【正文】 ? 快餐店廚房布置 102 布置模型與算法 ? 計算機軟硬件技術的迅速發(fā)展給布置帶來了很大的進步，有了計算機， 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： ?構造型 是由物流從至表、相關圖信息出發(fā)，生成一個全新布置圖，如 CORELAP， ALDEP ?改進型 則是對已有布置的改進，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)的輸入信息來分，有的基于物流從至表，如 CRAFT，MultiPLE；有的基于相關圖，如 ALDEP，CORELAP；甚至兼而有之的，如 BLOCPLAN。 算法分類 ? 按其目標函數(shù)來分類。布置有兩種基本目標： ?流量與距離乘積的和最小，是“基于距離”的目標，類似于經(jīng)典的二次分配問題（ QAP）的目標 ——在輸入數(shù)據(jù)為從至表時尤其如此，如 CRAFT； ?相鄰程度值最大 , 是“基于密切程度”的目標，更適合于相關圖，如 CORELAP和 ALDEP。 ? 按布置圖形表現(xiàn)方式進一步劃分為 : ?離散型 表現(xiàn)方式允許計算機以矩陣形式存儲和處理布置數(shù)據(jù)，用得更多。它以格子大小確定了布置的總體分辨率，每個部門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，部門的形狀也更靈活。 ?連續(xù)型 表現(xiàn)方式?jīng)]有格子結構，雖然它在理論上比離散型更靈活，但在計算機上難以實現(xiàn)。現(xiàn)有計算機布置算法僅在廠房和部門形狀均為矩形時才采用連續(xù)型表現(xiàn)方式。 CORELAP ? CORELAP（ Computerized Relationship Layout Planning）是 1967年提出的一種構造算法， ? 它以作業(yè)單位之間的相關圖 REL為基礎 ? 布置的目標是實現(xiàn)作業(yè)單位之間最大密切度，可以說是 SLP的計算機化。 ? CORELAP用矩形的作業(yè)單位構造布置， ? 根據(jù)對作業(yè)單位密切程度的權重賦值，即 A=6, E=5, I=4, O=3, U=2, X=1。 ? 對每一作業(yè)單位所有的關系值求和，得到作業(yè)單位總密切程度等級 TCR(Total Closeness Rating)。 ? 選擇 TCR最大的部門作為最先進入布置的作業(yè)單位。若最大 TCR值有多個作業(yè)單位，取面積最大的，若還有相同，任取一個。 ? 第二個作業(yè)單位選擇與第一個有 A級關系的，依次選 E級、 I級 …… 。 ? 如果在同一關系級中有多個作業(yè)單位，選擇TCR值最大的。在布置中作業(yè)單位形狀盡可能設計為正方形。 ? 確定了布置順序后，開始向布置圖中放置。 ? 放置原則是保證進入布置圖的作業(yè)單位與前面進入的相鄰作業(yè)單位的關系值的和 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圖說明CORELAP的原理。 1~5個作業(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級關系的 2，對作業(yè)單位 2， 4和 5均為 I級關系，但 4面積更大故先布置 4，再布置與 2有 O級關系的，故布置順序為 21453。 ? 接下來，由各部門面積確定最終平面布置，布置過程如圖所示。 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對布置圖的評估方法是：任意兩個作業(yè)單位之間關系值兩作業(yè)單位之間的最短直線距離的積的總和最低的為最優(yōu)。 ? 應該注意的是，由于用的是確定性方法，CORELAP只產(chǎn)生一個最終布置方案。但可改變關系值，例如設定 A=200, E=100, I=50, O =10, U=0和 X=200得到新的方案。 ? 評估布置方案如表 102所示，其中 2個作業(yè)單位間的距離為到達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年提出的一個以各部門間物料搬運費用逐步減少為優(yōu)化原則的程序。 ? 和基于密切程度等級的 ALDEP和CORELAP相反， CRAFT使用物流信息或從至表上累加的作業(yè)單位物流強度 (TTD)或物料搬運總費用。 ? 為此，有時也稱 CRAFT為定量布置程序，而稱 ALDEP和 CORELAP為定性布置程序。 ? 通過對現(xiàn)有各部門的平面布置，將某兩個部門兩兩相互交換位置，計算交換后的物料搬運總費用，并進行比較，取總費用最小的布置為優(yōu)化候選方案，再考慮其它具體條件的各種限制，選擇一個可行的優(yōu)化方案。 ? 在與其他設計方案比較決定某一布置設計是較好的方案時， CRAFT用物流費用作為評價標準，此成本用移動距離的線性函數(shù)來表達。 ? 所以，好的布置物流總費用較低，最優(yōu)布置則可能是物流總費用最低的。 ? CRAFT的算法以美國德克斯大學運籌學組 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題為基礎的包括 7個作業(yè)單位D1~D7的布置設計初始數(shù)據(jù)，因為原題未考慮成本，故成本從至表各項單位距離成本均取 1。 ? 這里每個部門的矩心 (centriod) 均以算出，它們的距離以矩心的直角 (rectilinear)距離來計算 ? 初始布置為系統(tǒng)自動給出，其中 51760為總成本，即先由直角距離乘相應運量后得到物流強度，再乘以各自單位距離成本，得每一作業(yè)單位對的搬運費用，最后全部加起來。 ? 在給定上述初始布置后， CRAFT的解題過程是，用作業(yè)單位之間成對交換的方法來設法改進設計，視成對交換的結果是否有更好的布置設計出現(xiàn)，即使總費用最小。 ? 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行。圖 108是5和 6交換后的效果。 布置算法小結 ? ALDEP和 CORELAP是早期使用的布置算法，優(yōu)化技術原始，能力有限，故實用價值不大。但用來說明原理。 ? 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計商品軟件包 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發(fā)或改進布置，同時提供目標判據(jù)，簡化對該過程中出現(xiàn)的不同布置方案的評價。 ? 盡管計算機布置算法還不能取代人的經(jīng)驗和判斷，因而無法得到布置的定性特征，但是計算機布置算法可以顯著提高布置規(guī)劃人員的生產(chǎn)率和最終方案的質量， ? 計算機布置算法對假設分析也很有效，這種分析是改變輸入數(shù)據(jù)或布置本身來觀察結果的變化。 布置設計軟件 ? 以計算機布置算法為基礎進一步發(fā)展就可形成專門的布置設計軟件，或者說形成計算機輔助設施設計（ Computer Aided Facilities Design， CAFD）技術。 ? 現(xiàn)在各種計算機輔助設計技術開始應用于設施設計的各個領域和各個階段，從學術研究部門到從事設施設計的工程實踐部門，無不以計算機技術發(fā)展作為推動設施規(guī)劃與設計的主導技術， CAFD的應用越來越廣 計算機輔助設施設計的發(fā)展 ? 設施規(guī)劃與設計是項復雜的工作，要考慮眾多的復雜因素，計算機輔助設計規(guī)劃或計算機輔助設施布置是必然的發(fā)展方向。 ? 20世紀 70年代以來，推出了一些計算機輔助工廠布置程序，較著名的有 CRAFT（位置配置法）、 CORELAP（相互關系法）、 ALDEP（自動設計法）、 PLANET(分析評價法 )等。 ? 經(jīng)過一二十年的發(fā)展， CAFD軟件發(fā)展成兩類， ?純粹進行設施規(guī)劃與設計的軟件，如 FactoryCAD、FactoryPLAN、 STORM和 SPIRAL等，可以方便用來進行計算機輔助設施規(guī)劃與設計。 ?在規(guī)劃設計的基礎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族軟件在國際上應用較普遍 ? 20世紀末到 21世紀初， FMS 、 CIMS 、 JIT等 ?出現(xiàn)了“數(shù)字化工廠”的概念， Delmia Solution和 eMPower之類的數(shù)字化工廠軟件， ? 不僅能完成設施規(guī)劃設計和仿真評價，而且還包括制造規(guī)劃、控制和供應鏈等功能，能與企業(yè)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（ PDM）和企業(yè)資源計劃（ ERP）相連接 ? “設施規(guī)劃與設計不僅是一門科學，更是一門藝術”。因此計算機無論怎樣發(fā)展和應用得多么廣泛，只能是輔助進行規(guī)劃設計的工具，不可能代替人腦的創(chuàng)造性勞動。 典型軟件介紹 ? 當前的設施布置軟件主要有 FactoryCAD、FactoryPLAN、 STORM和 SPIRAL這類輔助設計軟件，而 FactoryFLOW、 FactoryOPT、 ARENA和 ProModel等軟件除輔助設計功能外，還有仿真和性能分析功能。 ? 特別是 Factory Program族軟件在國際上使用較普遍。 ? 目前國內也有一些基于 AutoCAD開發(fā)的 CAFL程序。 1． Factory Program工廠布置和物料搬運系統(tǒng)設計軟件 ? 美國 Cimtechnologies公司（ EAI公司子公司）的產(chǎn)品，廣泛認同，效果不錯。 ? 包括 FactoryCAD、 FactoryPLAN、 FactoryFLOW和FactoryOPT四個模塊，各模塊主要功能如下： ? FactoryCAD是基于 AutoCAD開發(fā)的專門用于工業(yè)和制造設施規(guī)劃設計的繪圖軟件，用戶可以從軟件的工具庫中直接調出設施布置常用的圖元、圖塊和設備等，并可將自建的圖塊加入庫中。 ? 專門的工具欄，如“工業(yè)”、“機床”、“搬運”和“傳送帶”等工具欄，只要單擊工具欄上的一個按鈕就可在圖面上自動生成一個該工具，畫圖效率大大提高。 ? “動畫”功能，如用物料搬運設施時，動畫指令跟蹤設備運動路徑，并能保證移動時四周有足夠的間隙。 ? 三維繪圖功能，并有方便的二維轉三維功能。其他三個模塊都是在 FactoryCAD環(huán)境所建立的布置圖上進行操作。 FactoryFLOW ? 最早的商品化布置程序之一，可以將生產(chǎn)及物料搬運數(shù)據(jù)與實際設施圖及物流路徑集成在一起綜合考慮分析 ? 設計人員以立體的形式看到并處理布置中的空間問題。 ? 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、物料搬運數(shù)據(jù)和固定及可變成本等。 ? 可以確定關鍵路徑、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。這種分析便于設計人員取消無用步驟、縮短物料搬運距離來提高產(chǎn)出率、減少在制品庫存和確定搬運要求等。 ? FactoryPLAN是基于作業(yè)單位密切程度來進行布置設計和分析的程序，同強大的設計功能相比，它主要是一個規(guī)劃工具，用于分析和優(yōu)化布置，尤其是分析不同作業(yè)單位的相互關系，并可對不同布置方案作出定量評價。 ? 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。 ? 它可以自動創(chuàng)建塊狀布置圖，用戶可以從多達 324種不同變量組合中選擇合適的變量來處理布置算法。 2．數(shù)字化工廠軟件 ? 數(shù)字化工廠是一個集成的計算機環(huán)境，能對整個工廠企業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)線進行設計和仿真。數(shù)字化工廠比設施布置設計的內涵更加豐富，利用它工業(yè)工程師可以計劃和優(yōu)化一個完整的制造廠，可以評估制造新設計產(chǎn)品的可行性，可以設計和動態(tài)仿真顯示一個自動的或手動的制造系統(tǒng)，并且能用虛擬加工模型為機器人和其他機床產(chǎn)生和修改程序。 ? 數(shù)字化工廠軟件給傳統(tǒng)的方法帶來了革命。對加速新產(chǎn)品的開發(fā)，降低工程和制造成本，減少生產(chǎn)時間，提高生產(chǎn)力和產(chǎn)品質量起了極有意義的作用。 ? Teomatix Technologies公司和 Delmia公司是數(shù)字化工廠領域的先驅和領導者 ? 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又稱為 SIMPLE++，是用 C++實現(xiàn)的關于生產(chǎn)、物流和工程的仿真軟件（ Simulation in Production、 Logistics and Engineering