【摘要】： 生產(chǎn)制造企業(yè)的設(shè)施布局是設(shè)施規(guī)劃領(lǐng)域的一個(gè)重要問題。它研究如何按照一定的原則,在預(yù)先給定的生產(chǎn)車間內(nèi),將生產(chǎn)系統(tǒng)所使用的機(jī)器、倉庫等的位置以及與之相關(guān)的物料流和人員流進(jìn)行合理地組織與布置,以達(dá)到最優(yōu)的設(shè)計(jì)目標(biāo)(如物流成本最低、設(shè)備利用率最高等)。一個(gè)設(shè)計(jì)良好的設(shè)施布局能加快物料處理效率,減少在制品的停留時(shí)間,顯著提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。在理論上,本問題屬組合優(yōu)化問題,NP-hard問題,本文討論的車間設(shè)施布局問題與一般的布局優(yōu)化問題(如Packing問題和Cutting問題)相比,在問題描述、數(shù)學(xué)建模、數(shù)值求解等方面更困難,在工程應(yīng)用上,本文研究的生產(chǎn)制造系統(tǒng)的設(shè)施布局問題是實(shí)際生產(chǎn)中存在的尚未很好解決的難題,具有重要的工程實(shí)用價(jià)值。 本文在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助下,以生產(chǎn)車間設(shè)施布局為研究對(duì)象,研究該類布局問題的有效求解方法。車間設(shè)施布局可分為塊狀布局和詳細(xì)布局,前者不考慮設(shè)備的尺寸形狀,只確定其在車間內(nèi)的相對(duì)位置,而后者考慮設(shè)備的尺寸形狀等信息,并確定其在車間內(nèi)的坐標(biāo)和方位。與塊狀布局相比,詳細(xì)布局的優(yōu)化目標(biāo)與約束條件更多,求解也更加復(fù)雜。本文重點(diǎn)討論后者。 論文的主要工作如下： (1)針對(duì)一類塊狀布局問題——環(huán)形布局問、題的求解,提出一種稱之為設(shè)施相對(duì)位置編碼的方法,并基于差異演化(DE)算法,構(gòu)成相對(duì)位置編碼的DE算法,用于環(huán)形布局問題的求解。編碼方式是決定用進(jìn)化算法求解問題效率和質(zhì)量的關(guān)鍵,該編碼方式利用環(huán)形布局序列問題的解具有設(shè)施的位置排序的特點(diǎn),省去實(shí)數(shù)編碼算法求解該類問題時(shí)需要進(jìn)行實(shí)數(shù)到整數(shù)序列的映射過程,解決了用實(shí)數(shù)編碼算法求解時(shí)編碼空間遠(yuǎn)大于環(huán)形布置解空間的缺點(diǎn),并且減少無效編碼。 (2)提出一種基于圖論的求解設(shè)施之間避障曼氏最短路經(jīng)的連接圖生成方法,用于求解詳細(xì)布局問題的設(shè)施間的最短曼氏距離。設(shè)施間的物流量是設(shè)施布局優(yōu)化的一個(gè)最主要的目標(biāo),而物流量的大小又與選擇的設(shè)施之間的路徑長度直接相關(guān),因而設(shè)施間的路徑會(huì)直接影響布局優(yōu)化算法求解的質(zhì)量,對(duì)于詳細(xì)布局問題尤其重要。本文連接圖生成方法利用了曼氏距離不同于歐氏距離的特點(diǎn),可較快計(jì)算設(shè)施間的最短路徑及其距禺。 (3)建立了更加貼近于實(shí)際的設(shè)施詳細(xì)布局?jǐn)?shù)學(xué)模型并且給出一種基于滿意度的差異演化算法求解該詳細(xì)布局問題。建模方面,與以往詳細(xì)布局文獻(xiàn)中僅考慮設(shè)施的外形尺寸不同,該數(shù)學(xué)模型還額外考慮了設(shè)施的裝卸點(diǎn)、設(shè)施間的連通性、設(shè)施間的最短路徑、設(shè)施布置的整齊美觀性等要求。求解方面,針對(duì)設(shè)施詳細(xì)布局問題的多約束、多目標(biāo)且具有NP難度的特點(diǎn),以及求解最優(yōu)解難以實(shí)現(xiàn)的問題,本文提出用滿意解代替最優(yōu)解,將滿意優(yōu)化原理與差異演化算法相結(jié)合,用綜合滿意度函數(shù)作為差異演化算法的目標(biāo)函數(shù),并且在運(yùn)行過程中綜合考慮滿意求解,從而完成詳細(xì)布局問題的求解。 (4)給出開發(fā)設(shè)施詳細(xì)布局優(yōu)化與仿真的系統(tǒng)原型及其關(guān)鍵技術(shù),包括：①從設(shè)施的CAD幾何圖形數(shù)據(jù)庫中檢索給定設(shè)施的檢索方法,本文給出一種基于三維幾何模型局部縮放的三維CAD模型檢索方法；②基于Pro/E的實(shí)體簡化技術(shù),用于設(shè)備幾何外形數(shù)據(jù)提取；③干涉量計(jì)算模塊,用于詳細(xì)布局算法求解過程中設(shè)備間干涉量的計(jì)算；④基于Pro/E二次開發(fā)的布局仿真,用于將求解獲得的設(shè)施布局結(jié)果在Pro/E環(huán)境中進(jìn)行三維仿真,便于設(shè)施規(guī)劃人員進(jìn)行綜合評(píng)判。 本文給出車間設(shè)施的環(huán)形布局和詳細(xì)布局的數(shù)學(xué)模型和相應(yīng)的求解方法,并且給出開發(fā)一類設(shè)施詳細(xì)布局優(yōu)化與仿真的關(guān)鍵技術(shù)及其系統(tǒng)原型實(shí)現(xiàn),可為設(shè)施規(guī)劃人員提供設(shè)計(jì)參考。本文方法可望推廣應(yīng)用于其他類型的設(shè)施規(guī)劃應(yīng)用領(lǐng)域,如機(jī)場(chǎng)、醫(yī)院、辦公室等的設(shè)施布局問題。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TH18

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2592324