【正文】 ? 快餐店廚房布置 102 布置模型與算法 ? 計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的迅速發(fā)展給布置帶來(lái)了很大的進(jìn)步，有了計(jì)算機(jī)， ALDEP， CORELAP，CRAFT及 MultiPLE等布置模型與方法大有用武之地。 ? 這些方法可以分為兩大類(lèi)： ?構(gòu)造型 是由物流從至表、相關(guān)圖信息出發(fā)，生成一個(gè)全新布置圖，如 CORELAP， ALDEP ?改進(jìn)型 則是對(duì)已有布置的改進(jìn)，尋找一種更好的布置圖，如 CRAFT， MultiPLE。 ? 此外，還可以按照這些布置方法所依據(jù)的輸入信息來(lái)分，有的基于物流從至表，如 CRAFT，MultiPLE；有的基于相關(guān)圖，如 ALDEP，CORELAP；甚至兼而有之的，如 BLOCPLAN。 算法分類(lèi) ? 按其目標(biāo)函數(shù)來(lái)分類(lèi)。布置有兩種基本目標(biāo)： ?流量與距離乘積的和最小，是“基于距離”的目標(biāo)，類(lèi)似于經(jīng)典的二次分配問(wèn)題（ QAP）的目標(biāo) ——在輸入數(shù)據(jù)為從至表時(shí)尤其如此，如 CRAFT； ?相鄰程度值最大 , 是“基于密切程度”的目標(biāo)，更適合于相關(guān)圖，如 CORELAP和 ALDEP。 ? 按布置圖形表現(xiàn)方式進(jìn)一步劃分為 : ?離散型 表現(xiàn)方式允許計(jì)算機(jī)以矩陣形式存儲(chǔ)和處理布置數(shù)據(jù)，用得更多。它以格子大小確定了布置的總體分辨率，每個(gè)部門(mén)的面積要四舍五入到最接近的整格子數(shù)。格子越小則分辨率越好，部門(mén)的形狀也更靈活。 ?連續(xù)型 表現(xiàn)方式?jīng)]有格子結(jié)構(gòu)，雖然它在理論上比離散型更靈活，但在計(jì)算機(jī)上難以實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)有計(jì)算機(jī)布置算法僅在廠房和部門(mén)形狀均為矩形時(shí)才采用連續(xù)型表現(xiàn)方式。 CORELAP ? CORELAP（ Computerized Relationship Layout Planning）是 1967年提出的一種構(gòu)造算法， ? 它以作業(yè)單位之間的相關(guān)圖 REL為基礎(chǔ) ? 布置的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)作業(yè)單位之間最大密切度，可以說(shuō)是 SLP的計(jì)算機(jī)化。 ? CORELAP用矩形的作業(yè)單位構(gòu)造布置， ? 根據(jù)對(duì)作業(yè)單位密切程度的權(quán)重賦值，即 A=6, E=5, I=4, O=3, U=2, X=1。 ? 對(duì)每一作業(yè)單位所有的關(guān)系值求和，得到作業(yè)單位總密切程度等級(jí) TCR(Total Closeness Rating)。 ? 選擇 TCR最大的部門(mén)作為最先進(jìn)入布置的作業(yè)單位。若最大 TCR值有多個(gè)作業(yè)單位，取面積最大的，若還有相同，任取一個(gè)。 ? 第二個(gè)作業(yè)單位選擇與第一個(gè)有 A級(jí)關(guān)系的，依次選 E級(jí)、 I級(jí) …… 。 ? 如果在同一關(guān)系級(jí)中有多個(gè)作業(yè)單位，選擇TCR值最大的。在布置中作業(yè)單位形狀盡可能設(shè)計(jì)為正方形。 ? 確定了布置順序后，開(kāi)始向布置圖中放置。 ? 放置原則是保證進(jìn)入布置圖的作業(yè)單位與前面進(jìn)入的相鄰作業(yè)單位的關(guān)系值的和 NCR (Neighbor Closeness Rating) 最大。在圖中作業(yè)單位 1有 3種放置方法。其中放置在 1a，則與 4相鄰，NCR1a=CR13+CR14， NCR1b=CR14，NCR1c=CR13，故選擇 1a位置。 1c3 3 4 3 3 4 1b3 3 3 3 1a? 例如以圖所示的相關(guān)圖說(shuō)明CORELAP的原理。 1~5個(gè)作業(yè)單位面積分別是 60和 20。先求出 TCR表，如下所示。 1234554321543I21UUOUUAIIO? 再根據(jù) TCR值和面積確定布置順序。 ? 表中作業(yè)單位 2的 TCR值最高，故先布置它。 ? 隨后布置與 1有 A級(jí)關(guān)系的 2，對(duì)作業(yè)單位 2， 4和 5均為 I級(jí)關(guān)系，但 4面積更大故先布置 4，再布置與 2有 O級(jí)關(guān)系的，故布置順序?yàn)?21453。 ? 接下來(lái)，由各部門(mén)面積確定最終平面布置，布置過(guò)程如圖所示。 2 1 2 1 2 1 2 5 1 2 52 2 4 2 4 2 4 2 34 4 4 4 4 4 3對(duì)布置圖的評(píng)估方法是：任意兩個(gè)作業(yè)單位之間關(guān)系值兩作業(yè)單位之間的最短直線距離的積的總和最低的為最優(yōu)。 ? 應(yīng)該注意的是，由于用的是確定性方法，CORELAP只產(chǎn)生一個(gè)最終布置方案。但可改變關(guān)系值，例如設(shè)定 A=200, E=100, I=50, O =10, U=0和 X=200得到新的方案。 ? 評(píng)估布置方案如表 102所示，其中 2個(gè)作業(yè)單位間的距離為到達(dá)公共邊最少需要的距離。不同方案的比較，以總得分最小為最優(yōu)。 CRAFT ? CRAFT(Computerized Relative Allocation of Facilities Technique)法是 Buffa等人 1964年提出的一個(gè)以各部門(mén)間物料搬運(yùn)費(fèi)用逐步減少為優(yōu)化原則的程序。 ? 和基于密切程度等級(jí)的 ALDEP和CORELAP相反， CRAFT使用物流信息或從至表上累加的作業(yè)單位物流強(qiáng)度 (TTD)或物料搬運(yùn)總費(fèi)用。 ? 為此，有時(shí)也稱(chēng) CRAFT為定量布置程序，而稱(chēng) ALDEP和 CORELAP為定性布置程序。 ? 通過(guò)對(duì)現(xiàn)有各部門(mén)的平面布置，將某兩個(gè)部門(mén)兩兩相互交換位置，計(jì)算交換后的物料搬運(yùn)總費(fèi)用，并進(jìn)行比較，取總費(fèi)用最小的布置為優(yōu)化候選方案，再考慮其它具體條件的各種限制，選擇一個(gè)可行的優(yōu)化方案。 ? 在與其他設(shè)計(jì)方案比較決定某一布置設(shè)計(jì)是較好的方案時(shí)， CRAFT用物流費(fèi)用作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，此成本用移動(dòng)距離的線性函數(shù)來(lái)表達(dá)。 ? 所以，好的布置物流總費(fèi)用較低，最優(yōu)布置則可能是物流總費(fèi)用最低的。 ? CRAFT的算法以美國(guó)德克斯大學(xué)運(yùn)籌學(xué)組 Paul A. Jensen教授所編 CRAFT方法的 Excel加載宏程序 為例 。 ? 以第 4章作業(yè) 14題為基礎(chǔ)的包括 7個(gè)作業(yè)單位D1~D7的布置設(shè)計(jì)初始數(shù)據(jù)，因?yàn)樵}未考慮成本，故成本從至表各項(xiàng)單位距離成本均取 1。 ? 這里每個(gè)部門(mén)的矩心 (centriod) 均以算出，它們的距離以矩心的直角 (rectilinear)距離來(lái)計(jì)算 ? 初始布置為系統(tǒng)自動(dòng)給出，其中 51760為總成本，即先由直角距離乘相應(yīng)運(yùn)量后得到物流強(qiáng)度，再乘以各自單位距離成本，得每一作業(yè)單位對(duì)的搬運(yùn)費(fèi)用，最后全部加起來(lái)。 ? 在給定上述初始布置后， CRAFT的解題過(guò)程是，用作業(yè)單位之間成對(duì)交換的方法來(lái)設(shè)法改進(jìn)設(shè)計(jì)，視成對(duì)交換的結(jié)果是否有更好的布置設(shè)計(jì)出現(xiàn)，即使總費(fèi)用最小。 ? 然而 CRAFT的這種兩兩交換只能在相鄰的作業(yè)單位之間或兩等面積單位間進(jìn)行。圖 108是5和 6交換后的效果。 布置算法小結(jié) ? ALDEP和 CORELAP是早期使用的布置算法，優(yōu)化技術(shù)原始，能力有限，故實(shí)用價(jià)值不大。但用來(lái)說(shuō)明原理。 ? 其他算法還有 MCRAFT， BLOCKPLAN， LOGIC，SABLE， MSLP， SPACECRAFT等和圖論法，圖論算法被目前流行的布置設(shè)計(jì)商品軟件包 Factory Program所采用。 ? 總之，這些模型和算法可以幫助布置分析人員開(kāi)發(fā)或改進(jìn)布置，同時(shí)提供目標(biāo)判據(jù)，簡(jiǎn)化對(duì)該過(guò)程中出現(xiàn)的不同布置方案的評(píng)價(jià)。 ? 盡管計(jì)算機(jī)布置算法還不能取代人的經(jīng)驗(yàn)和判斷，因而無(wú)法得到布置的定性特征，但是計(jì)算機(jī)布置算法可以顯著提高布置規(guī)劃人員的生產(chǎn)率和最終方案的質(zhì)量， ? 計(jì)算機(jī)布置算法對(duì)假設(shè)分析也很有效，這種分析是改變輸入數(shù)據(jù)或布置本身來(lái)觀察結(jié)果的變化。 布置設(shè)計(jì)軟件 ? 以計(jì)算機(jī)布置算法為基礎(chǔ)進(jìn)一步發(fā)展就可形成專(zhuān)門(mén)的布置設(shè)計(jì)軟件，或者說(shuō)形成計(jì)算機(jī)輔助設(shè)施設(shè)計(jì)（ Computer Aided Facilities Design， CAFD）技術(shù)。 ? 現(xiàn)在各種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于設(shè)施設(shè)計(jì)的各個(gè)領(lǐng)域和各個(gè)階段，從學(xué)術(shù)研究部門(mén)到從事設(shè)施設(shè)計(jì)的工程實(shí)踐部門(mén)，無(wú)不以計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展作為推動(dòng)設(shè)施規(guī)劃與設(shè)計(jì)的主導(dǎo)技術(shù)， CAFD的應(yīng)用越來(lái)越廣 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)施設(shè)計(jì)的發(fā)展 ? 設(shè)施規(guī)劃與設(shè)計(jì)是項(xiàng)復(fù)雜的工作，要考慮眾多的復(fù)雜因素，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)規(guī)劃或計(jì)算機(jī)輔助設(shè)施布置是必然的發(fā)展方向。 ? 20世紀(jì) 70年代以來(lái)，推出了一些計(jì)算機(jī)輔助工廠布置程序，較著名的有 CRAFT（位置配置法）、 CORELAP（相互關(guān)系法）、 ALDEP（自動(dòng)設(shè)計(jì)法）、 PLANET(分析評(píng)價(jià)法 )等。 ? 經(jīng)過(guò)一二十年的發(fā)展， CAFD軟件發(fā)展成兩類(lèi)， ?純粹進(jìn)行設(shè)施規(guī)劃與設(shè)計(jì)的軟件，如 FactoryCAD、FactoryPLAN、 STORM和 SPIRAL等，可以方便用來(lái)進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)施規(guī)劃與設(shè)計(jì)。 ?在規(guī)劃設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上還包含仿真和性能分析的系統(tǒng)，如 FactoryFlow、 FactoryOPT、 ARENA、ProModel等，尤其是 FactoryPrograms族軟件在國(guó)際上應(yīng)用較普遍 ? 20世紀(jì)末到 21世紀(jì)初， FMS 、 CIMS 、 JIT等 ?出現(xiàn)了“數(shù)字化工廠”的概念， Delmia Solution和 eMPower之類(lèi)的數(shù)字化工廠軟件， ? 不僅能完成設(shè)施規(guī)劃設(shè)計(jì)和仿真評(píng)價(jià)，而且還包括制造規(guī)劃、控制和供應(yīng)鏈等功能，能與企業(yè)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（ PDM）和企業(yè)資源計(jì)劃（ ERP）相連接 ? “設(shè)施規(guī)劃與設(shè)計(jì)不僅是一門(mén)科學(xué)，更是一門(mén)藝術(shù)”。因此計(jì)算機(jī)無(wú)論怎樣發(fā)展和應(yīng)用得多么廣泛，只能是輔助進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)的工具，不可能代替人腦的創(chuàng)造性勞動(dòng)。 典型軟件介紹 ? 當(dāng)前的設(shè)施布置軟件主要有 FactoryCAD、FactoryPLAN、 STORM和 SPIRAL這類(lèi)輔助設(shè)計(jì)軟件，而 FactoryFLOW、 FactoryOPT、 ARENA和 ProModel等軟件除輔助設(shè)計(jì)功能外，還有仿真和性能分析功能。 ? 特別是 Factory Program族軟件在國(guó)際上使用較普遍。 ? 目前國(guó)內(nèi)也有一些基于 AutoCAD開(kāi)發(fā)的 CAFL程序。 1． Factory Program工廠布置和物料搬運(yùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件 ? 美國(guó) Cimtechnologies公司（ EAI公司子公司）的產(chǎn)品，廣泛認(rèn)同，效果不錯(cuò)。 ? 包括 FactoryCAD、 FactoryPLAN、 FactoryFLOW和FactoryOPT四個(gè)模塊，各模塊主要功能如下： ? FactoryCAD是基于 AutoCAD開(kāi)發(fā)的專(zhuān)門(mén)用于工業(yè)和制造設(shè)施規(guī)劃設(shè)計(jì)的繪圖軟件，用戶可以從軟件的工具庫(kù)中直接調(diào)出設(shè)施布置常用的圖元、圖塊和設(shè)備等，并可將自建的圖塊加入庫(kù)中。 ? 專(zhuān)門(mén)的工具欄，如“工業(yè)”、“機(jī)床”、“搬運(yùn)”和“傳送帶”等工具欄，只要單擊工具欄上的一個(gè)按鈕就可在圖面上自動(dòng)生成一個(gè)該工具，畫(huà)圖效率大大提高。 ? “動(dòng)畫(huà)”功能，如用物料搬運(yùn)設(shè)施時(shí)，動(dòng)畫(huà)指令跟蹤設(shè)備運(yùn)動(dòng)路徑，并能保證移動(dòng)時(shí)四周有足夠的間隙。 ? 三維繪圖功能，并有方便的二維轉(zhuǎn)三維功能。其他三個(gè)模塊都是在 FactoryCAD環(huán)境所建立的布置圖上進(jìn)行操作。 FactoryFLOW ? 最早的商品化布置程序之一，可以將生產(chǎn)及物料搬運(yùn)數(shù)據(jù)與實(shí)際設(shè)施圖及物流路徑集成在一起綜合考慮分析 ? 設(shè)計(jì)人員以立體的形式看到并處理布置中的空間問(wèn)題。 ? 該軟件綜合了大量的數(shù)據(jù)，如產(chǎn)品和零件文件、產(chǎn)量、零件物流路徑、距離、物料搬運(yùn)數(shù)據(jù)和固定及可變成本等。 ? 可以確定關(guān)鍵路徑、潛在瓶頸和生產(chǎn)物流效率等。 ? 可以方便地改變這些數(shù)據(jù)以比較不同方案。這種分析便于設(shè)計(jì)人員取消無(wú)用步驟、縮短物料搬運(yùn)距離來(lái)提高產(chǎn)出率、減少在制品庫(kù)存和確定搬運(yùn)要求等。 ? FactoryPLAN是基于作業(yè)單位密切程度來(lái)進(jìn)行布置設(shè)計(jì)和分析的程序，同強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能相比，它主要是一個(gè)規(guī)劃工具，用于分析和優(yōu)化布置，尤其是分析不同作業(yè)單位的相互關(guān)系，并可對(duì)不同布置方案作出定量評(píng)價(jià)。 ? FactoryOPT是與 FactoryPLAN配套使用的軟件，主要用于確定作業(yè)單位中心的優(yōu)化位置，從而優(yōu)化工廠布置。 ? 它可以自動(dòng)創(chuàng)建塊狀布置圖，用戶可以從多達(dá) 324種不同變量組合中選擇合適的變量來(lái)處理布置算法。 2．?dāng)?shù)字化工廠軟件 ? 數(shù)字化工廠是一個(gè)集成的計(jì)算機(jī)環(huán)境，能對(duì)整個(gè)工廠企業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)線進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真。數(shù)字化工廠比設(shè)施布置設(shè)計(jì)的內(nèi)涵更加豐富，利用它工業(yè)工程師可以計(jì)劃和優(yōu)化一個(gè)完整的制造廠，可以評(píng)估制造新設(shè)計(jì)產(chǎn)品的可行性，可以設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)仿真顯示一個(gè)自動(dòng)的或手動(dòng)的制造系統(tǒng)，并且能用虛擬加工模型為機(jī)器人和其他機(jī)床產(chǎn)生和修改程序。 ? 數(shù)字化工廠軟件給傳統(tǒng)的方法帶來(lái)了革命。對(duì)加速新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，降低工程和制造成本，減少生產(chǎn)時(shí)間，提高生產(chǎn)力和產(chǎn)品質(zhì)量起了極有意義的作用。 ? Teomatix Technologies公司和 Delmia公司是數(shù)字化工廠領(lǐng)域的先驅(qū)和領(lǐng)導(dǎo)者 ? Teomatix的數(shù)字化工廠軟件 eMPower中的 eMPlant生產(chǎn)線及物流仿真工具。 ? eMPlant又稱(chēng)為 SIMPLE++，是用 C++實(shí)現(xiàn)的關(guān)于生產(chǎn)、物流和工程的仿真軟件（ Simulation in Production、 Logistics and Engineering