[发明专利]一种装备制造业物料需求方案设计方法及系统

权利要求书

1.一种装备制造业物料需求方案设计方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤1、初始化数据集：初始化物料需求数据集Mn，物料属性数据集Mps；

步骤2、根据物料需求数据集，确定各个物料需求时间点，并对时间点集进行聚类，利用改进的K_Means算法对物料需求时间点集聚类，将适合合并物料需求来集中采购的需求时间点具为一类；

步骤3：根据物料需求信息和物料种类确定初始采购方案，并根据步骤2得到的聚类结果建立采购方案的优化约束；

步骤4：通过选择符合要求的采购方案来组成采购方案集S；

步骤5：通过计算物料的采购资金占用成本、物料库存管理成本和生产延期成本及惩罚函数的值来得到方案的适应度；

步骤6：根据每个采购方案的适应度值，利用GWO优化算法优化步骤4得到的采购方案集S；

步骤7：对优化后的得到的采购方案集S进行变异，并利用步骤3中得到的优化约束对变异后的采购方案集S中的采购方案检查，计算新的采购方案的适应度，与步骤3中的初始采购方案的适应度进行比较替换；

步骤8：在连续预设次数的迭代过程中最优的适应度值不发生改变，则判定适应度趋于稳定，则终止计算，输出最优的适应度值所对应的采购方案，否则转步骤6；

所述的步骤2具体为：

(1)确定聚类数量k；

(2)随机在需求时间点集合中选择c个时间点作为初始聚类中心；

(3)用物料的需求数量和物料价格属性及需求时间点与初始聚类中心的时间间隔来计算相似度，将每个需求时间点聚类到与它相似度最小的聚类中去；

(4)计算每个聚类中所有需求时间点的平均值，并将这个平均值处理后作为新的聚类中心；

(5)反复执行(3)、(4)，直到聚类中心在一定范围内移动或者聚类的次数达到预设数量为止；

(6)输出聚类，并统计每个聚类所包含的需求时间点集Tc；

所述的(3)计算每个需求时间点与聚类中心的相似度，具体计算如下：

式中：Mq_ij为企业在第i个需求时间点对物料j的需求量，Mp_j为物料j的价格，MQ为企业在所有需求时间点对物料的需求总量，m为物料种类的总数量，μ_h为第h个聚类中心，t_i为第i个采购时间点，为第i个采购时间点和第h个聚类中心的距离；

所述的(4)计算新的聚类中心公式如下：

式中：t_i^(j)为属于聚类中心μ_j的第i个需求时间点，x为被划分到聚类中心μ_j的需求时间点个数，Round(x)函数表示取距离变量x最近的整数；Mq_tij为需求时间点t_i对物料j的需求量，Mp_j为物料j的价格；m为物料种类数量；

所述的步骤5中适应度的具体计算公式如下：

fit(x)＝OC(x)+MC(x)+DC(x)+δ(gen)×H(x)

式中：OC(x)为采购资金占用成本，MC(x)为物料库存管理成本，DC(x)为生产延误成本，δ(gen)H(x)为惩罚函数，δ(gen)为惩罚力度，与GWO算法的进化代数相关，取值

其中，OC(x)计算公式如下：

式中：Mb_tij表示采购方案在需求时间点t_i对物料j的采购数量，ip_ti标识在物料需求时间点t_i是否发生了采购行为，f为单次采购的固定成本，I为企业的投资回报率，ts_i为时间点t_i距离最晚的需求时间点的时间间隔；n为采购事件点的数量；m为物料种类的数量；

MC(x)计算公式如下：

式中：ts为最早的物料需求时间点到最晚物料需求时间点的时间间隔，Rq_ij为物料j在第i天的库存量，Rm_j为物料j的单位时间的库存管理费用；

DC(x)计算公式如下；

DC(x)＝dt×dp

式中：dt为生产延误时间，dp为生产延误单位时间的成本；

惩罚函数计算公式如下：

q_j(x)＝max{0,p_j(x)}

p_j(x)＝h_j(x)

其中：H(x)为惩罚因子，q_j(x)为采购方案对优化约束的违反程度，h_j(x)为采购方案对第j种物料的采购量和企业需求量之间的差异量，r(q_j(x))为惩罚强度，θ(q_j(x))为分段映射函数，sta_j表示企业对第j种物料的总需求量。