專利名稱：一種廠房內(nèi)設(shè)施布局多目標(biāo)優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及廠房內(nèi)設(shè)施布局技術(shù)，更具體地，涉及一種設(shè)施布局多目標(biāo)優(yōu)化的方法。
背景技術(shù)：
在制造型企業(yè)的廠房建筑設(shè)計(jì)中，必須要涉及廠房內(nèi)各種設(shè)施的布局，即決定各種設(shè)施在廠房中的位置關(guān)系。設(shè)施布局的優(yōu)劣程度將直接或間接影響后期生產(chǎn)運(yùn)作過程中的物料搬運(yùn)成本或搬運(yùn)量、生產(chǎn)運(yùn)作效率及設(shè)施布局的柔性等多個指標(biāo)，因此設(shè)施布局優(yōu)化是廠房建筑設(shè)計(jì)中一個復(fù)雜的多目標(biāo)優(yōu)化問題。正是由于這種高度復(fù)雜性，使得設(shè)施布局長期以來成為廠房建筑設(shè)計(jì)尤其是多品種中小批量生產(chǎn)型企業(yè)的廠房建筑設(shè)計(jì)中的一個重要技術(shù)難題，也成為廠房設(shè)計(jì)水平高下的重要指標(biāo)。目前，在廠房建筑設(shè)計(jì)中基于多目標(biāo)優(yōu)化的設(shè)施布局方法主要有兩種第一種是多目標(biāo)單一化法，其代表方法是系統(tǒng)化設(shè)施布局方法(Systematic Layout Planning, SLP)；第二種是基于Pareto尋優(yōu)思想的方法。 SLP方法的優(yōu)化目標(biāo)是物流關(guān)系和非物流關(guān)系，該方法通過將物流關(guān)系和非物流關(guān)系轉(zhuǎn)化為綜合相互關(guān)系，再根據(jù)綜合相互關(guān)系演化得到多個布局方案，進(jìn)而從中進(jìn)行擇優(yōu)。SLP方法存在如下主要不足(1)物流關(guān)系定級和非物流關(guān)系定級過程中存在模糊轉(zhuǎn)化，影響布局方案準(zhǔn)確性；( 綜合相互關(guān)系確定過程中，物流與非物流關(guān)系權(quán)重影響綜合相互關(guān)系， 使布局方案受主觀因素影響較大；C3)由綜合相互關(guān)系演化得布局方案的過程中，布局受設(shè)計(jì)者影響較大，不同設(shè)計(jì)者可能得出不同布局方案；(4)布局方案演化過程工作量較大， 通常只能從有限幾個布局方案中擇優(yōu)，使布局方案的質(zhì)量欠佳；( SLP方法的復(fù)雜性在一定程度上阻礙了該方法的有效普及。正是由于以上原因，基于Pareto尋優(yōu)思想的方法從理論上講明顯優(yōu)于多目標(biāo)單一化法。然而，基于Pareto尋優(yōu)思想的設(shè)施布局方法目前尚處于理論研究階段，現(xiàn)有技術(shù)中尚缺少高效、廉價(jià)、易于普及的廠房內(nèi)設(shè)施布局多目標(biāo)優(yōu)化方法。Excel是Microsoft Office的一個組件，可用于制作電子表格、完成復(fù)雜數(shù)據(jù)運(yùn)算、進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與預(yù)測等。目前Excel被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，各領(lǐng)域根據(jù)不同的工作特點(diǎn)，對其應(yīng)用范圍進(jìn)行了擴(kuò)展，部分應(yīng)用已超出了 Excel軟件本身設(shè)計(jì)的預(yù)想。然而，截止目前為止，尚未發(fā)現(xiàn)應(yīng)用Exce 1到設(shè)施布局多目標(biāo)優(yōu)化的先例。若能利用Excel進(jìn)行二次開發(fā)，形成一種設(shè)施布局多目標(biāo)優(yōu)化方法及系統(tǒng)，不僅能克服現(xiàn)有的廠房內(nèi)設(shè)施布局規(guī)劃技術(shù)所存在的布局效率低、復(fù)雜程度高、布局方案質(zhì)量欠佳等缺點(diǎn)，而且由于Excel基本是普及軟件，使用成本低，該方法將更容易普及。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有廠房設(shè)計(jì)技術(shù)中的對設(shè)施布局多目標(biāo)優(yōu)化的需求，本發(fā)明基于Pareto 尋優(yōu)思想，首先通過NSGAI I I算法產(chǎn)生作為設(shè)施布局方案集合的Pareto解集，然后對集合中的設(shè)施布局方案從搬運(yùn)量或搬運(yùn)成本、非物流關(guān)系密切程度、設(shè)施占地面積三個指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)并從中擇優(yōu)，從而提供了一種布局效率高、操作可視化程度高、優(yōu)化效果好、使用成本低、普及性強(qiáng)，利用Excel進(jìn)行設(shè)施布局多目標(biāo)優(yōu)化的方法。本發(fā)明所述廠房內(nèi)設(shè)施布局多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，包括步驟Si，對廠房內(nèi)設(shè)施布局區(qū)域劃分作業(yè)單元并取得相關(guān)原始參數(shù)；步驟S2，根據(jù)步驟S 1所述原始參數(shù)獲得作業(yè)單元之間的物流關(guān)系參數(shù)和非物流關(guān)系參數(shù)；步驟S3，建立設(shè)施布局多目標(biāo)優(yōu)化模型；步驟S4，以NSGA II算法對所述多目標(biāo)優(yōu)化模型求解，獲得作為設(shè)施布局優(yōu)化方案集合的Pareto解集。優(yōu)選地，步驟Sl中所述原始參數(shù)包括各作業(yè)單元的長、寬、面積參數(shù)及產(chǎn)品、產(chǎn)量、工藝、搬運(yùn)單價(jià)參數(shù)。優(yōu)選地，所述步驟S2包括取得所述各作業(yè)單元之間的物流量參數(shù)并運(yùn)行Excel VBA程序轉(zhuǎn)化為物流量矩陣；以及取得所述各作業(yè)單元之間的非物流關(guān)系得分并運(yùn)行 Excel VBA程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為非物流關(guān)系矩陣。優(yōu)選地，所述步驟S3中建立的設(shè)施布局多目標(biāo)優(yōu)化模型包括物料搬運(yùn)總成本最小化的第一目標(biāo)函數(shù)，非物流關(guān)系密切程度最大化的第二目標(biāo)函數(shù)以及設(shè)施實(shí)際占地面積最小化的第三目標(biāo)函數(shù)；以及對設(shè)施布局實(shí)際總長和實(shí)際總寬的約束條件。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第一至第三目標(biāo)函數(shù)分別為
第一目標(biāo)函數(shù)
權(quán)利要求
1.一種廠房內(nèi)設(shè)施布局多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，包括步驟Si，對廠房內(nèi)設(shè)施布局區(qū)域劃分作業(yè)單元并取得相關(guān)原始參數(shù)；步驟S2，根據(jù)步驟Sl所述原始參數(shù)獲得作業(yè)單元之間的物流關(guān)系參數(shù)和非物流關(guān)系參數(shù)；步驟S3，建立設(shè)施布局多目標(biāo)優(yōu)化模型；步驟S4,以NSGA II算法對所述多目標(biāo)優(yōu)化模型求解，獲得作為設(shè)施布局優(yōu)化方案集合的Pareto解集。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，步驟Sl中所述原始參數(shù)包括各作業(yè)單元的長、寬、面積參數(shù)及產(chǎn)品、產(chǎn)量、工藝、搬運(yùn)單價(jià)參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S2包括取得所述各作業(yè)單元之間的物流量參數(shù)并運(yùn)行Excel VBA程序轉(zhuǎn)化為物流量矩陣；以及取得所述各作業(yè)單元之間的非物流關(guān)系得分并運(yùn)行Excel VBA程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為非物流關(guān)系矩陣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟S3中建立的設(shè)施布局多目標(biāo)優(yōu)化模型包括物料搬運(yùn)總成本最小化的第一目標(biāo)函數(shù)，非物流關(guān)系密切程度最大化的第二目標(biāo)函數(shù)以及設(shè)施實(shí)際占地面積最小化的第三目標(biāo)函數(shù)；以及對設(shè)施布局實(shí)際總長和實(shí)際總寬的約束條件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，所述第一至第三目標(biāo)函數(shù)分別為 第一目標(biāo)函數(shù)
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，步驟S4中所述NSGAII算法包括種群初始化步驟，所述種群初始化步驟根據(jù)編碼方式產(chǎn)生一個個體，對該個體進(jìn)行預(yù)排并計(jì)算該個體對應(yīng)設(shè)施布局方案是否滿足約束條件，若約束條件成立則為一可行個體， 將其加入初始種群，否則拋棄該個體；通過上述步驟直到產(chǎn)生預(yù)定數(shù)量個可行個體為止。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，步驟S4中所述NSGAII算法對初始化種群中染色體進(jìn)行解碼得到距離矩陣和鄰接度矩陣，并根據(jù)所述距離矩陣和鄰接度矩陣計(jì)算各染色體的目標(biāo)函數(shù)值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，步驟S4中所述NSGAII算法對初始化種群進(jìn)行進(jìn)化運(yùn)算至特定的代，得到作為設(shè)施布局優(yōu)化方案集合的Pareto解集。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，步驟S4中所述NSGAII算法的遺傳操作包括交叉操作和變異操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，步驟S4中所述設(shè)施布局優(yōu)化方案集合包括各優(yōu)化方案相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種廠房內(nèi)設(shè)施布局多目標(biāo)優(yōu)化方法，包括步驟S1，對廠房內(nèi)設(shè)施布局區(qū)域劃分作業(yè)單元并取得相關(guān)原始參數(shù)；步驟S2，根據(jù)步驟S1所述原始參數(shù)獲得作業(yè)單元之間的物流關(guān)系參數(shù)和非物流關(guān)系參數(shù)；步驟S3，建立設(shè)施布局多目標(biāo)優(yōu)化模型；步驟S4，以NSGA II算法對所述多目標(biāo)優(yōu)化模型求解，獲得作為設(shè)施布局優(yōu)化方案集合的Pareto解集。本發(fā)明解決了對廠房建筑內(nèi)的設(shè)施進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化布局的技術(shù)問題，具有布局效率高、操作可視化程度高、優(yōu)化效果好、使用成本低、普及性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G06Q10/00GK102214333SQ20111019310
公開日2011年10月12日 申請日期2011年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月11日
發(fā)明者蘭建義, 張進(jìn)春, 曾強(qiáng), 李發(fā)權(quán), 段玉玲, 沈玲, 潘啟東, 熊德國, 王永建, 陳魁奎 申請人:河南理工大學(xué)