面向可持续制造的生产与维护及能源计划的耦合建模与优化研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    71801147
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    18.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    G0108.工业工程与质量管理
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

This project takes account of the energy supply-side and proposes to study the three interrelated aspects of production scheduling, maintenance policy and energy planning arising from the operational management of sustainable manufacturing systems. Three problems are investigated including the problem of minimizing the system’s expected total cost, the peak load management and the emergency management. The constraint between production and maintenance is analyzed from the viewpoint of availability and reliability. The expectation formula of the electricity cost under the differential price mode is derived. For the uncertainty of the machines’ random breakdowns, considering the impact of the real time constraint of peak power, a proactive approach is proposed based on the combining of the initial plan and reactive rules. Then, the algorithm based on the division of decision variables is devised to solve the stochastic mathematical model with the objective of robustness. For the uncertainty of emergency, a dynamic responsive mode is constructed, as well as the approximation model at each decision node. Then, the iterative algorithm based on the two-stage rolling approach is devised to solve the model. All the studied modeling and solving methods not only extend current theory of operational management, but also provide core support for the scientific decision-making process of the company in the energy area.
本项目以面向可持续制造的车间生产运作管理为背景,考虑能源供给侧的结构特点,联合决策生产调度、设备维护、能源计划三个相互耦合的系统层面,提出了车间运作综合期望成本最小化、峰值电量管理以及停/错峰要求下的应急管理三个相互关联的理论问题。首先构建生产与维护在可用度及可靠度方面的制约关系,并推导差异性电价模式下系统运行的能耗成本表达式,为耦合数学模型的建立与优化提供研究基础。针对设备随机故障的内部不确定性,考虑电量峰值约束的实时性对系统的影响,建立初始基础计划与反应调度相结合的前摄优化框架,并设计基于变量分离的嵌套式搜索算法以求解该鲁棒性随机数学模型。针对突发事件的外部不确定性,建立动态响应模式和决策节点上的近似数学模型,并设计基于两阶段滚动优化决策逻辑的搜索算法。以上研究的建模和算法都是对现有生产运作理论的扩展与延伸,同时也为企业在能源时代下车间运作的科学决策提供核心支撑。

结项摘要

本课题关注双碳背景下的能源供给侧新特点,聚焦于制造企业的绿色化转型、智能化决策,重点分析了分时电价等电费模式对企业用电成本的影响、峰值电量阈值对企业运作计划的制约、突发临时限电对企业生产的扰乱等三个方面的情况。对于给定设施设备和既有硬件条件下的车间运作管理,事实上涵盖了制定生产、维护、能源三个层面的计划方案;与传统的各层面分属于不同领域而独立研究有所不同,本课题重点面向车间整体环境,充分考虑了各层面内部的特性以及彼此之间的关联关系,研究其系统建模与优化决策的基本理论与求解方法。通过对相应问题建立数学模型并设计精确算法/启发式算法进行求解,数值实验结果表明所得耦合方案,实现了总体运营成本的最优性、计划方案的可行性与系统运行的稳定性。相关研究成果不仅发表于国内外一流学术期刊之中,而且对于企业生产实践具有直接的决策参考价值,可以帮助企业更好地适应国家能源的新政策,助力我国双碳战略目标的早日实现。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(3)
专利数量(0)
Optimization of TOU Pricing for the Utility with the Consumers in the Manufacturing Sector
优化制造业消费者公用事业分时电价
  • DOI:
    10.1016/j.promfg.2020.01.344
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Procedia Manufacturing
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Weiwei Cui;Yujie Yang
  • 通讯作者:
    Yujie Yang
峰值电量约束下的场桥能耗最小化问题研究
  • DOI:
    10.12011/setp2020-1522
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    系统工程理论与实践
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    崔维伟;镇璐
  • 通讯作者:
    镇璐
A Bi-Objective Approach to Minimize Makespan and Energy Consumption in Flow Shops with Peak Demand Constraint
在峰值需求约束下最大限度地减少流水车间的完工时间和能源消耗的双目标方法
  • DOI:
    10.3390/su12104110
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
    Sustainability
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Weiwei Cui;Biao Lu
  • 通讯作者:
    Biao Lu
Energy-efficient scheduling for sustainable manufacturing systems with renewable energy resources
使用可再生能源的可持续制造系统的节能调度
  • DOI:
    10.1002/nav.21830
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Naval Research Logistics (NRL)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Weiwei Cui;Lin Li;Zhiqiang Lu
  • 通讯作者:
    Zhiqiang Lu
Integrating production scheduling, maintenance planning and energy controlling for the sustainable manufacturing systems under TOU tariff
整合生产调度、维护计划和能源控制,实现分时电价下的可持续制造系统
  • DOI:
    10.1080/01605682.2019.1630327
  • 发表时间:
    2020-11
  • 期刊:
    Journal of the Operational Research Society
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Weiwei Cui;Huali Sun;Beixin Xia
  • 通讯作者:
    Beixin Xia

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其他文献

考虑设备周期性维护的流水车间生产调度优化算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    计算机集成制造系统
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张思源;陆志强;崔维伟
  • 通讯作者:
    崔维伟
Heuristics for the Parallel Machine Scheduling Problems with Preventive Maintenance
具有预防性维护的并行机调度问题的启发式方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    上海交通大学学报(英文版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    江才林;陆志强;崔维伟
  • 通讯作者:
    崔维伟
基于多目标优化的生产调度与设备维护集成研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    计算机集成制造系统
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    崔维伟;陆志强;潘尔顺
  • 通讯作者:
    潘尔顺
考虑周期预防性维护的异速并行机集成调度研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    哈尔滨工程大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    江才林;陆志强;崔维伟
  • 通讯作者:
    崔维伟
考虑随机故障的流水线调度问题前摄优化方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    浙江大学学报(工学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵婵媛;陆志强;崔维伟
  • 通讯作者:
    崔维伟

其他文献

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相似海外基金

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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

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          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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