一种基于强化学习的机械车间任务调度节能优化支持系统研究

【摘要】：制造业是作为高能耗产业，减少其能量消耗不仅是由于企业日益增长的生产运营成本，同时也是由于需要减少生产过程中温室气体排放。随着全球能源紧缺、气候变暖以及相关法规在全球范围实施，使得制造业不得不减少能源消耗（尤其是电能）。因此，减少能量消耗被视为改善可持续制造的策略之一。 机械车间是一种以机床为主体，在加工生产任务的同时产生大量能量消耗的制造系统。在车间生产运行过程中，通过生产任务的合理调度安排，可以降低机械车间生产过程的能量消耗。因此，本论文针对这一机械车间加工任务的节能优化问题进行了研究，提出了一种基于强化学习算法的机械车间任务调度节能优化支持系统。全文的研究内容主要包括以下几个部分： 首先，分析了机械车间任务调度对能耗的影响，提出了基于强化学习的机械车间任务调度节能优化方法框架。在此基础上，设计了系统的体系结构、功能模块、数据库等。 然后，对系统部分关键技术进行了研究，包括基于强化学习的任务调度节能优化算法和交互式甘特图控件。前者主要对Q学习算法的状态空间、动作策略、惩罚函数、算法流程以及学习环境进行了研究；后者主要研究了交互式甘特图控件的设计、实现以及交互算法。 最后，在以上研究的基础上，以SQL SERVER2005和VS2005为开发工具，开发了机械车间任务调度节能优化支持系统。并通过案例对比了调度方案节能优化前后的时间、能耗及加权目标函数值，证明了该系统的有效性。 【关键词】：强化学习 车间调度 节能优化 能耗
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP301.6;TH186
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 论文选题背景8-9
• 1.2 国内外研究现状和总结9-13
• 1.2.1 机械车间生产过程能耗研究现状9-11
• 1.2.2 任务调度节能优化问题研究现状11-12
• 1.2.3 研究现状总结12-13
• 1.3 论文研究目的意义及项目来源13-14
• 1.3.1 论文研究的目的和意义13-14
• 1.3.2 论文项目来源14
• 1.4 论文的主要研究内容及结构安排14-16
• 2 基于强化学习的机械车间任务调度节能优化支持系统设计16-28
• 2.1 机械车间任务调度节能优化问题概述16-18
• 2.1.1 生产调度问题概述16-17
• 2.1.2 任务调度节能优化问题概述17-18
• 2.2 基于强化学习的机械车间任务调度节能优化方法18-21
• 2.2.1 基于强化学习的机械车间任务调度节能优化方法的提出18-19
• 2.2.2 基于强化学习的机械车间调度节能优化方法框架19-21
• 2.3 系统的体系结构设计21-22
• 2.4 系统的功能模块设计22-24
• 2.5 数据库设计24-27
• 2.6 本章小结27-28
• 3 部分关键技术研究28-46
• 3.1 基于强化学习的任务调度节能优化算法28-38
• 3.1.1 强化学习算法概述28-31
• 3.1.2 基于强化学习任务调度节能优化算法的实现步骤31-32
• 3.1.3 学习环境32-35
• 3.1.4 基于节能优化规则的动作集定义35-37
• 3.1.5 状态变量确定和状态空间划分37
• 3.1.6 惩罚函数37-38
• 3.1.7 算法流程38
• 3.2 交互式甘特图控件实现38-45
• 3.2.1 甘特图控件设计38-40
• 3.2.2 甘特图的交互式调整40-45
• 3.3 本章小结45-46
• 4 面向机械车间任务调度节能优化的支持系统实现46-66
• 4.1 系统的开发环境46-48
• 4.1.1 数据库平台 SQL Server 200546
• 4.1.2 C#语言和.NET framework 介绍46-48
• 4.2 系统实现48-60
• 4.2.1 登录模块48-49
• 4.2.2 系统主界面49-50
• 4.2.3 机床数据管理模块50-51
• 4.2.4 工件数据管理51-53
• 4.2.5 加工数据管理53-55
• 4.2.6 调度数据管理模块55-59
• 4.2.7 优化节能59-60
• 4.3 机械车间任务调度节能优化支持系统运行实例60-64
• 4.4 本章小结64-66
• 5 总结与展望66-68
• 5.1 总结66
• 5.2 展望66-68
• 致谢68-70
• 参考文献70-76
• 附录76
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文76
• B. 作者在攻读硕士学位期间从事的主要研究工作76
• C. 作者在攻读硕士学位期间申请的发明专利和软件著作权76
• D. 作者在攻读硕士学位期间所获奖励76

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