制造車間布局優(yōu)化方法研究與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn).pdf

1、車間布局設(shè)計(jì)是制造系統(tǒng)規(guī)劃中的重要一環(huán)，其結(jié)果對生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行過程中的物料搬運(yùn)費(fèi)用、搬運(yùn)效率，乃至系統(tǒng)的實(shí)際產(chǎn)能、生產(chǎn)效率等均有重大影響。盡管車間布局設(shè)計(jì)研究一直方興未艾，但由于問題的NP-難屬性及實(shí)際布局問題的多樣性，這些研究還遠(yuǎn)不能說充分、徹底；而隨著制造理念和制造模式的發(fā)展變化，現(xiàn)有的大量設(shè)計(jì)模型及求解算法也已經(jīng)越來越難以適應(yīng)現(xiàn)代制造車間布局設(shè)計(jì)的需要。本文針對現(xiàn)代制造車間的特點(diǎn)，全面考察了車間布局從總體規(guī)劃到詳細(xì)設(shè)計(jì)各個(gè)階段所面臨

2、的關(guān)鍵設(shè)計(jì)問題及要素，并就其優(yōu)化建模、模型求解算法，以及可視化輔助設(shè)計(jì)等方面分別進(jìn)行了研究。
　　 ⑴針對傳統(tǒng)布局設(shè)計(jì)采用分步、孤立的設(shè)計(jì)模式易導(dǎo)致系統(tǒng)最終設(shè)計(jì)結(jié)果偏離全局最優(yōu)解的缺點(diǎn)，基于并行設(shè)計(jì)思想提出了一種可操作的、集成化的車間布局設(shè)計(jì)框架。按照這一框架，設(shè)計(jì)過程中相互影響較大、耦合關(guān)系較緊密的環(huán)節(jié)被作為一個(gè)整體加以考慮，避免問題解空間因?yàn)榻怦疃馐軗p失，從方法上保證了優(yōu)化設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量，為后續(xù)研究打下了基礎(chǔ)。
　　

3、 ⑵從物流成本的角度研究了產(chǎn)品設(shè)計(jì)/工藝規(guī)劃、制造單元分組，以及單元布局設(shè)計(jì)三者之間的內(nèi)在聯(lián)系，提出了考慮產(chǎn)品多工藝路線的單元構(gòu)建與設(shè)備布局的集成設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)模型，克服了分步優(yōu)化方法易陷入局部最優(yōu)解的缺點(diǎn)。模型將單元構(gòu)建個(gè)數(shù)作為決策結(jié)果自然輸出，避免了在設(shè)計(jì)前預(yù)先分配的困難。利用遺傳算法(GA)的快速搜索特性，研究設(shè)計(jì)了模型的求解算法。與同類算法相比，本文所提出的算法基于一維編碼結(jié)構(gòu)，降低了遺傳操作設(shè)計(jì)的復(fù)雜度；進(jìn)化過程中不產(chǎn)生非法

4、個(gè)體，免去了修正算子的設(shè)計(jì)步驟。利用文獻(xiàn)中的典型算例進(jìn)行測試和對比，結(jié)果表明本文所提出的方法能更加有效地降低全局物流成本，充分說明了該方法的有效性與實(shí)用性。
　　 ⑶提出了基于割樹結(jié)構(gòu)的單元系統(tǒng)布局模型，克服了傳統(tǒng)方塊布局模型難以滿足單元形狀約束和物料裝卸點(diǎn)位置等約束的缺點(diǎn)。針對以往研究中普遍存在的損害解空間、需要修復(fù)操作以保證解的合法性等局限，基于二叉樹順序等價(jià)字符串的表達(dá)形式提出了一種新的統(tǒng)一字符集編碼/解碼方法，解決了割樹

5、與編碼的相互映射問題。運(yùn)用該編碼技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)了一個(gè)基于遺傳算法和模擬退火算法(SA)的混合智能優(yōu)化算法，并以相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該算法的有效性，取得了滿意的效果。
　　 ⑷以最小化物流成本為目標(biāo)，提出了二者的集成設(shè)計(jì)方法，并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。該模型考慮了車間、單元邊界對物流路徑的約束，較好地解決了連續(xù)平面環(huán)境下非自由型物流網(wǎng)絡(luò)建模困難的問題。將次序?qū)夹g(shù)引入到模型的求解中，提出了一種允許單元布置在連續(xù)平面任意位置的單元系統(tǒng)布局生

6、成算法。實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)過簡單擴(kuò)充，該算法對車間中存在禁止布局區(qū)域的情形也具有相當(dāng)?shù)倪m應(yīng)能力。最后運(yùn)用模型的分解技術(shù)，提出了層次化的總體優(yōu)化求解算法，并通過實(shí)例說明了算法的有效性。
　　 ⑸研究了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)技術(shù)用于可視化布局設(shè)計(jì)的巨大優(yōu)勢及其可行性，提出了一種易于實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展的基于AR的可視化布局設(shè)計(jì)框架，并就其中兩大關(guān)鍵模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)論述。以ARToolKit、OpenGL，以及MFC為基本開發(fā)工具，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)桌面式可視