[发明专利]一种考虑关机重启策略的混合流水车间节能调度的建模方法

说明书

本发明公开了一种用于混合流水车间节能调度的建模方法，根据机床上两相邻位置间的待机能耗变量建立能耗线性目标函数；根据加工位置占用变量、关机重启策略变量以及机床上两相邻位置间的待机能耗变量建立线性模型约束集，完成线性模型建立。共建立了5个考虑关机重启策略的混合整数线性规划模型。接着，从建模过程、模型尺寸复杂度、计算复杂度等方面对这些数学模型进行了详细的对比分析。使用CPLEX求解器对HFSP调度实例进行求解，证明了MILP模型的正确性与有效性。试验表明基于不同建模思路的MILP模型尺寸复杂度、计算复杂度差别很大，基于空闲能耗的MILP模型求解效果好于基于空闲时间的MILP模型。

母案的申请日：2017年10月16日，申请号：201710957187.8

发明名称为：考虑关机重启策略的混合流水车间节能调度的建模方法

技术领域

本发明属于计算机集成制造技术领域，更具体地，涉及一种考虑关机重启策略的混合流水车间节能调度的建模方法。

背景技术

混合流水车间调度问题(Hybrid flow shop scheduling problem,HFSP)是应用最为广泛的一类调度问题，如化工、冶金、纺织、机械、半导体、物流、造纸、建筑等很多领域问题都可归结为HFSP问题。由于其不同加工阶段并行机的存在，解空间变得很大，与流水车间调度问题相比，是更为复杂的NP-hard问题。HFSP按照并行机类型分为3类:相同并行机HFSP(HFSP with identical parallel machines，HFSP-IPM)、均匀并行机HFSP(HFSP withuniform machines，HFSP-UM)以及不相关并行机HFSP(HFSPwith unrelated parallelmachines，HFSP-UPM)。其中，HFSP-UM是HFSP-UPM的一个特例，HFSP-IPM是HFSP-UM的一个特例，HFSP-UPM最为复杂。

之前，对HFSP的研究主要集中在基于加工时间的性能指标方面，譬如最小化最大完工时间、负载平衡、总流程时间等方面，而对车间能耗方面不太重视，但随着能源的紧缺，能源价格的提高，国家对高能耗、高污染企业的节能环保要求等HFSP节能方面的研究逐步成为热点。

当机床连续待机时间比较长时，对于允许使用过程中关机的机床可以通过关机/重启策略来节约大量机床空闲能耗。关机/重启策略最早由Mouzon等提出，并成功应用到单机调度中，通过对非瓶颈机器实行关机\重启策略，避免机床长时间处于空闲状态，结果表明可以节约80％的空闲能耗。随后关机重启策略被逐步在单机、并行机、置换流水车间、柔性作业车间中。现有的离散制造系统多粒度能耗仿真模型的仿真结果表明，实行关机\重启策略可以节约26％的能耗。带关机重启策略的混合整数线性规划(mixed integer linearprogramming,MILP)模型已经应用于单机调度和柔性作业车间调度，至目前，就笔者所知，还没有关于考虑关机重启策略的HFSP数学模型方面的研究。因此本文将结合HFSP问题自身的特点，考虑关机重启策略，提出多个解决该问题的MILP模型,并从建模过程、模型尺寸复杂度以及计算复杂度等方面进行对比评估。最后通过CPLEX求解不相关HFSP实例验证本文所提MILP模型的正确性以及有效性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种考虑关机重启策略的混合流水车间节能调度的建模方法，其目的在于解决将关机重启策略考虑进入后不相关并行机流水车间调度的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了考虑关机重启策略的混合流水车间节能调度的建模方法，包括如下步骤：

作为本发明的一方面，本发明提供考虑关机重启策略的混合流水车间节能调度的建模方法，包括如下步骤：