[发明专利]一种基于仿真的多目标设备布局和生产排程协同优化方法

说明书

本发明公开了一种基于仿真的多目标设备布局和生产排程协同优化方法，获取厂房、设备、工件信息，对设备布局和生产排程进行协同建模，构建智能车间设备布局和生产排程协同优化仿真模型；运行智能车间设备布局和生产排程协同仿真模型并计算相应目标参数值；构建基于设备位置序列和基于总共序列的双层遗传算法对智能车间设备布局和生产排程协同优化的仿真模型进行优化，当优化算法为遗传算法时，根据当前目标参数的性能值，不断迭代寻找满足目标参数的最佳设备布局和排程方案。本发明利用仿真技术实现了动态的仿真每个工件在生产线中的加工过程和相关数据实时计算，能够为企业在建厂时提供生产线的设备布局和生产排程方案，降低企业的生产成本。

技术领域

本发明属于生产车间设备布局和生产排程技术领域，具体涉及一种将仿真技术和双层遗传算法结合来实现设备布局和生产排程协同优化的方法。

背景技术

设备布局和生产排程对于生产制造系统的生产效率和企业整体效益都具有重要的影响，有20％～50％的运营成本可以归因于布局形式及生产排程方案。随着加工中心、机器人、AGV等新的生产或者生产辅助工具引入到生产线中，传统的布局方法主要以物流量为优化目标、以简化的数学模型来实现设备位置的确定，已经无法适应于现有的生产系统，具体如下：

1.过度简化的数学模型和实际工厂中的环境有很大的差别，在布局方案确定之后很少能够通过仿真的方法来验证布局方案的合理性、稳定性；传统的设备布局中各工件工序假设在哪个设备上加工是确定的，但在实际的生产系统中存在并行机的分配问题，即某些工件工序可以在多个并行设备上完成加工，存在机器的柔性。传统的车间布局优化模型在计算物流量时忽略了机器的柔性导致其实用性降低。

2.传统的设备布局和生产排程技术无法进行协同优化，主要通过串行的方式即先优化布局再进行生产排程，忽略了布局形式和生产排程之间的关联因素。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于仿真的多目标设备布局和生产排程协同优化方法，通过双层遗传算法分别对设备位置序列和工件总共序序列进行编码，通过考虑设备布局和生产排程之间的关联因素来提升布局方案和排程方案的实用性和可靠性。

本发明采用以下技术方案：

一种基于仿真的多目标设备布局和生产排程协同优化方法，获取厂房、设备、工件信息，对设备布局和生产排程进行协同建模，构建基于完工时间、AGV搬运时间、AGV空回行程时间最小为目标的智能车间设备布局和生产排程协同优化仿真模型；运行智能车间设备布局和生产排程协同仿真模型并计算相应目标参数值；构建基于设备位置序列和基于总共序序列的双层遗传算法对智能车间设备布局和生产排程协同优化的仿真模型进行优化，当优化算法为遗传算法时，根据当前目标参数的性能值，不断迭代寻找满足目标参数的最佳设备布局和排程方案。

具体的，基于设备位置编号生成设备布局方案，设备布局方案生成步骤如下：

S1011、获取智能车间厂房及设备的面积并将相应的设备进行编号，抽象为矩阵形式表示：

X＝[X₁,X₂,X₃,…X_n]

其中，X为1×n矩阵，X_i表示矩阵第i个位置的设备编号；S为2×(n+1)矩阵，(S_xi,S_yi)分别表示设备M_i作业区域的长和宽，(S_x(n+1),S_y(n+1))表示生产车间中给出的可用于产线布局区域的总长度和总宽度；