一种制造单元的布局优化方法及系统技术方案

本说明书实施例提供了一种制造单元的布局优化方法及系统，其中，方法包括：对制造单元及制造单元内包含的制造设备进行建模，处理得到制造单元二维模型；其中制造单元呈U型，制造单元至少包括两个楼层；以制造成本最少和制造效率最高为目的，分别构建物料搬运量目标函数、制造单元体积目标函数、制造单元损失时间目标函数、单元稳定性目标函数和非物流关系目标函数；根据约束条件，通过多目标果蝇优化算法FOA结合多目标遗传算法NSGA

【技术实现步骤摘要】
一种制造单元的布局优化方法及系统


[0001]本文件涉及工业工程设施布局
，尤其涉及一种制造单元的布局优化方法及系统。

技术介绍

[0002]制造单元是以多品种小批量生产制造为对象，根据产品生产工艺流程相似性组合成产品族，构建产品族的设备单元。制造单元的设施布局是在限定的空间内对制造单元的形状进行设计和单元内设备进行排列组合，达到减少制造成本和提高制造效率的目的。
[0003]多层U形制造单元的设施布局(Facility Layout of Multi
‑
level U
‑
shaped Manufacturing Cell，FLMUMC)主要应用于自动化程度较高的智能工厂，智能工厂环境下的智能物流让在制品精确到达车间内任何区域，智能设备实现无人化作业，在整个智能制造系统中，设备布局、在制品传递等打破了空间限制，让制造单元布局不仅仅局限于车间地面上的单层U形制造单元，为多层U形制造单元的实现提供了一定的前提条件。
[0004]已有的单层U形制造单元的设施布局方法主要以人工操作为主或人机配合作业为主，布置在车间地面一层，相对设备数量较少，求解方法简单。目前工程应用中的FLMUMC处于功能满足阶段，主要满足从单层制造单元改为多层制造单元的功能需求设计阶段，没有系统地分析多层制造单元中的层高、设备位置、物流路径、单元体积、设施的限制性约束、生产线平衡等因素，FLMUMC是工程应用中亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本说明书一个或多个实施例提供了一种制造单元的布局优化方法，包括：
[0006]S1.对制造单元及制造单元内包含的制造设备进行建模，处理得到制造单元二维模型；其中所述制造单元呈U型，所述制造单元至少包括两个楼层；
[0007]S2.基于所述制造单元二维模型，以制造成本最少和制造效率最高为目的，分别构建物料搬运量目标函数、制造单元体积目标函数、制造单元损失时间目标函数、单元稳定性目标函数和非物流关系目标函数；
[0008]S3.根据约束条件，通过多目标果蝇优化算法FOA结合多目标遗传算法NSGA
‑
II寻找满足上述目标函数的制造设备布局方案，获得制造设备最优布局。
[0009]本说明书一个或多个实施例提供了一种制造单元的布局优化系统，包括：
[0010]模型构建模块：用于对制造单元及制造单元内包含的制造设备进行建模，处理得到制造单元二维模型；其中所述制造单元呈U型，所述制造单元至少包括两个楼层；
[0011]目标函数构建模块：用于基于所述制造单元二维模型，以制造成本最少和制造效率最高为目的，分别构建物料搬运量目标函数、制造单元体积目标函数、制造单元损失时间目标函数、单元稳定性目标函数和非物流关系目标函数；
[0012]布局优化模块：用于根据约束条件，通过多目标果蝇优化算法FOA结合多目标遗传算法NSGA
‑
II寻找满足上述目标函数的制造设备布局方案，获得制造设备最优布局。
[0013]本专利技术实施例还提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述制造单元的布局优化方法的步骤。
[0014]本专利技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有信息传递的实现程序，所述程序被处理器执行时实现上述制造单元的布局优化方法的步骤。
[0015]采用本专利技术实施例得到的多层制造单元与传统的单层制造单元的设施布局设计相比，本专利技术的多层制造单元更适用于自动化程度较高的智能工厂；本专利技术构建了全方位的多层制造单元设施布局问题的数学模型，为工程应用提供基础；提出了混合FOA和NSGA
‑
II算法，为求解上述问题提供了有效途径。
[0016]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1是本说明书一个或多个实施例提供的一种制造单元的布局优化方法的流程图；
[0019]图2是本说明书一个或多个实施例提供的一种制造单元的布局示意图；
[0020]图3是本说明书一个或多个实施例提供的一种制造设备垫高示意图；
[0021]图4是本说明书一个或多个实施例提供的一种多层制造单元FLMUMC的三维建模示意图；
[0022]图5是本说明书一个或多个实施例提供的一种多层制造单元FLMUMC的三维空间平面示意图；
[0023]图6是本说明书一个或多个实施例提供的一种制造单元的布局优化的流程示意图；
[0024]图7是本说明书一个或多个实施例提供的一种制造单元的布局优化系统的示意图；
[0025]图8是本说明书一个或多个实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0026]为了使本
的人员更好地理解本说明书一个或多个实施例中的技术方案，下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图，对本说明书一个或多个实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书一个或多个实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本文件的保护范围。
[0027]方法实施例
[0028]根据本专利技术实施例，提供了一种制造单元的布局优化方法，图1是本说明书一个或多个实施例提供的一种制造单元的布局优化方法的流程图，如图1所示，根据本专利技术实施例的制造单元布局优化方法具体包括：
[0029]S1.对制造单元及制造单元内包含的制造设备进行建模，处理得到制造单元二维模型；其中所述制造单元呈U型，所述制造单元至少包括两个楼层。
[0030]制造单元U型内部以物料搬运机器人为主，制造设备沿U型边缘放置，制造单元包括两个及以上楼层，所述制造设备布置在制造单元的多个楼层上，同个楼层的制造设备之间设有传送带，通过传送带搬运各个制造设备的物料，U型制造设备的U型两端设置有提升机，不同的楼层之间通过提升机在上下层间搬运物料；搬运机器人可以根据任务需求搬运同层或不同层的物料，如图2所示。
[0031]对制造单元及制造单元内包含的制造设备进行建模，处理得到制造单元二维模型具体包括：
[0032]将U型制造单元内的制造设备抽象为长方体：制造设备主要以长方体为主，有部分设备不是长方体形状需要抽象为长方体，抽象的长方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制造单元的布局优化方法，其特征在于，包括：S1.对制造单元及制造单元内包含的制造设备进行建模，处理得到制造单元二维模型；其中所述制造单元呈U型，所述制造单元至少包括两个楼层；S2.基于所述制造单元二维模型，以制造成本最少和制造效率最高为目的，分别构建物料搬运量目标函数、制造单元体积目标函数、制造单元损失时间目标函数、单元稳定性目标函数和非物流关系目标函数；S3.根据约束条件，通过多目标果蝇优化算法FOA结合多目标遗传算法NSGA
‑
II寻找满足上述目标函数的制造设备布局方案，获得制造设备最优布局。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制造设备沿U型边缘放置，所述制造设备设置在多个楼层，同层之间通过传送带搬运各个制造设备的物料，不同层之间通过U型两端设置的提升机在上下层间搬运物料。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对制造单元及制造单元内包含的制造设备进行建模，处理得到制造单元二维模型具体包括：将U型制造单元内的制造设备抽象为长方体，所述长方体的长、宽、高分别对应制造设备的长、宽、高的最大值；以传送带所在位置为设备中线高度，将设备中线低于传送带高度的长方体采用垫高处理；对U型制造单元建立三维坐标系XYZ，所述坐标系的原点不位于U型制造单元的两端；选择U型制造单元三面的中间面为基准面，其他两面及投影至此面的制造设备分别沿其与所述基准面的共线旋转至与所述基准面同直线的位置，得到制造单元二维模型。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述制造设备的投影均向U型制造单元中与其距离最近的面投影。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，物流搬运量主要影响因素包括搬运距离、搬运量和搬运次数，所述物料搬运量目标函数如公式1所示：其中，D为加工任务的物料搬运总量；i,j表示制造设备编号；p表示加工的产品种类编号；P表示加工的产品种类总数；M表示设备总数量；V
p
表示p产品待加工的总数量；B
p
表示p产品一次搬运的数量；x
i
，y
i
，z
i
表示设备i的中心坐标；ceil[]：表示向上取整；制造单元的体积的主要影响因素包括每个制造设备的长、宽、高三要素，所述制造单元体积目标函数如公式2所示：
其中，V为单元的体积；C为单元的长度；K为单元的宽度；H为单元的高度；x
i
为表示设备i的中心点的x值；l
i
,w
i
表示设备i初次布置时，投影到X轴和Z轴的尺寸；f
i
为0
‑
1决策变量，表示该设备是否具有水平旋转的条件；z
i
表示设备i的中心点的z值；l
i
,w
i
表示设备i初次布置时，投影到X轴、Z轴；f
i
为0
‑
1决策变量，与长度目标函中的f
i
是同一个值；y
i
表示设备i的中心点的y值；h
i
表示设备i的高度；制造单元平衡的指标包括平衡率、损失率和损失时间，表示制造单元平衡情况，以损失时间作为制造单元的生产平衡指标，所述制造单元损失时间目标函数如公式3所示：其中，T为单元制造总损失时间；T
p
为p类产品工艺路径时间集合，包含设备加工时间与搬运时间，t
ip
为p类产品在设备i上的加工时间；δ为距离与时间的换算因子；表示p类产品的工艺路径经过设备i、j，取值为0或1，取值为0表示产品不经过该设备，取...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晏林，
申请(专利权)人：攀枝花学院，
类型：发明
国别省市：