系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)交互式實(shí)驗(yàn)平臺研究與實(shí)現(xiàn)

李乃梁+++任為+++高俊

【摘要】從設(shè)施規(guī)劃課程教學(xué)目的出發(fā)，將遺傳算法與禁忌搜索算法應(yīng)用于定量型SLP法設(shè)計(jì)中，用VB.NET和SQL Server開發(fā)一個(gè)廠區(qū)布局智能CAD實(shí)驗(yàn)平臺。介紹了該實(shí)驗(yàn)平臺的總體框架、功能模塊、定量型SLP法和關(guān)鍵技術(shù)等。該實(shí)驗(yàn)平臺的應(yīng)用不僅提高了學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識的能力，還激發(fā)學(xué)生根據(jù)布置條件、最新生產(chǎn)管理理念進(jìn)行創(chuàng)新的意識，對培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力、研究能力和創(chuàng)新能力有著積極作用。

【關(guān)鍵詞】設(shè)施規(guī)劃 ； 實(shí)驗(yàn)平臺 ； SLP ； 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) ； 仿真

【課題項(xiàng)目】中國礦業(yè)大學(xué)課程建設(shè)與教學(xué)改革項(xiàng)目（201101）。

【中圖分類號】TP311.52 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B 【文章編號】2095-3089（2015）35-0051-02

工業(yè)工程（industrial engineering， IE）專業(yè)是伴隨著工業(yè)化和社會化生產(chǎn)方式發(fā)展起來的產(chǎn)物[1]。設(shè)施規(guī)劃與設(shè)計(jì)，起源于早期制造業(yè)的工廠設(shè)計(jì)，是工業(yè)工程的重要分支[2]?！?012版本科培養(yǎng)方案”把其列為研究型課程，該課程需要研究型實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)。研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的研究性，故又稱研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，研究性表現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、方法、技術(shù)和過程上面[3]?！霸O(shè)施布置設(shè)計(jì)”是該課程的主體內(nèi)容之一，也是教學(xué)難點(diǎn)。

1.布置設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)

布置設(shè)計(jì)可以理解為將n個(gè)設(shè)備放置到n個(gè)位置上，其中每個(gè)位置上能且僅能放置一臺設(shè)備，共有n！個(gè)選擇。因此，布置問題是典型的二次分配問題（quadratic assignment problem， QAP）[5]。SLP法是目前解決設(shè)施布置問題運(yùn)用較為廣泛的方法，也是國內(nèi)外各高校主要講解的布置設(shè)計(jì)方法。應(yīng)用SLP技術(shù)手工完成布置和調(diào)整十分繁瑣，并且它提供的布置方案少，不能同時(shí)滿足時(shí)間和尋優(yōu)需求。

1.1 系統(tǒng)總體框架

系統(tǒng)采用VS環(huán)境下的VB編程技術(shù)，結(jié)合數(shù)據(jù)庫存儲技術(shù)，并且融合了改進(jìn)的SLP方法和人工智能算法。用戶輸入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)過分析計(jì)算后由自動布局模塊得出物流成本最小的方案，布局輸出模塊控制CAD自動繪制廠區(qū)布置圖，同時(shí)輸出各方案的相關(guān)參數(shù)，提供設(shè)計(jì)人員初選，再將初選方案進(jìn)行三維及物流仿真，根據(jù)三維效果和物流仿真分析進(jìn)行方案再選，最后由人工修正形成最終布局方案圖。系統(tǒng)能夠自動獲取數(shù)據(jù)，自動生成方案，設(shè)計(jì)過程和結(jié)果進(jìn)行智能顯示，體現(xiàn)出良好的人機(jī)智能交互界面。

1.2改進(jìn)SLP法—定量型SLP法

SLP是一種以作業(yè)單位物流與非物流的相互關(guān)系分析為主線的規(guī)劃設(shè)計(jì)方法，采用一套表達(dá)力極強(qiáng)的圖例符號和簡明表格通過一套條理清晰的設(shè)計(jì)程序進(jìn)行工廠布置設(shè)計(jì)的方法。這種方法被設(shè)施設(shè)計(jì)人員與生產(chǎn)管理人員廣泛采用，實(shí)踐效果良好。

然而傳統(tǒng)SLP法在多個(gè)設(shè)計(jì)過程中過于側(cè)重以經(jīng)驗(yàn)為主導(dǎo)，而且設(shè)計(jì)人員對方案的設(shè)計(jì)繪制工作量大，對人的綜合能力要求高，不能使得該方法簡便運(yùn)用于實(shí)踐。

1.3實(shí)驗(yàn)平臺功能模塊

實(shí)驗(yàn)平臺的功能模塊，包括項(xiàng)目管理模塊，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊、數(shù)據(jù)計(jì)算分析模塊、結(jié)果輸出模塊和仿真模塊。

數(shù)據(jù)計(jì)算模塊的主要功能是實(shí)現(xiàn)SLP法的主體計(jì)算、非物流因素參數(shù)的量化以及相關(guān)工藝流程圖的整合分析，其具體內(nèi)容為：

（1）SLP法中的主體計(jì)算主要是根據(jù)基礎(chǔ)模塊中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行物流量計(jì)算、非物流關(guān)系計(jì)算、物流與非物流綜合關(guān)系的計(jì)算。

（2）對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中產(chǎn)品的工藝明細(xì)進(jìn)行分析和整理，形成工藝流程圖，以標(biāo)準(zhǔn)的工藝流程圖格式輸出。

結(jié)果輸出模塊在定量型SLP法的基礎(chǔ)上融合計(jì)算機(jī)的運(yùn)用，通過建立以物流成本為參照的數(shù)學(xué)模型，選取遺傳算法和禁忌搜索算法，以物流與非物流綜合關(guān)系為基礎(chǔ)，在快速計(jì)算過程中形成的諸多可行方案中不斷遍歷擇優(yōu)，每個(gè)算法形成三個(gè)實(shí)際物流成本相對較小的方案。

2.方案圖布置

本系統(tǒng)采用智能算法進(jìn)行廠區(qū)的設(shè)施布置，故此構(gòu)建以成本為目標(biāo)函數(shù)的方案圖布置模型。成本由物流關(guān)系與非物流關(guān)系的綜合物流量、物流路徑及標(biāo)準(zhǔn)物流主體的單位物流成本構(gòu)成。以坐標(biāo)系的第一象限為基礎(chǔ)，在給定的區(qū)域面積內(nèi)，放置各作業(yè)單位，以作業(yè)單位的幾何中心作為基點(diǎn)，以其邊長和安全距離作為限定條件，建立考慮作業(yè)單位安全距離及走到順暢的最小成本布置模型。

3.結(jié)束語

系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)交互式實(shí)驗(yàn)平臺的建設(shè)彌補(bǔ)了我?！霸O(shè)施規(guī)劃與物流分析”教學(xué)中系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的空白，完善了我校綜合型工業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。該實(shí)驗(yàn)平臺將“設(shè)施規(guī)劃”、“計(jì)算機(jī)語言編程”、“CAD二次開發(fā)”、“智能優(yōu)化算法”“人機(jī)工程”和“系統(tǒng)仿真”等多門課程知識集成。

參考文獻(xiàn)

[1]羅宜美，齊二石，楊文生.工業(yè)工程應(yīng)用趨勢研究[J].高等工程教育研究， 2005（4）：69-71.

[2]王家善.設(shè)施規(guī)劃與設(shè)計(jì)[J].工業(yè)工程， 1998，1（1） ：11，13.

[3]王葉，馬國紅，閻曉娜.研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，28（4）：101

作者簡介：李乃梁（1973-）， 男， 河北泊頭人，副教授，博士研究生， 研究方向?yàn)橄到y(tǒng)工程、物流工程。endprint