1.一种定制生产车间的规划设计方法,其特征在于:具体步骤如下:
步骤a:利用二差空间分割树方法对车间进行平面划分;
具体包括:根据产品关键工艺路径的作业数量和前后关系,利用二叉空间分割树方法将车间划分为相同数量的区块,并匹配对应的作业,即划分为生产单元;
步骤b:由同构理论分析单元布局初始可行方案;
包括:利用同构理论分析步骤a中所划分的方案之间的关联,筛除冗余方案;
具体步骤如下:
步骤b1:在匹配区块对应的作业之前,筛除架构冗余方案;
步骤b2:在匹配区块对应的作业之后,以区块中心点为顶点构造对应的邻接图,筛除邻接冗余方案;
步骤c:根据步骤b中筛除冗余方案后剩下的有效方案,建立随机非线性混合整数规划模型分别描述车间层和单元层的设备资源优化配置问题;
步骤d:构造嵌入排队网模型的信赖域-序列二次规划算法,通过近似求解步骤c中排队网描述模型并获得系统的性能指标,判断当前资源配置方案的可行性,然后反馈到后续的二次规划子问题中,推进最优解的迭代搜索进程,从而依次从每个生产单元的有效方案中求解出每个生产单元的设备配置最优化方案;
步骤e:根据步骤d中求解出的每个生产单元的设备配置最优方案,构建“单元-车间”分层递阶的算法框架,求解出车间整体单元布局及设备资源配置最优化方案,并根据求解出的最优方案配置车间布局。
2.根据权利要求1所述一种定制生产车间的规划设计方法,其特征在于:
在步骤c中,建立随机非线性混合整数规划模型分别包括车间层资源配置优化排队网模型和单元层资源配置优化排队网描述模型;
车间层资源配置优化排队网模型具体如下:
目标函数:
约束条件:
x1∈n+,--公式四;
x2,y∈r+.--公式五;
公式一表示最小总投资成本;
公式二表示平均产能约束;
公式三表示平均生产周期约束;
公式四表示非负整数向量;
公式五表示非负实数向量;
其中,x1:agv数量配置向量;x2:agv运行速率配置向量;y:聚合节点加工速率配置向量;θimin:产能需求预测值;pi:产能需求预测概率;tjmax:生产周期需求预测值;pj:生产周期需求预测概率;
单元层资源配置优化排队网描述模型具体如下:
目标函数:
约束条件:
z1,r1∈n+,--公式九;
z2,r2∈r+.--公式十;
公式六表示最小总投资成本;
公式七表示平均产能约束;
公式八表示平均生产周期约束;
公式九表示非负整数向量;
公式十表示非负实数向量;
其中,z1:加工机床数量配置向量;z2:加工机床运行速率配置向量;r1:机器人数量配置向量;r2:机器人运行速率配置向量;θimin:递阶转化的产能需求;τjmin:递阶转化的生产周期需求;
所述车间层资源配置优化排队网模型和单元层资源配置优化排队网描述模型的解表示有效方案的系统性能指标。
3.根据权利要求2所述一种定制生产车间的规划设计方法,其特征在于:
在步骤d中,构造嵌入排队网模型的信赖域-序列二次规划算法具体包括
步骤d1:分解二次规划子问题;
采用外近似法将车间层资源配置优化排队网模型和单元层资源配置优化排队网描述模型中的约束进行松弛,将原非线性约束优化问题分解为一系列带有不等式约束的二次规划子问题,若是松弛后的二次规划子问题是非凸,则采用凸化方法,使得二次规划子问题能够对决策变量求梯度,确定迭代过程的搜索方向,具体公式如下:
二次规划子问题:
其中,
步骤d2:采用信赖域方法求解二次规划子问题;
在确定迭代过程的搜索方向后,在每次迭代中给出当前迭代点的一个小邻域作为信赖域,然后在这个邻域内求解一个子问题,得到试探步长,接着,调用排队网模型计算目标函数的实际下降量和二次模型函数的下降量,以两者的比值作为评价函数决定是否接受该试探步以及确定下一次迭代的信赖域,反复迭代这个过程,直至获得满意的近似最优解为止,具体公式如下:
信赖域形式:
其中,mk(s)为目标函数f(x)的近似二次函数模型,s=x-xk为步长向量,
4.根据权利要求1所述一种定制生产车间的规划设计方法,其特征在于:
构建“单元-车间”分层递阶的算法框架,求解出车间整体单元布局及设备资源配置优化方案的具体步骤如下:
步骤e1:在排队网建模求解环节,即步骤c中,将生产单元递升聚合为生产车间排队网模型的节点;
步骤e2:在资源配置优化环节,即步骤d中,将车间层节点的资源配置结果递降分解转换为单元层资源配置优化排队网描述模型的性能约束设计指标;
步骤e3:根据车间面积约束协调配置结果,获得生产车间整体单元布局及设备资源配置方案。
5.根据权利要求4所述一种定制生产车间的规划设计方法,其特征在于:
步骤e1具体包括:
首先,建立具有资源同步约束的生产单元排队网模型,由近似求解方法计算单元性能指标;然后,根据单元性能指标将每个生产单元聚合为生产车间排队网模型的一个节点,接着,建立状态相关随机批量搬运的生产车间排队网模型,由近似求解方法计算车间性能指标,具体公式如下:
{θn,tn}→{μn,sn2},
其中,θn:生产单元n的平均产出率,tn:生产单元n的平均生产周期,μn:聚合的加工速率,sn2:聚合的加工时间平方变差系数。
6.根据权利要求5所述一种定制生产车间的规划设计方法,其特征在于:
步骤e2具体包括:
首先,建立生产车间资源配置优化的随机非线性混合整数规划模型,由嵌入排队网模型的信赖域算法求解车间资源配置结果,然后,根据车间资源配置结果,转化为生产单元随机规划模型的性能指标约束需求,接着,建立生产单元资源配置优化的随机非线性混合整数规划模型,由嵌入排队网模型的信赖域算法求解单元资源配置结果;具体公式如下:
其中,y:聚合节点加工速率配置向量,θimin:递阶转化的产能需求,τjmin:递阶转化的生产周期需求。
7.根据权利要求6所述一种定制生产车间的规划设计方法,其特征在于:
步骤e3具体包括:
由车间面积约束条件协调修正配置结果,最后,验证各生产单元配置各类设备之后所需面积在必要的松弛后的总和,是否满足生产车间总面积的约束;当配置结果不满足总面积约束条件时,则对车间层的性能指标约束进行必要的紧缩,再进行分层优化;经过多次反复迭代过程,最终获得满足整个系统全局性约束条件的最优解;根据最优解获得生产车间整体单元布局及设备资源配置方案;车间面积约束条件如下:
其中,sn:单元n所配置的各类设备的面积之和,ε:松弛系数,s*:生产车间面积。