一種基于強化學習的機械車間任務調度節(jié)能優(yōu)化支持系統(tǒng)研究

【摘要】：制造業(yè)是作為高能耗產(chǎn)業(yè)，減少其能量消耗不僅是由于企業(yè)日益增長的生產(chǎn)運營成本，同時也是由于需要減少生產(chǎn)過程中溫室氣體排放。隨著全球能源緊缺、氣候變暖以及相關法規(guī)在全球范圍實施，使得制造業(yè)不得不減少能源消耗（尤其是電能）。因此，減少能量消耗被視為改善可持續(xù)制造的策略之一。 機械車間是一種以機床為主體，在加工生產(chǎn)任務的同時產(chǎn)生大量能量消耗的制造系統(tǒng)。在車間生產(chǎn)運行過程中，通過生產(chǎn)任務的合理調度安排，可以降低機械車間生產(chǎn)過程的能量消耗。因此，本論文針對這一機械車間加工任務的節(jié)能優(yōu)化問題進行了研究，提出了一種基于強化學習算法的機械車間任務調度節(jié)能優(yōu)化支持系統(tǒng)。全文的研究內容主要包括以下幾個部分： 首先，分析了機械車間任務調度對能耗的影響，提出了基于強化學習的機械車間任務調度節(jié)能優(yōu)化方法框架。在此基礎上，設計了系統(tǒng)的體系結構、功能模塊、數(shù)據(jù)庫等。 然后，對系統(tǒng)部分關鍵技術進行了研究，包括基于強化學習的任務調度節(jié)能優(yōu)化算法和交互式甘特圖控件。前者主要對Q學習算法的狀態(tài)空間、動作策略、懲罰函數(shù)、算法流程以及學習環(huán)境進行了研究；后者主要研究了交互式甘特圖控件的設計、實現(xiàn)以及交互算法。 最后，在以上研究的基礎上，以SQL SERVER2005和VS2005為開發(fā)工具，開發(fā)了機械車間任務調度節(jié)能優(yōu)化支持系統(tǒng)。并通過案例對比了調度方案節(jié)能優(yōu)化前后的時間、能耗及加權目標函數(shù)值，證明了該系統(tǒng)的有效性。 【關鍵詞】：強化學習 車間調度 節(jié)能優(yōu)化 能耗
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TP301.6;TH186
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 緒論8-16
• 1.1 論文選題背景8-9
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀和總結9-13
• 1.2.1 機械車間生產(chǎn)過程能耗研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.2 任務調度節(jié)能優(yōu)化問題研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 研究現(xiàn)狀總結12-13
• 1.3 論文研究目的意義及項目來源13-14
• 1.3.1 論文研究的目的和意義13-14
• 1.3.2 論文項目來源14
• 1.4 論文的主要研究內容及結構安排14-16
• 2 基于強化學習的機械車間任務調度節(jié)能優(yōu)化支持系統(tǒng)設計16-28
• 2.1 機械車間任務調度節(jié)能優(yōu)化問題概述16-18
• 2.1.1 生產(chǎn)調度問題概述16-17
• 2.1.2 任務調度節(jié)能優(yōu)化問題概述17-18
• 2.2 基于強化學習的機械車間任務調度節(jié)能優(yōu)化方法18-21
• 2.2.1 基于強化學習的機械車間任務調度節(jié)能優(yōu)化方法的提出18-19
• 2.2.2 基于強化學習的機械車間調度節(jié)能優(yōu)化方法框架19-21
• 2.3 系統(tǒng)的體系結構設計21-22
• 2.4 系統(tǒng)的功能模塊設計22-24
• 2.5 數(shù)據(jù)庫設計24-27
• 2.6 本章小結27-28
• 3 部分關鍵技術研究28-46
• 3.1 基于強化學習的任務調度節(jié)能優(yōu)化算法28-38
• 3.1.1 強化學習算法概述28-31
• 3.1.2 基于強化學習任務調度節(jié)能優(yōu)化算法的實現(xiàn)步驟31-32
• 3.1.3 學習環(huán)境32-35
• 3.1.4 基于節(jié)能優(yōu)化規(guī)則的動作集定義35-37
• 3.1.5 狀態(tài)變量確定和狀態(tài)空間劃分37
• 3.1.6 懲罰函數(shù)37-38
• 3.1.7 算法流程38
• 3.2 交互式甘特圖控件實現(xiàn)38-45
• 3.2.1 甘特圖控件設計38-40
• 3.2.2 甘特圖的交互式調整40-45
• 3.3 本章小結45-46
• 4 面向機械車間任務調度節(jié)能優(yōu)化的支持系統(tǒng)實現(xiàn)46-66
• 4.1 系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境46-48
• 4.1.1 數(shù)據(jù)庫平臺 SQL Server 200546
• 4.1.2 C#語言和.NET framework 介紹46-48
• 4.2 系統(tǒng)實現(xiàn)48-60
• 4.2.1 登錄模塊48-49
• 4.2.2 系統(tǒng)主界面49-50
• 4.2.3 機床數(shù)據(jù)管理模塊50-51
• 4.2.4 工件數(shù)據(jù)管理51-53
• 4.2.5 加工數(shù)據(jù)管理53-55
• 4.2.6 調度數(shù)據(jù)管理模塊55-59
• 4.2.7 優(yōu)化節(jié)能59-60
• 4.3 機械車間任務調度節(jié)能優(yōu)化支持系統(tǒng)運行實例60-64
• 4.4 本章小結64-66
• 5 總結與展望66-68
• 5.1 總結66
• 5.2 展望66-68
• 致謝68-70
• 參考文獻70-76
• 附錄76
• A. 作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文76
• B. 作者在攻讀碩士學位期間從事的主要研究工作76
• C. 作者在攻讀碩士學位期間申請的發(fā)明專利和軟件著作權76
• D. 作者在攻讀碩士學位期間所獲獎勵76

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