基于多种群遗传算法的装配线平衡问题研究

产品在制造过程中,装配作业成本大约占制造成本的30%,装配线平衡问题是影响装配作业效率的关键因素。在装配线平衡研究中,提出在固定作业工位下求解装配线平衡的问题,建立了以生产节拍和工位负荷均衡为目标的装配线平衡优化模型,采用多种群遗传算法对固定工位下装配线的生产节拍、工序分配、工位负荷均衡、装配线平衡率进行求解,并基于MATLAB环境实现了多种群遗传算法的编码和求解。最后通过实例求解,验证了模型和算法的可行性。结果分析表明:装配线平衡问题得到了较明显的改善。     

应用柔性工位边界的装配线

为解决传统刚性工位边界装配线在作业时间具有较大不确定性时出现大量未完成作业的问题,提出一种在工位之间引入重叠工作区域(即边界重叠区)、采用柔性工位边界替代传统刚性工位边界的一个柔性装配线系统的生产组织方式。建立了基于离散Markov过程的柔性装配线数学模型,提出了一种基于二分法的关于最小节拍时间的求解算法,从理论上证明了在特定未完成率下关于最小节拍时间的求解函数为单调递减函数,并给出了最小节拍时间的求解范围。一个简单的六工位装配线的算例计算结果表明:当边界重叠区长度占各工位长度16%和30%时,最小节拍时间与传统刚性工位边界装配线相比,降低至88.45%和83.45%,验证了柔性工位边界装配线能够有效地降低未完成作业的数量、提高装配工人平均利用率、提高装配效率。     

发动机装配线平衡问题的分析与改进

利用系统分析技术对洛阳北方易初摩托车有限公司发动机装配线的平衡问题进行了分析，分析认为调试工位是装配线的瓶颈工位，在瓶颈工位的调整中，用Delphi编制程序对装配线和调试线的节拍吻合进行了仿真，找出了二者最佳配合状态，并依此对发动机装配线进行了调整。对调整前后的综合分析表明：调整后的方案提高发动机的生产效率，降低成本，提升企业市场竞争力，从而提高企业经济效益。     

需求波动情况下千斤顶装配线的设计及应用

制造业企业管理人员凭经验估算装配线产量,对合理产量缺乏量化分析,导致需求季节性波动情况下,企业不知如何设计装配线和调配劳动力,针对这类问题提出相应设计方案和合理化建议。首先,分析千斤顶装配线的生产流程,测定各工位的标准作业时间。在此基础上,对装配线进行平衡,计算出不同节拍装配线合理产量。最后,针对装配线柔性生产的要求,提出两种新方案,并计算新方案的日产量和平均劳动力利用率。研究结果不仅帮助管理人员解决了产量计算的问题,而且解决了需求季节性波动下装配线设计的难题。     

任务分区及工位约束下装配线第二类平衡研究

装配线平衡直接影响产品产量,也是在装配线布局初始或重构时所必须面临的问题.针对第二类装配线平衡问题(ALBP-2),构建了一种考虑优先关系约束、任务分区约束和工位约束的多目标优化模型.为提高模型求解效率,采用逐步缩小节拍搜索范围的动态步长方法,提出基于自动机回溯算法的改进粒子群算法,提高了任务分配合理性,快速搜索出具有最小节拍和负载平滑系数的任务分配方案.引入任务分配矩阵表示每个工位上的任务分配情况,使结果描述更加明确.通过案例分析验证了所提模型和方法的有效性.     

考虑切换时间的机器人装配线平衡优化方法

考虑装配过程中的切换时间,以装配线的工位节拍最小为优化目标,建立了机器人装配线平衡问题的数学模型.在此基础上,将自适应策略引入模拟退火遗传算法框架中,构建了自适应模拟退火遗传算法.以轿车制造车身车间左前门内板总成的焊接装配为例,分别对比了标准遗传算法、模拟退火遗传算法及自适应模拟退火遗传算法在解决该问题方面的性能,结果表明自适应模拟退火遗传算法在解的性能和算法收敛性两个方面表现出了较大的优势.     

考虑能效的多机器人协同装配线平衡方法

为解决工位内多机器人的协同装配问题,以装配线的节拍、能源的总消耗以及机器人的总投入成本最小为优化目标,建立了工位内多机器人协同作业的装配线平衡问题的数学模型.在此基础上,提出了一种基于工位码、任务码、机器人码三层编码的多目标混合帝国竞争算法,该算法融合了非支配排序遗传算法的排序规则,并引入了延迟爬山算法,以提高算法的搜索性能.最后,对算法进行仿真实验,结果表明该算法是有效、可行的.      

基于有向网络理论的U型装配线平衡问题研究

针对制造企业的复杂装配线工作站优化设计和生产柔性化要求,提出基于有向网络理论的解决办法.首先结合装配线平衡问题简单算例,说明装配流水线作业流程图满足有向图特征,并用矩阵表示,将复杂网络图信息转换为可计算的数据信息,实现了流水装配线平衡的计算机计算与程序设计.其次以29个节点装配流程为例,在满足作业元素的时间、流水节拍以及作业元素优先关系的约束条件下,以装配线时间损失率最小为优化目标,建立装配线平衡问题的数学模型.最后利用有向图网络理论计算装配线平衡问题和U型装配线设计,平衡率达到93.81%,验证了有向网络图理论求解生产线平衡问题的合理性和有效性,并实现了计算机程序计算.本研究为制造企业大型流水线设备自动化设计提供了一种新方法.     

工作要素在装配线中分配与其平衡率的研究

随着信息与时代的飞速发展,我国电子产品的大量需求订单导致企业装配线超负荷运行,装配线"瓶颈"现象凸显。为了解决装配平衡问题,部分企业采用之前的启发式工位分配方法,但是未能达到最优状态。借助最大化候选原则和Kilbridge&Wester法安排工作要素,使用Lingo11.0求解构建数学模型的平衡率、平滑指数以及节拍做对比,以此发现三者之间工作要素的不同安排影响整个装配线平衡率,且构建数学模型求解的平衡率较高。通过电子仪器装配线实例分析,证明数学模型的有效性,能够满足各项工艺要求,求解结果能有效解决其装配线平衡问题。     

操作时间不确定时第一类多产品混合装配的鲁棒平衡

在人工作业装配线上,操作时间长度在一定范围内波动,导致确定条件下的装配线平衡模型不再具有较优性,甚至失效.文中针对在生产节拍给定的条件下求最小工位数的第一类装配线平衡问题,分析多产品混合装配线的平衡特点,基于整数规划建立其确定型平衡模型;通过线性规划模型及其在有界不确定条件下的鲁棒对等表达式,建立了在操作时间为给定变动范围内的不确定变量时多产品混合装配的鲁棒平衡模型.实例分析表明,基于该模型所求的解在给定的操作时间变动范围内是鲁棒最优解.     

考虑生产线平衡的串-并联生产系统机会维护策略

以多工序多台设备组成的串-并联生产系统为研究对象,根据生产线平衡原理,在每次预防性维护时引入机会维护,以实现设备的充分利用;采用可靠度恢复因子描述设备维护前后的可靠度演变过程,建立了以可靠度、总成本最小为优化目标的串-并联生产系统预防性维护和机会维护模型,采用蒙特卡洛仿真方法获得最优的预防性维护和机会维护的阈值,从而得到了满意的维护计划.应用实例结果表明,所提出的方法能够为串-并联生产系统提出合理的维护计划.在保证不发生系统停产的基础上,能够充分实现机会维护,降低企业设备的维护费用.     

考虑产品质量控制的生产系统预防性维护策略联合优化研究

针对生产系统因生产异常导致的产品质量特征均值偏移,提出了设备状态与预防性维护周期相结合的预防维护策略,运用抽样监测产品质量绘制的均值控制图来判断机器设备的状态,考虑不同设备更新状况下包括抽样费用、维护费用、质量损失费用和停机损失费用的总费用,以单位时间期望总费用最小为目标函数,预防性维护周期与均值控制图参数（样本量、抽样间隔及控制系数）为决策变量建立模型。运用差分进化算法对模型求解以验证其可行性,并利用灵敏度分析方法验证决策模型的有效性。联合产品质量与预防性维护的决策模型更加符合生产系统的实际情况,有效提高经济效益。     

考虑租赁双方的租赁设备多目标预防维护策略

针对当前租赁市场上设备承租方对租赁服务要求提高的市场环境,综合考虑设备出租方和设备承租方的经济利益,建立了考虑租赁双方的租赁设备多目标预防维护模型。首先,基于设备故障状态对设备多维护方式进行决策,考虑设备承租方生产计划与产品质量的需求,利用承租方产品质量需求描述其满意度。其次,建立设备维护的总成本、设备维护活动时长以及设备维护活动对产品质量影响的多目标联合优化模型,最小化设备维护成本的同时,最小化设备总的加工时间,最大化承租方满意度,优化了设备的预防性检测维护周期。最后,通过数值分析验证了这一模型的有效性。联合考虑租赁双方对维护活动的要求更加符合实际的市场需求,降低了设备总维护成本和总加工时间,并且提高了承租方的满意度。     

基于时变可靠度的列控中心预防维修周期研究

铁路列控中心设备预防维修周期及更换周期的合理确定可以提高设备的可靠性和铁路运营的安全性。在引入役龄回退因子和考虑维修费用的基础上,建立基于时变可靠度的列控中心预防维修周期模型。以铁路某列控中心设备为例进行预防维修周期和更换周期的优化仿真,以时变可靠度为约束,给出设备预防维修周期和维修费用的计算公式;以可靠度收益为优化目标,确定其最佳预防维修次数;以维修总费用为优化目标,给出最佳预防维修周期和计划更换周期。研究表明：列控中心设备的最佳预防维修次数为14次,最佳更换周期为2.4年,且该模型能有效保障设备高可靠运用、合理安排维修计划、缩减维修费用以实现盈利,可为制定最佳维修策略提供技术支持。     

考虑批量生产的设备视情维护策略优化研究

针对目前市场环境对批量生产中的交付时间、产品质量以及企业信誉愈发看重的情况,提出了考虑三者联合的设备维修策略。首先,在已知产品质量和设备劣化状态存在一定函数关系的情况下,将其衍生至次品率上并将单位周期生产结束后的设备状态与生产时间相结合,进行预防性维护和设备更换的维修方式选择。其次,根据时间阈值和预防性维护阈值,以经济效益最优为决策目标,建立考虑批量生产的视情维护总成本模型。针对提出的优化模型,将蒙特卡洛仿真法和响应面分析法中的中心组合设计法相结合,对模型进行求解。最后,通过算例分析,证明了模型的有效性和可靠性。     

蒙特卡罗仿真在设备预防性维修周期确定中的应用

应用蒙特卡罗仿真对故障规律满足威布尔分布的设备进行了预防性维修周期的优化，详细推导了小修方式下随机数的抽样方法，给出了仿真分析的一般步骤，并对该模型进行了仿真分析，并用数值解法的结果验证了仿真结果，表明仿真具有较高的精度，是一种研究设备维护策略的有效方法．     

基于韦伯分布与RBI理论修正的加氢母站设备可靠性分析

针对目前氢损伤失效机理无法量化到失效概率中的问题,更加准确、全面的分析加氢母站设备可靠性,修正RBI理论进行加氢母站设备的可靠性分析,结合双参数韦伯分布、极大似然估计统计分析设备同类失效概率,针对加氢母站设备特有失效机理,创新性地提出氢损伤修正因子与其定量分析方法,整体探讨了加氢母站设备可靠性。结果表明：修正RBI理论的泄漏孔径分类、结合双参数韦伯分布与极大似然估计计算同类失效概率更符合实际工况;结合氢损伤修正因子可得出氢设备失效概率值,氢损伤修正因子敏感性分析表明,氢损伤修正因子对设备失效概率呈正相关,建议对氢设备应采取一些具体措施进行预防性维护,对加氢母站设备安全运营管理与预防决策有重要意义。     

拖拉机前机罩装配线平衡优化

为了优化生产,提高装配线效率,在对约束理论及装配线平衡研究的基础上,运用eM-Plant软件建立了拖拉机前机罩总成装配线的仿真模型。通过运行仿真,识别出了瓶颈工序,并提出了改进方案,消除了装配线上的堵塞现象,降低了工位闲置时间,提高了装配线平衡率。仿真分析的结果为装配线的规划与布局提供了科学依据。     

TMC公司平衡装配线生产节拍研究

以TMC公司组装生产线为研究对象,运用模特法及秒表测时法测定了流水线各工位的作业时间,找出了影响流水线生产能力的瓶颈工位;依据ECRS(取消、合并、重排、简化)和动作经济原则改善了该流水线的节拍,包括对相关工位作业内容的重新分配、对生产流程进行重新布局.新方案的实施使该组装线生产能力提高了38.59%.     

混流装配线平衡问题与规划方法研究

针对客户需求变化、产品设计不断升级演进、装配技术与设备更新等迫使装配线再次调整与演进平衡的问题,综述了现有装配平衡/演进平衡的主要内容及研究进展。首先从混流装配线平衡、混流装配线再平衡两方面总结了混流装配线研究进展与平衡规划方法;其次,对混流装配线平衡问题的分类和通用解决方法进行了归纳与总结;最后,在以上研究分析的基础上提出了产品演进驱动下装配线平衡的进一步研究方向。