高设备利用率，缩短物流路线，减少在制品数量，是如今较为先进的种布置方式，适用于多品种的中小批量生产。车床钻床磨床铣床装配焊接装配涂装压力机床车床钻床仓库压力机床装配仓库磨床钻床装配钻床磨床图按成组生产原则布置车间的高效运作离不开个优良的布局，本文将在后续布局设计中对比上述四种布局形式，根据实际情况调整车间布局。车间布局约束研究约束条件在布局设计这个问题中具有十分重要的意义，因为实质上，布局设计问题的求解过程就是合理处理约束条件的过程。般地，约束条件分为两类硬约束与软约束。硬约束，指的是问题中必须被满足的约束条件，例如设备间不干涉约束，因此又称为强约束软约束，指的是在问题中定程度上被满足的约束条件，中国矿业大学届本科生毕业论文第页有不满足满足十分满足几种状态，又被称为弱约束。本文研究的模型约束将在后续章节作详细介绍。车间布局模型的构建与约束车间布局模型的几何结构车间布局的几何结构可归为以下五种基本形式直线单行布局直线多行布局环形布局形布局以及蛇形布局。如下图所示。直线单行布局环形布局蛇形布局直线多行布局形布局图车间布局模型拓扑结构基本形式车间布局模型的目标函数本文以卡特彼勒郑州总装车间为模板，主要生产各种类型的液压支架，需要根据装配流程布置设备，为符合实际情况同时方便后续程序编写，采用直线多行布局结构进行建模。设定总装车间为个长为宽为的矩形，本文旨在寻求车间布局的最优解，这里采用最小化车间的物流搬运成本作为目标函数车间内的物流活动般都采用中国矿业大学届本科生毕业论文第页统的叉车，为防止叉车搬运路线交叉，其运行路线采用直线行驶较为经济，距离采用折线距离较为合理由于该车间面积较大且生产的液压支架为属于大型产品，众多部件及所需设备纷繁复杂，因此参考装配流程可将主要部件的装配合为个矩形区域，区域内含有相关装配设备，且般装配线中设备按照装配流程集中布置较为合理，故以此简化该问题。建模需要考虑三个方面目标函数的意义确定装配区之间的搬运距离保证装配区互不干涉。首先建立如图问题模型图线性多行布局问题模型由上述模型，建立如下目标函数，即式装配区之间的距离表达式如下装配区横坐标求解公式设备纵坐标求解公式,如果,中国矿业大学届本科生毕业论文第页车间布局模型的约束分析横坐标和纵坐标满足求同行装配区不重叠约束条件，即,其中其他,行上在装配区,同时要求个装配区只能出现次，即,其中为总物流成本为装配区的总数量为布局的总行数为装配区的长度为装配区和之间的横向最小间距要求为装配区和车间边界的横向最小间距要求为装配区和或边界之间的净距离，取值范围为为装配区行间距为第行装配区到车间下边界的距离为装配区中心的横坐标为装配区中心的纵坐标为装配区和之间的单位物料每单位距离的搬用费用为装配区和之间的物流量为装配区和之间的矩形距离。总装车间生产现状分析总装车间生产现状总装分厂于年月组建于北三环中储仓库，厂房面积约万。随着公司的发展壮大，总装分厂于年月份搬迁至公司荥阳制造基地，厂房面积跃扩大到万。总装分厂是公司重要的分厂之，是液压支架生产最后道工序中国矿业大学届本科生毕业论文第页的完成者。主要承担液压支架零部件的表面处理阀管件压力检验胶管扣押及支架的安装调试工作。目前装配的最大支架高度米，年产能达到万架以上，并能实现米以内工作面的三机整体联调，图即为总装车间。图总装车间图总装分厂长米，宽米，厂房面积约万，能同时满足套支架的在场装配，月产能达万吨，是行业内最大的支架装配车间。根据章所建立模型的要求，车间各装配区需要根据装配流程划分，其流程如图所示。开始底座安装推移机构安装立柱安装立柱液控单向阀扣掩护梁扣顶梁连接顶梁与掩护梁，安装附件安装支架液压系统支架质量检测储存区待发顶梁领料检查安装组件安装液压件掩护梁领料检查安装组件安装液压件中国矿业大学届本科生毕业论文第页图液压支架装配流程图根据上述流程及结合实际情况可将其划分为以下装配区推移机构装配区立柱装配区掩护梁组件及液压件装配区顶梁组件及液压件装配区掩护梁扣装区顶梁扣装区支架液压系统装配区喷漆区质检调试区⑩支架存放区⑪供应链库房提供标准件紧固件胶管等。以上相应装配区的面积见下表。表总装车间各装配区面积装配区面积推移机构装配区立柱装配区掩护梁组件及液压件装配区顶梁组件及液压件装配区掩护梁扣装区顶梁扣装区支架液压系统装配区喷漆区质检调试区⑩支架暂存区⑪供应链库房总装车间现有布局如下图。图总装车间现有布局示意图其物流路线如图。中国矿业大学届本科生毕业论文第页图总装车间物流路线图生产现状分析由图及可知，总装车间现有布局存在下列问题供应链库房距离所供应的装配区装配区略远，由于液压支架装配过程复杂，所需零部件较多，因此物流活动较为频繁。现有布局不仅物流搬运成本高，而且也会对物料移动的流畅性上造成定程度的影响，导致生产能力降低。喷漆区工作完成后，液压支架则进行质检调试阶段，而结合布局图以及物流路线图可看出，喷漆区与质检调试区之间的距离过远，由于在喷漆完成后基本已为成品，而液压支架本身为较大型产品，因此这阶段物流量必定也较大，若两者距离也较长则势必大量增加物流成本，这点亟待改进。设计之初未考虑重要影响因素，现有布局缺乏科学系统的规划，对于环境的适应性较差。车间布局遗传算法的求解与实现遗传算法的原理及应用遗传算法基本原理遗传算法从随机产生组初始解开始搜索寻优，这组解集称为种群。种群中的每个个体都是个问题的解，被称为染色体。中国矿业大学届本科生毕业论文第页其中，染色体通过编码符号表示，在迭代过程中不断改进，即遗传过程。在这个过程中，每代都会采用适应度值这个指标的大小评判染色体的优劣，进化将会选择适应度值高的染色体生成下代，称为后代。后代则是由前代通过交叉和变异操作产生。这样，经过若干代的操作后，最终得到收敛于最优的染色体，即目标函数的最优解。车间布局问题的求解步骤遗传算法有着个通用的求解框架，对于求解本文研究问题上其主要步骤为确定各项算法参数随机产生初始种群确定目标函数以及适应度函数如果初始染色体即可满足停止条件，那么便将它作为问题的最优解输出，问题求解完成如果不能满足停止条件，那么便根据选择算子选择下代种群对种群中的染色体进行交叉操作，产生新染色体对种群中的染色体进行变异操作，产生新染色体重新计算种群中染色体的适应度值，判断新代染色体是否满足停止条件如果满足停止条件，那么便将其作为最优解输出，否则返回步骤继续求解。求解步骤流程如图所示。开始定义参数编码产生初始种群计算适应度值是否满足停止条件输出最优解结束交叉操作选择变异操作图遗传算法求解主要步骤中国矿业大学本科生毕业论文姓名学号学院矿业工程学院专业工业工程论文题目基于遗传算法的装配线车间布局设计研究指导教师职称二五年六月徐州摘要车间布局设计直以来是制造业中的个重要的研究领域，个优良的车间布局能够在极大程度上为企业节省物流成本，提升经济效益，而传统的方法求解存在弊端，因此本文选用智能算法以及相关软件对卡特彼勒郑州总装车间进行布局设计。本文以总装车间的布局为研究对象，首先根据装配的作业流程划分明确的作业单位并确定相应面积，绘制现有布局的示意图，分析现有布局存在的各项问题，确定研究的必要性。而后，建立个线性多行布局模型，提出基于实际情况的约束条件与参数，利用当量系数法处理数据得到物流量矩阵，又以最小物流成本为目标函数，合理设计选择算子交叉算子以及变异算子，在中编写相应程序，在次运行的结果中选择个最优解作为最优布局输出。考虑到缺少现有布局中作业单位的间距数据，无法直接计算验证此布局的合理性，因此借助连续的多行布局模型，在中建模生成现有布局以及中输出的原理及应用遗传算法基本原理车间布局问题的求解步骤遗传算法求解操作制定编码策略产生初始种群定义适应度函数车间情况分析选择算子交叉算子变异算子迭代停止条件基于的算法实现初始条件设置