[发明专利]一种定制生产车间的规划设计方法

说明书

一种定制生产车间的规划设计方法，根据定制产品的关键工艺路径，利用二叉空间分割树方法进行车间平面划分，并由同构理论分析生产单元布局初始方案。在生产车间预期产能和订单提前期的指标约束下，利用嵌入排队网模型的信赖域‑SQP算法分别求解每个生产单元层各自对应的设备资源规划模型，包括加工机床数量、工业机器人数量及其运行速率，以及生产车间层对应的设备资源规划模型，包括AGV数量及其运行速率。通过分层递阶的优化算法，求解生产车间整体布局和设备资源配置方案，使得投资成本最小。

技术领域

本发明涉及制造系统规划设计技术领域，尤其涉及一种定制生产车间的规划设计方法。

背景技术

个性化定制是智能制造的一个重要特征，随着智能制造战略的持续推进，工厂的智能化改造已经成为当前制造业推动智能制造转型的主要途径。智能车间是实现智慧工厂进而实现智能制造的重要环节，对于智能工厂的规划设计，其中关键的一步就是实现更为合理的智能车间布局，能够包含自动化流水线、自动设备、物联网等在生产系统中的布局，符合“中国制造2025”的扩展架构，并且适应个性化定制需求以及未来的柔性快速生产。同时，由于高度自动化、智能化的生产设备价格昂贵，在生产车间中应该如何配置这些设备资源，才能以最低的成本保证预期产能、准时快速交付订单是规划设计定制生产车间需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对背景技术中的缺陷，提出一种定制生产车间的规划设计方法，以分层递阶的策略，有效解决车间内各生产单元布局以及单元内设备资源配置的联合优化问题，为企业在车间改造升级或新建工厂时，提供科学的分析方法和决策依据，优化投资效益。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种定制生产车间的规划设计方法，具体步骤如下：

步骤A：利用二差空间分割树方法对车间进行平面划分；

具体包括：根据产品关键工艺路径的作业数量和前后关系，利用二叉空间分割树方法将车间划分为相同数量的区块，并匹配对应的作业，即划分为生产单元；

步骤B：由同构理论分析单元布局初始可行方案；

包括：利用同构理论分析步骤A中所划分的方案之间的关联，筛除冗余方案；

具体步骤如下：

步骤B1：在匹配区块对应的作业之前，筛除架构冗余方案；

步骤B2：在匹配区块对应的作业之后，以区块中心点为顶点构造对应的邻接图，筛除邻接冗余方案；

步骤C：根据步骤B中筛除冗余方案后剩下的有效方案，建立随机非线性混合整数规划模型分别描述车间层和单元层的设备资源优化配置问题；

步骤D：构造嵌入排队网模型的信赖域-序列二次规划算法，通过近似求解步骤C中排队网描述模型并获得系统的性能指标，判断当前资源配置方案的可行性，然后反馈到后续的二次规划子问题中，推进最优解的迭代搜索进程，从而依次从每个生产单元的有效方案中求解出每个生产单元的设备配置最优化方案；

步骤E：根据步骤D中求解出的每个生产单元的设备配置最优方案，构建“单元-车间”分层递阶的算法框架，求解出车间整体单元布局及设备资源配置优化方案，并根据求解出的最优方案配置车间布局。

优选的，在步骤C中，建立随机非线性混合整数规划模型分别包括车间层资源配置优化排队网模型和单元层资源配置优化排队网描述模型；

车间层资源配置优化排队网模型具体如下：

目标函数：

约束条件：

X₁∈N⁺，--公式四；