[发明专利]基于粒子群算法的车间设备布局优化方法

权利要求书

1.一种基于粒子群算法的车间设备布局优化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，构建车间设备布局优化的数学模型；

步骤2，采集车间任务生产数据集，提取加工设备及工序相关信息；

步骤3，基于所述加工设备及工序相关信息，利用改进的粒子群算法对数学模型进行求解，获得车间设备布局优化方案；

步骤4，判断车间任务是否更新，若是，返回执行步骤2，否则输出车间设备布局优化方案。

2.根据权利要求1所述的基于粒子群算法的车间设备布局优化方法，其特征在于，步骤2所述构建车间设备数学模型，具体包括：

步骤2-1，模型假设：

1)车间设备布局空间为矩形结构且布局面积已知；

2)待布局的各个设备作业单元，假定均为矩形且长宽己知；

3)假定每个设备作业单元有一个最小间隙，且间隙距离已知；

4)设备运行时有一个进料口和一个出料口，均在设备矩形边界上，且进料口、出料口位置已知；

5)每一种加工产品对应一种加工顺序，加工顺序中，设备可以重复出现，但不能连续重复，加工顺序矩阵允许累加，以体现不同加工路径不同的权重；

6)物料在设备间运输时，从上一设备的出料口至下一设备的入料口，运输路线为直线，采用1范数计算运输距离，即经过纵向、横向距离之和；

7)设备间的单位运输成本已知，且不对称，设备到自身的单位运输成本为0；

8)设备间的运输费用等于运输距离乘以单位成本；

9)惩罚项包括：空地惩罚，即设备布局后的最小包围矩形中空地的面积乘以单位面积运输价值；干涉惩罚，即设备间的干涉面积乘以干涉成本；

步骤2-2，确定车间设备布局优化问题的目标函数，即构建车间设备布局优化的数学模型为：

min(∑T+E)

式中，T为物料运输成本，E为惩罚项；

其中，物料运输成本T为：

式中，P_ij表示单位运输成本矩阵，Q_ij表示加工顺序矩阵，D_ij表示运输距离矩阵，D_ij＝|Xout_i-Xin_j|+|Yout_i-Yin_j|，其中(Xout_i，Yout_i)表示设备i出料口的绝对坐标，(Xin_j,Yin_j)表示设备j进料口的绝对坐标；进料口出料口(x_i,y_i)表示设备i的绝对坐标，r_i表示设备i的旋转弧度，(xin_i,yin_i)表示设备i入料口的相对坐标，(xout_i,yout_i)表示设备i出料口的相对坐标；n为设备的总数；

其中，惩罚项E为：

E＝Se·Ce+Si·Ci

式中，Se为空地面积，Ce为空地惩罚因子，Si为干涉面积，Ci为干涉惩罚因子；

空地面积Se的计算公式为：

Se＝Sc-Sd+Si

式中，Sc为设备的最小包围矩形面积，Sc＝(X_u-X_l)(Y_u-Y_l)，X_u为最小包围矩形x方向的上边界，d_i表示设备i的最小间隙，旋转后的设备的长w'_i＝|cos(r_i)|·w_i+|sin(r_i)|·h_i，X_l为最小包围矩形x方向的下边界，Y_u为最小包围矩形y方向的上边界，旋转后的设备的宽h'_i＝|cos(r_i)|·h_i+|sin(r_i)|·w_i，Y_l为最小包围矩形y方向的下边界，Sd为设备的面积和，w_i、h_i分别为未旋转的设备长和宽；Si为干涉面积，xv_ij为设备i、j之间x方向的干涉长度，xv_ij＝max[0,(w_i+w_j)/2+md_ij-|x_i-x_j|]，yv_ij为设备i,j之间y方向的干涉长度，yv_ij＝max[0,(h_i+h_j)/2+md_ij-|y_i-y_j|],md_ij＝max(d_i,d_j)，表示设备i、j之间的最小间隙；

空地惩罚因子Ce的计算公式为：

干涉惩罚因子Ci的计算公式为：

Ci＝10Ce。