基于遗传算法的多目标优化制造单元车间布局研究

论文摘要

随着全球化竞争的日益激烈,越来越多的制造商和研究人员意识到设施布局对整个制造系统的重要性。制造系统中的布局设计是工业工程研究和实践中一个重要并且长期存在的领域,是一个典型的工程问题。长期以来,制造系统的布局设计一直被当作制造工业中最关键和最困难的设计任务之一。同时,先进的制造模式也会提高企业的生产效率和产品质量,近年来单元制造模式被广泛应用。而在单元制造模式中,制造单元的布局显得更为重要。阐述了课题的研究背景、研究意义以及研究内容,在对设备布局研究综述基础上,重点对现代设备布局中应用的各种模型和解决算法进行了比较,考虑到布局问题是组合优化问题,具有NP-难的特性,选定遗传算法作为自己解决问题的方法和研究对象。剖析了生产车间设备布局问题的各个要素,按生产工艺路线将生产车间归纳为五种基本形式,把单元内设备线性布局分为四种形式,确定U型布置作为单元内布置形式。根据生产车间设备布局的特点提出了设备布局的四个主要追求目标,给出布局数学模型、布局模型的目标函数及其详细的计算方法,并运用遗传算法及其改进算法进行求解。对划定的制造单元进行布局,并形成最终的设备布局。在每个零部件加工计划已知并且不变的前提下,利用物流强度、车间面积利用率作为优化目标,给出车间单元布局数学模型。运用遗传算法进行求解。从实际参加BRWH某制造车间的设备布局项目作为实例,用本文的设计方法求得优化布局方案,并与实际项目中的原布局方案进行了比较,说明了该设计方法的有效性。提出了该设计方法存在的不足,解决建议和未来研究的展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究综述
• 1.2.1 国外研究综述
• 1.2.2 国内研究综述
• 1.3 研究内容
• 第二章 单元内设备布局数学模型建立
• 2.1 设备布局概述
• 2.1.1 基本概念解释
• 2.1.2 设备布局的定义
• 2.1.3 设备布置形式
• 2.2 单元内设备的布局与物流形式
• 2.2.1 单元内设备布局形式
• 2.2.2 单元内物流形式
• 2.3 单元内设备布局的数学模型表达
• 2.3.1 总物流强度
• 2.3.2 顺序运动总次数
• 2.3.3 机器设备成本
• 2.3.4 返回运动总路程
• 2.3.5 目标函数
• 2.4 小结
• 第三章 单元内设备布局数学模型求解
• 3.1 遗传算法简介
• 3.2 模型求解的算法选择
• 3.3 单元内设备布局多目标模型求解
• 3.4 小结
• 第四章 车间内制造单元布局模型建立及求解
• 4.1 单元车间布局拓扑模型
• 4.1.1 车间的拓扑模型
• 4.1.2 单元的拓扑模型
• 4.2 基本约束假设
• 4.2.1 设备排列顺序约束
• 4.2.2 几何约束
• 4.3 车间制造单元布局数学模型建立
• 4.3.1 物流强度
• 4.3.2 车间面积利用率
• 4.4 车间制造单元布局数学模型求解
• 4.4.1 遗传编码
• 4.4.2 适值函数
• 4.4.3 遗传操作
• 4.4.4 算法步骤
• 4.5 小结
• 第五章 制造单元的车间布局应用研究
• 5.1 案例选取
• 5.2 计算软件选取
• 5.3 实例计算
• 5.3.1 单元内设备布局
• 5.3.2 车间内单元布局
• 5.4 目标函数比较
• 5.4.1 物流强度
• 5.4.2 车间面积利用率
• 5.5 小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 附录