制造单元的设施布局优化研究

发布时间：2020-10-17 11:51

　　 由于市场上消费者的个性化需求持续增加,迫使制造企业把生产方式逐渐向多品种小批量转变。多品种小批量的生产方式必然会增加企业的成本,这就需要企业找到合理的方法来降低生产成本,提高产品质量和生产率。单元生产方式的出现满足了制造企业对多品种小批量生产方式的要求。为了进一步增强企业的竞争力,还需要研究如何降低单元制造系统中的生产成本,提高企业的的收益。通过大量的实际生产研究发现单元制生产方式中的运营费用主要来自物料搬运费用,占运营总费用的30%-75%,物料的搬运费用可以通过合理的设施布局来减少。所以,很有必要对单元设施布局进行研究,从而得到快速、有效的设施布局方法。单元布局是单元生产系统的重要组成部分,合理的设施布局能帮助企业节省生产成本,提高生产效率。本文主要针对直线型布局和单向环型布局问题进行了研究,根据两种布局形式的特点,构建相应的数学模型,并分别设计了模拟退火和遗传算法求解得到最优的布局方案。针对直线型单元布局方式下单元系统与单元内设施并行布局问题,首先,对直线型布局形式的优缺点进行了分析;其次,根据布局特点及布局的复杂性,构建了包含物料搬运距离和设施面积利用率的双目标优化模型,并设计了一种模拟退火算法对模型进行求解;再次,通过算例仿真得到验证了模型和算法的有效性和适用性。针对单向环型的设施布局问题,首先,在分析了传统单向环型布局的优缺点之后,根据车间的实际状况对传统单向环型布局形式进行改进,根据工件的工艺路径特点在生产车间中增加经常使用的机器的数量;然后,考虑到机器的规格与摆放位置之间的关系,建立以单元物料搬运成本最小化为目标的设施布局模型,并使用遗传算法来求解;最后,通过算例仿真进行验证,改进后的单向环型布局更加适用于车间中工件的工艺路径上包含频繁使用的设施,同型机的加入能更好地减少物料搬运费用。直线型布局和单向环型布局问题是单元布局的基础问题,合理的布局形式能提高企业的效率和减少物料搬运费用,使企业在市场竞争中拥有更大的优势。
【学位单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：F273
【部分图文】：

图 4.4 模拟退火算法流程图算法步骤：步骤 1. 输入布局问题相关数据，定义模拟退火算法的各种参数； 随机生成个包括单元系统、单元内设施排序以及设施摆放方向的统一布局方案，以 4.3.1编码设计方法表达该布局方案，设该编码为1S ； k : 1，0T: Tk ；步骤 2. 计算1S 所对应的每个设施的中心点坐标，进而得到各个设施之间的折距离，结合产品的需求信息、工艺路径等计算该布局方案所对应的目标函数值，为 ()1f S；步骤 3. 按 4.3.2 中邻域解生成规则，根据当前解1S 生成新解2S ，并计算目标数值 ()2f S；步 骤 4. 令 ()()21 f fS fS， 生 成 随 机 数 r (01),， 判 断 是 否 有fTrk x p ( /) ？若是则接受新解，即令1 2S : S，否则不变；步骤 5. 判断在当前温度kT 下是否达到迭代次数 L ，若没有达到迭代次数则转骤 3，否则转下一步；步骤 6. 判断是否达到中止温度endT ，若当前温度kendT T，则令kkT r T :1，

8，4，15，7｝ ｛0，0，0，1，0｝1 ｛1，2，9，13，5｝ ｛0，0，0，0，0｝） 2 ｛11，10，6，14，12｝ ｛1，0，0，0，0｝ 1912.4 3 ｛3，8，4，15，7｝ ｛0，0，0，1，0｝1 ｛11，10，6，14，12｝ ｛1，1，1，0，0｝） 2 ｛3，8，4，15，7｝ ｛0，0，0，1，0｝ 1929.8 3 ｛5，13，9，2，1｝ ｛1，0，0，0，0｝1 ｛1，2，9，13，5｝ ｛0，0，0，0，1｝） 2 ｛11，10，6，14，12｝ ｛1，0，1，0，0｝ 1937.0 3 ｛3，8，4，15，7｝ ｛0，0，0，1，0｝1 ｛7，15，4，8，3｝ ｛1，1，0，0，0｝） 2 ｛12，14，6，10，11｝ ｛0，0，1，0，1｝ 1965.2 3 ｛5，13，9，2，1｝ ｛1，0，0，0，1｝样的权重（0.7，0.3）设置下，本文算法所得布局结果按各设施 4.5 所示。

图 4.6 迭代进化曲线图从图 4.6 中可以看出，虽然物料搬运距离与设施占地面积这两个目标函数值并没有关于迭代进程单调下降，但是通过归一化之后总的加权目标函数值是随着迭代进程单调下降的，这表明物料搬运距离与设施占地面积这两个目标之间存在着一定的冲突，不可能同时达到最优，因而需要决策者根据物料搬运距离与占地面积两者的相对重要程度来确定最适宜的布局方案。4.5 本章小结本章研究了直线型制造单元与设施的并行布局问题，在满足单元间和单元内的的各个约束条件下，建立了考虑物料搬运距离与设施占地面积的双目标优化模型，通过设计可调整尺度的邻域解生成方法，提出了求解模型的模拟退火算法。仿真实验结果表明，本章所设计算法在求解直线型制造单元与设施集成布局问题中具有较为明显的优势。通过仿真实验证明了本章所提出的单元布局方法，适用于求解直线型布局中产品工艺路径已经确定的情况。
【参考文献】

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1 丁祥海;查稳;徐双燕;;U型生产单元可重构设施布局方法研究[J];工业工程与管理;2015年01期

2 高强;鲁习文;;带有拒绝的单机和同型机排序问题[J];运筹学学报;2014年04期

3 陶俐言;王志峰;聂清;梁满棠;;考虑人因的单元设施布局优化设计方法[J];计算机集成制造系统;2014年12期

4 陶俐言;聂清;王志锋;梁满棠;;面向变批量生产的制造单元构建方法[J];计算机集成制造系统;2014年10期

5 牛占文;刘晗;;基于遗传算法的多目标双行车间布局改善方法[J];武汉理工大学学报(信息与管理工程版);2014年04期

6 张则强;程文明;;双行布局问题的分解策略及启发式求解方法[J];计算机集成制造系统;2014年03期

7 郑永前;项德海;;基于单向环形方式的制造单元布局方法[J];计算机集成制造系统;2013年06期

8 汪磊扬;刘朝晖;;带批运输的两台同型机排序问题的改进算法[J];运筹学学报;2013年01期

9 郑永前;丁奎学;王阳;;基于协同粒子群算法的单元集成布局方法[J];计算机集成制造系统;2012年05期

10 刘晓东;陈英武;龙运军;贺仁杰;李菊芳;;同型机在线调度问题研究进展[J];计算机集成制造系统;2012年03期

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2 曾议;计算机集成制造系统中若干重要技术的研究[D];中国科学技术大学;2006年

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1 严云;单元生产方式研究及在FQC车间的实施[D];广东工业大学;2015年

2 何潇楚;基于U型布局的制造单元构建研究及应用[D];浙江工业大学;2014年

3 刘晨旭;基于多目标遗传算法和差分进化的设备布局优化研究[D];北京邮电大学;2014年

4 徐双燕;面向单元生产的可重构设施布局优化研究[D];杭州电子科技大学;2014年

5 刘晗;基于遗传算法的多目标设施布局改善方法研究[D];天津大学;2014年

6 周霞;单元生产方式在装配线的应用研究[D];广东工业大学;2013年

7 黄玉真;单行设施布局问题的禁忌算法研究及应用[D];西南交通大学;2013年

8 杨阔然;X公司机加车间单元布局设计研究[D];吉林大学;2012年

9 董晓彩;SLP在C公司垂直整合后设施优化中的应用研究[D];天津大学;2012年

10 王坤;基于绿色制造的工厂设施规划应用研究[D];苏州大学;2011年

本文编号：2844739