【摘要】：一直以來,制造系統(tǒng)的設備布局規(guī)劃設計都被視為工業(yè)系統(tǒng)中最關鍵和最困難的任務之一,是提高企業(yè)生產(chǎn)效率、降低運營成本的重要因素。改革開放以來,我國制造業(yè)持續(xù)快速發(fā)展,但與世界先進水平仍存在一定差距,尤其在設備布局規(guī)劃設計上缺乏足夠的重視,工廠的布局和改善主要依據(jù)設計者的經(jīng)驗。因此,本文以車間設備布局優(yōu)化為研究對象,研究了該類問題的建模、求解以及仿真優(yōu)化。本文的主要研究工作如下:(1)設備布局優(yōu)化問題在理論上屬于組合優(yōu)化問題,在求解上屬于NP-hard問題。本文借鑒博弈論中的相關思想,提出一種雙子群—雙策略的混合算法。該算法通過支付效用矩陣,靈活控制算法的分配和調(diào)用順序,為參與尋優(yōu)的每個子群選擇最佳的搜索算法,實現(xiàn)雙子群獨立并行優(yōu)化。將所提出的混合機制應用到函數(shù)優(yōu)化中,仿真結(jié)果表明:當混合策略中的單種優(yōu)化算法具有不同的搜索特性時,所提出的混合算法是行之有效的,且在搜索精度和收斂速度等方面均表現(xiàn)出良好的性能。(2)設備布局問題在工程實際中往往有多個設計優(yōu)化目標,這些目標相互聯(lián)系,彼此制約,有的還相互矛盾,一個目標性能的改善可能導致其他目標性能的下降,即不存在一個方案能使所有的目標同時達到最優(yōu)。因此,權(quán)重設置是多目標優(yōu)化中的難點�；诖�,本文提出采用多準則決策領域中的優(yōu)先算子來計算多目標優(yōu)化中的權(quán)重,使得權(quán)重的大小和候選方案的屬性值密切相關,且有效避免了不同目標之間的補償交易機制。(3)針對多行設備布局多目標優(yōu)化問題,本文以Y公司的設備布局為研究對象,建立了以物料搬運費用最小化和面積利用率最大化為優(yōu)化目標的數(shù)學模型,并采用基于博弈論的PSO-CS混合算法進行了求解。同PSO、CS原單種優(yōu)化算法以及GA算法相比,PSO-CS在物料搬運費用和面利用率兩個目標上都取得了更好的優(yōu)化效果,從而得到了Y公司機加區(qū)設備布局的初始方案。(4)由于在建模過程中作出了一系列的簡化和假設,使得基于數(shù)學模型求解的布局方案與工程實際存在一定的差異。因此,本文采用優(yōu)化算法求解與計算機仿真技術(shù)相結(jié)合的方式,對PSO-CS求解的布局方案運用Plant Simulation進行仿真分析,并針對存在的問題提出相應的改善意見,通過仿真驗證表明,改進后的布局方案在提高產(chǎn)能、降低物流量和平衡機器負荷等方面均有較好的改進效果。
[Abstract]:The equipment layout planning and design of manufacturing system has been regarded as one of the most critical and difficult tasks in industrial system, which is an important factor to improve the production efficiency and reduce the operating cost. Since the reform and opening up, the manufacturing industry of our country has been developing continuously and rapidly, but there is still a certain gap with the advanced level of the world, especially the lack of enough attention to the layout and design of the equipment, the layout of the factory and the improvement of the main designer's experience. Therefore, the modeling, solving and simulation optimization of this kind of problem are studied in this paper. The main work of this paper is as follows: (1) the equipment layout optimization problem belongs to combinatorial optimization problem in theory and NP-hard problem in solving. In this paper, we propose a hybrid algorithm of two subgroups and two strategies for reference to the related ideas in game theory. By means of payment utility matrix and flexible control of the allocation and call order of the algorithm, the algorithm selects the best search algorithm for each subgroup participating in the optimization, and realizes the two-subgroup independent parallel optimization. The proposed hybrid algorithm is applied to function optimization. The simulation results show that the proposed hybrid algorithm is effective when the single optimization algorithm in the hybrid strategy has different search characteristics. And it shows good performance in search accuracy and convergence speed. (2) equipment layout problems often have multiple design optimization objectives in engineering practice, which are related to each other, restrict each other, and some of them contradict each other. The improvement of the performance of one target may lead to the degradation of the performance of other targets, that is, there is no one scheme to achieve the optimal performance of all objectives at the same time. Therefore, weight setting is a difficult problem in multi-objective optimization. Based on this, this paper proposes to use the priority operator in the field of multi-criteria decision-making to calculate the weight in the multi-objective optimization, so that the size of the weight is closely related to the attribute value of the candidate scheme. And the compensation transaction mechanism between different targets is avoided effectively. (3) aiming at the multi-objective optimization problem of multi-row equipment layout, this paper takes the equipment layout of Y Company as the research object. A mathematical model with minimization of material handling cost and maximization of area utilization ratio is established and solved by PSO-CS hybrid algorithm based on game theory. Compared with PSO-CS single optimization algorithm and GA algorithm, PSO-CS has better optimization effect on material handling cost and surface utilization ratio. Thus, the initial layout scheme of Y driver plus area equipment is obtained. (4) due to a series of simplification and assumptions made in the modeling process, the layout scheme based on mathematical model is different from the actual engineering. Therefore, in this paper, the optimization algorithm is combined with computer simulation technology to simulate and analyze the layout scheme of PSO-CS solution using Plant Simulation, and the corresponding improvement suggestions are put forward in view of the existing problems. The simulation results show that, The improved layout has a good effect in increasing production capacity, reducing material flow and balancing machine load.
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB491

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本文編號：2180636