复杂工况下柔性加工车间的碳足迹规划与调度

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51305311
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0510.制造系统与智能化
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Modern manufacturing industries have been facing on the global market completion and the environmental pressure. It prompts that the flexible manufacturing system should be lower carbon, more efficient and more stable. For the flexible job shop under complex circumstances, the carbon footprint is quantized. Using the low carbon, efficiency and stability as target, the meta-heuristic algorithm has been applied to establish Meta-Rule automatically. The proposed methodology is realized from three aspects. (1) To quantize the carbon footprint of the operation and construct the carbon footprint model. (2) To construct the complex flexible manufacturing system model based on the mixed integer non-linear programming. (3)To design the multi-dimension prediction-reactive strategy with self-adaptability to respond the uncertain events based on the robust scheduling, the scheduling amendment and the completely rescheduling. Based on the research results, the encoding mechanism of gene expression programming and the framework of pattern search are hybridized. The meta-heuristic algorithm with self-adaptability is proposed to construct Meta-Rule automatically. The Meta-Rule can generate the scheduling scheme quickly and reliably, and satisfy the requirement of the schedulers in the manufacturing company due to its convenience in learning and application. If successful, this project can optimize the carbon footprint and the efficiency, and improve the stability of the manufacturing system concurrently. It also promotes the sustainable development of the manufacturing industry in China.
在全球市场竞争加剧、资源环境管制增强的形势下,复杂制造系统在环境排放、生产效率和运行状态方面,面临着更严格的要求。 本项目面向复杂工况下柔性加工车间的作业调度,量化其碳足迹,以低碳、高效和平稳为目标,采用元启发式算法构造Meta-Rule。从三个层面实现:①量化工序加工过程的碳足迹,构建碳足迹计算模型;②基于混合整型非线性规划,耦合碳足迹与传统调度指标,建立多目标集成优化模型;③联接预防调度、调度修复与补救、完全重调度方法,研制具有容纳、消除或修复不确定扰动能力的多维度自适应预-反应调度策略。在此基础上,结合基因表达式编程的显式解析优势和模式搜索的全局搜索能力,研制自适应元启发式算法,挖掘出更贴近问题属性的Meta-Rule,以便快速可靠地生成调度方案,更好地满足企业需求。 复杂工况下柔性加工车间的碳足迹规划与调度,优化了生产过程碳效,保证了车间运作稳健,促进了中国制造业的可持续发展。

结项摘要

在全球市场竞争加剧、资源环境管制增强的形势下,复杂制造系统在环境排放、生产效率和运行状态方面,面临着更严格的要求。. 项目组围绕制造车间生产系统,从加工工艺、设备运行与辅助生产三个视角,设计了能源消耗关键特性框架,推导了制造车间能源消耗量化公式,建立了制造车间多目标能耗集成优化模型,采用GAMS软件获得了小规模案例的能耗下界,检验了模型的正确性与通用性,为后续生产调度模型提供理论支撑;其次,调研了制造车间的实际情况,分析并凝炼了与生产能耗相关的各种不确定因素,提出了相应的鲁棒对等转换与随机机会约束转换方法,缓冲与削弱了不确定事件产生的消极影响;在此基础上,研制能快速响应实际生产复杂工况的元启发式算法,包括混合粒子群算法、教与学优化算法等,以探索生产调度时性能优越的解的属性;最后,结合元启发式算法的全局搜索能力和基因表达式编程的显式解析优势,挖掘了更贴近生产实际、更简单易行的Meta-Rule。. 针对柔性加工车间,挖掘出12种Meta-Rule,针对具有小规模属性的50组案例测试时,获得了18组案例的下界,所求解与下界的偏差均小于0.32;针对具有大规模属性的480组测试案例表明Meta-Rule性能显著优于经典规则如SPT、LSO、SRM、MWKR和GPrule1,可节约13%的能耗,甚至在极个别测试案例中的总节能比高达67%。. 上述研究成果发表在《Computer &Operation research》、《Journal of Cleaner Production》《Computers & Industrial Engineering》《ICIC Express Letters》、《计算机集成与制造》及《系统工程理论与实践》等重要刊物发表论文24篇,其中SCI/EI收录14篇;培养了5名硕士研究生。

项目成果

期刊论文数量(23)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(0)
An effective discrete artificial bee colony algorithm with idle time reduction techniques for two-sided assembly line balancing problem of type-II
一种有效的离散人工蜂群算法及其空闲时间减少技术解决II型双面装配线平衡问题
  • DOI:
    10.1016/j.cie.2016.05.004
  • 发表时间:
    2016-07
  • 期刊:
    Computers & Industrial Engineering
  • 影响因子:
    7.9
  • 作者:
    Tang, Qiuhua;Li, Zixiang;Zhang, Liping
  • 通讯作者:
    Zhang, Liping
基于拉格朗日下界求解的炼钢-连铸生产调度方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    武汉科技大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩大勇;唐秋华;张利平;张启敏
  • 通讯作者:
    张启敏
面向汽车投产排序的混合多目标网格遗传算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中国机械工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    唐秋华;胡进;张利平;操小军
  • 通讯作者:
    操小军
Minimizing energy consumption and cycle time in two-sided robotic assembly line systems using restarted simulated annealing algorithm
使用重新启动的模拟退火算法最大限度地减少两侧机器人装配线系统的能耗和周期时间
  • DOI:
    10.1016/j.jclepro.2016.06.131
  • 发表时间:
    2016-11-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF CLEANER PRODUCTION
  • 影响因子:
    11.1
  • 作者:
    Li, Zixiang;Tang, Qiuhua;Zhang, LiPing
  • 通讯作者:
    Zhang, LiPing
多目标决策下Pareto非支配解的快速构造方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    系统工程理论与实践
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    饶运清;唐秋华;何晓霞;张利平
  • 通讯作者:
    张利平

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其他文献

深度强化学习求解柔性装配作业车间调度问题
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    华中科技大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡一凡;张利平;白雪;唐秋华
  • 通讯作者:
    唐秋华
机器故障下加工车间优化重调度方式预测
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1004-132x.2019.02.009
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中国机械工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    唐秋华;陈世杰;赵萌;张利平
  • 通讯作者:
    张利平
扰动累积下基于机器学习的重调度方式选择
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1004-132x.2019.04.014
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    中国机械工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    唐秋华;成丽新;张利平
  • 通讯作者:
    张利平
降雨中心移动方向对山区小流域洪水过程的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    水电能源科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨玲玲;覃光华;张利平;张大帅;高吉惠
  • 通讯作者:
    高吉惠
基于多方法优选因子和人工神经网络耦合模型的枯水期径流预报研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    武汉大学学报(工学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    闪丽洁;张利平;刘恋;贾军伟
  • 通讯作者:
    贾军伟

其他文献

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AI项目思路

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张利平的其他基金

大规模定制下虚拟单元节能调度的在线调控模型与规则研究
  • 批准号:
    51875420
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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