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1、多品种小批量混流生产线设计综述摘要：文本全面的总结了有关多品种小批量混流生产线的设计，要紧以生产线平稳优化设计和投产排序和应用 Flexsim 软件对生产线进行仿真分析为要紧研 究内容；并对目前国内的研究进展和研究方向进行了分析和总结，显示出混流生 产线平稳、投产顺序的问题需要进一步研究的进展方向和应用方式。关键词：混流生产线； 生产线平稳； 生产排序1前言混流生产线是一种柔性系统，这种生产线能够生产大量量标准化产品，也能够生产小批量的非标准化产品，今世社会信息技术的快速进展加速了全世界的 经济化、一体化、市场化和信息化从全然上改变了经济运行的环境，大大缩短了 企业生产和客户间的距离。在这种条
2、件下，企业处于加倍开放和加倍竞争的环境 中，也给企业带来了更多的要求，要紧表现为 :产品更新换代的速度愈来愈快， 只有缩短产品的开发时刻和生产时刻，才能够以最快速度把产品推向市场，率先 占据市场，知足用户的及时需要，取得尽可能高的用户中意度，“以产定销”改 成“以销定产”。由于产品的需求变更愈来愈频繁，产品的更新速度也愈来愈快， 企业必需以用户和市场的需求为导向来安排生产。为知足个性化需求愈来愈高的消费者，企业的市场销售已经从过去的以“产定销”改变到“以销定产”1，就目前国内汽车企业的生产模式大多已经从原先的单线大量生产慢慢的向混流多 品种小排量模式过渡，混流生产线是很多企业摆脱产品更新换代快
3、和个性化需求 最好的选择，也是企业博得竞争力的主若是手腕之一，而在日、美、欧等发达按 国家混流生产线已被普遍应用。尽管混流生产线的进展前景很宽广，但这种技术的不成熟使得混流生产线面 临诸多的问题：生产线工艺不平稳，工艺布局不合理，投产顺序有待优化。生产 线工艺平稳要紧的工作以工位为单位，每一个工位装配时刻和装配的区域固定， 为各个工作台分派任务，涉及到作业设施的从头布局和员工的培训，因此平稳工 作不宜频繁进行，是一个中长期决策；国际上汽车生产线的主体生产线都是分为 内饰、底盘、终线三大工艺生产线。部份公司还分有调整线、辅助分装线等2 。 多车型混流生产线确实是将每种车型的工艺流水线结合为一条生
4、产线，因此设计 多车型混流生产线确实是前期先设计好每一种车型的主体生产线，成立好每一种车型的主体工艺布局。然后研究如何将主体工艺布局进行关联结合，一条汽车装 配线在每一个主体生产线都有关键的主体工艺，使这些工艺有机的结合起来，最 后取得合理的工艺布局3；为使混合装配生产线高效地运行，需要解决的另一大 体问题是排序问题。其研究内容涉及在知足特定的约束条件下，如何将多个品种 的待装配产品依照合理的排产顺序投放到装配线上，实现混合装配并达到要求的目标，它属于组合优化的范围5。目前，从国内现有的进展理论和方式综述混流生产线的进展态势，应用方式和以后的动向问题。要紧表此刻混流生产线工艺的 平稳，工艺布局
5、和投产顺序及优化上，下面对其进行分析。2混流线的平稳混装线平稳包括两类：第一次平稳与再平稳。 传统的研究要紧针对第一次平稳，并将其简称为混装线平稳；由于需求模式、技术转变等缘故致使原先平稳 的混装线再也不平稳，需要进行的从头平稳称为再平稳5。汽车装配工艺以工位 为单位，每一个工位装配时刻和装配的区域固定。工位操作时刻分为周期装配时 刻和单件装配时刻。周期装配时刻是指汽车通过工位的固按时刻，一样流水线传 送速度一致，通过一个工位，基本为6-8米的装配区域，所需要的时刻位周期装配时刻6。设计多品种型混流生产线，目的确实是制造汽车成品，企业依照汽车制造的工艺需求一条符合工艺制造要求的生产线。现今工艺
6、平稳存在的难点确实 是，如安在一条生产线将不同车型的工艺进行平稳，如此确实是多车型混流生产 线了。不同车型的整体装配工艺周期时刻不同;装配工艺要素不同，会致使每一 个职位有饱和操作要素与空闲的操作要素并存的现象，如此对企业的生产运作会 造成庞大的浪费。7混流装配线(Mixed Model Assembly Line,MMAL)，是指能够混合持续地 生产不同的变型产品的生产线。这种生产组织方式提高了生产效率，减少了在制 品的数量，增强了生产线的灵活性及适应性，因此愈来愈多地为汽车生产企业所采纳川8。这种生产线MALB）是在知足所有产品的加工顺序、市场需求量和其它约束的前提下，将组装任务分派给各工
7、作台（k，k1，K），对所有的 产品都实现各工作台负荷的尽可能均衡。生产线平稳确实是将具有前后优先顺序 关系的有限作业集分派到假设干有序的工位上，从而实现某些性能指标优化的进程9。生产线平稳程度决定着生产效率，还通过操纵线滑腻系数，阻碍员工的工作踊跃性及产品质量10。 混流生产线节拍的确信e依照打算期生产任务的数量和完成该任务的时刻确信节拍的大小，关于多品 种小批量混流生产线节拍是依照产品组计算节拍，C =F /N ，再依照产品产量进组 组一步确信11，节拍平稳才能达到均衡生产，而阻碍节拍平稳的阻碍因素有很多，诸如车间的时刻计划、人员素养和能力、产品配置的改变和投入、现场布置的改 变及产品与产
8、量的比例等，因此节拍确信要进行综合的考虑。关于节拍均衡赵群 在一汽-公共轿车二厂焊装车间混流生产投产排序研究中采纳了数学建模的形式找出了混流生产线投产排序问题中的生产节拍均衡约束11 生产线工作站生产要素配置和平稳计算。工作站的合理排序，能够减少工序之间的预备时刻，提高生产线的效率，有 利于调动劳动人员的工作踊跃性。结合现有计划方式和装配线平稳理论，利用途 惩函数对装配工艺顺序之外的约束进行优化，并将最小工作站数与平稳率同时进 行优化，研究了混合装配线的多品种车桥工作站平稳优化问题，针对生产线平稳这种 NP-Hard 类型12 配置方案。的组合优化问题，应用遗传算法求解取得作业要素的最优混合产
9、品装配线工作站分派排序13第一需要考虑各个装配任务的优先关系，假设一条装配线生产 2 种产品，产品 A 和产品 B，装配任务优先关系如图 1所示14。如何将产品的各个工序分派到相应的工作站,混流生产中，将每一个最小循环的产品一路放入工作站中，然后对工作站的分派平稳问题进行求解15。国内学者对装配线平稳方式要紧能够归纳为三类：（1）最优化方式（线性计划法、动态 计划法等）；（2）启发式方式；（3）遗传算法；（4）方式研究和作业测定;。 国内外研究要紧集中于模型成立及算法的理论研究上，很少依照生产实际的需求 来解决作业元素个数较多、约束条件较多、知足多目标的平稳问题16。现有的装配线平稳方式缺乏关
10、联性、系统性和整体性，未考虑混流水装配线 工作站分派、排序及实际应用中除工艺顺序之外的约束问题。凌文暑以车桥装配 生产线为例，引入处惩函数优扮装配工艺顺序之外的约束，利用遗传算法对该问 题进行编码求解，将工作站数最小与平稳率最高同时进行优化。最后通过实例进行仿真运算，以增强混流产品装配生产线工作站分派及平稳策略的可行性、有效 性和前瞻性，为装配线尤其是车桥类装配线工作站分派和平稳提供了一种有效途 径；李险峰和董绍华他们提出了一种包括模拟退火因子的改良的遗传算法，设计 了加速收敛因子模型以确保在有限种群空间中的快速收敛;同时考虑了更多工程 现场实际约束来修正传统的约束模型新算法模型应用在混流装配
11、生产线平稳分析中，取得了算法快速收敛和分析结果与实际工程一致的结果14-17。赵建辉在发动机装配生产线平稳问题研究中提出启发式算法；启发式方式以 其简便、易懂的优势，博得了众多治理人员的信任和欢迎，并被普遍应用于各个 领域，它的产生克服了现实建模的困难，提供了一种更有效的决策工具。与最优 化方式相较较，启发式方式的优势要紧有：逻辑模型接近于现实，流程图成立在 决策者体会的基础上。因此启发式方式隐含着多目标方案；它的要紧局限是它的 静态性，即在平稳进程中，固定的准那么是预先确信的优先准那么，而从产品加 工进程、市场需求和公司战略来看环境是动态转变的。在生产线平稳问题中应用 比较多的启发式方式是禁
12、忌搜索算法，与传统的优化算法相较，禁忌搜索算法具 有灵活的经历能力和鄙视准那么，搜索时能跳出局部最优解，转向可行解空间中 的其它区域，从而增大取得更好的全局最优解的概率。由于这种算法的不足，能 够和模拟退火法、神经网络和大体问题信息的局部相结合对平稳问题进行优化17-20。以工业工程方式为主的生产线平稳相关技术主若是方式研究和作业测定两 大技术，运用该技术优势确实是使企业在不投资或少投资情形下，不增加工人劳 动强度乃至是降低劳动强度，通过实施一系列适合自身特点改善方式，对生产进 程的作业程序、作业方式、物料配置、空间布局及作业环境等各方面进行改善， 达到企业对生产线的平稳进而提高生产能力、取得
13、经济效益的目标21。通过这 几种方式的有效结合的应用大体上能够知足混流线的平稳。3混流线投产排序一个生产系统可否及时有效地生产产品，常常在专门大程度上依托于混流生产线的投产顺序，而混流线的投产顺序又是一个短时间的决策，要知足市场需求 和适应产品的周期就必需解决好这一问题。JIT生产方式是目前我国大型汽车制 造企业所要紧采纳的生产模式，它运用混流生产线进行生产。而组织多品种混流 生产的关键是实现生产的平准化，而平准化的核心是混流生产线产品投产顺序的 最优化,以他实现数量均衡、品种均衡和混合装配22。混合装配生产线的排序问题于1963年由美国的Arcus A. L在博士论文中第一次提出，己被证明是
14、组合优化中的NP难题。随后Thomopololos24A. R. Rahimi-Vahed等25也别离从模型和算法方而对混合装配生产线的排序问题进行了研究。就目前来讲，国内采纳各类方式 要紧解决的问题要紧有两点：1）工作负荷过载（Work overload），2）准时化目 标（Justintime objectives）26。依照文献，解决这两个问题他们采纳的方法 举例如下：1) 混流生产线的运作需要减少混流生产线上无效率生产情形的发生，如产生 空闲、工作拥堵或阻塞，能够通过扩展顺序矩阵分析作业前后顺序，从而幸免无效率的生产26-28。2) 丰田公司对“混合车型总装配线上零部件利用速度均匀化”
15、的投产排序问 题应用目标追迹算法(goal chasing algorithm,简记为GCA)并取得了成功。从而, 针 对“混合车型总装配线上零部件利用速度均衡化”投产排序目标, 目标追迹算法 成为衡量研究此排序目标的其它算法有效性的标尺29，但他只是考虑了当下的 问题。3)在混流生产线上零部件利用速度均衡化的排序目标，应用退火算法是一种全 局优化方式，与目标追踪算法相较考虑了全局状态，有专门好的利用价值30。 这几种常见算法和遗传算法的结合应用使得生产速度大体得以均衡化，生产负荷 得以均衡化和物料需求的时刻实现均衡化。在现代市场中，需求模式老是随时刻 和季节不断发生转变，大体上不存在产品组合不变的生产系统。因此，在现实中 这种属于短时间的生产决策是不时作出相应
