[发明专利]一种模拟人体细胞演化的复杂作业车间布局方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复杂作业车间布局方法。 

背景技术

随着产业升级、整合、集群的持续推进，制造系统日趋复杂。高效企业物流系统已成为现代制造业构成的关键要素之一。企业物流的核心是车间物流，车间物流主要涉及两个方面：布局和调度，两者相互耦合。车间布局不但要满足单纯的几何约束条件，更重要的是要满足物流关系、功能关系以及某些特定约束关系等定性定量条件，并与车间调度密切关联。车间布局问题是高维的、非线性的NP完全问题。 

目前各地产业规划布局已初步完成，应对新一轮的产业大调整，企业面临二次发展问题，在未来几年诸多企业将整体或部分搬迁至规划中的新厂房，同时受到全球性经济疲软、产品市场竞争激烈和土地使用成本高昂的影响，企业希望通过新厂房布局优化设计和老厂房布局调整解决原有车间布局不合理、物流迂回、在制品多、浪费严重、调度混乱等问题。 

土地集约利用是低碳经济和绿色经济的核心要素。在当前日益稀缺的土地资源背景下，为寻求最佳占空比、最少在制品、最小物流搬运费用，如何有效进行一类典型的复杂制造作业车间布局设计与优化已成为目前国内制造业迫切需要解决的问题。 

该车间布局方法特点：对象为复杂作业的车间布局的复杂问题，能随着产品加工工艺的变化而调整优化车间布局，该方法具有建模的精准性和自适应性，能较好解决车间布局这个高维、非线性的NP问题。 

发明内容

本发明要克服现有技术的上述缺点，针对目前复杂作业车间特点，一种模拟人体细胞演化的复杂作业车间布局方法。 

目前复杂作业车间特点：多品种、中大批量、任务型生产和流水型生产高度集成；加工批量和转运批量动态化、制造资源呈现多样性和动态性、不同产品的加工路线差异可能会很大且非线性；生产物流的复杂性主要体现在贯穿于系统中的“供需关系”的不确定性、环境的不确定性以及过多的随机扰动，导致其车间布局必须具备良好的柔性和可拓展性。 

对复杂作业车间布局的原型特征进行分析和研究，重点描述车间场地的制约性、混合生产方式的协同性、不同产品非线性加工工艺差异性及加工批量的动态性、设备类型及数量的多样性、物流路径及搬运费用的集约性、生产计划的扰动性等原型局部和局部细节。鉴于复杂作业车间布局原型特征的复杂性及集成约束的动态性，其建模、求解及实践应用主要模拟人体细胞特征及演化方法对车间布局进行建模及求解；同时兼顾外部扰动f_ed(t)等，其流程框架如图1所示。 

一种模拟人体细胞演化的复杂作业车间布局方法，具体步骤如下： 

步骤1.多目标布局函数的确定 

复杂作业制造企业规模越来越大，而土地资源越来越紧张，同时受到全球性经济疲软和产品市场竞争激烈的影响，企业希望通过新厂房布局优化设计和老厂房布局调整解决原有车间布局不合理、降低土地、设备和物流成本，同时保证布局有足够的柔性和可拓展性以应对环境的不确定性以及过多的随机扰动，提出复杂作业车间布局的目标函数； 

1)设备投资成本P₁

机器设备成本是布置中要考虑的一个重要因素，特别是复杂作业车间，其周期性多阶段生产的特点容易造成机器设备的过量配置； 

2)在制品库存量P₂

要控制加工过程中各个工序间在制品量，在确保生产稳定、产能最大化的基础上实现工序间在制品库存最小，是生产过程的最优状态； 

3)物流量距P₃

物流搬运费用最小化是传统布置评价目标；复杂作业车间生产的产品多、工艺路线较多、交叉较为频繁，所以要根据不同产品组合选择合理的生产工艺路线以减少其交叉，同时考虑搬运距离以达到总物流量距最小；在实施过程中要避免盲目追求物料传输费用最小，要统筹兼顾车间设备布局的整体规划； 

4)车间占空比P₄

车间占空比主要包含车间面积利用率和空间利用率。面积利用率指在一定车间的面积上，充分合理的利用车间面积，科学安排生产线，合理布置各道生产工序，实现各道工序之间的无缝隙连接，在满足生产需要的同时减少了土地成本，使投资效益最大化；空间利用率在一定车间的空间上，充分合理的利用车间空间，科学安排工装夹具及桁车等装备，高效利用空间可有效提升面积利用率，在一定程度上，面积和空间利用率相互影响； 

5)车间布局的可拓展性P₅