Складання енергетично ефективних календарних планів для функціонування виробничих систем

Abstract

Розглянуто розробку методу підвищення ефективності функціонування виробничих систем за ра-хунок складання оптимальних або близьких до оптимальних за енергетичним критерієм календарних планів. Підхід дозволяє скласти розклад, в якому використана енергія буде мінімальною. Питання енергозбереження є дуже важливим. Існує багато сфер промисловості, для виробничих потужностей яких, наявна кількість енергії є недостатньою, тому необхідно оптимізовувати виробництво задля мінімізації використовуваної енергії. Як відомо, задачі, в яких необхідно мінімізувати витрати енергії, привертають величезну увагу дослідників з усього світу. Ця зацікавленість пов’язана з бурхливим зростанням промисловості та їх виробничих потужностей, а також зі стрімким розвитком комп’ютерних технологій, які дозволяють прискорювати розв’язання задач за рахунок використання додаткової енергії. Але високі швидкості зростання виробництва призводять до надмірного використання енергії, що в свою чергу сприяє збільшенню витрат підприємств. Тому виникає необхідність у складанні енергетично ефективних розкладів роботи виробництва, що допоможе зменшити фінансові витрати та запобігти глобальній світовій проблемі надмірного використання невідновлюваних енергетичних ресурсів. У роботі зазначено актуальність виявленої проблеми та сформульовано мету її дослідження. Проведено огляд та аналіз існуючих рішень вирішення виявленої проблеми, запропонованих світовими науковцями. Сформульовано постановку задачі та проведено дослідження властивостей задачі. Представлено класифікації задач за значенням середньої тривалості робіт, дисперсії тривалості робіт та дисперсії директивних термінів. Розроблено алгоритми розв’язання задачі. Сформовано підкласи задач для перевірки ефективності роботи алгоритму та порівняння результатів з алгоритмом для паралельних машин з визначеним часом надходження та директивними термінами. Наведено результати досліджень ефективності запропонованого методу та приклад розв’язання задачі.

The work is devoted to the development of a method for increasing the efficiency of production systems by drawing up schedules that are optimal or close to optimal according to the energy criterion. The approach allows to create a schedule in which the amount of energy used will be minimal. For the world, the issue of energy conservation is very important. There are many areas of industry for the production capacities of which the existing amount of energy is not enough; therefore, it is necessary to optimize production to minimize the amount of energy that is used. As you know, tasks in which it is necessary to minimize energy costs attract huge attention of researchers from around the world. This interest is associated with the rapid growth of industry and their production capacities, as well as with the rapid development of computer technology, which allows accelerating the solution of problems through the use of additional energy. But high production growth rates lead to excessive use of energy, which in turn contributes to increased costs for enterprises. Therefore, there is a need for energy-efficient production schedules, this will help reduce financial costs and prevent the global problem of excessive use of non-renewable energy resources. The paper considers the relevance of the identified problem and formulates the purpose of its study. A review and analysis of existing solutions have been proposed by world scientists to solve the identified problem. The statement of the problem is given and the properties of the problem are studied. Classifications of tasks by the average duration of work, the variance of the duration of work and the variance of the policy dates are presented. Algorithms for solving the problem are developed. Subclasses of tasks are formed to check the efficiency of the algorithm and a comparison of the results with the algorithm for parallel machines with a certain arrival time and directive dates. An example of solving the problem is presented. The results of studies of the effectiveness of the proposed method are presented.

Разработан метод повышения эффективности функционирования производственных систем за счет состав- ления оптимальных или близких к оптимальным по энергетическим критериям календарных планов. Подход позво- ляет составить расписание, в котором количество использованной энергии будет минимальным. На сегодня во- прос сохранения энергии является очень важным. Существует много сфер промышленности, для производствен- ных мощностей которых, существующее количество энергии недостаточно, поэтому необходимо оптимизиро- вать производство для минимизации количества используемой энергии. Как известно, задачи, в которых необхо- димо минимизировать затраты энергии, привлекают огромное внимание исследователей со всего мира. Данная заинтересованность связана с бурным ростом промышленности и производственных мощностей, а также со стремительным развитием компьютерных технологий, позволяющих ускорять решение задач за счет использо- вания дополнительной энергии. Но высокие скорости роста производства приводят к чрезмерному использованию энергии, что в свою очередь способствует увеличению расходов предприятий. Поэтому возникает необходимость в составлении энергетически эффективных расписаний работы производства, это поможет уменьшить финан- совые затраты и предотвратить глобальную мировой проблему чрезмерного использования невозобновляемых энергетических ресурсов. В работе рассмотрены актуальность выявленной проблемы и сформулированы цель ее исследования. Проведен обзор и анализ существующих решений выявленной проблемы, предложенных учеными всего мира. Сформулирована постановка задачи и проведено исследование свойств задачи. Представлены клас- сификации задач по значению средней продолжительности работ, дисперсии продолжительности работ и диспер- сии директивных сроков. Разработаны алгоритмы решения задачи. Сформированы подклассы задач для проверки эффективности работы алгоритма и сравнения результатов с алгоритмом для параллельных машин с опреде- ленным временем поступления и директивными сроками. Приведены результаты исследований эффективности предложенного метода и пример решения задачи.