基于遺傳算法的家具生產(chǎn)線優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

張珂

摘要：家具生產(chǎn)線的運(yùn)行效率，直接決定著家具的生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)成本，為了提升家具生產(chǎn)效益，需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化.基于此，本文將首先介紹家具生產(chǎn)線運(yùn)行現(xiàn)狀，其次，進(jìn)行家具生產(chǎn)線平衡分析，最后，分析遺傳算法基礎(chǔ)上家具生產(chǎn)線的優(yōu)化措施，最終達(dá)到對(duì)家具生產(chǎn)線進(jìn)行有效優(yōu)化的目的.

關(guān)鍵詞：家具生產(chǎn)線;遺傳算法;優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP18;TS664.01? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1673-260X（2019）06-0111-03

目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度較快，企業(yè)在實(shí)際發(fā)展的過(guò)程中需要根據(jù)時(shí)代的發(fā)展不斷完善，只有這樣才能保證自身的經(jīng)營(yíng)發(fā)展質(zhì)量.本文將以家具生產(chǎn)線為例，在遺傳算法的基礎(chǔ)上對(duì)家具生產(chǎn)線進(jìn)行優(yōu)化，提升家具生產(chǎn)線的運(yùn)行質(zhì)量以及運(yùn)行成本，不斷提升家具生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)效益，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展.

1 家具生產(chǎn)線運(yùn)行現(xiàn)狀

本次研究的家具生產(chǎn)線主要生產(chǎn)的家具為沙發(fā)，該沙發(fā)在實(shí)際生產(chǎn)的過(guò)程中，由左三位、右三位以及腳踏構(gòu)成，在左三位上安裝兩個(gè)枕頭.整個(gè)沙發(fā)的生產(chǎn)過(guò)程共需要24道工序，在實(shí)際研究的過(guò)程中，針對(duì)每道工序進(jìn)行時(shí)間測(cè)量，針對(duì)一項(xiàng)工序共測(cè)量6次，進(jìn)而保證時(shí)間檢測(cè)的準(zhǔn)確性，根據(jù)6次的測(cè)量結(jié)果計(jì)算平均值，將其作為實(shí)際工作時(shí)間[1].圖1為沙發(fā)組裝圖.

在實(shí)際沙發(fā)制作的過(guò)程中，可以將24道工序分為10部分進(jìn)行，第一，取木架，第二，釘白紗布、裝彈簧、釘網(wǎng)以及安裝松緊帶.第三，噴澆水、貼三位棉、安裝腳踏步.第四，套粘布.第五，釘粘布.第六，釘腳、安裝五金架，第七，安裝頭枕、安裝外套，第八，放粘子、放靠包，第九，檢驗(yàn)，第十，包裝.以上步驟為沙發(fā)制作的大致流程，在研究家具生產(chǎn)線優(yōu)化的過(guò)程中，需要根據(jù)以上步驟作為主要對(duì)象，利用遺傳算法對(duì)其進(jìn)行研究[2].

2 家具生產(chǎn)線平衡分析

通過(guò)分析家具生產(chǎn)線中各流程使用的時(shí)間發(fā)現(xiàn)，以上十個(gè)流程平均使用的時(shí)間分別為243s，526s，398s，375s，500s，410s，339s，140s，99s，270s.通過(guò)以上時(shí)間分析能夠看出，在實(shí)際家具生產(chǎn)中，第二階段所用的時(shí)間最長(zhǎng)，是影響生產(chǎn)效率的主要影響因素，另外，各個(gè)工作流程中所用時(shí)間的差異性較大，最少用時(shí)為99s，與549s相差450s，這也是導(dǎo)致平均加工時(shí)間增加的主要因素之一.在計(jì)算家具生產(chǎn)線平衡率的過(guò)程中，需要用總時(shí)間/最大時(shí)間與總?cè)藬?shù)的乘積=5251s/（526x15）=66.55%，因此家具生產(chǎn)線平衡率為66.55%，則平衡損失率為1-66.55%=33.45%.通過(guò)以上計(jì)算能夠得出，在生產(chǎn)該家具的過(guò)程中，平衡損失率為33.45%，平衡損失率為20%，由于33.45%大于20%，因此該項(xiàng)家具生產(chǎn)線處于時(shí)間浪費(fèi)超標(biāo)的情況，整個(gè)家具生產(chǎn)線的效率較低，也就是說(shuō)，根據(jù)這一生產(chǎn)時(shí)間，每生產(chǎn)一套沙發(fā)，浪費(fèi)的時(shí)間為2639s，整體生產(chǎn)平衡的效果較差，因此需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化[3].

在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，最嚴(yán)重的問(wèn)題就是工作流程時(shí)間分配不均衡的問(wèn)題，時(shí)間差異較大，整個(gè)家具生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率無(wú)法提升，另外，這種情況還會(huì)導(dǎo)致工作流程之間的加工商品堆積或者供應(yīng)不足，浪費(fèi)生產(chǎn)空間以及生產(chǎn)時(shí)間，提升生產(chǎn)勞動(dòng)成本的同時(shí)，降低經(jīng)營(yíng)利潤(rùn)，最終對(duì)企業(yè)生產(chǎn)效益產(chǎn)生影響.因此在實(shí)際家具生產(chǎn)線優(yōu)化的過(guò)程中，需要針對(duì)加工時(shí)間分配不均勻這一問(wèn)題進(jìn)行有效解決，提升整個(gè)家具生產(chǎn)線的生產(chǎn)力，減少時(shí)間浪費(fèi)的情況，最終降低生產(chǎn)成本，提升經(jīng)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益.

3 遺傳算法基礎(chǔ)上家具生產(chǎn)線的優(yōu)化措施

3.1 家具生產(chǎn)線優(yōu)化模型的建立

由于本次家具生產(chǎn)線優(yōu)化主要針對(duì)的對(duì)象為時(shí)間和指定生產(chǎn)元素，因此需要根據(jù)生產(chǎn)的產(chǎn)量，計(jì)算相應(yīng)的生產(chǎn)節(jié)拍，保證各個(gè)生產(chǎn)流程的獨(dú)立進(jìn)行，其中作業(yè)元素只能與一個(gè)工作站相互對(duì)應(yīng).在分配工作站時(shí)間的過(guò)程中，必須滿足相應(yīng)的約束條件，各個(gè)工作站的生產(chǎn)時(shí)間不能大于約束條件，在此基礎(chǔ)上確定工作站數(shù)量的最小值.工作站使用矩陣?yán)肂來(lái)表示，B（J）=0/1，J=1，2，3…M.如果B=0，則說(shuō)明該工作站上并不存在作業(yè)，當(dāng)B=1時(shí)，則說(shuō)明該工作站上存在一項(xiàng)工作，I表示工作作業(yè)元素的合集，J為工作站的合集.其中I=“1，2，fi，fN，J=”1，2，fj，fM，其中i為時(shí)間元素.如果約束條件的計(jì)算結(jié)果為1，則說(shuō)明一個(gè)工作站智能對(duì)應(yīng)一項(xiàng)作業(yè)，在分配作業(yè)的過(guò)程中，必須將約束條件作為前提條件，同時(shí)工作站的運(yùn)行時(shí)間需要與生產(chǎn)節(jié)拍相等或者小于生產(chǎn)節(jié)拍.根據(jù)家具生產(chǎn)線的實(shí)際運(yùn)行情況，可以采用遺傳算法數(shù)學(xué)模型對(duì)其進(jìn)行計(jì)算[4].表1為相關(guān)參數(shù)在遺傳算法中的對(duì)應(yīng)關(guān)系.

3.2 家具生產(chǎn)線優(yōu)化算法設(shè)計(jì)

家具生產(chǎn)線優(yōu)化過(guò)程中的算法設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容;

第一，編碼，這一過(guò)程需要利用作業(yè)元素序列進(jìn)行，將作業(yè)元素根據(jù)工作站的實(shí)際情況進(jìn)行分配，并將其中對(duì)應(yīng)的序號(hào)排列成染色體，其中各項(xiàng)作業(yè)元素與染色體的基因位置相互對(duì)應(yīng).編碼完成之后，染色體中的各項(xiàng)作業(yè)元素需要滿足優(yōu)先級(jí)別的條件，編碼染色體的呈現(xiàn)形式1，2，3，4，5，6，8，9，12， 10，13，7，11，14，15，16，17，18，19，20，21，22，23，24.其中每個(gè)數(shù)字代表著一項(xiàng)作業(yè)元素，例如2對(duì)應(yīng)著第二個(gè)作業(yè)項(xiàng)目元素，根據(jù)編碼的順序進(jìn)行工作站排列.

第二，編碼翻譯，由于以上染色體中只能將作業(yè)元素的順序顯示出來(lái)，因此在翻譯編碼的過(guò)程中，需要將染色體分配到相應(yīng)的工作站中，根據(jù)對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)節(jié)拍原則進(jìn)行翻譯.其中作業(yè)時(shí)間用tt表示，M的初始值為0，翻譯過(guò)程包括以下步驟，第一，tt=tt+time（xi），若tt≤CT<tt+time（xi+1），則M=M+1，tt=0.若i=N-1，M=M+1，符合以上要求進(jìn)行第二部分翻譯.：i=i+1.若i≤N-1，將其轉(zhuǎn)到第一步翻譯中，如果最終結(jié)果i=N，則完成全部翻譯.

第三，選擇算子，可以使用保存最優(yōu)的方法進(jìn)行選擇，在相應(yīng)函數(shù)值的基礎(chǔ)上，除去種群中的劣質(zhì)個(gè)體，保存優(yōu)質(zhì)的個(gè)體，在遺傳算法中，保留最優(yōu)算法能夠?qū)⒐ぷ髡緮?shù)值中的最小M值代替M值中的最大個(gè)體[5].

第四，交叉算子，在此過(guò)程中需要利用交叉概率進(jìn)行，利用Pc針對(duì)個(gè)體進(jìn)行相互匹配，兩個(gè)兩個(gè)為一對(duì)，進(jìn)而出現(xiàn)新生的個(gè)體，采用交叉算子的方式能夠?qū)⑷后w中的優(yōu)質(zhì)基因保存下來(lái).例如，進(jìn)行交叉算子相互匹配的個(gè)體分別為A1，A2，則得到的新個(gè)體為A1’，A2’.在此過(guò)程中需要在這兩個(gè)父代序列中選擇交叉點(diǎn)，在[1，N-1]的范圍中選擇，假如m=8，則二者之間的交叉點(diǎn)為如下所示.

3.3 家具生產(chǎn)線優(yōu)化算法計(jì)算

在算法求解的過(guò)程中，需要根據(jù)遺傳算法理論進(jìn)行，根據(jù)家具生產(chǎn)線的實(shí)際情況進(jìn)行，采用MATLAB進(jìn)行編程，程序中的生產(chǎn)節(jié)拍時(shí)間為418秒，s=100，進(jìn)化代數(shù)為200，最優(yōu)個(gè)體數(shù)為15，交叉概率為0.8，變異概率為0.06.在實(shí)際平衡的過(guò)程中，工作站從15個(gè)變?yōu)?4個(gè)，最小的工作站數(shù)量為14個(gè)，節(jié)拍時(shí)間為410s，平衡率為91.5%，平滑系數(shù)ST=157.7.圖2為優(yōu)化完成后個(gè)工作站工作對(duì)應(yīng)的時(shí)間.

3.4 家具生產(chǎn)線優(yōu)化效果對(duì)比

優(yōu)化完成之后，家具生產(chǎn)線的運(yùn)行效益得到了有效提升，在經(jīng)濟(jì)方面，家具生產(chǎn)線優(yōu)化提升效益為29.4%x14x3500x12=172930元，（效益提升數(shù)量x作業(yè)人數(shù)x人均月薪x每年工作月數(shù)）.由此可以看出，利用遺傳算法對(duì)家具生產(chǎn)線進(jìn)行優(yōu)化，取得了顯著的研究效果，無(wú)論在經(jīng)濟(jì)效益還是在人工勞動(dòng)成本中，都取得了非常明顯的提升，促進(jìn)家具生產(chǎn)線能夠高效的運(yùn)行，不斷提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展[6].

綜上所述，隨著人們對(duì)家具生產(chǎn)線的關(guān)注程度逐漸提升，如何提升家具生產(chǎn)線的運(yùn)行效率，成為有關(guān)人員關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題.本文通過(guò)研究遺傳算法基礎(chǔ)上家具生產(chǎn)線的優(yōu)化措施發(fā)現(xiàn)，對(duì)其進(jìn)行研究，能夠大大提升家具生產(chǎn)線的生產(chǎn)質(zhì)量，促進(jìn)今后遺傳算法在家具生產(chǎn)線優(yōu)化中的發(fā)展.

參考文獻(xiàn)：

〔1〕蘇冬勝.家具模塊化設(shè)計(jì)的應(yīng)用與發(fā)展[J].廣西輕工業(yè)，2008（11）：100-101.

〔2〕歐立華科技.安通為瑞典家具巨頭Kinnarps提供一站式板式家具生產(chǎn)線[J].林產(chǎn)工業(yè)，2017，44（05）：54.

〔3〕林時(shí)峰.河南襄城始建年產(chǎn)15萬(wàn)m～3秸稈生態(tài)板及70萬(wàn)套環(huán)保成品家具項(xiàng)目[J].林產(chǎn)工業(yè)，2016，41（04）：43.

〔4〕劉林.基于先進(jìn)制造理念的板式家具生產(chǎn)線的規(guī)劃與設(shè)計(jì)[D].中南林業(yè)科技大學(xué)，2016.

〔5〕魏玲.基于EM-Plant的家具自動(dòng)化生產(chǎn)線的仿真研究[J].哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，15（02）：110-114.

〔6〕林海.家具模塊化設(shè)計(jì)方法實(shí)例分析[J].家具與室內(nèi)裝飾，2005（09）：20-22.