[发明专利]柔性制造车间多阶段设备产能配置与鲁棒性布局优化方法

说明书

本发明公开了柔性制造车间多阶段设备产能配置与鲁棒性布局优化方法，包括以下步骤：步骤1：对实际问题进行假设，以设备总购置成本最小、物料搬运成本最小、设备负载均衡性最大为目标建立模型；步骤2：引入免疫算子，采用免疫遗传算法对步骤1中的模型进行求解；步骤3：对步骤2得到的最优解解码后即得到每个阶段的最优设备配置和适应多阶段生产需求变化的设备布局；本发明有效解决柔性制造车间动态需求变化下的多阶段设备规划问题，为企业提供一种切实可行的设备规划方案。

技术领域

本发明涉及柔性车间设备产能配置技术领域，具体涉及一种柔性制造车间多阶段设备产 能配置与鲁棒性布局优化方法。

背景技术

设备产能配置的好坏直接影响着设备投资成本和设备利用率，设备布局的好坏对生产过 程中的物料搬运成本和生产效率均有较大影响。设备产能配置和设备布局是两个相互影响的 问题，设备产能配置优化会受到车间布局因素的制约，进行车间布局的前提是合理的设备配 置方案。在进行柔性制造车间的设备产能配置与设备布局设计时，一些优秀的企业往往根据 自己的战略需求和对市场的预估，做出阶段性的规划，为了节约流动资金和降低风险，常常 需分阶段投产。同时，在进行设备规划设计时，需充分考虑设备能力扩展性，并预留出足够 的空间。但在常规的鲁棒性布局问题中，往往假定设备能力能够满足生产变化的需求，未考 虑到产能扩充时新增设备的布局问题。当规划周期内的产品需求存在较大变化时，若一次性 配置所有设备，将增大一次性购置设备的固定成本，且存在设备利用率低、设备负载均衡性 较差等情况，因此往往会根据需求变化分为多个阶段进行加工。一方面要使现有设备尽量满 足每个阶段的生产需求，最小化设备增购成本。另一方面，在分阶段增购设备时，又必须考 虑后续如何布局的问题，即在进行设备产能配置优化时会受到车间设备布局因素的制约。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题提供一种使设备购置总成本及物料搬运总成本在整个规 划周期内最小，并且在每个阶段内设备负载均衡，同时布局方案具备较强的鲁棒性的一种柔 性制造车间多阶段设备产能配置与鲁棒性布局优化方法。

本发明采用的技术方案是：一种柔性制造车间多阶段设备产能配置与鲁棒性布局优化方 法，包括以下步骤：

步骤1：对实际问题进行假设，以设备总购置成本最小、物料搬运成本最小、设备负载 均衡性最大为目标建立模型；

步骤2：引入免疫算子，采用免疫遗传算法对步骤1中的模型进行求解；

步骤3：对步骤2得到的最优解解码后即得到每个阶段的最优设备配置和适应多阶段生 产需求变化的设备布局。

进一步的，所述步骤1中假设包括：

整个规划周期存在T个阶段，每个阶段的零件生产计划需求根据预测已确定；

每种产品零件只能选择一条工艺路径；

每类设备的尺寸大小、单台设备购置费用、每类设备在规划周期每个阶段所能提供的生 产能力恒定；

若各阶段所需的设备配置数量不相等时，则引入虚拟的设备或位置进行鲁棒性布局，根 据设备配置方案在某阶段将设备布置到相应位置处；某类设备配置数量大小等于两台时，根 据成组技术原则将其并排布置在一起作为一个设备组单元；

采用物料搬运设备对不同类型零件每次的搬运批量已知，且对应的单位次数单位距离的 搬运成本已知；

采用线性多行布局模型对不等面积设备组进行布局，且采用自动换行策略；

车间大小能够满足每个阶段所有加工设备的布置。

进一步的，所述步骤1中模型包括：

设备总购置成本包括从第1到第T阶段的每个阶段增购设备费用总和：