柔性车间的多工艺路线与布局联合优化方法技术

一种针对柔性车间的多工艺路线与布局联合优化的方法，包含：S1：构建多工艺路线与车间布局联合优化模型；S2：设计多决策变量智能优化算法对模型进行优化求解，得到最优布局方案和工艺路线。本发明专利技术提出的多工艺路线与车间布局联合优化模型将多工艺路线作为变量在模型中体现，同时设计多决策变量智能决策算法对工艺规划和车间布局同时进行求解，防止出现以其他变量最优解的基础进行优化迭代的情况出现，避免了各阶段子问题最优总优化目标却不最优的情况出现，同时不同变量采用不同特点的优化思路保证了整体的寻优效率和解的多样性。

【技术实现步骤摘要】
柔性车间的多工艺路线与布局联合优化方法
本专利技术涉及一种针对柔性车间的多工艺路线与布局联合优化的方法。
技术介绍
伴随着制造技术的不断发展，传统工艺规划开始向柔性工艺规划进行转变。在柔性工艺规划中每一种产品有多条工艺路线可以选择，多条工艺路线主要通过三种柔性方式产生：工艺流程柔性，即产品的部分加工工艺本身是可选择替换的，例如某道工序既可以通过拉伸实现，也可以通过挤压实现；工艺顺序柔性，即部分加工工艺的先后顺序是可交换的；加工机器柔性，即部分工序使用的机器是可选择替换的。柔性工艺使得对柔性车间进行布局优化设计时需要将工艺路线同时作为优化对象。因此，产生了多工艺路线与车间布局联合优化的概念和需求。在各类车间布局问题的建模上，通常将问题局限于将若干设施分配到若干区域，即二次分配问题(Quadratic,AssignmentProblem,QAP)，并将其他约束作为独立约束条件。仅有少量的研究将设施布置以外的约束作为非独立的变量(即变量之间相互影响)纳入问题模型。多工艺路线与车间布局联合优化便是将工艺路线作为非独立变量考虑。同时，产品的不定需本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对柔性车间的多工艺路线与布局联合优化的方法，包含如下步骤：/nS1：构建多工艺路线与车间布局联合优化模型；具体包括：/n记m为车间的产品种类，n为车间工艺路线中所涉及的设备数量(包含加工设备和仓库)，记t为车间的加工设备数量(由于包含关系，所以t<n)，p为总的工艺步骤数量，不同产品具有相同的工艺步骤的不重复统计；/n步骤1)在引入各产品订单数量的基础上，将多工艺路线的规划与车间布局同时作为决策变量考虑；同时，将仓库看作设备考虑使得总体的生产物流计算更加准确，故生产物流成本函数为：/n

【技术特征摘要】
1.一种针对柔性车间的多工艺路线与布局联合优化的方法，包含如下步骤：
S1：构建多工艺路线与车间布局联合优化模型；具体包括：
记m为车间的产品种类，n为车间工艺路线中所涉及的设备数量(包含加工设备和仓库)，记t为车间的加工设备数量(由于包含关系，所以t<n)，p为总的工艺步骤数量，不同产品具有相同的工艺步骤的不重复统计；
步骤1)在引入各产品订单数量的基础上，将多工艺路线的规划与车间布局同时作为决策变量考虑；同时，将仓库看作设备考虑使得总体的生产物流计算更加准确，故生产物流成本函数为：



式中，Z1表示生产物流成本；c表示物流成本系数；zi表示第i类产品的订单量；n阶0-1矩阵Pn×n,i为车间第i类产品的工艺路线，矩阵Pn×n,i中每一元素的的行代表上一工序的设备编号，列代表下一工序的设备编号；
当出现一种产品多次出入同一台设备时，可通过矩阵中包含配送段信息推出完整的该产品的工艺路线；当出现一种产品连续出入同一台设备时，由于连续进入同一台设备进行加工并不产生物流成本，所以可只用一台设备来表达；当相同的配送段多次出现在一条工艺路线中时，通过改变矩阵中的元素来表达该配送段出现的次数；
矩阵Dn×n表示车间的设备间距；在实际车间中，设备区域面积不只包含了加工设备的占地面积，还有人员操作空间，维修空间等，故物流成本计算时不考虑加工设备区域的物流出入口设置问题，将设备区域中心作为物流起始与终点即可；仓库在实际车间中有明确的物流出入口，因此在模型计算中将仓库的物流出入口坐标代替为设备的坐标；同时，在实际车间中物流配送沿通道实行，因此设备间距采用曼哈顿距离公式计算；假定设备1的坐标为(x1,y1)，设备2的坐标为(x2,y2)，则两设备间的物流距离为：
d12＝|x1-x2|+|y1-y2|(2)
步骤2)考虑各设备在生产周期内的换模频率和设备与模具库的距离构建换模物流成本函数:
Z2＝c(ft×1×d1×t)(3)
式中，Z2表示换模物流成本；c表示物流成本系数；t维行向量ft×1表示各设备换模频率；t维列向量d1×t表示模具库与各设备的间距，设车间模具库s出入口坐标为(xs,ys)，那么t维模具库与各设备间距列向量d1×t＝(d1s,d2s......dts)T；其中设备与模具库距离公式为：
dis＝|xi-xs|+|yi-ys|，i＝1,2...t(4)
步骤3)综合考虑车间的生产物流成本和换模成本，以车间总物流成本最低作为多工艺路线与车间布局联合优化模型的目标函数：
MinZ＝Z1+Z2(5)
式中，Z表示总体物流成本；
步骤4)构建工艺约束，具体为：
ki,j＜ki,r(i＝1,2...m；j,r＝1,2...p且j≠r)(6)
记ki,j为工艺j在第i类产品工艺路线中的序号，i＝1,2,3,...,m,j＝1,2,3,...,p；公式(6)表示在第i类产品的工艺路线中，工艺j的序号小于工艺r的序号，即在第i类产品的生产过程中，工艺j必须先于工艺r进行；
步骤5)构建工艺设备选择约束，具体为：
pi,j∈Ωj(i＝1,2...m；j＝1,2...p)(7)
记pi,j为工艺j在第i类产品工艺路线中选择的设备，Ωj表示工艺j可选设备的集合，i＝1,2,3,...,m,j＝1,2,3,...,p；因此公式(7)表示在第i类产品的工艺路线中，工艺j选择的设备必须属于它的可选设备的集合Ωj；
步骤6)构建设备区域间距约束，具体为：



式中，xi表示第i个设备区域的横坐标；yi表示第i个设备区域的纵坐标；li表示第i个设备区域面积的长；wi表示第i个设备区域面积的宽；因此公式(8)表示车间布局中各设备区域之间横坐标之差和纵坐标之差的绝对值必须大于设备i与设备j的区域面积长度之和的二分之一和面积宽度之和的二分之一，即各设备区域不能有重合情况；
步骤7)构建设备区域边界约束，具体为：



式中，L表示车间长度；W表示车间宽度；因此公式(9)表示设备i区域的横坐标必须大于设备i区域面积长度的二分之一且小于车间长度与设备i区域面积长度的二分之一之差，同时设备i区域的纵坐标必须大于设备i区域面积宽度的二分之一且小于车间宽度与设备i区域面积宽度的二分之一之差，即各设备区域不能超出车间边界；
步骤8)构建特殊固定约束，具体为：
xi＝E,yi＝E'(i∈B；...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤洪涛，梁佳炯，陈青丰，王丹南，任森丽，鲁建厦，詹燕，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33