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        設(shè)備群產(chǎn)量優(yōu)化分配方法

        2018-01-01 00:00:00張大偉肖培蕾
        大科技·D版 2018年4期

        摘 要:生產(chǎn)中普遍存在著由多臺設(shè)備組成的設(shè)備群并列運(yùn)行的情況。對設(shè)備群而言,需要加工的工件產(chǎn)量如何合理地分配到各臺設(shè)備中至關(guān)重要。本研究以設(shè)備群的總能耗最低為優(yōu)化目標(biāo),建立了基于等微增法的產(chǎn)量優(yōu)化分配模型。并以某企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行了案例研究。

        關(guān)鍵詞:設(shè)備群;產(chǎn)量優(yōu)化分配;等微增法;節(jié)能

        中圖分類號:F426 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1004-7344(2018)12-0203-02

        1 引 言

        在當(dāng)今高速發(fā)展的社會中,各行各業(yè)對能源節(jié)約以及能源的高效利用越來越重視,各式各樣的產(chǎn)量優(yōu)化的方法也被研究者們所提出。但是很多企業(yè)憑直覺將生產(chǎn)率與額定生產(chǎn)率或設(shè)計生產(chǎn)率成比例分配的方式分配到每臺設(shè)備中,汽車行業(yè)也不例外[1]。

        等微增法是利用基于數(shù)學(xué)極值理論來實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的產(chǎn)量優(yōu)化分配的,該法具有簡單、直觀、易于掌握等優(yōu)點(diǎn),涉及的計算量較少,計算速度快并且計算準(zhǔn)確,是目前各國實(shí)行經(jīng)濟(jì)調(diào)度的主要方法之一。例如劉蘭菊對可中斷電價模型設(shè)計[2]、李剛的火力發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷優(yōu)化分配模型[3]、杭乃善梯級電站的分解協(xié)調(diào)算法模型[4]。

        2 等微增法的原理

        微增率的定義為每增加單位功率時能源消耗量的變化率。如果P表示生產(chǎn)率,Q表示能源消耗量,λ表示微增率,則微增率可表示如下:

        對于連續(xù)工作的設(shè)備群而言,當(dāng)每臺設(shè)備的能源消耗量微增率相同時,也就是每臺設(shè)備的λ都相等,并且這時的λ對應(yīng)的生產(chǎn)率總和是待分配的總生產(chǎn)率時,此時設(shè)備群的能源消耗量為最小。這就是等微增法的原理。等微增原理的成立形式表示如下式所示:

        3 基于等微增法的數(shù)學(xué)模型

        3.1 數(shù)學(xué)模型的建立

        設(shè)P為設(shè)備群的總生產(chǎn)率;Pi為設(shè)備i的生產(chǎn)率;Q為設(shè)備群的總能耗;Qi為設(shè)備i的能耗。設(shè)備的生產(chǎn)率Pi與能耗Qi之間一般都存在著某種函數(shù)關(guān)系:

        則設(shè)備群的總能耗為:

        因此,選取設(shè)備群總能耗最小為目標(biāo)函數(shù)。

        需要滿足的約束條件包括:

        3.1.1 總生產(chǎn)率約束

        3.1.2 各設(shè)備生產(chǎn)率約束

        式中:Pi,max表示設(shè)備i生產(chǎn)率的最大允許值。

        根據(jù)上述符號及定義,由目標(biāo)函數(shù)和約束條件構(gòu)成的數(shù)學(xué)模型為:

        3.2 模型求解

        運(yùn)用等微增法優(yōu)化原理進(jìn)行優(yōu)化計算時,首先要擬合出能耗與生產(chǎn)率之間的關(guān)系式。通過微增率的概念,找到各自的微增率的表達(dá)式,最后利用等微增法的優(yōu)化原理,可以得出既滿足微增率相同,又滿足總生產(chǎn)率為待分配的總生產(chǎn)率兩個條件的解。這個求出的解就是我們要求的最優(yōu)分配解。

        4 案例研究

        本研究采用由三臺并聯(lián)運(yùn)行的設(shè)計指標(biāo)為270t/h的設(shè)備組成的設(shè)備群為研究對象,探討在給定的總生產(chǎn)率條件下,如何分配給每臺設(shè)備能使總的能耗量最低。其有關(guān)的參數(shù)數(shù)據(jù)如表1和表2所示。根據(jù)給出的參數(shù)數(shù)據(jù),求得當(dāng)總生產(chǎn)率750t/h時,該如何將這750t/h分配到1#、2#和3#設(shè)備中能使設(shè)備群的總能耗最小。

        4.1 模型的建立與求解

        4.1.1 擬合設(shè)備能耗特性曲線方程

        設(shè)備的生產(chǎn)率Pi與能耗Qi存在如下函數(shù)關(guān)系:

        式中:Q0表示設(shè)備空燒保溫時的能耗;K為能耗單位增長率,對于確定的設(shè)備,K值保持恒定,不隨能耗的增減而變化。

        表2給出的能耗與生產(chǎn)率的多組數(shù)據(jù)可以用來擬合出Q-P方程,做出Q-P關(guān)系曲線:

        4.1.2 微增率的計算

        根據(jù)微增率的概念,生產(chǎn)率每增加1t/h,能耗的增加量就是本案例中的微增率的意義。所以,微增率λ表示為:

        根據(jù)微增率的物理意義,三臺設(shè)備的能耗微增率表達(dá)式表示如下:

        4.2 等微增法與傳統(tǒng)分配方法的對比

        所謂的傳統(tǒng)分配方法就是將總的生產(chǎn)率按照每臺設(shè)備的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)率進(jìn)行成比例分配的方法。在本模型中,1#、2#、3#設(shè)備的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)率分別為:256t/h、270t/h、286t/h。

        由此可見,由等微增法優(yōu)化分配的總能耗Q明顯小于傳統(tǒng)優(yōu)化分配方式下的總能耗Q′。所以,等微增法的優(yōu)化方式可行有效,比傳統(tǒng)的分配方式可節(jié)能58GJ/h,折合0.077GJ/t材。

        5 結(jié) 論

        本研究針對生產(chǎn)中普遍存在的設(shè)備群產(chǎn)量分配問題,基于等微增法建立了產(chǎn)量優(yōu)化分配模型。結(jié)果表明,與傳統(tǒng)分配方法相比,當(dāng)待分配產(chǎn)量為750t/h時,等微增法優(yōu)化模型可節(jié)能0.077GJ/t材。

        參考文獻(xiàn)

        [1]姚福來.兩種不同設(shè)備群組成系統(tǒng)優(yōu)化原則[D].天津:河北工業(yè)大學(xué),2012.

        [2]劉蘭菊.基于等微增率準(zhǔn)則的可中斷電價設(shè)計模型[D].赤峰:內(nèi)蒙古交通技術(shù)職業(yè)學(xué)院,2013.

        [3]李 剛.改進(jìn)等微增率算法求解火電負(fù)荷分配問題的實(shí)用化研究與應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2012,40(2):1~5.

        [4]杭乃善.梯級電站等微增率方程組的分解協(xié)調(diào)算法[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報,1995,7(3):1~7.

        收稿日期:2018-3-25

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