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设施规划与物流分析 管工系 曾敏刚,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, 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。,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 ,如图所示。,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:机床互不干涉,即 1)|xi xi| dij ( li li )/2 2)xi 0 ,i1,2,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。,-14-,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COFAD II和COFAD III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。,加工工艺从至表,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510,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。,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 * =maxfi *k , fj*l 若p* = i* ,则将机床t q * 与机床ti *相邻布置,记为t q * , ti , tj ;否则, p* = j* ,则将机床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。,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:,各机床间物料搬运量fij,单位距离搬运成本Cij,各机床间间隔矩阵dij,改进生成树算法求解过程,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,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 * =maxfi *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。,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),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。,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。,加工工艺从至表,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。,CRAFT计算过程2,CRAFT计算过程3,计算机辅助设施布置建模的 假设不合理,设备之间的流量是已知的固定数量; 布置问题在计划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。,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() 。 (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,设计者要根据约束条件自己调整方案。 发展趋势:战略设施规划SFP(Strategic facilities planning),-39-,下次课内容,物料搬运系统,作业2(6月26日交),
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