【技术实现步骤摘要】
基于粒子群算法的车间设备布局优化方法
本专利技术属于机械制造车间设备布局领域,特别涉及一种基于粒子群算法的车间设备布局优化方法。
技术介绍
车间设备布局问题已不是一个新问题,传统的车间设备布局方法一般通过流程图、样片排列组合等方法,对操作者经验要求较高,严重依赖于设计者的直观感觉和艺术水平,目前已无法满足车间设备布局问题中逐渐增加的定量的约束。据统计,当车间设备布局不合理时,物料等待时间将占到产品生产周期的90%以上,极大地制约着生产效率。实践证明,制造企业生产中有20%~50%的总运营成本是物料搬运成本,而通过有效的车间设备布局设计可以使该成本降到10%~30%,因此采用了有效的车间设备布局优化,制造业的生产效率将会比过去十几年效率都高得多。随着科学技术的迅速发展,为了减少和消除不必要的车间作业,以提高企业生产效率并降低成本。车间设备布局问题得到了运筹学和管理科学等领域的共同重视,被视为在满足一定约束条件下通过优化某些性能指标,以得到最优解的一类组合优化问题。传统的车间设备布局方法主要根据生产资料对实体设备进行简化,将空间布局问题抽象为数学模型,通过一定的求解算法进行求解。但仍然存在一些问题。首先,数学模型的建立是在简化了很多面积信息和几何形状信息的基础上,与实际环境有所差距。然后由于车间系统具有动态性,过多的约束可能使数学模型无法求解。最后传统的布局设计模型过于复杂,缺乏灵活性,生产成本过高。传统的车间设备布局方法已经不能满足现代制造业柔性化、敏捷化、智能化等要求,新的车间设备布局方法的成为当今研究的热点 ...
【技术保护点】
1.一种基于粒子群算法的车间设备布局优化方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:/n步骤1,构建车间设备布局优化的数学模型;/n步骤2,采集车间任务生产数据集,提取加工设备及工序相关信息;/n步骤3,基于所述加工设备及工序相关信息,利用改进的粒子群算法对数学模型进行求解,获得车间设备布局优化方案;/n步骤4,判断车间任务是否更新,若是,返回执行步骤2,否则输出车间设备布局优化方案。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于粒子群算法的车间设备布局优化方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
步骤1,构建车间设备布局优化的数学模型;
步骤2,采集车间任务生产数据集,提取加工设备及工序相关信息;
步骤3,基于所述加工设备及工序相关信息,利用改进的粒子群算法对数学模型进行求解,获得车间设备布局优化方案;
步骤4,判断车间任务是否更新,若是,返回执行步骤2,否则输出车间设备布局优化方案。
2.根据权利要求1所述的基于粒子群算法的车间设备布局优化方法,其特征在于,步骤2所述构建车间设备数学模型,具体包括:
步骤2-1,模型假设:
1)车间设备布局空间为矩形结构且布局面积已知;
2)待布局的各个设备作业单元,假定均为矩形且长宽己知;
3)假定每个设备作业单元有一个最小间隙,且间隙距离已知;
4)设备运行时有一个进料口和一个出料口,均在设备矩形边界上,且进料口、出料口位置已知;
5)每一种加工产品对应一种加工顺序,加工顺序中,设备可以重复出现,但不能连续重复,加工顺序矩阵允许累加,以体现不同加工路径不同的权重;
6)物料在设备间运输时,从上一设备的出料口至下一设备的入料口,运输路线为直线,采用1范数计算运输距离,即经过纵向、横向距离之和;
7)设备间的单位运输成本已知,且不对称,设备到自身的单位运输成本为0;
8)设备间的运输费用等于运输距离乘以单位成本;
9)惩罚项包括:空地惩罚,即设备布局后的最小包围矩形中空地的面积乘以单位面积运输价值;干涉惩罚,即设备间的干涉面积乘以干涉成本;
步骤2-2,确定车间设备布局优化问题的目标函数,即构建车间设备布局优化的数学模型为:
min(∑T+E)
式中,T为物料运输成本,E为惩罚项;
其中,物料运输成本T为:
式中,Pij表示单位运输成本矩阵,Qij表示加工顺序矩阵,Dij表示运输距离矩阵,Dij=|Xouti-Xinj|+|Youti-Yinj|,其中(Xouti,Youti)表示设备i出料口的绝对坐标,(Xinj,Yinj)表示设备j进料口的绝对坐标;进料口出料口(xi,yi)表示设备i的绝对坐标,ri表示设备i的旋转弧度,(xini,yini)表示设备i入料口的相对坐标,(xouti,youti)表示设备i出料口的相对坐标;n为设备的总数;
其中,惩罚项E为:
E=Se·Ce+Si·Ci
式中,Se为空地面积,Ce为空地惩罚因子,Si为干涉面积,Ci为干涉惩罚因子;
空地面积Se的计算公式为:
Se=Sc-Sd+Si
式中,Sc为设备的最小包围矩形面积,Sc=(Xu-Xl)(Yu-Yl),Xu为最小包围矩形x方向的上边界,di表示设备i的最小间隙,旋转后的设备的长w'i=|cos(ri)|·wi+|sin(ri)|·hi,Xl为最小包围矩形x方向的下边界,Yu为最小包围矩形y方向的上边界,旋转后的设备的宽h'i=|cos(ri)|·hi+|s...
【专利技术属性】
技术研发人员:徐鹏,史超,张政,李建华,朱彤,李刚,孟祥慈,刘鑫宇,陈燕燕,
申请(专利权)人:中国船舶重工集团公司第七一六研究所,中船重工信息科技有限公司,
类型:发明
国别省市:江苏;32
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