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民用客机总装车间自动引导车任务分配及路径规划

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上海交通大学学报 2023年第1期57卷 93-102页

作者：裘柯钧鲍中凯陈璐上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

为了实现自动引导车(AGV)在某民用客机总装车间的高效运作,提出AGV任务分配与路径规划两阶段求解方法,有效地解决了车间内AGV的多次往返配送调度问题.在任务分配阶段,提出基于行程的AGV任务分配模型,提高任务分配的效率;在路径规划阶段... 详细信息

为了实现自动引导车(AGV)在某民用客机总装车间的高效运作,提出AGV任务分配与路径规划两阶段求解方法,有效地解决了车间内AGV的多次往返配送调度问题.在任务分配阶段,提出基于行程的AGV任务分配模型,提高任务分配的效率;在路径规划阶段,采用时间窗算法,对AGV占用的地图资源进行时间窗的初始化、更新和排布,并针对由于避障和等待引起的物料送达时间无法满足的情况,设计了料包交换、优先级提前、预留时长放宽共3种递进的调整策略,实现AGV的无冲突路径规划.在数值实验中,两阶段方法应用于50、100、150个料包问题的平均求解时间分别为15.86、41.12、162.29 s,表明两阶段方法有效缓解了多行程AGV调度问题的复杂性,能在合理时间内实现民用客机总装车间AGV的调度优化,以适应民用客机年产量逐年快速递增的生产需求.

关键词：自动引导车行程任务分配路径规划时间窗算法

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基于动态加权的雷达数据融合算法

现代雷达 2023年第7期45卷 56-59页

作者：王楠刘增文鲍中凯南京电子技术研究所江苏南京210039

传统数据融合算法在处理雷达数据时,采用“平均”的思想,融合时不对数据加以区分。文中针对这一缺陷,提出了一种基于动态加权的雷达数据融合算法。新算法首先根据每部雷达的滤波误差动态计算量测数据的融合权值,然后根据融合权值获得融... 详细信息

传统数据融合算法在处理雷达数据时,采用“平均”的思想,融合时不对数据加以区分。文中针对这一缺陷,提出了一种基于动态加权的雷达数据融合算法。新算法首先根据每部雷达的滤波误差动态计算量测数据的融合权值,然后根据融合权值获得融合量测数据,最后对融合数据进行滤波。仿真实验验证,相比传统数据融合算法,新算法能够提高目标的航迹跟踪精度。

关键词：雷达组网数据融合动态加权

采用结构保护策略的强制进化随机游走算法优化换热网络

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化工学报 2017年第9期68卷 3522-3531页

作者：鲍中凯崔国民陈家星上海理工大学新能源科学与工程研究所上海200093

鉴于强制进化随机游走算法(random walk algorithm with compulsive evolution,RWCE)在优化换热网络时可能出现有潜力结构被差解代替,提出了一种结构保护策略,增加一个与原种群平行进化的新种群,新种群执行结构保护,个体与原种群一一对... 详细信息

鉴于强制进化随机游走算法(random walk algorithm with compulsive evolution,RWCE)在优化换热网络时可能出现有潜力结构被差解代替,提出了一种结构保护策略,增加一个与原种群平行进化的新种群,新种群执行结构保护,个体与原种群一一对应并接收其当前最优解,同时采用一种降维邻域搜索的进化方式,设置个体各维变量更新概率确定搜索维数,充分挖掘个体结构进化潜力,提升了算法的局部搜索能力;原种群则沿用RWCE的主要操作,保留了较强的全局搜索能力。将采用结构保护策略的RWCE算法用于有分流换热网络优化,取得了优于现有文献的结果。

关键词：强制进化随机游走算法结构保护策略换热网络优化

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增压流化床炉内水平管传热特性研究

增压流化床炉内水平管传热特性研究

作者：鲍中凯东南大学

学位级别：硕士

增压流化床燃烧是实现煤炭清洁高效利用的重要洁净煤技术发展方向。针对炉膛尺寸减小导致受热面布置空间受限的问题,开展增压流化床不同位置水平管换热器外表面与床层间传热特性的基础研究,将为优化炉内受热面布置提供重要参考。但水平... 详细信息

增压流化床燃烧是实现煤炭清洁高效利用的重要洁净煤技术发展方向。针对炉膛尺寸减小导致受热面布置空间受限的问题,开展增压流化床不同位置水平管换热器外表面与床层间传热特性的基础研究,将为优化炉内受热面布置提供重要参考。但水平管传热实验的开展要求炉膛截面积不能过小,而较大横截面积的热态增压流化床设备的设计与操作运行具有一定的难度,目前相关实验主要在冷态增压流化床中开展。因此,对于热态增压流化床水平管的传热特性研究成为本文的研究重点。研制热态增压流化床传热实验平台,采用整体夹套式容器设计方案并配置供气系统、水冷系统、电加热系统、密封系统和数据采集系统,实现热态增压流化床的安全运行和炉内水平管的传热系数测定。基于此实验平台对炉内不同位置的水平管换热器传热系数进行了测定,探讨了压力、温度、粒径、流化风速等不同实验条件对炉内水平管受热面局部和平均传热系数的影响;详细分析了不同类型密相区水平埋管传热模型在增压流化床中的精确性与适用性,并提出了适用于增压流化床密相区水平埋管的半经验传热模型。密相区水平埋管传热特性的实验结果表明,系统压力的提高将会使密相区水平埋管的传热得到强化。当系统压力由0.1MPa提高至0.7MPa,针对不同粒径的床料,传热系数提高11.4%-22.5%,其中在细颗粒床料中提升更为显著。在不同的系统压力下,密相区埋管外表面的平均传热系数均随着床层温度的提高而呈现上升趋势,当床层温度由400℃增加至800℃,辐射传热在总传热系数的份额明显提高,在常压下由5.1%提高至12.5%,这一占比将随着系统压力的提高而略有下降。埋管平均传热系数随着流化数的增加则会先增加后缓慢下降,过程中存在最大传热系数,其实验结果与Shah模型预测结果拟合较好。埋管周向局部传热系数分布规律在低流化数下整体表现为迎风面大于背风面,水平两侧最高,而在高流化数下,周向局部传热系数的分布将趋于均匀。稀相区水平管传热特性的实验结果显示,在热态增压鼓泡床中,压力的提高对于稀相区水平管的传热起到强化作用,位于稀相区高度较低位置的换热管传热系数高于较高位置的传热管。随着流化数的增大,位于不同高度的水平管传热系数均呈现递增的趋势。在同一系统压力下,稀相区水平换热管的周向传热系数在0°和180°周向位置的局部传热系数略高,但整体分布趋向均匀。基于实验结果,建立增压流化床稀相区水平管传热系数经验模型,通过与本文及前人冷态实验结果拟合,97.4%模型预测结果在25%误差范围以内,平均绝对误差8.18%。对前人提出的一些应用较为广泛的水平埋管换热模型应用于增压流化床中的精确性与适用性分析表明,不同类型的经验或半经验模型对预测增压条件下的埋管传热系数均表现出一定的局限性。本研究以乳化团更新模型为基础,结合接触热阻模型和热穿透模型的优势,并对增压下气体对流传热计算进行优化,提出适用于增压流化床的水平埋管传热模型。与本文及不同文献中的156组增压水平管实验数据点拟合,结果表明94.9%的模型预测结果误差范围在20%以内,平均绝对误差11.86%。本文研究结果将为增压流化床炉内受热面的布置和优化提供参考。

关键词：增压流化床高温传热水平管传热模型

有分流换热网络的结构多样性评价及改进策略研究

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有分流换热网络的结构多样性评价及改进策略研究

作者：鲍中凯上海理工大学

学位级别：硕士

换热网络是一种广泛应用于工业生产过程的热回收技术,其优化能进一步降低额外能源消耗、提升生产经济性。然而,本质上来看,换热网络的同步优化属于混合整数非线性规划问题,问题本身的非凸非线性极强,使得优化常常过早陷入局部极值,因此... 详细信息

换热网络是一种广泛应用于工业生产过程的热回收技术,其优化能进一步降低额外能源消耗、提升生产经济性。然而,本质上来看,换热网络的同步优化属于混合整数非线性规划问题,问题本身的非凸非线性极强,使得优化常常过早陷入局部极值,因此寻求更为有效的求解方法已成为学者们共同的挑战。近年来,一种新型启发式方法即强制进化随机游走算法被应用于该问题,相比于传统启发式方法具有控制参数少、操作简单且全局搜索能力强的优点。然而,该算法在有分流换热网络中的应用仍处于空白阶段,并且存在启发式方法所固有的个体团聚现象,对算法搜索能力尤其是结构进化能力影响重大,其中机理亟需探讨,此外该算法还忽略了对最优解的保护和开发,使得求解质量尚有较大的提升空间。因此,本文基于有分流模型,从启发式方法的结构团聚现象出发,研究强制进化随机游走算法的进化机理及相关改进策略,旨在增强算法性能、找寻最佳网络结构,具体内容有:首先,建立非等温混合假设的有分流换热网络分级超结构模型,针对其不能灵活布置公用工程而限制结构灵活发展的缺陷,提出一种具有公用工程内置策略的改进模型,扩大网络的解空间。基于这两种模型,采用强制进化随机游走算法并建立换热量、内部公用工程与分流比的高效优化方法。优化结果均包含分流,与文献相比具有一定竞争力,表明算法和改进模型能有效应用于有分流换热网络。继之,建立了结构多样性评价方法,通过结构标准化、公共结构识别、集团识别等操作得到评价指标,进而描述启发式方法的结构团聚。重点分析了强制进化随机游走、微分进化和粒子群算法的结构团聚水平及其对优化效果的影响,并从评价结果分析了强制进化随机游走算法的进化机理,揭示了团聚在优化中的作用以及接受差解对优化的正面影响。此外,综合各指标,设计了一种有效的结构多样性评价因子,能更加直观地表达团聚程度。然后,针对有潜力解可能在接受差解操作中被代替而导致局部优化不足,提出了一种最优解保护策略。建立两个分别称为基本层和保护层的种群,其中基本层按照原强制进化随机游走算法进行搜索,负责生成大量包括个体最优解和伪最优解在内的有潜力解,并传递给保护层,保护层对其进行保护并采用一种降维随机游走技术对其进行充分开发,增强了局部搜索能力。该策略与原算法结合所形成的新算法具有更高的优化效率,基于传统模型和改进模型均取得了优于文献的结果,提升了网络设计的经济性。最后,基于结构多样性评价与最优解保护策略深入研究一种更为有效的有分流换热网络求解方法。首先提出两条结构调优策略,针对团聚会限制全局搜索提出分散搜索策略,采用摄动改变结构的方式以削弱团聚程度,针对团聚对局部优化存在积极作用,提出集中搜索策略,采用强制较差个体接受较优结构的方式以增强较优结构处的团聚程度,从而提升原算法在结构空间内的勘探和开发水平。基于此,提出一种分步优化方案,第一步将结构调优策略应用于最优解保护策略的基本层,得到性能较好的候选解,第二步对候选解进行精细结构调优,实现结构优化精度的进一步提升。该方案的优化质量显著优于现有文献,处理有分流问题具有明显优势。

关键词：换热网络优化强制进化随机游走算法结构多样性最优解保护结构调优

RWCE优化换热网络的不可行解影响分析及强化策略

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化工进展 2020年第1期39卷 14-25页

作者：苏戈曼崔国民鲍中凯肖媛蒋奥炜上海理工大学新能源科学与工程研究所

换热网络优化问题常以外罚函数法处理约束,赋予违反约束的不可行解较大的罚值。强制进化随机游走算法(RWCE)优化换热网络时,其非贪婪搜索机制使不可行解以一定概率被保留,从而改变全局寻优过程。本文首先分析不可行解对优化进程的影响,... 详细信息

换热网络优化问题常以外罚函数法处理约束,赋予违反约束的不可行解较大的罚值。强制进化随机游走算法(RWCE)优化换热网络时,其非贪婪搜索机制使不可行解以一定概率被保留,从而改变全局寻优过程。本文首先分析不可行解对优化进程的影响,揭示偏移量较小的不可行解对结构进化的促进作用;然后提出差解概率动态调整策略,合理利用不可行解的正面作用,强化结构进化能力;最后,鉴于上述优化结果中偏移量较小的不可行解居多,提出一种可行化策略,通过分段罚指数和双种群优化技术促使过程中有潜力的不可行解快速返回可行域,并提升优化质量。将结合两条强化策略的改进算法应用于16股流与15股流算例,优化结果较文献最优解分别节省了0.35%、0.48%,表明改进后的算法较原算法全局搜索能力得到了显著提升。

关键词：换热网络外罚函数法不可行解强制进化随机游走算法结构进化

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一种应用于换热网络综合的伴随优化策略

热能动力工程 2019年第4期34卷 29-39页

作者：鲍中凯崔国民陈家星上海理工大学新能源科学与工程研究所上海200093

为解决强制进化随机游走算法(random walk algorithm with compulsive evolution,RWCE)应用于换热网络综合时进化停滞的问题,提出了一种伴随优化策略(CO-RWCE):对种群中各个体优化进程进行监控,当个体因接受差解陷入长期进化停滞时,将... 详细信息

为解决强制进化随机游走算法(random walk algorithm with compulsive evolution,RWCE)应用于换热网络综合时进化停滞的问题,提出了一种伴随优化策略(CO-RWCE):对种群中各个体优化进程进行监控,当个体因接受差解陷入长期进化停滞时,将该个体历史最优解回代给个体以调整优化方向;若多次回代后个体仍未进化,则将全局最优解传给个体并摄动以实现重生。在回代或重生后,采用一种游走概率递减技术,控制游走变量个数以提升搜索精度。优化结果表明:改进策略增强了个体自身进化能力,有效提升了算法搜索能力。

关键词：强制进化随机游走算法(RWCE) 换热网络伴随优化策略优化

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基于结构多样性评价的换热网络全局最优化

计算物理 2019年第2期36卷 225-235页

作者：鲍中凯崔国民肖媛陈家星上海理工大学新能源科学与工程研究所上海200093

针对启发式方法在优化换热网络时由于个体团聚而出现搜索能力下降,建立一种换热网络结构多样性评价方法,对种群中个体结构团聚程度进行衡量,并指导算法改进.对种群进行集团划分,将一定数目的具有公共结构的个体归为一个集团,从而得到个... 详细信息

针对启发式方法在优化换热网络时由于个体团聚而出现搜索能力下降,建立一种换热网络结构多样性评价方法,对种群中个体结构团聚程度进行衡量,并指导算法改进.对种群进行集团划分,将一定数目的具有公共结构的个体归为一个集团,从而得到个体结构分布;提出分散搜索策略,对于各集团中除集团最优个体外的其它个体,从其公共结构中随机选择若干个换热器进行摄动以分散集团中的个体结构;提出集中搜索策略,通过使其它个体获得最优集团对应公共结构以加强对较优结构的集中开发;采用9股流与15股流两个算例,验证分散搜索策略增强了全局搜索能力,集中搜索策略增强了局部搜索能力,优化结果分别较原算法降低了7 008■·a^(-1)与17 973■·a^(-1)且均优于文献结果.

关键词：换热网络启发式方法结构多样性优化

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基于公用工程内置策略的换热网络优化

计算物理 2019年第6期36卷 707-718页

作者：鲍中凯崔国民曹冲任杰李梦红上海理工大学新能源科学与工程研究所

传统换热网络分级超结构模型(SWS)只允许公用工程布置在流股末端,限制了网络结构的灵活发展.提出一种公用工程内置策略,允许公用工程布置在结构内部的各流股分支上.采用具有结构保护策略的强制进化随机游走算法(SP-RWCE).并提出一种伪... 详细信息

传统换热网络分级超结构模型(SWS)只允许公用工程布置在流股末端,限制了网络结构的灵活发展.提出一种公用工程内置策略,允许公用工程布置在结构内部的各流股分支上.采用具有结构保护策略的强制进化随机游走算法(SP-RWCE).并提出一种伪最优解生成策略,通过扩大长期未更新个体的年综合费用,促使有潜力的伪最优解产生并接受保护和开发.三个基准算例的优化结果均优于文献最优解,且均包含内部公用工程.表明改进SWS相比原SWS模型扩大了求解空间,改进SP-RWCE具有更强的搜索能力,验证了布置内部公用工程能有效减少换热面积.

关键词：换热网络优化分级超结构模型内部公用工程强制进化随机游走算法