12

2017-05-19 09:48:33来源: 贤集网

离散制造系统高能效多目标优化的内涵是综合考虑时间、成本、质量等经济性指标的同时追求能量效率最高,以实现制造系统能量效率的优化和提升。它是一个涉及工艺参数优化、工艺路线优化、刀具路径规划、机床设备优选、数控加工程序优化、生产调度优化等众多环节的复杂决策过程。离散制造系统各环节高能效多目标优化问题以及多个环节的集成优化问题往往具有多变量、多维度、多约束、非线性、动态性等特点,因此离散制造过程高能效多目标优化决策面临诸多挑战,主要涉及模型建立与优化方法研究两个关键难点。

目前,在离散制造系统单个环节高能效多目标优化模型方面已取得了一定研究进展。如VELCHEV等基于经验公式建立了工艺参数与机床能耗关联模型,基于机床能耗构建了工艺路线能效优化模型。但由于工艺参数、工艺路线、刀具路径等与离散制造系统能量消耗之间映射机理复杂,所建数学优化模型普遍面临建模流程复杂、模型精度不高、相关参数获取困难等问题。此外,实际制造系统往往具有不确定性和动态性等特点,如何系统地解决多目标优化与优化决策方案鲁棒性、稳定性之间的矛盾,建立基于不确定事件的高能效多目标优化模型也是一项极具挑战性的工作。

在面向能效的离散制造系统多个环节多目标集成优化模型建立方面,涉及对各环节涉及的多变量、多约束、多目标等进行系统化整合。除需要建立单个环节的能耗关联模型外,还需深入研究多个环节集成时各环节间的相互作用关系,以及多个环节集成后对能耗的影响规律。学者们对集成能效优化问题做出了初步尝试,建立了工艺路线与生产调度集成多目标优化模型,建立了考虑能耗的工艺参数与生产调度集成多目标优化模型,但仍有许多诸如集成优化建模时各环节间的资源冲突、规划与实施的时差冲突、集成优化方案的动态适应性等问题尚未很好解决,如何协调各子环节的优化过程使得制造过程整体能效最优,是一个需要系统优化的难题。

面向能效的离散制造系统单个环节和多环节集成多目标优化,是典型的NP-hard问题,目前仍缺乏有效的多目标能效优化方法。很多学者常通过构造评价函数,将多目标优化问题转换为求解单目标评价函数问题。但是,如何合理构造评价函数,是其中需要解决的关键问题。同时,一些学者采用优化算法(如粒子群算法、人工蚁群算法等)对多目标问题进行并行求解,但是该优化过程往往会产生很多帕累托解,如何在追求离散制造过程高能效的同时不牺牲其他目标,从有效解集中选择能效满意度最高的最优解,需要进一步探索。

此外,由于离散制造系统能效优化模型多涉及高维度、多变量决策,随着维度与变量数量的增加,优化计算的工作量呈指数增加,如何提高优化方法效率也是需要进一步研究的热点。由上述分析可知,离散制造系统高能效多目标优化涉及内容较多、面临的难点问题复杂,是离散制造系统能量效率研究的另一个技术难题。

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