PAGEPAGE15基于SLP的企業(yè)車間布局優(yōu)化研究的相關(guān)理論基礎(chǔ)綜述1設(shè)施布置理論1.1設(shè)施布置的概念和方法（1）設(shè)施布置的概念一般意義上的設(shè)施是人們?yōu)榱颂囟康木奂谝黄鸬慕ㄖ29]，在設(shè)施內(nèi)進(jìn)行的活動(dòng)通常也需要各種設(shè)備（家具、機(jī)器、材料等）的存在和使用，管理良好的設(shè)施是實(shí)現(xiàn)更高生產(chǎn)率的一種手段，這激發(fā)了人們對(duì)設(shè)施布局的深入研究[30]。設(shè)施布置是指在確定的生產(chǎn)作業(yè)區(qū)域內(nèi)根據(jù)企業(yè)實(shí)際的生產(chǎn)計(jì)劃和設(shè)定的業(yè)務(wù)目標(biāo)，針對(duì)生產(chǎn)流程中所涉及到的原材料入庫(kù)、零部件組裝以及最終產(chǎn)品檢測(cè)、包裝到發(fā)貨的過程中所相關(guān)的物料、人員和作業(yè)單元進(jìn)行合適的分配管理，以獲得最大的生產(chǎn)效率[31]。（2）設(shè)施布置的方法常用的車間設(shè)施布置方法主要四種，分別是擺樣法、系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)法(SLP)、數(shù)學(xué)模型法和圖解法，以下將進(jìn)一步對(duì)四種方法進(jìn)行介紹：1）擺樣法擺樣法是一種將需要研究的對(duì)象如機(jī)械設(shè)備、生產(chǎn)車間、通道等按照一定的比例制作成樣片擺放在在二維平面內(nèi)進(jìn)行模擬的方法，通過分析比較不斷調(diào)整樣片的位置，最終找到合適的布置方案[32]。擺樣法是使用最早的布局方法，其容易操作，但實(shí)際運(yùn)用過程中會(huì)花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間且結(jié)果具有不確切性。2）系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)法（SLP）系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)是MUTHER.R于20世紀(jì)60年代提出來的一種布置方法，該方法將作業(yè)單元關(guān)系分為物流關(guān)系和非物流關(guān)系，并通過作業(yè)單元間相關(guān)關(guān)系分析和等級(jí)劃分，使設(shè)施布置的發(fā)展由定性階段擴(kuò)展到定量階段，是目前車間布局優(yōu)化中常用的方法[33]。3）數(shù)學(xué)模型法數(shù)學(xué)模型法主要利用系統(tǒng)工程、數(shù)學(xué)以及運(yùn)籌學(xué)中的相關(guān)理論知識(shí)建立模型，將與設(shè)施布置有關(guān)的因素進(jìn)行有效量化并計(jì)算，結(jié)果較為準(zhǔn)確，可實(shí)施性較強(qiáng)[34]。4）圖解法圖解法最早開始于20世紀(jì)50年代，主要有簡(jiǎn)化布置法、運(yùn)輸行程圖和螺線規(guī)劃圖三種方法,該方法將擺樣法與數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了結(jié)合，但操作復(fù)雜，實(shí)踐中應(yīng)用較少[35]。1.2設(shè)施布置的原則對(duì)企業(yè)設(shè)施布置進(jìn)行優(yōu)化研究就是為了使生產(chǎn)過程中的人員、物料等資源得到有效合理的利用，以達(dá)到最小化生產(chǎn)成本、最大化競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的目的。因此，在設(shè)施布置的過程中，需要根據(jù)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)方式和流程，遵守一定的設(shè)施布置原則，具體原則如下：（1）滿足正常生產(chǎn)的需求。在對(duì)企業(yè)作業(yè)單元進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中盡可能使各個(gè)環(huán)節(jié)銜接順暢，相關(guān)工作員工及時(shí)交流溝通信息，避免生產(chǎn)過程中產(chǎn)生物料搬運(yùn)路線迂回或者積壓暫存的現(xiàn)象，盡量提高生產(chǎn)效率，在合同期限內(nèi)按時(shí)發(fā)貨。（2）合理的占有生產(chǎn)空間面積。必須根據(jù)企業(yè)實(shí)際車間面積和生產(chǎn)模式對(duì)企業(yè)作業(yè)單元進(jìn)行劃分，避免出現(xiàn)作業(yè)區(qū)域面積不足或者過剩的情況。（3）保證物料最小移動(dòng)距離。對(duì)于生產(chǎn)制造型企業(yè)而言，物料在生產(chǎn)過程中的移動(dòng)距離會(huì)影響到生產(chǎn)效率，進(jìn)而影響產(chǎn)品交貨時(shí)間。因此，在對(duì)車間布局進(jìn)行優(yōu)化時(shí)要盡量避免物料在工序銜接過程中的長(zhǎng)距離移動(dòng)，以此降低物料搬運(yùn)強(qiáng)度，減少物料搬運(yùn)成本。（4）確保生產(chǎn)的柔性化。目前企業(yè)生產(chǎn)方式逐漸轉(zhuǎn)為多品種小批量，為了較好滿足客戶的柔性需求，必須確保生產(chǎn)過程中可以及時(shí)有效的對(duì)產(chǎn)能、生產(chǎn)流程進(jìn)行調(diào)整。（5）實(shí)現(xiàn)管理的便利性。除了需要盡可能保證最小化搬運(yùn)距離和最大化生產(chǎn)效益，還需要考慮各個(gè)作業(yè)單元布局優(yōu)化后是否便于相關(guān)人員對(duì)其的管理。（6）生產(chǎn)環(huán)境的安全性和舒適性。生產(chǎn)環(huán)境的安全性和舒適性作為提高工人生產(chǎn)積極性的重要途徑也是要遵循的原則之一。1.3設(shè)施布置的基本形式對(duì)制造型企業(yè)而言,車間設(shè)施布局按照企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)規(guī)模的基本形式如下所示：（1）產(chǎn)品布置產(chǎn)品布置也叫流水線布置，是一種較為傳統(tǒng)的布置方式[36]。這種布置形式適合大批量連續(xù)生產(chǎn)、生產(chǎn)流程按照產(chǎn)品生產(chǎn)且布置的關(guān)注點(diǎn)為生產(chǎn)線平衡的企業(yè)，在生產(chǎn)過程中，可以保證物料的工序銜接順暢，極大縮短生產(chǎn)周期，且對(duì)于員工的技能要求不高，但會(huì)出現(xiàn)因生產(chǎn)線路一處發(fā)生故障而導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)線中斷，生產(chǎn)過程的柔性較差，無(wú)法應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求的突發(fā)狀況，工人工作乏味單調(diào)等現(xiàn)象。（2）工藝布置工藝布置也稱為機(jī)群式布置，是車間制造車間最常用的一種布置方式[37]。這種布置形式適合成品單件生產(chǎn)、生產(chǎn)流程按照訂單生產(chǎn)且布置的關(guān)注點(diǎn)為生產(chǎn)柔性的企業(yè)，在生產(chǎn)過程中，可以保證設(shè)備數(shù)量較少，生產(chǎn)過程的柔性較高，但會(huì)出現(xiàn)物料搬運(yùn)路線不穩(wěn)定，搬運(yùn)距離較長(zhǎng)，生產(chǎn)計(jì)劃與控制較為困難，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)等現(xiàn)象。（3）定位布置定位布置又稱為固定式布置,這種布置方式會(huì)根據(jù)加工生產(chǎn)對(duì)象的特點(diǎn)將其固定在相應(yīng)的位置，人員、材料、設(shè)備等都圍繞在該產(chǎn)品周邊[38]。這種布置形式適合項(xiàng)目型生產(chǎn)、生產(chǎn)流程按照項(xiàng)目生產(chǎn)且布置的關(guān)注點(diǎn)為生產(chǎn)管理的企業(yè)，若在生產(chǎn)過程中采用班組的方式可以保證對(duì)生產(chǎn)的連續(xù)性有所提高，且在班組完成相應(yīng)的工作任務(wù)后，工作效率較高，且滿足物料移動(dòng)與生產(chǎn)柔性高的需求，但會(huì)出現(xiàn)增加庫(kù)存需求面積和工序間存儲(chǔ)面積，人員和設(shè)備的移動(dòng)增加和高技能的員工等現(xiàn)象。（4）成組布置成組布置也稱為成組單元，按照成組單元的相似性進(jìn)行布置，并且按照事先規(guī)劃好的工藝順序來對(duì)設(shè)備的布置進(jìn)行決定[39]。其適合批量適中多種類生產(chǎn)、生產(chǎn)流程按照加工單元生產(chǎn)且布置的關(guān)注點(diǎn)為效率與柔性的企業(yè)，在生產(chǎn)過程中，可以提高設(shè)備的利用率，生產(chǎn)工藝流程銜接通暢，不僅縮短了物料運(yùn)輸距離且提升了員工的操作技能，但需要提高相應(yīng)的生產(chǎn)控制水平來對(duì)各個(gè)作業(yè)單元的生產(chǎn)流程進(jìn)行平衡，同時(shí)也會(huì)減少了專用設(shè)備的使用機(jī)會(huì)。2系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)（SLP）2.1系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)（SLP）基本要素SLP方法有五種基本要素,分別是產(chǎn)品(P-Product)、產(chǎn)量(Q-Quantity)、工藝過程(R-Route)、輔助部門(S-Service)、時(shí)間安排(T-Time)。（1）產(chǎn)品（P-Product）。P是指來源于生產(chǎn)綱領(lǐng)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)，企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品所需的原材料或者生產(chǎn)過程中所需要的服務(wù)項(xiàng)目，對(duì)生產(chǎn)車間作業(yè)單元間的相互關(guān)系，物料搬運(yùn)方式有一定的影響。（2）產(chǎn)量（Q-Quantity）。Q是指生產(chǎn)計(jì)劃中的生產(chǎn)過程中所耗費(fèi)的原材料、成品數(shù)量或者員工的工作時(shí)長(zhǎng)，會(huì)影響對(duì)企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模、設(shè)備數(shù)量、物流搬運(yùn)量以及生產(chǎn)區(qū)域面積。（3）工藝過程（R-Route）。R可以用設(shè)備表或工藝過程圖來表示生產(chǎn)工藝中按照設(shè)施布置所研究的生產(chǎn)規(guī)模劃分出工藝過程以及物流搬運(yùn)方式等，會(huì)對(duì)作業(yè)單元相互關(guān)系，物流路線等產(chǎn)生影響。（4）輔助部門（S-Service）。S是指除了生產(chǎn)所涉及到的內(nèi)容以外的其他服務(wù)工作資源的總和，影響生產(chǎn)支持能力。（5）時(shí)間安排（T-Time）。T是指何時(shí)生產(chǎn)以及產(chǎn)品生產(chǎn)周期，用于平衡各工序的生產(chǎn)。2.2系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)（SLP）實(shí)施步驟系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)（SLP）實(shí)施可以分為以下幾個(gè)步驟：（1）原始資料的準(zhǔn)備在采用SLP方法對(duì)企業(yè)車間布局開始優(yōu)化研究時(shí)，需要在確定相關(guān)背景企業(yè)研究的P、Q、R、S、T五個(gè)基本要素的同時(shí)根據(jù)生產(chǎn)車間布局實(shí)際情況以及相應(yīng)區(qū)域的功能性對(duì)布局區(qū)域的作業(yè)單位進(jìn)行劃分,這些活動(dòng)的開展即可稱為系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)的原始資料的準(zhǔn)備。（2）作業(yè)單元物流關(guān)系分析作業(yè)單元物流關(guān)系分析包括：確定物料在工序之間移動(dòng)的最有效順序、搬運(yùn)強(qiáng)度和搬運(yùn)數(shù)量[40]。各個(gè)作業(yè)單元之間的相關(guān)關(guān)系密切程度可以通過物流搬運(yùn)距離和搬運(yùn)量來體現(xiàn)，故在企業(yè)生產(chǎn)過程中通過物流從至表展示物料搬運(yùn)方向和搬運(yùn)量數(shù)據(jù)后計(jì)算出物流量距積，根據(jù)劃分的物流強(qiáng)度等級(jí)對(duì)各個(gè)作業(yè)單元之間的物流強(qiáng)度等級(jí)關(guān)系圖進(jìn)行繪制并分析。物流搬運(yùn)距離和搬運(yùn)量作為物流分析過程中的最基礎(chǔ)的原始資料，在對(duì)物流相關(guān)性進(jìn)行分析時(shí)不僅要考慮物料的移動(dòng)過程，也需要遵循移動(dòng)距離最小和物流強(qiáng)度最小兩個(gè)最小原則。此外，可以通過對(duì)作業(yè)單元之間的物流相關(guān)性的分析初步確定作業(yè)單元之間的相對(duì)位置。（3）作業(yè)單元非物流關(guān)系分析在企業(yè)車間布局優(yōu)化研究過程中，對(duì)于一些涉及到的物流強(qiáng)度很小甚至沒有物流運(yùn)輸過程的作業(yè)單元，但是他們之間的非物流關(guān)系比較密切，故無(wú)法采用物流關(guān)系進(jìn)行分析的作業(yè)單元，需要考慮由生產(chǎn)流程的連續(xù)性、人員接觸密切、信息的交流溝通等因素所影響到的非物流關(guān)系。（4）作業(yè)單元綜合關(guān)系分析根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)車間的實(shí)際情況，按照一定比例對(duì)各個(gè)作業(yè)單元間的物流等級(jí)強(qiáng)度和非物流等級(jí)強(qiáng)度進(jìn)行加和得到綜合關(guān)系相關(guān)性，參考關(guān)系種類取值表對(duì)其綜合關(guān)系等級(jí)進(jìn)行劃分，最后繪制出作業(yè)單元綜合關(guān)系分析圖。（5）繪制作業(yè)單元位置相關(guān)圖在確定車間布局優(yōu)化方案時(shí),為了防止設(shè)計(jì)者按照自己的想法進(jìn)行規(guī)劃并且在此過程中受到其他因素的影響，首先采用現(xiàn)線圖法在不考慮各個(gè)作業(yè)單元的實(shí)際形狀以及所需面積的前提下，采用物流關(guān)系和非物流關(guān)系相結(jié)合的方法確定各個(gè)作業(yè)單元之間的相關(guān)性關(guān)系并確定其相對(duì)位置。（6）繪制作業(yè)單位面積相關(guān)圖在實(shí)際的車間布局優(yōu)化研究中，車間的總面積是確定的，在繪制作業(yè)單元面積相關(guān)圖時(shí)，不僅要保證生產(chǎn)車間的長(zhǎng)度和寬度保持不變，而且各個(gè)作業(yè)單元的長(zhǎng)和寬也需要在保證其需求面積不變的同時(shí)保持不變。（7）作業(yè)單元布局方案確定考慮到很難在實(shí)際生產(chǎn)過程中對(duì)優(yōu)化后的所有方案進(jìn)行驗(yàn)證評(píng)價(jià)，因此只能通過相關(guān)理論方法對(duì)其布局方案進(jìn)行比較抉擇，并最終確定出一個(gè)最合理有效的布局。3遺傳算法的理論遺傳算法（GeneticAlgorithm,GA）是一種模擬自然界遺傳機(jī)制和生物進(jìn)化論而成的并行隨機(jī)搜索最優(yōu)化方法，1962年由美國(guó)Michigan大學(xué)的HOLLAND教授提出。3.1遺傳算法的原理遺傳算法主要以遺傳學(xué)機(jī)理的生物進(jìn)化過程和達(dá)爾文的自然選擇學(xué)說中的遺傳、變異、生存斗爭(zhēng)與適者生存為基礎(chǔ)，將“優(yōu)勝劣汰，適者生存”的生物進(jìn)化原理通過建立數(shù)學(xué)模型與計(jì)算機(jī)仿真運(yùn)算相結(jié)合，根據(jù)研究對(duì)象所求結(jié)果的特性采用不同的編碼機(jī)制將其串聯(lián)到種群中，隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)初始種群,按照目標(biāo)函數(shù)的需要確定適應(yīng)度函數(shù),采用相應(yīng)的選擇操作方法，對(duì)保留下來的適應(yīng)度值較高的個(gè)體繼續(xù)進(jìn)行交叉、變異等操作，以便產(chǎn)生更多的種群個(gè)體從而不斷的提高種群中的個(gè)體適應(yīng)度，這樣不斷循環(huán)往復(fù),研究結(jié)果不斷得到優(yōu)化,直到達(dá)到我們所設(shè)定的迭代次數(shù)后最終獲得最優(yōu)解。雖然遺傳算法具有易出現(xiàn)提前收斂以及易陷入局部最優(yōu)解的缺陷，但因其對(duì)研究復(fù)雜問題提供了新的思路、全局搜索能力強(qiáng)以及適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，仍然得到了國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者的重視，在函數(shù)優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度問題以及自動(dòng)控制等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。3.2遺傳算法的特點(diǎn)（1）遺傳算法的運(yùn)算并非針對(duì)參數(shù)本身，而是根據(jù)實(shí)際問題中求解結(jié)果的特點(diǎn)選擇不同的編碼機(jī)制以便更好的進(jìn)行后續(xù)的操作，這就使得我們?cè)趦?yōu)化求解過程中可以模仿自然界中生物的遺傳和進(jìn)化機(jī)理,借鑒生物學(xué)中染色體和基因等概念。（2）遺傳算法可以根據(jù)實(shí)際需求隨機(jī)產(chǎn)生很多個(gè)體組成一個(gè)初始群體以此開始最優(yōu)解的運(yùn)算過程，傳統(tǒng)優(yōu)化算法大都僅選取一個(gè)初始點(diǎn)開始最優(yōu)解的迭代運(yùn)算，而遺傳算法特有的隱含并行性決定了其可以通過大規(guī)模并行得計(jì)算方式來提高計(jì)算速度，不會(huì)使運(yùn)算過程局限在局部最優(yōu)解中而停滯不前。（3）遺傳算法可以直接對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)化確定適應(yīng)度函數(shù)，且對(duì)需要優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)類型沒有限制，即可更好的保留種群中的較優(yōu)個(gè)體，因此具有廣泛的應(yīng)用范圍。（4）遺傳算法在求解運(yùn)算過程中的選擇、交叉和變異等相關(guān)操作均是通過一定的概率方式來進(jìn)行，隨著求解過程的進(jìn)行，會(huì)與不同操作相結(jié)合進(jìn)而產(chǎn)生更多良好的個(gè)體，增強(qiáng)了種群個(gè)體數(shù)量，使得運(yùn)算過程具有較強(qiáng)的靈活性。3.3遺傳算法的實(shí)施步驟采用遺傳算法對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行優(yōu)化求解一般實(shí)施流程可分為以下幾個(gè)步驟：（1）將實(shí)際所需研究的問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題，確定合適的變量對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行表述，進(jìn)而建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。（2）根據(jù)研究的實(shí)際問題，按照模型目標(biāo)函數(shù)所需結(jié)果規(guī)模隨機(jī)生成個(gè)體組成一個(gè)初始種群做出初始最優(yōu)解，依照自然界中生物遺傳和進(jìn)化規(guī)則對(duì)個(gè)體進(jìn)行染色體編碼，選擇合適的編碼機(jī)制對(duì)算法求解質(zhì)量和效率有很大影響。（3）根據(jù)適者生存原則選擇下一代的個(gè)體，選取合適的方法對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)化得到適應(yīng)度函數(shù)，計(jì)算出初始化種群中所有個(gè)體的適應(yīng)度值以及在總體適應(yīng)度值中的占比，使得適應(yīng)度較高且占比較高的個(gè)體更容易被保留并遺傳給下一代，反之，淘汰適應(yīng)性較低且占比較少的種群個(gè)體。（4）對(duì)于（3）中所選中用于下一代繁殖的個(gè)體，對(duì)所有個(gè)體