【摘 要】
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在激烈的市场竞争环境下,生产加工过程的优化,有助于企业以最低成本、最高效率、快速灵活地响应市场多样化和定制化需求,从而提高企业竞争力。在生产加工过程中,使用了大量的加工设备,其中数控装备最具代表性。在数控装备加工过程中,既要考虑为单台设备配置合理的加工参数,又要考虑车间多台设备的调度问题,故而,同时兼顾加工参数和车间作业调度两方面的优化,对于提升数控加工性能,具有不可忽视的作用。此外,在实际生产加
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“基于协同进化算法的数控加工过程能耗优化研究”（61803169）；
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在激烈的市场竞争环境下,生产加工过程的优化,有助于企业以最低成本、最高效率、快速灵活地响应市场多样化和定制化需求,从而提高企业竞争力。在生产加工过程中,使用了大量的加工设备,其中数控装备最具代表性。在数控装备加工过程中,既要考虑为单台设备配置合理的加工参数,又要考虑车间多台设备的调度问题,故而,同时兼顾加工参数和车间作业调度两方面的优化,对于提升数控加工性能,具有不可忽视的作用。此外,在实际生产加工过程中,通常会有订单加急、订单插入、机器故障等各种动态事件发生。因此,如何快速响应这些动态事件,优化加工参数和车间作业调度方案,至关重要。本文结合国家自然科学基金项目“基于协同进化算法的数控加工过程能耗优化研究”（61803169）,以制造业车间数控装备为研究对象,同时考虑生产制造过程的动态扰动,对车间动态扰动的加工过程优化问题进行了研究。首先,对动态加工过程优化问题进行了分析,在此基础上,考虑车间存在大量异构计算资源的现实情况,结合云计算和边缘计算技术,提出了云-边协同架构,开发了边缘层计算任务卸载以及边缘计算资源调度策略。其次,对基于故障感知的动态柔性作业车间调度问题进行了描述,在此基础上,提出了作业调度方案故障概率的计算方法;以数控机床的主轴转速、进给率、切割深度以及切割宽度为优化变量,以最小故障概率、最小完工时间和最小切割能耗为优化多目标模型,并采用NSGA-Ⅱ算法对多目标模型进行求解;以基准测试用例和某种农机零部件加工实例验证了所提方法能够得到鲁棒性较好的初始作业调度方案。然后,考虑加工参数与完工时间、切割能耗以及刀具磨损量的关系,建立了最小完工时间、最小切割能耗和最小刀具磨损量的多目标优化模型;另外,考虑生产制造过程的动态性,通过对动态事件分类的讨论,提出了一种改进双存档算法对加工参数动态优化问题进行求解;通过对求解过程中优化目标的增减去响应相应的动态事件（例如,订单加急,刀具断裂等）,进而增加的车间生产制造过程中的稳定性。基于测试用例对所提方法的有效性和通用性进行了验证。最后,综合考虑加工参数和车间调度对能源利用率、生产成本以及生产效率等的交互影响,对加工参数与车间调度问题集成优化问题作了详尽的描述;基于此,提出了以最小完工时间为优化目标的加工参数-车间调度集成优化响应动态事件的架构,且架构中所提出的策略采用岛-池混合种群分布式进化算法进行计算。并通过实验证明该架构的稳定性和有效性。
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