设施规划与物流分析

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,-,*,-,?设施规划与物流分析?,管工系 曾敏刚,1,第一章 设施规划与物流分析的绪论,第二章 物流网络规划与场址选择,第三章 设施布置设计,第四章 系统化布置与物流分析方法,第五章 计算机辅助设施布置,第六章 物料搬运系统设计,第七章 物料搬运设备的选择,第八章 物流分析案例,?设施规划与物流分析?目录,2,计算机辅助设施布置,授课内容,最优算法最优化理论,次优算法,穷举法,面向新建型系统布置程序,面向改进型系统布置程序,3,FD设施布置方法一览表,布置方法和技术,年代,主要特点和使用条件,流程图、样片排列等经验判断方法,50年代,直观、简便、易行,关于设施间物料流动顺序和数量的各种数学分析方法。如属于最优化及其搜索算法的二次分派算法（,QAP，1957）,及相应的计算机软件,CRAFT（1964）,和,CORELAP（1967）,50年代中期到60年代初、中期,适用于设施数目不太多的情况,系统布置规划方法（,SLP）,60年代,至今,该方法属于系统仿真技术，要求把影响布置的因素尽可能量化，在离散状态下组合寻优。适用于设施数目不超过15个的情况。其突出特点是具有方法论意义,人机交互式决策支持方法,80年代,至今,按决策者意图靠计算机系统支持决策，能进行预测判断；借助于模糊集理论，采用图论方法等,设计数据集成和设计模型集成的理想实验环境方法（综合决策环境方法）,90年代,至今 (1911年,MCG-INES),是对纯粹计算机程序支持的改进方法,4,布置的定量分析,图表法,设施,布置技术,计算机辅助,设施,布置,5,图表法设施布置技术,螺旋法,路程图法,关系图法SLP,6,计算机辅助设施布置研究对象,设施,位置,问题厂址选择,设施,布置,问题厂区规划,7,设施,位置,问题,位置问题厂址选择：新建一家工厂时，如何在有限的数个可选地点选择一个最正确厂址，其目标往往是原材料和产品运输费、建设费用以及生产费用最小。,求解方法：,运输问题解法,重心法,最优化解法图论等。,8,设施,布置,问题,最优算法最优化理论,次优算法,穷举法,面向新建型系统布置程序,面向改进型系统布置程序,9,设施布置问题最优算法,二次分配问题模型QAP,Quadratic Assignment problem,二次分配问题是如何布置m个设备给n个地点，使得布置方案的物料搬运费最小。,目标函数：一般以物料搬运费用最低。,10,单行机床布局问题数学模型,举例：设一生产线为单行布局，共有n台机床，设机床分别为ti，i1，2，n。ti布局位置坐标为xi，沿布局方向上的长度尺寸为li。在一个生产周期内，工件在机床ti与tj之间的往返搬运次数为fij，单位距离搬运费用为Cij，且机床ti和之tj间的最小间距为dij，如下图。,x,j,l,i,x,i,l,j,d,ij,11,单行机床布局问题数学模型,目标函数：一般以物料搬运费用最低。,约束条件为：机床互不干预，即,1|xi xi|dij li li/2,2xi 0，i1，2，n,12,多行机床布局问题数学模型,举例：,设一生产线为多,行布局，共有,m,台,机床，可以布置区域有,n,个地点。,13,设施布置问题次优算法,穷举法,面向新建型系统布置程序,CORELAP，计算机辅助相关布置规划将SLP运用到计算机上实现，得到一个使各设施间接近度最大的布置方案,ALDEP，自动化布置设计在给定系统边界内产生许多可行布置方案，并给出各方案的评价,面向改进型系统布置程序,CRAFT，计算机辅助设施相对定位技术在原有布置方案上求得改进布置，得到一个以降低系统物流搬运本钱的布置方案,COFAD，计算机辅助设施设计是对CRAFT的改进，考虑了搬运设备及其本钱评价，得到更全面的设计方案，针对不同的物流系统，COFAD有COFAD II和COFAD III等,14,设施布置问题穷举法,次优算法穷举法,又称枚举法，适于在给定设施布置地点组的场合。,步骤：列出所有布置方案，通过比较布置方案目标函数值的大小，找出其中的一个或几个最优布置方案。,15,穷举法举例,举例：,等面积设备布置问题。如图有,A、B、C、D,四个地点，分别用,P,1,P,2,P,3,P,4,，表示，在四个地点布置四台机床，分别用,t,1,t,2,t,3,t,4,表示。假设四台机床的占地面积相等，可以布置在任一地点上。,A,B,C,D,16,A,B,C,D,加工工艺从至表,0,1,2,3,P,4,1,0,1,2,P,3,2,1,0,1,P,2,3,2,1,0,P,1,P,4,P,3,P,2,P,1,从至,地点对之间的物料搬运距离,0,70,10,100,P,4,70,0,30,20,P,3,10,30,0,50,P,2,100,20,50,0,P,1,P,4,P,3,P,2,P,1,从至,地点对之间的物料搬运量,17,穷举法的计算过程,列出所有24个布置方案,例如，排列 t1,t2,t3,t4搬运本钱为510,t,1,t,2,t,3,t,4,18,穷举法的计算过程,t,2,t,1,t,4,t,3,列出所有24个布置方案,例如，排列 t1,t2,t3,t4搬运本钱为510,通过比较布置方案目标函数值的大小，找出其中最优布置方案。,搬运本钱为370。,t,3,t,4,t,1,t,2,19,设施布置问题面向新建型系统布置程序,根据某种规那么，逐一对所有设施的位置做出安排，最终得出较好的布置方案的算法。,改进生成树算法,CORELAP程序,20,设施布置问题改进生成树算法步骤,适用于求解单行机床布局问题,1求得单位距离物料搬运费用矩阵F；,2从矩阵F中查找fij 最大值，即计算fi*j*相邻布置，记为ti，tj,3)继续计算最大值fp*q*=maxfi*k，fj*l,假设p*=i*，那么将机床t q*与机床ti*相邻布置，记为t q*，ti，tj；否那么，p*=j*，那么将机床t q*与机床tj*相邻布置，记为ti，tj，t q*,从矩阵F中消去p*行 p*列；,4)重复上述步骤，直至所有机床布置完毕。,21,改进生成树算法举例,举例：某一生产线由6台机床组成，各机床间物料搬运量fij及单位距离搬运本钱Cij以及各机床间间隔矩阵dij分别如下：,从至,机床,1,2,3,4,5,6,机床1,0,40,80,21,62,90,2,40,0,72,12,24,28,3,80,72,0,14,41,9,4,21,12,14,0,21,12,5,62,24,41,21,0,31,6,90,28,9,12,31,0,各机床间物料搬运量,f,ij,22,单位距离搬运本钱Cij,从至,机床,1,2,3,4,5,6,机床1,0,4,4,6,4,5,2,4,0,2,5,2,3,3,4,2,0,5,3,3,4,6,5,5,0,5,8,5,4,2,3,5,0,4,6,5,3,3,8,4,0,各机床间间隔矩阵,d,ij,从至,机床,1,2,3,4,5,6,机床1,0,1,1,1,2,1,2,1,0,1,1,1,1,3,1,1,0,1,1,1,4,1,1,1,0,3,1,5,2,1,1,3,0,2,6,1,1,1,1,2,0,23,改进生成树算法求解过程,从至,机床,1,2,3,4,5,6,机床1,0,160,320,126,248,450,2,160,0,144,60,48,84,3,320,144,0,70,123,27,4,126,60,70,0,105,96,5,248,48,123,105,0,124,6,450,84,27,96,124,0,首先由搬运量fij及单位距离搬运本钱Cij求出单位距离物料搬运矩阵F，如下表：,24,改进生成树算法求解过程,步骤,i,*,j,*,p,*,q,*,f,i,*,j,*,/f,p,*,q,*,布局,消去行/列,1）,1,6,450,t,1,t,6,2,）,1,6,1,3,320,t,3,t,1,t,6,1,3,）,3,6,3,2,144,t,2,t,3,t,1,t,6,3,4,）,2,6,6,5,124,t,2,t,3,t,1,t,6,t,5,6,5,）,5,5,5,4,105,t,2,t,3,t,1,t,6,t,5,t,4,5,利用单位距离物料搬运矩阵F，经过数次布置，得出机床排列次序，如以下图：fp*q*=maxfi*k，fj*l,25,设施布置问题CORELAP程序,CORELAP程序实际上就是计算机化的SLP。步骤：,1根本要素分析；,2相互关系分析；,3)计算综合接近程度TCRij；,4)作业单位排序；,5)位置布置，计算各位置分数，将作业单位布置在位置分数最高的位置上。,26,示例一：机械厂的作业单位建筑物汇总表,举例：,某机械厂由11个作业单位组成，利用,CORELAP,程序,方法，对该厂进行平面布置。,27,建立作业单位综合相互关系表例如,28,1、计算综合接近程度：,将作业单位综合相互关系表变换成类似于从至表一样的,三角矩阵，然后量化关系等级。,例如：机械厂,综合接近程度,排序表,CORELAP,的计算过程,29,设施布置问题面向改进型系统布置程序CRAFT,CRAFT，计算机辅助设施相对定位技术在原有布置方案上求得改进布置，得到一个以降低系统物流搬运本钱的布置方案。步骤：,1给定物料搬运结果矩阵，给定初始布置方案，计算物料搬运费用；,2位置交换、费用比较、选择优化方案；,3)重复上述步骤，直至物料搬运费用不再减小。,30,CRAFT举例,举例：,等面积设备布置问题。如图有,A、B、C、D,四个地点，分别用,P,1,P,2,P,3,P,4,，,表示，在四个地点布置四台机床，分别用,t,1,t,2,t,3,t,4,表示。假设四台机床的占地面积相等，可以布置在任一地点上。,A,B,C,D,31,A,B,C,D,加工工艺从至表,0,1,2,3,P,4,1,0,1,2,P,3,2,1,0,1,P,2,3,2,1,0,P,1,P,4,P,3,P,2,P,1,从至,地点对之间的物料搬运距离,0,70,10,100,P,4,70,0,30,20,P,3,10,30,0,50,P,2,100,20,50,0,P,1,P,4,P,3,P,2,P,1,从至,地点对之间的物料搬运量,32,CRAFT计算过程1,成对地交换设备的布置地点，来改善,初始布置方案,。,迭代次数,i,j,布置方案,搬运费用,优选方案,1,1,2,t,2,t,1,t,3,t,4,430,3,t,3,t,2,t,1,t,4,450,4,t,4,t,2,t,3,t,1,600,2,3,t,1,t,3,t,2,t,4,600,4,t,1,t,4,t,3,t,2,410,3,4,t,1,t,2,t,4,t,3,450,33,CRAFT计算过程2,迭代次数,i,j,布置方案,搬运费用,优选方案,2,1,2,t,4,t,1,t,3,t,2,420,3,t,3,t,4,t,1,t,2,370,4,t,2,t,4,t,3,t,1,510,2,3,t,1,t,3,t,4,t,2,510,4,t,1,t,2,t,3,t,4,510,3,4,t,1,t,4,t,2,t,3,440,34,CRAFT计算过程3,迭代次数,i,j,布置方案,搬运费用,优选方案,3,1,2,t,4,t,3,t,2,t,1,430,3,t,4,t,3,t,1,t,2,410,4,t,2,t,4,t,1,t,3,460,2,3,t,3,t,1,t,4,t,2,460,4,t,3,t,2,t,1,t,4,450,3,4,t,3,t,4,t,2,t,1,450,35,计算机辅助设施布置建模,的假设不合理,设备之间的流量是的固定数量；,布置问题在方案期内看作是静态问题；,布置的目标仅仅是物流费用最小等等。,36,系统化厂房布置SLP,在众多的布置方法中，以R缪瑟提出的系统布置设计SLP(Systematic Layout Planning最为著名，条理清晰、考