輪胎硫化車間節(jié)能的概念性計劃

1、輪胎硫化車間管理節(jié)能的概念性計劃背景：我國是世界制造大國，也是能源消耗第一大國，制造業(yè)所消耗的能 源占據我國總能耗的60%fc右，制造業(yè)單位產品能耗高于世界平均水平的 30% 我國單位GDRfg耗值也遠高于世界平均水平，分別是美國和歐盟的2倍，日本的 4倍。我國制造業(yè)生產效率低，能耗需求大，能源浪費嚴重等問題日趨嚴重，在 行業(yè)競爭壓力加大、能源價格攀升等不利因素影響下，能耗問題已成為制約我國 制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展的最大瓶頸。近年來我國一直致力于節(jié)能減排工作，強調從提 高能源利用技術和加強能源管理等方面實現節(jié)能減排目標。輪胎行業(yè)屬于傳統(tǒng)勞動密集型和技術密集型的高能耗制造行業(yè)。我國輪胎制造行業(yè)雖然起步

2、較晚，但發(fā)展迅猛，從 2004年起，我國輪胎的產量和出口量躍 居世界第一。然而，自2011年起，能源、原材料的價格提升拉高了輪胎制造企 業(yè)的生產成本，使我國輪胎行業(yè)頓時陷入困境。據中國橡膠工業(yè)協(xié)會輪胎分會 2011年1月份的報表顯示，其45家會員企業(yè)的虧算面高達37.2%,禾I潤同比下 降37.6%。與此同時，低碳經濟的發(fā)展趨勢也給國內輪胎制造行業(yè)帶來了壓力和 變化，引發(fā)了輪胎行業(yè)以“節(jié)能、環(huán)保、安全、智能、高效”的產品主導輪胎消 費市場，促使輪胎企業(yè)加快調整產品結構和優(yōu)化升級，實施以低能耗、低污染、 低排放為特征的低碳制造發(fā)展模式。 對輪胎制造企業(yè)來說，實現由高碳向低碳轉 變，努力發(fā)展節(jié)能、

3、環(huán)保、綠色、安全的低碳產品是走出當前困境的重要途徑。能源形勢的惡化引起了國家的高度重視。2008年，國家公布了輪胎單位產品耗限額的國家標準，規(guī)定了輪胎制造企業(yè)單位產品能源消耗的限額技術要 求、能源消耗數據統(tǒng)計、節(jié)能管理等方面的要求。2010年10月，工信部出臺了我國輪胎發(fā)展史上的第一個政策一一輪胎產業(yè)政策，該政策提出要在輪胎行 業(yè)大力推進節(jié)能減排和資源綜合利用工作，展開以提升質量、節(jié)能降耗、減排治 污為重點的技術改造。另一方面，當今市場由買方市場向賣方市場轉變， 消費者對交貨期的要求也 越來越高。在市場競爭日益激烈的環(huán)境下，制造商應盡量避免拖期交貨，以保證 企業(yè)信譽和降低生產成本。生產調度是企

4、業(yè)生產管理的重要組成部分， 是企業(yè)加 強管理，保證產品質量和及時交貨，降低生產成本，減少能耗和提高經濟效益的 重要手段。目前，對制造業(yè)來說，生產調度主要關注最大化生產能力、最小化生產成本和提高客戶滿意度等幾個方面，極少考慮制造過程能源消耗的問題。因此， 本文以減少產品制造過程能源消耗為目標， 將能耗成本和交貨期等作為優(yōu)化調度 的性能指標，融入高能耗制造企業(yè)的生產調度中， 最終通過在產品生產過程中運 用優(yōu)化調度手段達到減少能源消耗、降低生產成本的目標。1 .目的分析1.1 問題的提出-輪胎硫化車間調度能耗過高當前，學術界普遍將制造業(yè)節(jié)能技術分為結構節(jié)能、技術節(jié)能和管理節(jié)能三 個層次。結構節(jié)能一般

5、指國家或行業(yè)范圍內調整產業(yè)結構和生產規(guī)模等實現節(jié) 能；技術節(jié)能則是從提高制造企業(yè)生產設備性能、工藝水平和操作技能等手段達 到提高能源的利用率實現節(jié)能；管理節(jié)能則是通過組織生產、分配機器、控制生 產節(jié)奏等措施達到節(jié)能降耗。管理角度的節(jié)能理論源于對低碳制造理論和技術研究。不少國內外學者從不 同角度對制造業(yè)能耗情況進行研究。早期，學者們主要關注制造過程中能源的分 布和去向，Kordonowy通過大量調研表明，在產品加工過程中因機器機、停機、等待、等待以及輔助系統(tǒng)而消耗了大部分能源，如機床、磨床、銃床和注塑機等 約有30噓昌源被輔助系統(tǒng)所消耗。Giitowski等人對汽車制造企業(yè)能源消耗情況 的研究發(fā)

6、現，真正用于產品的零件加工的能耗不足15% Drake等人也證實機床或者組件、停狀態(tài)及空閑狀態(tài)需要消耗大遏的能源消耗。Hauschild M等從“產品”的觀點考慮制造單位產品的能源消耗情況， 將加工產品的能源消耗作為產品 生命周期評估的一部分，用于評價單位產品所需的能耗。但是產品生命周期考慮 的因素多，數據量大，而在整個產品生命周期過程中難以獲得較為精確的能耗數 據，因而采用產品生命周期過程評價制造過程能耗通常要采用大量的假設和簡 化，其準確性大大折扣。認為原料、生產過能源效率、原料利用率等幾個方面與 制造過程能耗相關，指出降低制造企業(yè)的能耗可從減少機床及其輔助設備的能 耗，工藝過程能耗，機器

7、空閑、等待停、開機等過程引發(fā)的能源浪費入手，止匕外， 生產材料、供應鏈及庫存等也是實現節(jié)能降耗的主要方面。目前有關于車間調度的研究大多以完工時間、交貨期、生產成本或利潤為目 標，缺少以減少能源消耗為目標的車間生產調度研究。輪胎硫化車間調度問題屬于一類帶特殊約束的非同等并行機調度問題，目前在國內外沒有發(fā)現對此問題研 究的文獻報道。1.2 系統(tǒng)特性的定性分析1.2.1 能耗成本種類輪胎硫化車間調度問題是考慮拖期成本的能耗優(yōu)化調度問題，其中能耗成本包含機器正常運行能耗成本、待機能耗成本和機器“關一開”機預熱能耗成本。1.2.2 能耗的結構輪胎生產企業(yè)主要生產工藝流程、用能設備、供能系統(tǒng)和能源分布情況

8、可由 圖1表示。企業(yè)主要使用電力、水蒸氣、壓縮空氣、氮氣和動力水五種能源工質， 每種能源工質均由專門的供應系統(tǒng)， 將其供應到各車間層，形成了一個龐大的供 能網絡系統(tǒng)，由圖1可知，能源供應系統(tǒng)可分為水蒸氣供應系統(tǒng)、 電力供應系統(tǒng)、 氮氣供應系統(tǒng)、壓縮空氣供應系統(tǒng)和動力水供應系統(tǒng)，其中水蒸氣來自鍋爐房， 壓縮空氣由空壓機產生，氮氣是經空壓機后的壓縮空氣經制氮機產生。通過該系統(tǒng)可以很清晰地看到各車間的用能設備、用能情況以及各種能耗工質的使用比例 等情況。皿酶” 水晶汽附 壓翔空 木蒸汽 動加k*力樂幡空氣 荻料 動力水水蒸氣 取氣壓縮空氣劭力水 電力電H8空氣能源介質泥揀時何次數泡靜謁度眄壓力硒次基

9、每次混嫉重量下料和出料配音程度工人累作年胖機看轉速應林門尼站度壞,干醒度 策Ifc粗壓力齦延匈ft.感面出走和供脫通度靶配股片烈度腫同 麻潞酸薜遽咸密欲壓力砂£流量 型櫛精旗中心成差壓力廢汽壓力式PI力能比時皿定型K力環(huán)境村度敲汽遞入 時同產品蝶格 產品岫工人操作技巧能耗影響因索注工本國中僅列舉生產工藝車間的各種朝介質的比例.圖1輪胎生產企業(yè)能源分布圖下面介紹各能源介質產生途徑和作用。(1)水蒸氣水蒸氣是輪胎企業(yè)優(yōu)質的二次能源，由無煙煤燃燒熱加熱鍋爐中的水，得到 壓力為2.5Mpa溫度為300c左右的飽和水蒸氣，經過減溫閥和減壓閥將溫度和 壓力下降到符合車間工藝要求后供給到各用汽車間

10、，水蒸氣主要用于輪胎硫化車 間，纖維壓延和制品車間、煉膠車間、錠子房、壓延壓出空調房等。根據其工藝 特點，水蒸氣供到硫化車間時，其對溫度和壓力要求非常嚴格，因有多臺硫化機 器同時關?；騿印⒄Ａ蚧瘯r也要在水蒸氣和氮氣向切換， 常造成水蒸氣供應 系統(tǒng)的強烈震蕩，造成溫度和壓力變化大，達不到工藝要求。(2)電輪胎生產各工藝過程都用到電能，對電力需求大，輪胎企業(yè)的電力資源全部 來自于外購，企業(yè)大功率用電設備較多，如煉膠車間的密煉機，壓延車間滾壓壓 延線和壓出機生產線、空壓機組、制氮機組等大功率機組對供電質量要求較高， 因此要盡量避免大功率機器開停時產生沖擊性負荷和高次諧波，對生產設備和供電系統(tǒng)穩(wěn)定

11、帶來較大影響。(3)壓縮空氣壓縮空氣是輪胎企業(yè)必不可少的動力介質，用于驅動各種氣動設備以及充入 輪胎內定型便于加工。壓縮空氣由空氣壓縮機產生，通過減壓后輸送到緩沖罐備用，各車間工序要用時可隨時使用，壓縮空氣主要用于成形車間、 部件車間和密 煉車間。(4)氮氣在輪胎企業(yè)中氮氣是作為保護氣體用于硫化工藝，在硫化是胎囊內先充入高 溫高壓蒸汽加熱輪胎，當達到一定溫度后停止供如蒸汽換成氮氣，以保溫保壓， 待硫化完成后再將氮氣外排，使用氮氣主要是為了減少水蒸氣的消耗，節(jié)約能源。(5)水輪胎生產過程用水較多，遍布每個車間，水的作用主要有：產品或設備的加 熱、冷卻或洗滌。如在硫化工序在定型后要通入過熱水加熱，

12、待硫化結束后，輪 胎需要通入冷水冷卻。綜上所述，輪胎企業(yè)使用的能源介質較多，能源介質產消鏈與生產過程存在 重疊與交叉，形成了多個功能系統(tǒng)網絡，多種能源介質同時作用于同一工序，一 種能源介質也可以用于多個工序，增加了能源管理的復雜性。1.3 需要及技術預測目前輪胎企業(yè)的生產成本增幅已超過 40%原材料、能源、勞動力三大因素 推高了企業(yè)的生產成本，使輪胎行業(yè)進入了一個高成本時代。隨著低碳經濟的發(fā)展，必然會給國內輪胎制造業(yè)帶來壓力和變化。 低碳經濟 將引發(fā)輪胎行業(yè)以“節(jié)能、環(huán)保、安全、智能、高效”的產品主導輪胎消費市場， 迫使輪胎企業(yè)加快調整產品結構和優(yōu)化升級，實施以低消耗、低污染、低排放為 特征的

13、綠色發(fā)展模式。在行業(yè)內推行以用戶為導向的低碳產品采購和低碳產品消 費模式，對輪胎企業(yè)來說就是要打造好輪胎產業(yè)新的生產力，實現由高碳向低碳轉變，變壓力為動力，發(fā)展節(jié)能、環(huán)保、安全、綠色的低碳產品就是輪胎企業(yè)要 尋找的“藍海”。發(fā)展低碳經濟、開發(fā)低碳產品對輪胎行業(yè)來說既是挑戰(zhàn)，更是 機遇。誰調整得早，轉向得快，誰就會占領市場的制高點，取得主動。以硫化工序為例構建起能耗輸入輸出模型，輪胎硫化需要能源工質種類多， 包括水蒸氣、過熱水、電能、氮氣、壓縮空氣和動力水等，這些能源工質相互作 用，相互制約，各種能耗介質在硫化工藝過程的輸入輸出流程。水蒸氣和過熱水經硫化工序后進行回收，得到溫度較高的冷凝水，有部

14、分參入雜質的直接排放， 變成廢水，壓縮空氣和氮氣則直接排放；動力水經回收可在此利用。針對同時使用多種能源工質的情況，通常用綜合能耗來衡量產品的能效情 況，常用的4種綜合能耗分別是綜合能耗、單位產值綜合能耗、產品單位產量綜 合能耗、產品單位產量可比綜合能耗。1.4 系統(tǒng)的目的明確隨著科學技術的快速發(fā)展和生活水平的日益提高，人類對于能源的需求也正在日益攀升，據國際能源機構（IEA）2009年公布的2009世界能源展望報告 預測，從2007年到2030年世界一次能源的需求量將以年 1.5%的增長速度從 117.3億噸油當量增長到170.1億噸，總體增幅將高達40%。需求的日益旺盛， 極大的推動了全球

15、能源價格的全線上揚，據統(tǒng)計，澳大利亞BJ現貨價格從2006年1月的40美元/噸開始一路飆升，截止到2011年5月19日，原煤價格 已經高達117.03美元/噸，年增長幅度高達25%。同時，據IPPC第四次評估報 告估計，自1750年以來，由于人類活動大氣中二氧化碳、氧化亞氮、甲烷等的 濃度已經明顯發(fā)生變化，僅1970年到2004的34年間就增加了 70%,其中二 氧化碳的排放增幅高達80%達到379ppm,遠遠超過人類過去65萬年的自然變 化的范圍，這也導致了全球氣溫的逐漸攀升，如今全球平均氣溫比工業(yè)革命前約 高0.8 C,并以每10年0.2 C的速度上升。同時報告還警告說，如果全能源結 構仍

16、以化石燃料為主導，那全球溫室氣體排放量在2000-2030年期間將增加25%90%氣溫也將升高0.4 C。目前我國制造業(yè)的能耗占用了全國一次能耗的63%,單位產品的能耗高出國際水平20%至30%,單位GDP勺能耗值也遠遠高于發(fā)達國家的水平，如果以日本單位GD唯耗為1 ,那么歐盟為1.8 ,美國為2 ,中國則高達8.6。因此我國政 府早在2006年的中華人民共和國國民經濟和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱 要中就明確提出我國在“十一五”期間單位 GDPfg耗要降低20%,主要污染物 排放總量減少10%的約束指標。并按照節(jié)能減排綜合性工作方案的相關規(guī)定 從四個方面加強節(jié)能減排工作，一是調整產業(yè)結構、加快

17、產業(yè)升級；二是通過完 善價格和財稅體制促進節(jié)能；三是通過提高科技水平實現節(jié)能；四是通過加強管 理促進節(jié)能。對于未來中國而言，特別是對于正在蓬勃發(fā)展的中國制造業(yè)而言， 節(jié)能減排、 低碳轉型不僅僅是生存之本，更是發(fā)展之道；既是我國加快經濟結構調整的原因，也是調整的方向和終點導致目前制造業(yè)中管理層忽略能源浪費的主要原因是能源成本僅占產品總 成本的23%或者5%。因此為了實現節(jié)能，最關鍵的是企業(yè)的商業(yè)模式的轉變， 即從“最低資本的最大收益”轉變?yōu)椤白钚∧芎牡淖畲髢r值”。在這種商業(yè)模式 下，需要企業(yè)通過綜合考慮環(huán)境規(guī)則、產品質量、顧客滿意度，使其達到最優(yōu)以 減少產品的成本。企業(yè)能耗的減少一方面需要提高全

18、面的節(jié)能環(huán)保意識，另一 方面依賴于企業(yè)自動化程度的增加，從而能夠為車間層提供更好的透明度和效 率。目前從生產管理角度來看制造業(yè)的節(jié)能技術主要包括生產過程穩(wěn)定技術、產品工藝再思考技術、完成無損基礎設施建設及企業(yè)信息化能源信息建設等四方 面。車間調度問題是一類用于解決車間資源的最優(yōu)安排，生產計劃安排，為計劃的執(zhí)行和控制提供指導的特殊的調度問題，該問題對應于生產管理系統(tǒng)的短期計 劃的安排，即實施層次。在離散制造業(yè)中，生產調度過程中所涉及的資源主要包 括：人員、設備（加工設備、存儲設備、運輸設備、維修設備）、資金、能源、以 及原材料等。車間調度過程的就是資源一定的條件下，通過優(yōu)化生產工藝、加工 流程及

19、車間物流路徑，使企業(yè)所要求的某些性能指標達到最優(yōu)， 這些指標可以是 任務的最短完工時間、企業(yè)的生產成本最低、倉儲的庫存費最少、產品的生產周 期最短、或者是設備利用率最高、能源消耗最低等，也可以是多個指標構成的復 合指標。因此車間調度問題是一個多目標多約束的，復雜的NP難問題。車間調度作為企業(yè)生產管理系統(tǒng)的核心組成和關鍵技術，良好的調度方案對 于提高企業(yè)的生產效率具有重要意義， 它不僅能夠有效降低設備的空閑率，縮短 產品的生產周期，提高顧客滿意度，而且能夠有效地降低生產成本、 減少能源消 耗和提高企業(yè)的經濟效益。2 .功能分析2.1 機構與制度的可行性一級機構有能源科，二級機構有能耗管理員。2.

20、2 業(yè)務分析輪胎生產過程是將橡膠、炭黑、硫磺等多種原料以一定的比例混合，經過密煉、 壓延、壓出、成型、硫化和終檢等5大工序步驟，加工成輪胎。如圖2所示。每 個大工序有包含若干子工序。煉膠 - > 壓延 成型 > 藤化 ">1 終檢圖2輪胎生產流程圖下面介紹每個工序的具體工藝過程，分析主要能耗影響因素。(1)煉膠工序煉膠工序是將橡膠、炭黑、硫磺、生膠等按一定比例進行混合比配，投入到 密煉機中，通過攪拌和切割作用產生的熱量進行物理和化學反映，混煉出生膠， 經過滾壓機壓成膠片，經過冷卻水池、風扇陣列吹冷，最后將膠片疊堆。煉膠過 程主要消耗電能、壓縮空氣和水。經分析，影響煉

21、膠工序的能耗因素有很多種， 分析如下。a.投料不及時，密煉機和下輔機處于空轉等料；出片卡料，混煉好的膠料無 法掉落到出片機，密煉機和上輔機處于空轉等待狀態(tài)。新人不能熟練操作機器， 不能很好配合上下游工序造成生產等待。b.混煉時間過長能源消耗多，混煉時間過短未達到質量要求，需要多次混煉， 每次混煉都需要將膠料冷卻靜放一段時間才能進行下一次混煉， 所消耗的能源更 多。c.電能質量不穩(wěn)定，嚴重影響大功率機器效率，容易造成機器故障，也影響 產品質量，更換產品規(guī)格需要的時間長，需要清洗機器和開機預熱等同樣需要消 耗能源。(2)壓延和壓出工序壓延和壓出工序生產的部件包括鋼絲簾布、內襯層、三角膠、胎面、胎側

22、、 胎肩墊膠等。a.鋼絲簾布壓延是將鋼絲和膠料通過壓延機壓制成覆膠簾布。將煉膠工序生 產的膠片經工業(yè)循環(huán)水均勻加熱到 8(rc-105° C之間(過高過低會造成壓延脫 層或簾布線不粘)，通過擠出機擠壓成膠條狀輸送至壓輾機滾壓而成；鋼絲簾線 表面鍍有一層銅鋅合金，在潮濕環(huán)境中極易生銹，因此要在釘子房中控制鋼絲的 溫度、干濕度和張力，如溫度要比壓延稍高。纖維簾布和膠料經滾壓復合成膠簾 布，經冷卻輯滾壓及緩沖裝置后卷取。簾布壓延主要消耗水蒸氣、電和水；b.內襯層壓延是膠料經冷喂料擠出后送入壓片機壓輯壓成兩層膠片，然后將兩層膠片熱貼合在一起，壓延成有一定厚度、寬度和形狀的膠片；主要消耗電、

23、工業(yè)循環(huán)水和蒸汽。c.三角膠壓出是膠料經冷喂料擠出后送入壓出機壓成三角膠，經過工業(yè)循 環(huán)水噴淋冷卻，再用壓縮空氣吹干最后卷取存放； 主要消耗電、工業(yè)循環(huán)水和壓 縮空氣。(3)成型工序成型是將壓延、壓出工序生產的內襯層、胎體簾布、鋼絲圈、胎肩塾膠、胎 冠、胎側、帶束層等部件在成型機生產線上按照一定組合而成胎還。如采用二步法成型則現將內襯層和胎體在成型鼓中貼合，然后在兩邊扣上鋼絲圈，經反包、 壓合，接著將胎側貼合得到一段胎還，在二段胎還中先將帶束、冠帶和胎面在帶 束鼓中貼合，然后與一段胎還用卡盤定型和壓合得到完整胎還。在此過程中主要 使用電和壓縮空氣。成形車間對溫濕度要求較高，全年要將溫度和適度維

24、持在2(rc 27 ° C之間，濕度在55%RH65R也問，夏季需要中央空調提供冷風，冬天需要蒸汽提 供熱流。成型機主要用電能和壓縮空氣驅動，傳輸線將內襯層、胎側、胎體等部 件輸送到成形鼓上，采用氣動裝置將這些部件壓到成形鼓， 成形鼓旋轉得到內胎 層，同時通過環(huán)形氣社向內襯層從氣等一系列步驟將內襯層、胎體簾布、鋼絲圈、子口布、胎肩墊膠、胎冠、胎側、帶束層等各種半成品部件壓制成胎還。因此， 影響能耗的因素有環(huán)境溫度、各部件存放的時間、成形鼓轉速與壓力，中心膠囊 定位精度，環(huán)形氣虹沖氣時間。(4)硫化工序硫化是將胎還放到硫化機中在一定的溫度、壓力的飽和水蒸氣、壓縮空氣及 氮氣等多種能源介

25、質作用下，使橡膠輪胎發(fā)生硫化反應，即將可塑性強、易變形、 強度低的“生胎”通過硫化反應時橡膠內的線型高分子發(fā)生交聯(lián)反應， 生成網狀 的一定硬度、有彈性和耐磨的高分子材料，俗稱將生胎“煮熟”。典型的橡膠輪胎硫化工藝包括裝胎、定型、胎胚加熱到工藝溫度、冷卻、卸胎等工序，其中關 鍵工藝過程是定型和加熱過程。某子午線輪胎生產硫化的工藝流程圖中，定型即 在安裝有生胎的硫化機的膠囊中充入高溫飽和蒸汽，用以固定胎還的形狀和為發(fā) 生硫化反應提供熱源，并保持一段時間的穩(wěn)定壓力。加熱過程是導入飽和蒸汽和 過熱的水到膠囊中，生胎的內、外側分別由膠囊和金屬管道通入蒸汽和熱水加熱 或保溫；生胎外側溫和內測溫以及壓力對硫

26、化質量至關重要。硫化不充分，輪胎鈿度不夠，溫度過高則橡膠被氧化，有不少廠家采取的做法是在生胎外部通入一 定壓力的高純度氮氣用于阻止空氣中的氧氣與加熱硫化中的生胎接觸。2.3 邊界條件該廠硫化車間需要硫化的輪胎規(guī)格多達 1000多種，不同規(guī)格的輪胎硫化參 數不同，其中，內胎和外胎溫度、壓力，硫化時間等參數有較大差異；硫化機 4 種規(guī)格100多臺，每臺機器加工能力不同，某些規(guī)格的輪胎只能在特定規(guī)格硫化 機；更換規(guī)格時需要更換胎囊和模具； 受到上游工序的限制，工件（生胎）的達到 硫化車間的時間不確定，不同規(guī)格的產品要求的交貨期不同。 硫化車間調度問題 與其他車間調度問題最大不同點是硫化機在停機狀態(tài)下

27、開機時需要預熱一段時 問后方能正常加工，硫化機有3種耗能狀態(tài)：機器正常加工、機器空轉等待、機 器開機預熱，其中機器開機預熱到正常加工是停機時間的函數。因此，如何確定工件在機器上的分配、在同一臺機器上工件的加工順序，機器機數量，機器待機數量等對能耗影響非常大。根據以上特點，將硫化車間調度問題抽象為一類非 同等并行機能耗優(yōu)化調度問題。3 .系統(tǒng)合成3.1 對策與方案下面，以典型子午線橡膠輪胎生產企業(yè)硫化生產工藝的特點和能源使用情況 的為例，說明輪胎硫化車間能耗優(yōu)化調度問題，該廠硫化車間需要硫化的輪胎規(guī) 格多達1000多種，不同規(guī)格的輪胎硫化參數不同，其中，內胎和外胎溫度、壓 力，硫化時間等參數有較

28、大差異；硫化機4種規(guī)格100多臺，每臺機器加工能力 不同，某些規(guī)格的輪胎只能在特定規(guī)格硫化機；更換規(guī)格時需要更換胎囊和模具；受到上游工序的限制，工件(生胎)的達到硫化車間的時間不確定，不同規(guī)格的產 品要求的交貨期不同。硫化車間調度問題與其他車間調度問題最大不同點是硫化 機在停機狀態(tài)下開機時需要預熱一段時間后方能正常加工，硫化機有3種耗能狀 態(tài)：機器正常加工、機器空轉等待、機器開機預熱，其中機器開機預熱到正常加 工是停機時間的函數。因此，如何確定工件在機器上的分配、在同一臺機器上工 件的加工順序，機器機數量，機器待機數量等對能耗影響非常大。根據以上特點， 將硫化車間調度問題抽象為一類非同等并行機

29、能耗優(yōu)化調度問題。該類問題有如下特點：由上述分析可知，硫化工藝的特點是工序步驟多，工藝條件嚴格，能源消耗 大，生產集中，對機器設備性能和操作人員素質要求高， 其復雜性可由以下幾方 面體現：(1)工序步驟多，工藝復雜，需要的能源工質種類多。硫化過程包括裝胎、 定型、生胎加熱到工藝溫度、冷卻、卸胎等多個步驟，其中生胎加熱步驟要求高， 對溫度和壓力條件比較茍刻；為了避免氧化，要用到氮氣等惰性作為保護氣體， 多種能源工質間進行切換使用，互相作用，互相制約，對機器參數設置要求高， 對供能系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求高。(2)多對多的生產模式。一是輪胎生產設備多，據某大型輪胎生產企業(yè)調研 資料顯示，該硫化車間具有10

30、4臺硫化機，可分為4大類型，不同的硫化機硫化 輪胎的能力不一樣，體現了設備的非同等性。二是產品規(guī)格種類多，該企業(yè)生產 的輪胎有1000多個品種，輪胎接斷面寬度不一至，輪胎厚度也差異很大，并非 每種規(guī)格的輪胎均能在任意一臺硫化機上加工，體現了產品的非同等性，因此， 將不同類型的輪胎快速適當分配到100多臺硫化機上加工，是一件比較復雜的事 情。(3)時間短，不確定因素多。硫化工序受到上一道工序的限制，只能提前幾 個小時才能獲得排產計劃，造成機器開-停頻繁，導致溫度和壓力達不到工藝要 求，引起短暫停產現象；止匕外，生產計劃臨時變更等情況，不同規(guī)格產品交貨期 差異大等問題，也增加了調度的難度。(4)硫

31、化機有開機一預熱、正常加工和空閑等待三種運行狀態(tài)。不同狀態(tài)單 位時間內所消耗的能源不一樣，其中機器開機預熱時間長達數小時， 其預熱期間 單位時間內消耗能IS比正常加工時大， 硫化時更換膠囊、更換規(guī)格、機器故障等 情況需要停機-開機預熱外，機器處于長時間無加工任務狀態(tài)也需要停機。 因此, 在工件數量和到達時間不能確定情況下，如何選擇機器開機臺數、確定無加工任 務機器處于等待或是停機狀態(tài)也有一定難度。3.2 替代方案設有m臺加工能力不一樣的機器 M1 , M 2 ,，Mm構成一個制造系統(tǒng)，每 臺機器有三種狀態(tài)（運行、待機和停一開機），其中，機器的初始狀態(tài)為停機，因 此，機器Mj的能耗分別由三部分組

32、成運行能耗，待機能耗和從停機到運行狀態(tài) 的預熱能耗。這三部分能耗對應的單位時間能耗成本分別為：&、Pj2和。現有n個相互獨立的工件J- J2,，Jn,其中R,表示工件i到達系統(tǒng)的時間， 每個工件對應著一個交貨期 Di ,如果工件在交貨期前未能完工，則會為系統(tǒng)帶 來一定的懲罰，依據拖期的程度用Pi表示工件i的單位懲罰成本；每個工件必須 經過該系統(tǒng)中一臺機器加工，加工時間為 Tj;一臺機器同一時間只能加工一個 工件；工件在加工過程中遵循不可搶占特性， 即若工件在一臺機器上加工，必須 加工完畢后，該機器才能加工下一個工件；如何安排工件在該系統(tǒng)的加工順序， 從而確定每臺機器狀態(tài)，使得該系統(tǒng)的生

33、產成本最少化 Emin。用Graham的三元 組來描述該類問題近平”M，Mg）忸min。建立輪胎硫化車間能耗優(yōu)化調度問題數學模型。針對以能耗優(yōu)化為目標的非同等并行機調度問題， 采用基于啟發(fā)式規(guī)則算法 進行求解；針對優(yōu)化模型中的拖期成本目標，采用三種基于優(yōu)先啟發(fā)式規(guī)則的算 法進行求解；針對能耗優(yōu)化目標，提出基于機器能耗規(guī)則的啟發(fā)式算法， 針對能 耗成本和拖期成本目標，提出基于組合啟發(fā)式規(guī)則的算法對模型進行求解。為驗證算法有效性，設計了仿真算例對該模型進行仿真，仿真的結果驗證了本模型的 合理性和有效性。針對硫化車間能耗優(yōu)化調度問題，提出基于啟發(fā)式規(guī)則的遺傳算法進行求 解。為檢驗不同啟發(fā)式規(guī)則進行初始化對遺