雙邊裝配線平衡技術(shù)的研究.pdf

1、自從亨利·福特于19世紀(jì)初創(chuàng)建第一條生產(chǎn)線以來，生產(chǎn)線已成為現(xiàn)代制造業(yè)中一種主要的生產(chǎn)組織形式，廣泛應(yīng)用于汽車、家電等生產(chǎn)裝配中。隨著裝配技術(shù)和生產(chǎn)調(diào)度理念等研究發(fā)展，裝配線的運行方式也發(fā)生了很大的變化。從最初簡單的單邊裝配線衍生出多種不同類型的裝配線，包括雙邊裝配線、U型裝配線等。其中，雙邊裝配線常用于汽車、裝載機等大型產(chǎn)品的裝配。
　　 與傳統(tǒng)單邊裝配線相比，雙邊裝配線擁有許多優(yōu)點。它能縮短裝配線的長度，從而縮短產(chǎn)品下線時間

2、;它能提高工裝、夾具等利用率，減少設(shè)備投資和維護成本;它能減少工人走動等時間，提高工人的勞動生產(chǎn)率，等等。然而，由于裝配作業(yè)方式的變化，對裝配線平衡也提出了更高的要求。在雙邊裝配線中，任務(wù)的分配除了要滿足單邊裝配線平衡中所有約束條件之外，還要滿足“操作方位”約束和“序列相關(guān)”的完成時間等約束。約束條件的增加，使得傳統(tǒng)裝配線平衡方法不再適用，需要研究適合雙邊裝配線特點的平衡方法。
　　 針對這一問題，本文從建模、平衡方法和應(yīng)用等方

3、面對雙邊裝配線進行研究，所完成的主要研究成果包括:
　　 (1)提出雙邊裝配線平衡的數(shù)學(xué)模型
　　 在雙邊裝配線中，一對伴隨工位（由左、右兩個工位組成）上任務(wù)的裝配作業(yè)相互關(guān)聯(lián)、相互制約。通過任務(wù)之間的優(yōu)先順序約束，將出現(xiàn)一邊工位上的任務(wù)要“等待”另一邊工位上的任務(wù)完成之后才能開始。而且，工位上任務(wù)的裝配作業(yè)順序?qū)Α暗却睍r間的大小有著密切的影響。因此，平衡需要考慮包含“等待”時間在內(nèi)的“序列相關(guān)”的完成時間約束。

4、>　　 為建立“序列相關(guān)”的雙邊裝配線平衡的數(shù)學(xué)模型，本文提出一種基于“任務(wù)在工位上開始裝配時間”的描述方法。通過規(guī)劃任務(wù)的開始裝配時間，確定任務(wù)在工位上的裝配順序;根據(jù)任務(wù)裝配完成的時間，來判斷工位的節(jié)拍時間約束?；谠摲椒?，避免了直接計算復(fù)雜的、包含“等待”時間在內(nèi)的完成時間約束，首次提出了雙邊裝配線平衡的數(shù)學(xué)模型，為雙邊裝配線平衡問題的數(shù)學(xué)解析求解奠定了基礎(chǔ)。
　　 (2)提出雙邊裝配線平衡的精確求解算法
　　

5、關(guān)于雙邊裝配線平衡問題，至今未有精確求解研究的公開報道。本文首次研究提出兩種精確求解算法（基于任務(wù)枚舉和基于工位枚舉的分支定界算法），用來最優(yōu)化雙邊裝配線的平衡。
　　 在基于任務(wù)枚舉的分支定界算法中，為生成所有可行的任務(wù)序列，從中找到問題的最優(yōu)解，本文采用任務(wù)拆分處理的方法來遍歷E型任務(wù)（可分配到裝配線任意一邊）兩種可能的安排，從而生成所有可行的任務(wù)分配方案，實現(xiàn)了基于任務(wù)的枚舉。為降低搜索的難度，提出“最大改進價位權(quán)值”等規(guī)

6、則來引導(dǎo)分支的搜索順序;提出多種簡化和定界規(guī)則來控制枚舉的規(guī)模。通過對公開發(fā)表的雙邊裝配線平衡問題的驗證，結(jié)果表明該算法能實現(xiàn)6個平衡問題（問題規(guī)模最高為148個任務(wù)）25種節(jié)拍的最優(yōu)化。其中，有4個問題的最優(yōu)解是首次被報道。
　　 在雙邊裝配線中，左右兩邊工位上任務(wù)的安排是相互影響、相互作用，因而無法像單邊裝配線平衡中，基于任務(wù)之間優(yōu)先關(guān)系來生成工位的任務(wù)分配方案。針對這個問題，本文提出一種“基于時間傳遞函數(shù)”的任務(wù)分配方法，

7、來枚舉生成各個工位的任務(wù)分配方案，從而實現(xiàn)了基于工位的枚舉樹構(gòu)造。通過對公開發(fā)表的雙邊裝配線平衡問題的驗證，結(jié)果表明該算法能實現(xiàn)6個平衡問題（問題規(guī)模最高為148個任務(wù)）27種節(jié)拍的最優(yōu)化。其在基于任務(wù)枚舉的分支定界算法基礎(chǔ)上，又首次實現(xiàn)了2個問題的最優(yōu)解。
　　 (3)提出一種基于“序列組合”編碼的遺傳算法
　　 本文提出一種基于“序列組合”編碼的遺傳算法，用來處理實際的大規(guī)模雙邊裝配線平衡問題。基于“序列組合”編碼方

8、法，可以克服像基于“工位”編碼方式中，因染色體解碼問題而造成搜索空間存在“盲點”的不足，從而使遺傳進化能在整個可行解空間內(nèi)進行，從中找到問題的近優(yōu)解（或最優(yōu)解）。針對該編碼方式，設(shè)計了相應(yīng)的遺傳操作算子，使染色體在可行空間內(nèi)進化，提高搜索的效率和解的質(zhì)量。通過對公開發(fā)表的、規(guī)模高達(dá)205個任務(wù)的雙邊裝配線平衡問題的驗證，結(jié)果表明該算法能找到大多數(shù)平衡問題當(dāng)前最佳的平衡方案，表現(xiàn)出較好的性能。
　　 另外，通過對某企業(yè)實際的ZL5