基于SLP和遺傳算法的工廠布局仿真及應(yīng)用

西曼

摘 要：文章應(yīng)用eM-plant仿真平臺(tái)，用SLP方法得到各個(gè)部門的綜合相互關(guān)系，采用遺傳算法求解具體的平面布置方案，并通過仿真軟件高效的輸出可視的布局結(jié)果，探討了目標(biāo)函數(shù)的建立，SLP方法和遺傳算法的結(jié)合方法，計(jì)算機(jī)工廠布局實(shí)現(xiàn)過程。

關(guān)鍵詞：SLP；遺產(chǎn)算法；工廠布局

中圖分類號(hào)：TH181 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）11-0065-02

工廠布局就是要在固定的場(chǎng)所內(nèi)，確定要布局對(duì)象的位置。如文獻(xiàn)[1]中定義的，工廠布局的目標(biāo)是在滿足以下兩個(gè)條件的基礎(chǔ)上物流費(fèi)用最小，一是部門面積需要，二是部門位置限制，并滿足一定約束，如部門不能重疊，一些必須固定位置或不能放置在特定區(qū)域等。布局的優(yōu)劣直接影響生產(chǎn)效率、在制品庫(kù)存、運(yùn)營(yíng)成本、交付周期、客戶響應(yīng)等。實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)布局，是一個(gè)涉及信息處理、圖形學(xué)、人工智能、參數(shù)化設(shè)計(jì)、優(yōu)化等領(lǐng)域的組合優(yōu)化問題。本文應(yīng)用eM-plant仿真平臺(tái)，結(jié)和SLP方法遺傳算法，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)快速工廠布局。

1 SLP方法和遺傳算法結(jié)合

系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)方法（Systematic Layout Planning，SLP）是一種工廠布局普遍使用的方法，但是使用SLP方法完成面積相關(guān)圖和位置相關(guān)圖過程中，調(diào)整起來比較麻煩，需要不斷的修改和反復(fù)調(diào)整原來的方案，并且人為主觀因素對(duì)于多目標(biāo)之間的矛盾處理方式的差異，使得同種方法和條件下的設(shè)計(jì)結(jié)果輸出大相徑庭。

當(dāng)作業(yè)單元個(gè)數(shù)增加時(shí)，求解復(fù)雜性呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，即使計(jì)算機(jī)，也無法在能夠接受的時(shí)間內(nèi)求解到最優(yōu)布局方案。人工智能技術(shù)的發(fā)展，使得設(shè)施布局在有效時(shí)間內(nèi)求得滿意解得以實(shí)現(xiàn)，它采用并行處理方式，運(yùn)行后得出多個(gè)可行解，使布局方案更加豐富，提供更多的選擇方案，并且還可以跳出局部最優(yōu)解的局限，更大范圍內(nèi)尋求更優(yōu)解。經(jīng)不斷的論證和發(fā)展，遺傳算法在布局領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

SLP是一種條理清晰，邏輯性強(qiáng)的布局設(shè)計(jì)方法。該方法能夠?qū)⒂绊懖季值亩喾矫嬉蛩乜紤]進(jìn)來，而遺傳算法是一種能夠快速尋優(yōu)求解的方法。將兩種方法結(jié)合起來，用經(jīng)典的系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)求得綜合相互關(guān)系表之后，采用遺傳算法求解具體的平面布置方案，以高效率獲得可視的滿意的設(shè)計(jì)結(jié)果，彌補(bǔ)傳統(tǒng)SLP設(shè)計(jì)過程中調(diào)整繁瑣，易受主觀影響，結(jié)果不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。既可以將多種因素考慮全面，又可以快速得到優(yōu)化的結(jié)果。[2]

2 計(jì)算機(jī)工廠布局的應(yīng)用

2.1 建立目標(biāo)函數(shù)

對(duì)已知布局空間，并且知道各區(qū)域的長(zhǎng)寬面積尺寸，以及各區(qū)域之間的物流搬運(yùn)量，布局的目標(biāo)為總物流搬運(yùn)量最小，總的作業(yè)空間最小的問題[3]。可以建立如下目標(biāo)函數(shù)，并作為遺傳算法的適用度函數(shù)。

（i=1，2，……n；j=1，2……n）

F=min？撞ni=1？撞nj=1WijDij （i=1，2，……n；j=1，2……n）

Dij=xi-xj+yi-yj （i=1，2，……n；j=1，2……n）

公式中

F：成本數(shù)值；

Dij：區(qū)域之間的距離；

Wij兩區(qū)域之間的物料搬運(yùn)量；

n：設(shè)備的總數(shù)量；

2.2 基于eM-Plant工廠布局實(shí)現(xiàn)

某公司車間長(zhǎng)度為60.5 m，寬為43.5 m。車間劃分為9個(gè)區(qū)域，布局時(shí)，從作業(yè)空間的左上角開始布置，從左到右，當(dāng)所布局的設(shè)備寬度加起來超出作業(yè)空間寬度時(shí)，則另起一行繼續(xù)布局，直到所有的設(shè)備全部布局完為止。各區(qū)域的長(zhǎng)寬要求見表1。

根據(jù)SLP方法，將物流量關(guān)系轉(zhuǎn)化為0～4等級(jí)，將非物流量關(guān)系也轉(zhuǎn)化為0～4等級(jí)，根據(jù)1：1的加權(quán)系數(shù)，得到的綜合相互關(guān)系見表2。

在eM-Plant軟件中，將綜合相互關(guān)系，替代遺傳算法的物流量數(shù)據(jù)；將車間長(zhǎng)寬尺寸和各區(qū)域尺寸約束數(shù)據(jù)輸入；設(shè)置優(yōu)化問題為求適應(yīng)度函數(shù)的最小值；本文中，9個(gè)位置分別對(duì)應(yīng)9個(gè)區(qū)域，其中7、8、9三個(gè)位置已經(jīng)建成，需要保持固定位置不變，仿真軟件中，輸入固定位置約束，區(qū)域4設(shè)置在位置7，區(qū)域7設(shè)置在位置8，區(qū)域8設(shè)置在位置9；遺傳代數(shù)設(shè)置為30，初始種群設(shè)置為10個(gè)染色體；遺傳操作選擇PMX，運(yùn)行遺傳算法，得出布局排序優(yōu)化結(jié)果，如圖1所示。

遺傳算法收斂圖如圖2所示，本文適應(yīng)度函數(shù)收斂于第20代，最優(yōu)適應(yīng)度值：843.5。

遺傳序列：初始序列：1 2 3 4 5 6 7 8 9；

最優(yōu)序列：2 3 1 6 5 9 4 7 8。

3 結(jié) 語

本文運(yùn)用SLP方法，綜合考慮區(qū)域間的聯(lián)系，將區(qū)域間的物流和非物流關(guān)系，加權(quán)成綜合關(guān)系。

將SLP跟遺傳算法有效的結(jié)合起來，即利用了SLP高度系統(tǒng)化的思想，又避免了手動(dòng)繁瑣的迭代繪圖，同時(shí)考慮了生產(chǎn)布局中固定位置的區(qū)域，利用eM-Plant軟件自帶遺傳算法，輸出滿意布局結(jié)果，能夠快速有效地實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)工廠布局求解。

參考文獻(xiàn)：

[1] Russell D.Meller，Kai Yin Gau，The Facility Layout Problem：Recent and Emerging Trends and Perspectives[J].Journal of Manufacturing

Systems，1996，（5）.

[2] 葉慕靜，周根貴.SlP和遺傳算法結(jié)合在工廠平面布置中的應(yīng)用[J].華東理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，（3）.

[3] 周金平.生產(chǎn)系統(tǒng)仿真-Plant Simulation應(yīng)用教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.