基于目标层解法的面向服务的绿色智能制造配置优化方法技术

为解决现有集中式制造服务优化配置方法所存在的难以获得全局最优解

【技术实现步骤摘要】
基于目标层解法的面向服务的绿色智能制造配置优化方法


[0001]本专利技术涉及一种面向服务的绿色智能制造配置优化方法
。

技术介绍

[0002]由于全球市场竞争的加剧，经济全球化以及客户需求的多样性，当今制造模式正在进行着深刻的变革
。
随着先进信息管理技术的发展，智能制造作为一种新的制造模式已被提出并引起了广泛关注
。
同时，为应对全球气候变化，需进行一系列减少碳排放的举措，作为大量产生碳排放的行业，制造业需要加快其绿色高质量发展
。
在智能制造模式下，离散的制造资源被封装成具有不同制造能力的制造服务
。
智能制造服务配置是一个制造服务组合和优化选择的过程，它旨在分配最优的制造服务集来完成提交到智能制造平台的任务
。
智能制造服务配置具有规模大，高度异构，动态交互及群组协作的特点，这对智能制造平台的运行提出了巨大挑战
。
当前智能制造服务的配置方法主要是由智能制造平台根据客户提交的制造任务
、
制造服务信息，以整体的制造成本
、
时间等为目标，将制造任务分配给相应的制造服务
。
[0003]近年来对智能制造服务配置的方法研究主要有：
[0004]中国专利
《
一种面向汇聚任务多维分解的制造服务聚合协作配置方法
》(202010491819.8)
公开了一种面向服务的智能制造系统中基于平台的制造服务协作技术，具体涉及一种面向汇聚任务多维分解的制造服务聚合协作配置方法
。
该方法构建了制造服务与任务汇聚特性模型，根据所形成聚合服务网络，定义与其具有映射关系的标准子任务属性，并对汇聚后的制造任务进行多维分解，建立子任务模型，最终基于分解子任务模型与聚合服务网络，生成面向汇聚任务的服务聚合协作配置方案
。
[0005]文献“A chaos control optimal algorithm for QoS
‑
based service composition selection in cloud manufacturing system,Enterprise Information Systems,8:4,445
‑
463,Biqing Huang,Chenghai Li&Fei Tao(2014)DOI:10.1080/17517575.2013.792396”设计了一种混沌控制优化算法来解决智能制造中制造服务配置问题
。
[0006]上述文献所公开的技术方案对智能制造服务的优化配置具有较好地的促进作用，但其配置方法都是采用集中式的优化策略，这种集中式的优化策略难以处理因制造任务
、
制造服务较多时产生的
NP
难问题，难以获得全局最优解，而且优化时间长，对保持制造服务提供商的决策权也提出了挑战
。
同时，集中式的优化策略也很难对不同企业不同制造服务供应模式和制造能力的动态变化做出响应和协调
。
此外，当前还缺少能够考虑以绿色
、
低碳为指标的优化配置方法
。

技术实现思路

[0007]为解决现有的集中式制造服务优化配置方法所存在的难以获得全局最优解
、
优化时间长
、
很难对不同企业不同制造服务供应模式和制造能力的动态变化做出响应和协调以
及当前缺少以绿色
、
低碳为指标的优化配置方法的技术问题，本专利技术提供了一种基于目标层解法的面向服务的绿色智能制造配置优化方法，在优化配置时考虑了绿色低碳指标，且能对不同企业不同制造服务的动态变化进行响应协调
。
[0008]本专利技术的技术方案是：
[0009]基于目标层解法的面向服务的绿色智能制造配置优化方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0010]步骤1：构建绿色智能制造服务配置的目标层解模型，所述目标层解模型包括系统层
、
单元层和设备层，各层均包含多个目标层解元素，每个目标层解元素对应制造任务中的一个制造阶段；
[0011]步骤2：通过识别所述目标层解模型中各层元素间共有的决策变量，获取各层元素间的关键连接；
[0012]步骤3：构建所述目标层解模型中各层元素的数学模型，所述数学模型包括目标函数
、
分析模型和约束：
[0013]根据元素的局部优化目标及最小化关键连接目标值与响应值之间的偏差，构建所述目标层解模型中各层元素的目标函数，根据目标层解模型与元素间的数学关系构建所述目标层解模型中各层元素的分析模型，根据关键连接目标值与响应值之间的偏差和制造约束构造所述目标层解模型中各层元素的约束；
[0014]步骤4：采用较低层先收敛的策略求解所述数学模型，得到最优绿色智能制造服务配置结果
。
[0015]进一步地，所述步骤1具体为：
[0016]步骤
1.1
：确定制造任务的层级架构，并将其网络化为制造节点网络，制造节点网络中的每个制造节点表示制造任务的一个制造阶段；
[0017]步骤
1.2
：确定制造服务的层级架构，包括自上至下依次设置的制造系统
、
制造单元和加工设备的资源服务；
[0018]步骤
1.3
：基于所述制造任务和制造服务的层级架构，构建绿色智能制造配置的目标层解模型
。
[0019]进一步地，所述步骤2具体为：
[0020]单个系统层元素
i
与其所对应单元层元素之间的关键连接的识别方法为：
[0021]由于系统层元素
i
所需的制造总时间
TT
i
、
制造总成本
TC
i
、
制造总能耗
TE
i
和总温室气体排放量
TEc
i
分别由其对应各单元层元素所需的制造时间
、
制造成本
、
制造能耗和温室气体排放量决定，故该系统层元素
i
对应的各单元层元素所需的制造时间
、
制造成本
、
制造能耗和温室气体排放量为系统层元素
i
与其所对应单元层元素之间的关键连接；
[0022]单个单元层元素
d
与其所对应设备层元素之间的关键连接的识别方法为：
[0023]由于单元层元素
d
所需的制造总时间
TT
d
、
制造总成本
TC
d
、
制造总能耗
TE
d
和总温室气体排放量
TEc
d
分别由其对应各设备层元素所需的制造时间...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于目标层解法的面向服务的绿色智能制造配置优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：构建绿色智能制造服务配置的目标层解模型，所述目标层解模型包括系统层
、
单元层和设备层，各层均包含多个目标层解元素，每个目标层解元素对应制造任务中的一个制造阶段；步骤2：通过识别所述目标层解模型中各层元素间共有的决策变量，获取各层元素间的关键连接；步骤3：构建所述目标层解模型中各层元素的数学模型，所述数学模型包括目标函数
、
分析模型和约束：根据元素的局部优化目标及最小化关键连接目标值与响应值之间的偏差，构建所述目标层解模型中各层元素的目标函数，根据目标层解模型与元素间的数学关系构建所述目标层解模型中各层元素的分析模型，根据关键连接目标值与响应值之间的偏差和制造约束构造所述目标层解模型中各层元素的约束；步骤4：采用较低层先收敛的策略求解所述数学模型，得到最优绿色智能制造服务配置结果
。2.
根据权利要求1所述的基于目标层解法的面向服务的绿色智能制造配置优化方法，其特征在于，所述步骤1具体为：步骤
1.1
：确定制造任务的层级架构，并将其网络化为制造节点网络，制造节点网络中的每个制造节点表示制造任务的一个制造阶段；步骤
1.2
：确定制造服务的层级架构，包括自上至下依次设置的制造系统
、
制造单元和加工设备的资源服务；步骤
1.3
：基于所述制造任务和制造服务的层级架构，构建绿色智能制造配置的目标层解模型
。3.
根据权利要求2所述的基于目标层解法的面向服务的绿色智能制造配置优化方法，其特征在于，所述步骤2具体为：单个系统层元素
i
与其所对应单元层元素之间的关键连接的识别方法为：由于系统层元素
i
所需的制造总时间
TT
i
、
制造总成本
TC
i
、
制造总能耗
TE
i
和总温室气体排放量
TEc
i
分别由其对应各单元层元素所需的制造时间
、
制造成本
、
制造能耗和温室气体排放量决定，故该系统层元素
i
对应的各单元层元素所需的制造时间
、
制造成本
、
制造能耗和温室气体排放量为系统层元素
i
与其所对应单元层元素之间的关键连接；单个单元层元素
d
与其所对应设备层元素之间的关键连接的识别方法为：由于单元层元素
d
所需的制造总时间
TT
d
、
制造总成本
TC
d
、
制造总能耗
TE
d
和总温室气体排放量
TEc
d
分别由其对应各设备层元素所需的制造时间
、
制造成本
、
制造能耗和温室气体排放量决定，故该单元层元素
d
对应的各设备层元素所需的制造时间
、
制造成本
、
制造能耗和温室气体排放量为单元层元素
d
与其所对应设备层元素之间的关键连接
。4.
根据权利要求3所述的基于目标层解法的面向服务的绿色智能制造配置优化方法，其特征在于，所述步骤3具体为：
A1)
系统层元素
i
的目标函数为：
式中，
t
T
,t
C
,t
E
,t
Ec
分别表示系统层元素
i
的制造总时间
TT
i
、
总成本
TC
i
、
总能耗
TE
i
、
总排放
TEc
i
的设定目标，在模型求解时均设定为0；；分别表示制造总时间
TT
i
、
总成本
TC
i
、
总能耗
TE
i
、
总排放
TEc
i
在总目标中的权重；
ε
i.h
表示一致性偏差变量，用于保持系统层元素
i
与其下各单元层元素间的一致性；
n
为系统层元素
i
与其下的各单元层元素之间关键连接的目标值与响应值之间偏差的容限值的总数，设系统层元素
i
对应单元层中元素数目为
z
；
A2)
系统层元素
i
的分析模型为：
TT
i
＝
T
i.max
+T
iii
式中，
T
i.max
为系统层元素
i
下各单元层元素对应制造阶段所需的最大制造时间；
T
i
为系统层元素
i
对应制造阶段所需的局部制造时间，对应制造阶段所需的局部制造时间，为系统层元素
i
第
j
个制造服务完成系统层元素
i
对应制造阶段所需时间；
z
n
为系统层元素
i
下各单元层元素的编号；分别为系统层元素
i
下各单元层元素对应制造阶段所需的制造成本；
C
i
为系统层元素
i
对应制造阶段所需的局部制造成本，对应制造阶段所需的局部制造成本，为系统层元素
i
第
j
个制造服务完成系统层元素
i
对应制造阶段所需成本；分别为系统层元素
i
下单元层元素对应制造阶段所需的制造能耗；
E
i
为系统层元素
i
对应制造阶段所需的局部制造能耗，制造能耗，为系统层元素
i
第
j
个制造服务完成系统层元素
i
对应制造阶段所需能耗；分别为系统层元素
i
下单元层元素对应制造阶段的制造温室气体排放量；
Ec
i
为系统层元素
i
对应制造阶段的局部制造温室气体排放量，对应制造阶段的局部制造温室气体排放量，为系统层元素
i
第
j
个制造服务完成系统层元素
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张耿，张映锋，梁晶雅，王刚，段婷，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：