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公布日期
2020-01-14 公布专利
2020-01-10 公布专利
2020-01-07 公布专利
2020-01-03 公布专利
2019-12-31 公布专利
2019-12-27 公布专利
2019-12-24 公布专利
2019-12-20 公布专利
2019-12-17 公布专利
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一种复杂车间低熵化布局与稳健优化方法在审

申请号: CN201711305854.0 文献下载
申请日: 2017-12-11 公开/公告日: 2018-04-13
公开/公告号: CN107909223A 主分类号: G06Q10/04
申请/专利权人: 浙江工业大学
发明/设计人: 陈勇;程子文;姜枞聪;王亚良;王成;郦仕云
分类号: G06Q10/04;G06Q50/04
搜索关键词: 一种 复杂 车间 低熵化 布局 稳健 优化 方法
 
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地址: 310014 浙江省杭*** 国省代码: 浙江;33
代理公司: 杭州之江专利事务所(普通合伙)33216 代理人: 林蜀
【说明书】:

如果Fit1(c)<Fit1(p),则

若Fit2(c1)<Fit2(p1),则用c1替换p1,否则保留p1;

若Fit2(c1)<Fit2(p2),则用c1替换p2,否则保留p2;

若Fit2(c2)<Fit2(p1),则用c2替换p1,否则保留p1;

若Fit2(c2)<Fit2(p2),则用c2替换p2,否则保留p2;

其中,Fit1(c)<Fit1(p)表示任意子代的适应度Fit1均小于父代;

步骤46:种群协作进化:

①匹配元胞间的混合交叉操作;

②各元胞内独立变异操作;

③环状拓扑结构种群元胞之间的移民操作:完成选择、交叉、变异操作,要为种群元胞之间设计某种迁移拓扑,确定各集合间个体交换的方式;如A、B为相邻元胞,设计染色体迁移路径:复制元胞A中一定比例最优个体按路径迁移至邻域元胞B,同时元胞B中剔除相同比例的最差个体;依次操作所有元胞及其邻域元胞;移民策略能够在保持种群多样性的同时,对种群进化起到导向性作用;步骤47:终止条件

种群初始化后,循环执行模糊聚类、选择、交叉、变异、移民等,当产生N条Pareto解集并且熵值H始终在理论可控范围内,则循环结束,输出最优结果。

发明的优点:1)由于复杂车间资源繁多,车间几何约束严格、物流与非物流关系复杂,单元间功能关系密切。本发明提出的低碳布局模型、稳健优化模型以及集成的低熵化车间布局模型能够有效应对上述复杂车间的各项约束,得到多约束条件、多动态扰动下的低碳化、高稳健性车间布局;2)设计模糊聚类方法与并行导向进化方法结合的环形多元胞混合优化算法,设计种群元胞内与元胞间的个体进化规则,有效提高进化的速度与质量。

本发明所阐述的复杂车间是指大规模定制企业和产业集群下大型代工企业为满足多品种、小批量的市场需求,以单元群制造模式为基础,实现的多产品、多工艺、多功能区域一体化的生产车间。其生产过程在订单、设备、工艺、批量、瓶颈等层次上越来越凸显出形态和状态的多样性,布局的柔性、鲁棒性和动态性需求逐步增强。

复杂车间布局问题描述可以描述为有N种产品需要在M个功能单元内进行加工装配。每种产品受到功能区域紧前关系的约束,需要完整的在必须经过的功能单元上完成相应的功能过程,不能变化,不能遗漏。布局过程受到单元形状、物流成本、产品工艺、布局柔性等多条件约束,寻求车间布局整体最优化。

附图说明

图1为车间稳健性与熵值关系图。

图2为环形多元胞混合优化算法匹配组合示意图。

图3为本发明实例车间布局图。

图4为优化布局过程中碳排放变化曲线图。

图5为优化布局过程中车间熵值变化曲线图。

图6为低碳节能目标各指标前后变化对比图。

图7为布局鲁棒性、柔性指标前后变化对比图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例,具体说明本发明的内容。

某公司是一家以吸尘器为主要产品的制造企业,目前的生产装配车间仍是以大规模且重复的生产作业方式来满足客户的订单需求。车间的总面积为100×100(m2),包括如表1所示的15个功能单元区域。单元间单位物流量距积成本见表2,产品的功能单元约束见表3。规定长度方向最小间距4.5m,宽度方向最小间距2.5m,与车间边界间距均为5m。

表1单元尺寸与数量

表2各单元间物流量成本(元)

表3产品功能单元约束

一类复杂车间低熵化布局与稳健优化方法,具体步骤如下:

1.低碳节能目标函数构建

企业希望通过降低设备或单元布置成本、物流成本,提高面积利用率,同时保证足够的鲁棒性和布局柔性,降低固定成本和变动成本引起的碳排放,达到车间低碳节能、可持续发展的目的。根据绿色布局关键目标,提出复杂车间布局的低碳节能目标函数:

1)单元布置成本Q:

单元布置成本是指考虑不同的设备布局方式带来功能单元布置形状的变化,引起单元布置成本的变动。引入单元纵横比评价单元布置形状的优劣,对任意单元而言,适当的纵横比表征合理的单元形状,过大或过小的纵横比会引起布置成本的增加。将纵横比与布置成本耦合,能够忽略单元横向或纵向摆放问题对编码的影响。

式中:

Q——单元布置成本;

i——设备标号,表示设备i;

j——单元标号,表示单元j;

m——设备总数量;

n——单元总数量;

qi——设备i的成本;

F(ηj)——单元j纵横比评价函数;

ηj——单元j纵横比;

hj——单元j的高度;

wj——单元j的宽度;

2)单位面积产能T:

在土地资源紧缺与土地成本过高的背景下,充分利用车间面积,合理安排各单元的位置,并且满足生产要求,实现低土地成本下的高产量要求,是企业迫切解决的问题。

当车间生产多种类型产品时,可用综合产能衡量单元生产能力。单位面积产能表示车间某一单元综合产能与单元面积之比。

式中:

Tj——单元j的单位面积产能;

Pjk——单元j生产产品k的数量;

hj×wj——单元j的面积。

k——产品种类标号,表示产品k;

K——产品种类总数;

3)物流量距积成本Z:

物流量矩和距离量矩的乘积即为物流量矩积成本。复杂车间中,不同类型的产品涉及不同的物流路径和物流量。车间布局的优劣决定了物流路线复杂程度与交叉频繁度。减少物流量和车间内个各功能单元间的距离量是减少物流量矩积成本的直接手段,亦是绿色指标的直观体现。

式中:

Z——物流量距积成本,见表2;

fjl——车间中功能单元j至l的物流量;

cjl——功能单元j和l之间单位运输成本;

djl——功能单元j和l的距离;

l——单元标号,表示单元l;

4)布局/工艺鲁棒性R:

客户需求变化快,鲁棒性针对生产情况的动态变化,布局对产品工艺的鲁棒性体现在产品加工距离稳定性上。不同产品的工艺路线与加工距离各不相同,保证加工距离的稳定性能够保证生产的稳定性,降低变动成本。将鲁棒性作为车间目标,是车间性能优良的重要指标。

式中:

R——布局/工艺鲁棒性;

Lk——表示产品k经过完整工艺路线时的加工距离。

5)布局柔性F:

布局柔性体现布局系统自身调节能力。客户订单的多变性,制造环境的不确定性导致企业需要频繁改变布局以适应生产需求,多产品、多功能、多工艺于一体的复杂车间更加需要较高的布局柔性。它的主要影响因素有可选择的路径数、路径的工作效率、物流量、可变单元数、单元负载量等。

式中:

F——布局柔性;

Ok——产品k生产过程中经过的单元数;

——为产品k的平均产量;

Ukj——表示单元j生产产品k的理论负载量;6)低碳节能布局集成优化模型:

根据上述车间布局低碳节能指标,车间布局碳排放模型由单元布置碳排放、物流碳排放、生产碳排放以及预期布局碳排放四部分组成。预期碳排放指由布局鲁棒性与柔性引起的未来布局改善过程的潜在的碳排放,鲁棒性和柔性越高表征布局越稳定,预期改善成本越低。设计低碳节能布局集成优化模型:

CE=min(QνQ+CT+CZ+CRF) (式8)

CZ=fZ×Z×pk (10)

CRF=(1-R)fR+(1-F)fF (式11)

式中:

CE——布局总碳排放量;

CT——产能引起的碳排放量;

CZ——车间工件运输引起的碳排放量;

CRF——鲁棒性与柔性引起的未来改善的预期碳排放量;

vQ——布置成本碳排放转换因子;

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