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        基于模糊理論的混合布局設(shè)備單元?jiǎng)澐?/h1>
        2013-05-25 08:29:56宓為建徐子奇
        關(guān)鍵詞:設(shè)備

        周 娜,宓為建,徐子奇

        (上海海事大學(xué)物流工程學(xué)院,上海 201306)

        目前,關(guān)于設(shè)備混合布局沒有統(tǒng)一的表述,但有一點(diǎn)內(nèi)容是相同的,就是混合布局是指在車間內(nèi),并非只有單一的布局存在,它是多種設(shè)備布局形式的綜合.由于設(shè)備混合布局綜合了各種類型的布局,所以,設(shè)備混合布局適合各種類型的生產(chǎn),并且系統(tǒng)柔性高、效率高、單位產(chǎn)品成本低,但缺點(diǎn)是系統(tǒng)過于復(fù)雜.所以,關(guān)于設(shè)備混合布局形式的研究文獻(xiàn)很少.

        考慮到設(shè)備混合布局存在布局形式表達(dá)、建模與求解困難等一系列問題,本文引入設(shè)備單元布局,通過設(shè)備單元的求解間接求解設(shè)備混合布局問題.但是,目前多單元布局的求解多分為單元內(nèi)求解和單元間求解兩步進(jìn)行,而單元內(nèi)的設(shè)備構(gòu)成多在單元布局設(shè)計(jì)前假定已確定.實(shí)際上,設(shè)備單元構(gòu)成對(duì)多單元布局設(shè)計(jì)非常重要,關(guān)系到單元布局優(yōu)化方案的好壞.而文獻(xiàn)[1-2]在單元布局方案設(shè)計(jì)前都假定單元已經(jīng)劃分好,單元內(nèi)設(shè)備已確定,而實(shí)際上如何劃分單元至今沒有成熟的理論.

        模糊聚類分析的實(shí)質(zhì)是按照事務(wù)之間的某種相似性將其劃分為若干類,使類內(nèi)相似性大類間相似性?。?].相關(guān)研究有,王偉[4]得出不同 λ 值下砒砂巖的聚類數(shù)量;孫宇鋒[5]得出將8 種期刊分為4類時(shí) λ 值為 0.89.

        因此,本文采用模糊理論利用設(shè)備間在某種特性上的模糊關(guān)系對(duì)設(shè)備單元進(jìn)行劃分,設(shè)計(jì)了設(shè)備單元?jiǎng)澐值牟襟E,并以某日化企業(yè)的面膜生產(chǎn)車間為研究對(duì)象,詳細(xì)闡述了利用模糊理論進(jìn)行設(shè)備單元?jiǎng)澐值倪^程.該方法簡單、實(shí)用,容易理解和掌握.

        1 模糊理論的設(shè)備單元?jiǎng)澐诌^程

        傳統(tǒng)的單元構(gòu)建方法一般以單元間工件流的最小化為主要優(yōu)化目標(biāo),并采用機(jī)器-零件關(guān)系矩陣 (Machine-Component Incidence Matrix,MCIM)[aij]為基本數(shù)據(jù)表達(dá)方式[2].矩陣中元素aij定義為

        然而,由于設(shè)備-產(chǎn)品關(guān)系矩陣在信息描述方面的局限性,這類方法普遍存在如下缺點(diǎn)[6]:①?zèng)]有考慮產(chǎn)品加工順序?qū)ξ锪鞯挠绊?,例如,若某中間工藝步驟需要訪問外部單元中的設(shè)備,則產(chǎn)品實(shí)際上需要在單元間往返兩次;②沒有考慮產(chǎn)品非連續(xù)性訪問同一加工設(shè)備對(duì)物流效率的影響;③沒有考慮產(chǎn)品批量的因素,實(shí)際生產(chǎn)中各種待加工產(chǎn)品的生產(chǎn)批量一般有較大差異,減少單元間產(chǎn)品運(yùn)輸量有利于簡化物料搬運(yùn);④沒有考慮物料搬運(yùn)費(fèi)用問題,物料搬運(yùn)費(fèi)用不僅與物流量有關(guān),而且與物料體積、質(zhì)量、物料搬運(yùn)距離有關(guān).

        因此,設(shè)備間關(guān)系很難定性描述,說明設(shè)備之間的關(guān)系具有一定的模糊性,這增加了車間設(shè)備單元?jiǎng)澐值碾y度.本文為了解決這一難題引入了模糊理論,以各設(shè)備之間在某種特性上的模糊關(guān)系為依據(jù)進(jìn)行設(shè)備單元?jiǎng)澐?

        基于模糊理論的設(shè)備單元?jiǎng)澐只舅枷胧菢?gòu)造車間所有設(shè)備的模糊關(guān)系矩陣,運(yùn)用模糊聚類法將關(guān)系緊密的設(shè)備聚在一起,進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃,并通過置信水平λ 的變化率找出最優(yōu)的模糊聚類,即實(shí)現(xiàn)了設(shè)備單元的劃分.

        基于模糊理論的設(shè)備單元?jiǎng)澐植襟E如下:

        步驟1:擬定設(shè)備分類特性指標(biāo)和評(píng)價(jià)等級(jí).設(shè)備模糊分類的特性指標(biāo)設(shè)置為{加工功能,設(shè)備密切程度},評(píng)價(jià)等級(jí)設(shè)置為{非常相似(密切),較相似(密切),一般相似(密切),不相似(密切)},為了方便比較,將評(píng)價(jià)等級(jí)數(shù)值化,對(duì)應(yīng)為{0.8,0.6,0.4,0.2}.專家可以根據(jù)評(píng)價(jià)等級(jí)進(jìn)行相應(yīng)打分,進(jìn)而可得設(shè)備模糊關(guān)系聚類矩陣R.

        步驟2:模糊聚類.運(yùn)用傳遞閉包法將模糊相似矩陣R 轉(zhuǎn)化為模糊等價(jià)關(guān)系矩陣,根據(jù)設(shè)置的不同置信水平λ,得到不同的聚類效果,并畫出不同置信水平下的聚類效果圖.

        步驟3:尋找最優(yōu)聚類.雖然得到了不同置信水平λ 下的聚類效果,但無法確定最佳的聚類數(shù)量.此時(shí)需要選擇一個(gè)最為可靠的置信水平λ,通過λ的變化率μi來找尋最佳聚類,變化率最大的聚類便是最佳聚類.

        式中:i為 λ 從大到小的聚類次數(shù);ni和ni-1分別為第i次和第i- 1 次的聚類數(shù);λi和 λi-1分別為i次和i-1 次聚類時(shí)的置信水平.

        2 實(shí)例應(yīng)用

        以某日化企業(yè)的面膜生產(chǎn)車間設(shè)備布局為例進(jìn)行分析.車間不同設(shè)備符號(hào)對(duì)應(yīng)的設(shè)備名稱:Mi={罐裝、封口、檢驗(yàn)、滾壓、裝盒、打碼、煙包、裝封箱、貼標(biāo)簽、托盤},i=1,2,…,10.

        設(shè)備間的相互密切關(guān)系由相關(guān)的技術(shù)人員和專家提供,它們的關(guān)系可用模糊相似矩陣R 表示為

        對(duì)模糊相似矩陣R 進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后得到:

        令閾值 λ 分別取 0.8,0.6,0.4,0.2,寫出 Rλ并按λ 分類.各設(shè)備間歸為同一類的充要條件是Rλ=1.

        從以上的聚類結(jié)果可以看出:

        (1)當(dāng)0.8<λ≤1.0 時(shí),設(shè)備分成 5 類:[{M1M2},{M3M4M5},{M6M7},{M8},{M9M10}].

        (2)當(dāng)0.6<λ≤0.8 時(shí),設(shè)備分成 4 類:[{M1M2M3M4M5},{M6M7},{M8},{M9M10}].

        (3)當(dāng)0.4<λ≤0.6 時(shí),設(shè)備分成3類:[{M1M2M3M4M5},{M6M7M8},{M9M10}].

        (4)當(dāng)0.2<λ≤0.4 時(shí),設(shè)備分成3類:[{M1M2M3M4M5},{M6M7M8},{M9M10}].

        由模糊聚類結(jié)果畫出設(shè)備動(dòng)態(tài)模糊聚類圖如圖1所示.

        圖1 設(shè)備動(dòng)態(tài)模糊聚類圖Fig.1 Facility dynamic fuzzy clustering

        根據(jù)最優(yōu)聚類公式(2)和公式(3)可得μ1=

        從計(jì)算結(jié)果可以看出:μ2= μ3> μ1,所以,最佳聚類水平是λ=0.8 或λ=0.6,對(duì)應(yīng)的最佳聚類數(shù)量為 4 或 5,即 [{M1M2M3M4M5},{M6M7},{M8},{M9M10}]或 [{M1M2},{M3M4M5},{M6M7},{M8},{M9M10}].

        3 結(jié)語

        考慮到混合布局設(shè)備單元?jiǎng)澐值闹匾院屠щy性,而設(shè)備混合布局方案設(shè)計(jì)過程中往往忽略了設(shè)備單元?jiǎng)澐值牟蛔?本文運(yùn)用模糊理論以設(shè)備間在某種特性上的模糊關(guān)系為依據(jù)對(duì)設(shè)備單元進(jìn)行劃分,闡述了設(shè)備單元?jiǎng)澐值牟襟E,并以具體實(shí)例詳細(xì)說明了如何利用模糊理論進(jìn)行設(shè)備單元?jiǎng)澐?該方法不僅適用于設(shè)備單元?jiǎng)澐?,同樣適用于產(chǎn)品等類似對(duì)象的單元?jiǎng)澐?

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