环形过道设施布置方法技术

本发明专利技术涉及设施布局方式和方法，更具体涉及一种考虑面积成本的双目标环形过道布置方式，包括以下操作：1)将n个宽度相同、长度不同的扇形设施分别布置在环形过道内侧的内圈和外侧的外圈上并对每个设施进行编码，确定分配在每一圈上的设施数、设施序列及每个设施的位置，内圈上的设施和外圈上的设施均环向排列；2)设定基本假定条件、变量，通过对设施布置进行无量纲化处理，构建双目标无量纲环形过道布置数学模型，双目标包括物流量和设施布置面积成本；3)对双目标无量纲环形过道布置数学模型进行求解，得到优解；4)通过得到的优解对扇形设施在环形过道两侧进行布置。采用本方法实现考虑物流量与设施布置面积的设施较优布置。

Arrangement Method of Ring Passage Facilities

【技术实现步骤摘要】
环形过道设施布置方法
本专利技术涉及设施的布局方式和方法，更具体涉及一种考虑面积成本的双目标环形过道布置方法。
技术介绍
合理的设施布局对于制造业生产效率和作业成本控制具有显著的影响，布置问题的研究对实际生活中生产作业和总成本优化具有良好的指导作用，例如，布局合理的办公部门，医院过道两侧的病房的合理布局，制造业中生产线的布局，区域货运枢纽布局和双行布局问题的研究，因而设施布局的优化与改进具有重要的实际应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种更好的环形过道布置方法。为了实现上述目的，本申请提供了一种环形过道布置方法，包括以下操作：1)将n个宽度相同、长度不同的扇形设施分别布置在环形过道内侧的内圈和外侧的外圈上并对每个设施进行编码，确定分配在每一圈上的设施数、设施序列及每个设施的位置，内圈上的设施和外圈上的设施均环向排列；2)设定基本假定条件、变量，通过对设施布置进行无量纲化处理，构建双目标无量纲环形过道布置数学模型，上述双目标包括物流量和设施布置面积成本；3)对上述双目标无量纲环形过道布置数学模型进行求解，得到优解；4)通过得到的优解对上述扇形设施在环形过道两侧进行布置。多个设施需要多次循环操作来完成作业，且设施建筑面积相对较小时，进行环形设施布置更具实际应用价值。由此带来的环形设施布置问题也亟需被关注；由于面积成本在进行总成本估算时，其占比也越来越大，本申请在考虑环形结构形式和面积成本因素下，因此产生了一种考虑面积成本的双目标环形过道设施布置问题，由此本申请提出一种环形过道设施布置方法，通过对设施布置进行无量纲化处理，并构建数据模型，求解后得到优解，通过该优解对设施进行环形布置，在面积相对较小的情况下，实现考虑物流量与设施布置面积的设施较优布置。有量纲的物理量都可以进行将一个物理导出量用若干个基本量的乘方之积表示出来的表达式，称为该物理量的量纲式，简称量纲，在选定了单位制之后，由基本物理量单位表达的式子。不同变量的测量单位往往是不一样，为了消除变量的量纲效应，使每个变量都具有同等的表现力，无量纲化处理是对不同的变量进行所谓的压缩处理，即使每个变量的方差均变成1。经过无量纲化处理可以减少建模时控制方程的变量数目。进一步的是，构建双目标无量纲环形过道布置数学模型包括以下操作，建立考虑面积成本的双目标环形过道布置数学模型如下：s.t.0≤αij,αji≤1,1≤i,j≤n；i≠j(11)αij,βij∈{0,1},1≤i,j≤n；i≠j(12)其中，n：问题规模，即设施的数目；i，j：设施编号，i，j∈N；cij：设施i，j之间的流量成本,N1＝{1,2,…,n-1},N2＝{i+1,i+2,…,n}；e：过道宽度距离；a：表示设施宽度；li：设施i的长度；L：表示外圈设施总长度；X:表示物流出口的宽度；S：表示设施的总面积,单位面积成本为1；dij：设施i和设施j靠过道边线中点间的坐标距离；αij：二进制变量，若设施i，j分配在一圈，且设施i相对于起点布置在设施j的左边，则αij＝1；否则αij＝0。式中，目标函数(1)表示分别对总流量成本与面积成本进行无量纲化处理，总物流成本无量纲化处理面积成本无量纲化处理求其成本之和，其中fmax、fmin、Smax、Smin分别表示最大物流量成本、最小物流量成本、最大面积成本、最小面积成本，dij+e即为设施i和设施j之间的物流交互距离，即设施i和设施j之间的交互距离加上2个0.5个过道宽度；约束(2)和(3)用于计算各设施间的交互距离(用直线距离近似代替弧线距离)，约束(4)用以防止同圈的设施位置发生重叠放置约束，约束(5)用于计算外圈设施的总长度，求出最大的dij再加上其对应的设施i和设施j长度的一半之和即为外圈设施总长度，物流出口设置为0；约束(6)用于计算过道宽度距离(外圈与内圈的长度差值作为计算过道宽度的依据)，最外圈设施总长L减去内圈设施总长对应的半径差即为过道宽度，e＝0，内外圈长度相等，不做考虑；约束(7)计算环形设施布局的占地面积成本，以外圈设施总长对应的半径L/2π和设施宽度a作为求解面积的依据；约束(8)～(11)用于确定决策变量αij；式(12)给定决策变量αij的定义域。进一步的是，针对环形过道布置问题特征，上述对设施进行编码采用十进制对设施进行顺序编码，利用设施的编号集合来表示问题的解。进一步的是，进行求解时，采用禁忌搜索算法进行求解。禁忌搜索算法是一种亚启发式(meta-heuristic)随机搜索算法，它从一个初始可行解出发，选择一系列的特定搜索方向(移动)作为试探，选择实现让特定的目标函数值变化最多的移动。为了避免陷入局部最优解，禁忌搜索中采用了一种灵活的"记忆"技术，对已经进行的优化过程进行记录和选择，指导下一步的搜索方向，建立禁忌表。进一步的是，在采用禁忌搜索算法进行求解时，算法进行每次迭代搜索后，加入变异操作2-opt算法形成改进禁忌搜索算法，用于进一步扩大搜索区域。此操作相比于通过改进初始解操作而言，变异操作能够快速地跳出局部最优解，在相同的迭代次数下，可以获得较好质量的解。进一步的是，以设定最大迭代次数作为上述改进禁忌搜索算法终止条件。进一步的是，在采用改进禁忌搜索算法进行求解时，设置禁忌表、禁忌对象及动态禁忌长度；当禁忌对象被放入禁忌表中，除非动态禁忌长度迭代至0，否则禁忌对象在搜索过程中不能被再次搜索。进一步的是，采用禁忌搜索算法进行求解包括以下步骤：Step1.算法参数初始化：选定一个随机解A1，设置动态禁忌长度参数及最大迭代次数Nmax，置空禁忌表；Step2.设i为设施编号，判断i>Nmax，若满足，则输出；否则继续下一步；Step3.进行变异操作，2-opt构建邻域结构，生成候选解；Step4.在候选解中选取新解A2，判断A2<A1，若成立则将A2替换A1，更新禁忌表和动态禁忌长度，转至步骤2，否则转入下一步；Step5.判断候选解中的禁忌属性，将非禁忌的最佳状态作为当前最优解，更新禁忌表和替换禁忌对象；Step6.转至Step2，直到满足最大迭代次数，输出结果。进一步的是，环形过道设施布置方法还包括对不同规模的考虑面积成本的双目标环形过道布置数学模型进行测试的操作，该操作包括对所选问题规模采用标准禁忌搜索算法进行求解，该所得解与改进禁忌搜索算法所得解进行比较，以验证双目标无量纲环形过道布置数学模型和改进禁忌搜索算法的合理性。进一步的是，在进行测试的操作时，所述采用标准禁忌搜索算法进行了求解时，对于每组算例都进行至少10次求解取其均值，以线性过道布置问题的算例进行验证。(线性过道布置问题可以参见，《计算机集成制造系统》，2017年8月，第23卷，第8期，《求解过道布置问题的一种改进分散搜索算法》)。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的说明。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显。或通过本专利技术的实践了解到。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来辅助对本专利技术的理解，附图中所提供的内容及其在本专利技术中有关的说明可用于解释本专利技术，但不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为用于说明实施方式中的考虑设施布置面积成本的双目标圆过道布置问题示意图；图2为用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.环形过道设施布置方法，其特征在于，包括以下操作：1)设定将n个宽度相同、长度不同的扇形设施分别布置在环形过道内侧的内圈和外侧的外圈上并对每个设施进行编码，确定分配在每一圈上的设施数、设施序列及每个设施的位置，内圈上的设施和外圈上的设施均环向排列；2)设定基本假定条件、变量，通过对设施布置进行无量纲化处理，构建双目标无量纲环形过道布置数学模型，所述双目标包括物流量和设施布置面积成本；3)对所述双目标无量纲环形过道布置数学模型进行求解，得到优解；4)通过得到的优解对所述扇形设施在环形过道两侧进行布置。

【技术特征摘要】
1.环形过道设施布置方法，其特征在于，包括以下操作：1)设定将n个宽度相同、长度不同的扇形设施分别布置在环形过道内侧的内圈和外侧的外圈上并对每个设施进行编码，确定分配在每一圈上的设施数、设施序列及每个设施的位置，内圈上的设施和外圈上的设施均环向排列；2)设定基本假定条件、变量，通过对设施布置进行无量纲化处理，构建双目标无量纲环形过道布置数学模型，所述双目标包括物流量和设施布置面积成本；3)对所述双目标无量纲环形过道布置数学模型进行求解，得到优解；4)通过得到的优解对所述扇形设施在环形过道两侧进行布置。2.如权利要求1所述的环形过道设施布置方法，其特征在于，构建双目标无量纲环形过道布置数学模型包括以下操作，建立考虑面积成本的双目标环形过道布置数学模型如下：s.t.0≤αij,αji≤1,1≤i,j≤n；i≠j；αij,βij∈{0,1},1≤i,j≤n；i≠j；其中，n：问题规模，即设施的数目；i，j：设施编号，i，j∈N；cij：设施i，j之间的流量成本,N1＝{1,2,…,n-1},N2＝{i+1,i+2,…,n}；e：过道宽度距离；a：表示设施宽度；li：设施i的长度；L：表示外圈设施总长度；X:表示物流出口的宽度；S：表示设施的总面积,单位面积成本为1；dij：设施i和设施j靠过道边线中点间的坐标距离；αij：二进制变量，若设施i，j分配在一圈，且设施i相对于起点布置在设施j的左边，则αij＝1；否则αij＝0。3.如权利要求1所述的环形过道设施布置方法，其特征在于，所述对设施进行编码采用十进制对设施进行顺序编码，利用设施的编号集合来表示问题的解。4.如权利要求1所述的环形过道设施布置方法，其特征在于，进行求解时，采用禁忌搜索算法进行求解。5.如权利要求4所述的环形过道设施布置方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张则强，贾林，管超，蔡宁，刘俊琦，程文明，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51