分时电价下考虑开关机策略的多目标平行机批调度优化

基本信息
批准号:71901069
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:19.00
负责人:程俊恒
学科分类:
依托单位:福建师范大学
批准年份:2019
结题年份:2022
起止时间:2020-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:
关键词:
开关机策略分时电价生产调度多目标优化平行机批调度
结项摘要

Time-of-use (TOU) tariffs has been widely implemented to alleviate the grid’s peak load and enhance the efficiency of electrical power grid because of its significant peak-shaving effect. Manufacturing enterprises can reduce its energy cost by responding TOU tariffs with reasonable production scheduling, especially for energy intensive batch processing enterprises. As a typical production system, batch processing production systems are extensively involved in modern manufacturing owing to their advantages in improving production efficiency and reducing production cost. This project intends to develop effective scheduling theories and methods for parallel batch processing machines with on/off switching strategy under TOU tariffs. This project will firstly investigate energy cost saving mechanism of batch processing machines considering on/off switching strategy under TOU tariffs, and then formulate a multi-objective mixed integer nonlinear programming model for the problem. Then, based on the property analysis of the formulated model and nonlinear model's linearization, an improved ε-constraint method and two-stage heuristic combined multi-objective scheduling algorithm will be developed to obtain satisfactory Pareto solutions. Finally, we will validate and apply the proposed theories and methods by taking typical real-life cases of parallel batch processing machines production systems. The research results of this project will not only provide theoretical and technological support for the production scheduling of batch processing enterprises under TOU tariffs, but also contribute to promoting enterprises' energy cost saving and improving power grid's efficiency.

分时电价策略因其显著的削峰填谷作用,已被广泛用于调节电网高峰负荷和提升电网效率。制造企业可以通过合理的生产调度响应分时电价以节省能源成本,尤其是高能耗批加工企业。作为一类典型的生产系统,批处理机器制造系统因其在提高生产效率、降低生产成本等方面的优势,在制造业中得到广泛应用。本项目旨在为分时电价下考虑开关机策略的平行机批调度问题提出有效的理论与方法。首先,理清分时电价下考虑开关机策略的批处理机器能源成本节省机制,构建问题的多目标混合整数非线性规划模型。然后,在模型结构特性分析和线性化的基础上,提出融合问题特性的改进ε-约束法和两阶段启发式方法相结合的多目标调度算法以求得问题满意Pareto解集。最后,以典型平行批处理机器制造系统为例,对所提出的理论与方法进行验证、评价和应用。本项目研究将为批加工企业在分时电价下科学安排生产提供理论与技术支撑,为促进企业能源成本节省和提升电网效率发挥积极作用。

项目摘要

分时电价策略具有显著的削峰填谷作用,已被广泛用于调节电网高峰负荷和提升电网效率。制造企业可以通过合理的生产调度响应分时电价以节约能源成本,尤其是高能耗批加工企业。批处理平行机加工环境在半导体高温测试、玻璃高温成型等制造环节中广泛存在。在分时电价下兼顾生产效率和能源成本优化平行批处理机生产调度具有重要意义。本项目以分时电价下考虑开关机策略的多目标平行机批调度问题为研究对象,主要研究了:i)分时电价下考虑开关机策略的平行批处理机器能源成本节省机制分析; ii)分时电价下考虑开关机策略的多目标平行机批调度模型;iii)分时电价下考虑开关机策略的多目标平行机批调度优化算法; iv)多目标调度方法验证、评价和应用。以期通过分时电价下平行机批调度理论与方法研究,为批加工企业在分时电价下科学安排生产提供决策依据,为促进企业能源成本节省和提升电网效率发挥积极作用。.项目组结合实际数据和文献资料,分析了分时电价下批加工企业可通过优化工件分批降低加工时长、减少单位能源成本和降低能源消耗实现能源成本节省;建立了分时电价下多目标平行机批调度优化模型,并对模型进行线性化和模型改进;在分析问题特性和模型结构特征基础上,提出了ε-约束法与启发式算法相结合的多目标优化算法。通过对基准实例与随机生成算例的大量数值实验,验证了所提模型和方法的准确性与高效性。此外,项目组还将所提出的算法思想拓展应用到疫情下个人防护设备的订单分配和调度问题、平行机调度与位置成本优化问题和森林灭火等多目标组合优化问题中,验证了所提方法对不同类型调度问题的良好解决效果,为未来研究新模式新业态下的新型生产调度问题与仿真实验奠定了基础。在本基金支持下,项目组目前累计在Annals of Operations Research、 IEEE Transactions on Automation Science and Engineering、Computers & Industrial Engineering、Journal of Industrial Information Integration、IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering等国际权威期刊发表论文7篇,国际会议论文4篇,在Springer出版专著1章,完成了项目预定研究计划和目标。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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