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基于内外圈协同优化策略的间歇化工过程不确定性调度研究

孔令启

  间歇化工过程调度是实际化工生产中的关键环节,是连接生产经营管理和生产过程控制的纽带,在过去的十几年受到学术界和工业界的广泛关注。现有文献中大多假定系统的所有数据都是确定的,而实际过程中出现的产品的加工时间、产品市场需求和设备可用等不确定性因素往往会导致原确定性生产调度方案无法按预定的目标执行或者根本不可用,所以对不确定性调度进行研究显得非常重要。 本文详细综述了间歇化工过程调度、不确定性调度的研究现状、水平和问题,并以间歇化工过程不确定性调度为研究对象,开展了以下研究工作: 1提出了求解间歇化工过程调度的基于随机优化算法的内外圈协同优化策略。根据间歇化工过程调度问题本身特点,将调度优化问题分解为调度次序问题和时间表问题,并结合随机优化算法的特点和优势,提出了求解调度问题的内外圈协同优化策略。该方法与随机优化算法契合紧密,外圈由随机优化算法实现随机搜索;以整数为变量确定调度的优化结构;内圈对调度进行参数优化确定调度的时间安排,并通过数据传递实现内外圈协同优化。通过将优化变量分开,缩小了求解范围,提高了求解的效率,克服了常规调度优化问题求解的组合爆炸性,从而使原问题得到简化。实例证明了该算法的有效性。 2研究了间歇化工过程的确定性调度问题。 根据间歇化工过程的特点,分别对多产品厂、多目的厂、设立异步平行单元和多功能单元的间歇化工过程的确定性调度问题的建模进行研究,同时结合内外圈协同优化策略,提出了相应模型的染色体编码、交叉和变异方法,为不确定性调度问题研究奠定了基础。实例分别考察了有、无批量限制的以总完工时间最短和利润最大为目标的多产品厂调度问题,以总完工时间最短为目标的多目的厂调度问题、设立异步平行单元的间歇化工过程的调度问题,以平均利润最大为目标的多功能单元的调度问题。 3研究了间歇化工过程调度的在线调整问题。 在确定性调度的基础上,考察了订单变化和设备故障两种不确定性因素,建立了间歇化工过程调度的在线调整模型并进行相关研究。在订单变化的在线调整中,分析了订单更改时间、以及不同订单更改方案对调度优化和目标函数的影响规律;在设备故障的在线调整中,分析了物料处理方法、设备维修时间、故障发生时间对调度的影响。实例证明了在线调整策略可以很好地分析和解决市场变化和设备故障给调度带来的影响,为调度方案的修改提供支持。 4研究了间歇化工过程随机调度问题。 以概率统计理论为基础,将随机规划和确定性调度相结合,建立了间歇化工过程随机调度的期望值和概率为目标的模型和评价体系。分别就加工时间是均匀分布和离散分布的随机变量情况下的随机调度问题进行了研究,探讨了调度完工期限约束和调度完成概率之间的规律关系,以及调度期限和概率约束下的可行调度个数之间的关系。 5研究了间歇化工过程模糊调度问题。 以概率统计理论和模糊理论为基础,将模糊规划和确定性调度相结合,分别就模糊事件的概率、事件的语言概率和模糊事件的语言概率为研究目标,建立了间歇化工过程模糊调度的模型和评价体系;研究了以加工时间为三角模糊数的模糊调度问题,探讨了加工时间的隶属度、完工时间约束、调度实现的可能性之间的规律关系。 6应用本论文提出的模型和算法进行了实例研究。 利用本论文提出的模型和方法求得的结果比启发式规则的结果更好,且可用于多种不同的目标函数求解调度问题,通过考察市场变化不确定调度问题,证明了本文提出的基于市场订单变化的在线调整策略对过程调度的优化有一定的指导意义,可以获得更大的经济收益。……   
[关键词]:间歇化工过程;生产调度;不确定性;优化;随机优化算法
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:华南理工大学2010年