设施规划与物流分析

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图表法设施布置技术螺旋法路程图法关系图法（SLP）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佳厂址，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。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设施布置问题－最优算法二次分配问题模型（QAP,QuadraticAssignmentproblem）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。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，i＝1，2，…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，如图所示。xjlixiljdij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。||min111jininijijijxxfcZ约束条件为：机床互不干涉，即1）|xi－xi|≥dij＋（li＋li）/22）xi≥0，i＝1，2，…n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。),...,2,1,...,2,1...(01),...,2,1...(1),...,2,1...(1min111111njmixmixnjxxxfcZijnjijmiijklijmknlikjlminj；或-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成本的布置方案）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成本评价，得到更全面的设计方案，针对不同的物流系统，COFAD有COFADII和COFADIII等）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。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P1,P2,P3,P4，表示，在四个地点布置四台机床，分别用t1,t2,t3,t4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。ABCDABCD加工工艺从至表0123P41012P32101P23210P1P4P3P2P1从至地点对之间的物料搬运距离07010100P47003020P31030050P210020500P1P4P3P2P1从至地点对之间的物料搬运量穷举法的计算过程列出所有24个布置方案例如，排列t1,t2,t3,t4搬运成本为510t1t2t3t4穷举法的计算过程t2t1t4t3列出所有24个布置方案例如，排列t1,t2,t3,t4搬运成本为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。搬运成本为370。t3t4t1t2设施布置问题－面向新建型系统布置程序根据某种规则，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*=max{fi*k，fj*l}若p*=i*，则将机床tq*与机床ti*相邻布置，记为{tq*，ti，tj}；否则，p*=j*，则将机床tq*与机床tj*相邻布置，记为{ti，tj，tq*}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。改进生成树算法举例举例：已知某一生产线由6台机床组成，各机床间物料搬运量fij及单位距离搬运成本Cij以及各机床间间隔矩阵dij分别如下：从至机床123456机床1040802162902400721224283807201441942112140211256224412103169028912310各机床间物料搬运量fij单位距离搬运成本Cij从至机床123456机床104464524025233420533465505854235046533840各机床间间隔矩阵dij从至机床123456机床101112121011113110111411103152113026111120改进生成树算法求解过程从至机床123456机床101603201262484502160014460488433201440701232741266070010596524848123105012464508427961240首先由搬运量fij及单位距离搬运成本Cij求出单位距离物料搬运矩阵F，如下表：改进生成树算法求解过程步骤i*j*p*q*fi*j*/fp*q*布局消去行/列1）16450t1t62）1613320t3t1t613）3632144t2t3t1t634）2665124t2t3t1t6t565）5554105t2t3t1t6t5t45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，如下图：fp*q*=max{fi*k，fj*l}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）基本要素分析；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。序号作业单位名称用途建筑面积备注1原材料库储存钢材、铸锭20*30露天2铸造车间铸造12*243热处理车间热处理12*124机加工车间车、铣、钻12*365精密车间精镗、磨销12*366标准件、半成品库储存外构件、半成品12*247组装车间组装转向器12*368性能试验室转向器性能检验12*129成品库成品储存12*1210办公、服务楼办公、食堂等80*6011设备维修车间机床维修12*24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。建立作业单位综合相互关系表（示例）设备维修车间作业单位名称原材料库铸造车间热处理车间机加工车间精密车间半成品库组装车间性能实验室成品库办公、服务楼UUOUOEEIEOIIEIIAAOUUUUUUIOUIOUOXUUUUUXUUOOOXUXUUXUUOUUU作业单位代号1（原材料库）2（铸造车间）3（热处理）4（机加工）5（精密车间）6（标准件库）7（组装车间）8（试验室）9（成品库）10（办公楼）11（维修车间）1A/4I/2I/2U/0UUUUUU2A/4UE/3X/（-1）UUXUXO3I/2UIO/1UUXUXO4I/2E/3I/2E/3I/2UUUOO5U/0XO/1EEUUUOO6U/0UUIEAUUUU7U/0UUUUAAOIO8U/0XXUUUAEIU9U/0UUUUUOEOU10U/0XXOOUIIOO11U/0OOOOUOUUO综合接近程度8541489127566排序5941432610781、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。示例：机械厂综合接近程度排序表CORELAP的计算过程设施布置问题－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成本的布置方案）。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。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P1,P2,P3,P4，表示，在四个地点布置四台机床，分别用t1,t2,t3,t4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。ABCDABCD加工工艺从至表0123P41012P32101P23210P1P4P3P2P1从至地点对之间的物料搬运距离07010100P47003020P31030050P210020500P1P4P3P2P1从至地点对之间的物料搬运量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ij布置方案搬运费用优选方案112t2t1t3t44303t3t2t1t44504t4t2t3t160023t1t3t2t46004t1t4t3t241034t1t2t4t3450CRAFT计算过程2迭代次数ij布置方案搬运费用优选方案212t4t1t3t24203t3t4t1t23704t2t4t3t151023t1t3t4t25104t1t2t3t451034t1t4t2t3440CRAFT计算过程3迭代次数ij布置方案搬运费用优选方案312t4t3t2t14303t4t3t1t24104t2t4t1t346023t3t1t4t24604t3t2t1t445034t3t4t2t1450计算机辅助设施布置建模的假设不合理1.设备之间的流量是已知的固定数量；2.布置问题在计划期内看作是静态问题；3.布置的目标仅仅是物流费用最小等等。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(SystematicLayoutPlanning）最为著名，条理清晰、考虑完善(包含定性和定量因素)，因而被广泛采用；这种方法不仅适用于工厂和生产系统设计，还可以用于医院、学校，百货商店、办公楼等设施设计。系统化厂房布置SLP的不足(1)现在的系统日趋复杂，应用系统布置设计技术手工完成布置和调整十分繁琐，此时，既要满足时间性又要满足最优性是不现实的。(2)传统的系统布置设计技术不太适合企业流程再造(ＢＰＲ)。(3)系统布置设计技术提供的布置方案太少。在初步方案确定后，设计者