MIP/CP综合考虑的车间作业调度问题研究

作业车间(JobShop)调度问题是指为具体的任务(工序)安排生产资源(机器)并确定合理的加工顺序,是一个典型的NP-Hard问题,有着广泛的研究.首先简单介绍约束编程(CP)思想及ILOGSOLVER系统并建立JobShop调度问题的约束编程模型,并对模型的求解进行分析.然后分析混合整数规划(MIP)和约束编程(CP)模型求解的互补优势,建立JobShop调度问题MIP/CP综合模型,并与CP模型进行比较,证明MIP/CP综合模型求解的效率.

基于混成自动机的CPS行为建模与属性验证

系统实时性、安全性和可靠性等非功能属性是信息物理系统在诸多领域应用的关键因素。论文在分析CPS模型构建与分析验证中面临的挑战的基础上,提出了一种CPS行为建模与属性验证方法。该方法首先基于混成自动机对CPS的行为进行建模,然后将此模型转换为混合程序模型,最后在定理证明器KeYmaera中对HP模型的属性进行形式化验证。文中论述了行为模型描述语言的结构,建立了混成自动机模型与HP模型之间的转换规则,分析了模型转换的一致性。应用实例表明:该方法既能简单直观地描述CPS动态行为,又能对CPS的属性进行严格的形式化验证,且有效避免了形式化验证中的状态空间爆炸问题。

混成时空Petri网的CPS实时事件模型

在分析网络物理系统(CPS)特点的基础上,提出了一种新的CPS体系结构,并对事件进行形式化定义。提出了一种新的CPS物理实体的形式化建模方法。在Petri网的基础上引入时空因素和连续变量,构造了混成时空Petri网(HSPN)模型,使其不仅能够描述物理实体逻辑和时间层次的行为,而且能够描述物理实体位置变迁所引起的状态变化。将其应用于实时事件CPS模型设计,以医疗控制系统为例,分析建模方法的可行性。

基于混合逻辑动态模型的热水器群态势感知及调控策略

信息物理融合为需求侧负荷资源调控日益显著的实时性需求提供支撑。针对面向新能源消纳的热水器实时调控需求,基于混合逻辑动态模型,提出热水器负荷群的态势感知（situational awareness,SA）及调控策略。首先引入SA架构支撑系统的分析与预测实现;并基于混合系统理论构建热水器群混合逻辑动态（mixed logical dynamic,MLD）模型,将热水器的连续温度状态、离散开关切换以及用户行为集成于同一信息物理模型架构,进而通过引入多个逻辑变量降低求解难度;此外,提出基于变值权重的优化控制策略提升热水器群调控的灵活性和有效性。最后通过算例仿真验证所提模型及控制策略具有良好的适用性。

主动配电网中柔性负荷的混合系统建模与控制

主动配电网具备信息物理系统的基本形态,为了更有效地实现其源网荷协调控制,该文在对分布式电网进行馈线功率控制的基础上,研究柔性负荷的控制框架与策略,考虑了馈线控制和电力客户两方面的效益,基于混合系统模型提出柔性负荷信息物理融合的控制模型与方法,最后通过仿真算例验证所提模型与方法的有效性。

基于MIC筛选规则和BP神经网络的变换装置建模及产品预测

在石化企业数字工厂建设中,装置的数字智能化建设十分重要。本文针对某石化企业变换装置数字化建设的需要,结合装置特点,建立了基于最大信息系数方法(MIC)的装置实时数据筛选规则和基于BP神经网络的装置产品质量预测模型。结果表明,利用实时数据筛选规则对采集到的44天共1041组装置实际运行数据进行分析,将161个变量参数删减到23个变量参数,有效降低了数据的维度,数据简化率达到85.63%;进一步采用Levenberg-Marquardt方法,用3层隐含层的网络结构建立装置的产品质量预测模型,模拟得到的装置出口变换气CO摩尔含量值与实际生产偏差很小(平均偏差1.193%),说明本文所建模型可以很好地预测装置产品组成。以上建立的模型可为装置生产优化提供支撑,并可集成到工厂信息物理系统(CPS)中,支撑装置数字化和智能化建设需要。本文所提出的建模方法同样可用于其他类似装置的建模参考。

基于杂交模型及逻辑分解算法的JSSP研究

作业车间调度,是指为具体的任务(工序)安排生产资源(机器)并确定合理的加工顺序,是一个典型的NP-Hard问题,有着广泛的研究。首先介绍混合整数规划MIP和约束编程CP的互补优势。然后建立JobShop调度问题的MIP/CP杂交模型,并针对杂交模型的特点提出一种基于逻辑的分解算法。最后用几个实例证明了该模型及算法的求解速度。

多机多窗口优化调度问题的模型与算法

最小化完工费用且具有多个时间窗口的多机调度问题,一直是组合优化领域的一个研究难点.首先给出描述问题的2种模型:整数规划IP(Integer Programming)模型,约束规划CP(Constraint Programming)模型.通过对IP模型和CP模型各自缺点的讨论,引出一个新的模型——混合IP-CP模型,重点讨论了该混合模型的求解方法,给出一个模型求解的启发式算法,经测试表明新模型和算法能极大地提高问题求解效率,为解决此类大规模优化调度问题提供了方法.

基于混成自动机的车联网服务建模方法

针对汽车信息物理融合系统(CPS)软件的异构性、分布式等特点,提出一种车联网服务建膜方法.对混成自动机进行通信端口扩展,采用扩展的混成自动机作为形式化建模工具,从服务提供的角度,分别将待监测和控制的设备实体抽象为服务作为系统的基本组成单元.以汽车速度控制系统为例,说明该建模方法的有效性.

IGP/MPLS混合的IP网络不确定流量规划方法

随着IP网络的迅速发展,网络的业务量越来越呈不确定性和不可预测性。针对此问题,提出了以软管模型为基础的不确定业务量模型下的IGP/MPLS混合IP流量规划问题的混合整数规划(MIP)模型,并将该模型分解成权重设计子问题和流量分配子问题进行求解。实验结果表明,该方法能在标签交换路径(LSP)较少的情况下达到较理想的优化效果。

基于混合建模的变换反应器产品预测与优化

石化行业智能化建设是“中国制造2025”的重要内容,加强信息物理系统(CPS)建设是实现石化行业智能化的重要保障。本文基于某炼化企业CPS建设需要,以变换装置建模为重点,采用混合建模方法进行模型的研发。通过Aspen plus模拟生产流程并进行灵敏度分析,模拟产生系列运行数据;利用混合建模方法对训练组数据进行挖掘,估算了反应器R2204的动力学参数,建立了混合模型,并采用预测组数据进行验证。结果表明,通过该方法所得模型在预测反应器出口最关键组分CO组成时相对偏差较小(25组数据平均偏差为2.78%,最大一组数据偏差不超过10%),证明模型可靠;基于此模型,对反应器进口流股S2220的温度和H_(2)O/CO摩尔比值进行了模拟优化,结果表明进料温度为201℃、H_(2)O/CO摩尔比值为51.35时,反应器出口CO的干基物质的量分数最小为0.406%,满足技术生产指标。本文采用混合建模方法建立的模型不仅可以准确地预测反应器的产品CO组成,还可以集成到工厂CPS系统中,为后续的决策优化提供依据。

基于深度学习的铣刀剩余寿命预测方法研究

刀具剩余寿命预测对保证设备正常运行和提高生产效率具有重要意义。建立了一种改进的基于一维卷积神经网络(one-Dimensional Convolutional Neural Network,1DCNN)和双向门控循环单元(Bidirectional Gated Recurrent Unit,Bi GRU)的铣刀剩余寿命预测混合模型。借助评分函数能对误差进行不同程度的惩罚,在均方误差函数的基础上引入评分函数,构造了一种基于均方误差和评分函数(MSE-Score)的调和平均(Harmonic Mean-MSE-Score,HM-MSE-Score)损失函数;利用卷积层和池化层代替Bi GRUs处理后的全连接层,设计了1DCNN-BiGRUs-CP混合模型,实现铣刀剩余寿命预测。结合铣刀磨损实验,验证了该预测混合模型具有较高的预测精度和较快的运行速度,研究结果能为数控加工过程中铣刀剩余寿命预测提供理论依据。