双层模型预测控制在节能集成产品定价与生产调度中的应用-计算机科学-机器学习-模型预测控制-双层优化-制造调度.pdfVIP

双层模型预测控制在节能集成产品定价与生产调度

中的应用

HongliangLi,HerschelC.Pangborn,IlyaKovalenko

ThePennsylvaniaStateUniversity,UniversityPark,PA16802

USA

(e-mail:hjl5377@,hcpangborn@,iqk5135@)

摘要制造业正面临日益增长的压力，需要在保持经济竞争力的同时提升可持续性。因此，

制造商一直在试图确定如何将现场可再生能源和实时电价整合到生产计划中而不影响盈利

能力。为了解决这一挑战，我们提出了一种双层模型预测控制框架，该框架明确考虑了可

再生能源的可用性，并联合优化产品定价和生产调度。高层决定产品价格以最大化收入和

本可再生能源使用。低层在运行时控制生产调度，以最小化运营成本并响应产品需求。纳入

译价格弹性来模拟市场反应，使系统能够通过在高可再生能源发电期间降低产品价格来增加

中需求。一项锂离子电池组制造系统的案例研究表明，我们的方法使制造商能够在降低成本

1的同时提高利润。

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8Keywords:模型预测控制，双层优化，制造调度

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41.介绍加了制造系统调度的复杂性。此外，产品定价决策的时

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7.间范围通常比运营生产调度更长。因此，有效地结合定

0制造商面临着经济和环境的双重压力，这些压力从根本价与调度需要跨不同时间尺度的控制框架。

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2上挑战了运营范式(Kovalenkoetal.,2024).对于那些双层模型预测控制（MPC）为解决调度复杂性提供了

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v处于竞争激烈且成本敏感环境中制造商而言，追求可持一个有前景的框架，因为这种方法明确考虑了战略决

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x续性目标不能以牺牲盈利能力为代价(Luetal.,2020).策和运营决策在不同层级优化的分层决策结构(Olkin

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a这些挑战提出了一个关键的权衡问题，迫使制造商在andAmes,2024)。在较高层次上，可以优化战略性定

努力提高生产效率的同时减少能源成本并减轻环境影价决策以最大化利润。在较低层次上，可以根据定价策

响。将可再生能源（如太阳能）纳入制造系统中提供了略及由此产生的产品需求计算出能源意识的生产计划。

一种平衡生产力、能源成本和可持续性目标的有前途的这种层级关系反映了现实世界中制造业的决策制定结

方法。然而，可再生能源的波动性给生产计划带来了挑构，在不同的组织层面上平衡了跨不同时空尺度和优先

战。制造商需要不仅根据产品需求调整生产操作，还要级的冲突目标(VandeBergetal.,2024)。尽管有潜在

与可再生能源的可用性相协调。的好处，但联合整合产品定价、生产调度和可再生能源

将生产计划与可再生能源供应相匹配的一种有前景的管理的研究是有限的。现有研究集中在两两组合上，如

方法是在可再生能源丰富时战略性地降低产品价格。这定价与调度(Chenetal.,2018)或调度与能源管理(Li

种方法为客户在可再生资源发电量高、能源更清洁且成etal.,2023)。

本更低的时期增加需求提供了经济激励。其基本原理基本文提出了一种双层模型预测控制框架，如图1所示，

于价格弹性的概念，该概念描述了产品需求如何响应价该框架在明确考虑可再生能源整合的情况下同时优化

格变化。具体来说，在面向库存的制造系统中，降价通产品定价和生产调度。所提出的框架将使制造商能够协

常会刺激更高的需求(Fibichetal.,2005)。然而，将这调产品定价和生产调度以满足经济和环境目标。主要贡