物料超市優(yōu)化下的裝配線平衡問題文獻綜述

摘 要：裝配作業(yè)作為制造企業(yè)的核心活動，其裝配流程和物料超市配送直接影響到時間、成本等資源，制約著系統(tǒng)的生產(chǎn)效率的提高。因此，裝配線平衡與物料超市配送協(xié)同優(yōu)化在制造企業(yè)裝配系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計中顯得尤為重要。本文將從裝配線平衡、物料超市配送、裝配線平衡與物料超市配送相結(jié)合問題三個方面對本文研究主題的相關(guān)文獻進行歸納總結(jié)，并以此為基礎(chǔ)提出構(gòu)建新模型的想法以及思路。

關(guān)鍵詞：裝配線平衡;物料超市;協(xié)同優(yōu)化

1 緒論

隨著大規(guī)模定制與工業(yè)4.0的發(fā)展，制造企業(yè)想要獲得新的發(fā)展，需要不斷地降低制造成本，用更短的生產(chǎn)時間和更少的生產(chǎn)成本贏得客戶的支持。據(jù)統(tǒng)計，裝配線的規(guī)劃設(shè)計成本一般占裝配線總投入的9%～12%，生產(chǎn)線規(guī)劃具有十分重要的地位。為提高裝配線的生產(chǎn)效率。必須解決生產(chǎn)線平衡和物料超市配送兩個問題。生產(chǎn)線平衡問題是指在工藝等約束條件下，將各項任務(wù)集合有效地分配到各個工作站中，實現(xiàn)其優(yōu)化目標(biāo)。物料超市是一個靠近生產(chǎn)線，用來儲存生產(chǎn)線上所需要的零件的指定區(qū)域，拖車按照固定的時間表出發(fā)，將超市的零件運送到位于預(yù)定路線上的工作站中，超市的位置、數(shù)量以及供應(yīng)的工作站數(shù)量是其需要優(yōu)化的目標(biāo)。裝配線平衡問題的決策不僅影響到裝配線的生產(chǎn)效率，而且影響到后期物料超市配送決策的效率。因此，許多學(xué)者一直在尋找最佳的優(yōu)化方法，同時考慮裝配線平衡和物料超市配送。本文主要從裝配線平衡、物料超市配送、二者協(xié)同優(yōu)化三個方面展開文獻綜述研究，對今后的研究給出建議。

2 國內(nèi)外研究綜述

2.1 文獻綜述

裝配線平衡問題（ALBP）是指在工藝等約束條件下，將各項任務(wù)集合有效地分配到各個工作站中，實現(xiàn)其優(yōu)化目標(biāo)。Salveson在1955年首次提出了SALBP，他將SALBP定義為一個線性規(guī)劃（LP）問題，包含所有可能的站點分配組合，并給出了最優(yōu)工作站的上下界限[1]。Thangavelu等人給出了裝配線平衡問題的0-1整數(shù)規(guī)劃公式，在給定周期內(nèi)最小化工作站數(shù)量[2]。Sabuncuoglu等人考慮了SALBP1，目的是找出最小數(shù)目工作站數(shù)量[3]。Kao等人提出了一種具有資源約束的裝配線平衡問題的最短路徑算法，使給定周期時間內(nèi)的工作站數(shù)量和不同站點所需資源類型總數(shù)最小化[4]。Ozbakir等人考慮了平行裝配線平衡問題，最小化工作站空閑時間和最大限度地提高生產(chǎn)線的效率[5]。

在裝配線生產(chǎn)中采用物料超市，是為了頻繁地小批量交付零件，從而減少工作站的庫存，避免長距離交付。因此，物料超市的配送問題也影響著生產(chǎn)系統(tǒng)的效率。Battini詳細描述了物料超市的概念，將其分為魚骨型超市、單線超市和多線超市三種，并對實施物料超市時出現(xiàn)的基本決策問題進行了文獻調(diào)研[6]。Veronique等以成本最小化為目標(biāo)，對批量供應(yīng)和成套供應(yīng)進行權(quán)衡[7]。Faccio等通過實證研究表明運輸能力、運輸車輛與供應(yīng)策略之間存在高度相關(guān)性，運輸能力受到零件尺寸的約束[8]。Battini等人運用創(chuàng)新的分步程序來確定何時、如何和在何處方便地安裝超市倉庫。并考慮到裝配線中所需數(shù)量、類型、裝配系統(tǒng)的位置等因素[9]。

關(guān)于兩者相結(jié)合的問題，Sternatz等人分析了裝配線平衡和物料配送之間的相互依賴關(guān)系，提出了一個聯(lián)合的ALB和PF，考慮了中央倉庫的直接和間接供應(yīng)策略，以及工作站的容量限制[10]。Battini等人2016年將人機工程學(xué)考慮到裝配線平衡和物料配送里去，提出了一個綜合模型，旨在同時解決ALB和PF問題的同時，優(yōu)化操作人員的人機工程學(xué)風(fēng)險[11]。易建洋等描述了空間受限的混合裝配線平衡問題，分析了混合裝配線所需物料的需求能力和物料配送能力之間的匹配關(guān)系，建立了兩階段數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，采用遺傳算法進行仿真實驗，驗證了方法研究的有效性[12]。吳永明等人在此基礎(chǔ)上進行了進一步研究，建立了裝配線平衡最少工作站、最少均衡系數(shù)及物料配送路徑最短多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化模型，同時設(shè)計了NSGA-II算法對模型進行求解[13]。張惠等以機械式排種器為研究對象，對其裝配工藝流程、工位的劃分以及準(zhǔn)時制物料配送方案進行研究，設(shè)計了一種兼顧裝配線平衡和準(zhǔn)時制物料配送的方案，并驗證了其合理性[14]。

2.2 文獻綜述總結(jié)

綜上所述，關(guān)于裝配線平衡問題的研究較為全面，解決的方法形式多樣。國內(nèi)外對物料超市配送的研究主要集中在超市的數(shù)量、運輸路線、運輸車輛數(shù)量等。但是目前對于同時優(yōu)化裝配線平衡和物料配送的研究仍然是一個新鮮的領(lǐng)域?，F(xiàn)有的研究大多利用兩階段方法進行分層優(yōu)化，將裝配線平衡的最優(yōu)解代入物料配送中去進行優(yōu)化，但忽略了在整體環(huán)境中的全局最優(yōu)解。

3 結(jié)論

通過文獻整理發(fā)現(xiàn)，裝配線平衡與物料超市配送息息相關(guān)，直接影響著裝配線系統(tǒng)的效率以及物流成本。但現(xiàn)有的研究針對兩者協(xié)同優(yōu)化所考慮的文獻較少，即使進行了協(xié)同化考慮，也僅僅是使用兩階段方法優(yōu)化，未考慮整體目標(biāo)下的全局解。因此未來可以進一步將兩者進行協(xié)同優(yōu)化考慮，以達到整體模式下的最優(yōu)解。同時考慮到生產(chǎn)的現(xiàn)實性，應(yīng)將生產(chǎn)環(huán)境中的不確定因素也同樣考慮進去，更貼合實際情況。對于大規(guī)模問題，應(yīng)該設(shè)計有效的智能算法進行求解，如禁忌搜索、啟發(fā)式算法、遺傳算法等。

參考文獻：

[1]Salveson M E.The Assembly Line Balancing Problem[J].Journal of Industrial Engineering，1955，6（3）：18-25.

[2]Thangavelu SR，Shetty CM.Assembly line balancing by zero-one integer programming[J].IIE Trans，1971，3（1）：61-68.

[3]Sabuncuoglu I，Erel R，Tanyer M.Assembly line balancing using genetic algorithm[J].J Intell Manuf，2000，11：295-310.

[4]Kao，Hsiu-Hsueh，Din-Horng Yeh，Yi-Hsien Wang，Jui-Cheng Hung.An Optimal Algorithm for Type-I Assembly Line Balancing Problem with Resource Constraint[J].African Journal Of Business Management 2010，4，（10）：2051-2058.

[5]Ozbakir，Lale，Baykasoglu，Adil，Gorkemli，Beyza，Gorkemli，Latife.Multiple-colony ant algorithm for parallel assembly line balancing problem[J].Applied Soft Computing，2011，11（3），3186-3198.

[6]Battini D.Just-in-Time supermarkets for part supply in the automobile industry[J].Journal of Management Control，2013，24（2）：209-217.

[7]Veronique Limere.To kit or not to kit：optimizing part feeding in the automotive assembly industry[J].European Journal of Operational Research，2008，（184）：480-489.

[8]Faccio M，Gamberi M，Persona A.Design and simulation of assembly line feeding systems in the automotive sector using supermarket，kanbans and tow train：a general framework[J].Journal of Management Control，2013，（24）：187-208.

[9]Battini D，F(xiàn)accio M，Persona A，Sgarbossa F.Supermarket warehouses：stocking policies optimization in an assembly-to-order environment[J]，International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2010，50（5-8）：775-788.

[10]Sternatz，J.The joint line balancing and material supply problem[J].International Journal of Production Economics，2015，159：304-318.

[11]Battini D，M Calzavara，A Otto，F(xiàn) Sgarbossa.The Integrated Assembly Line Balancing and Parts Feeding Problem with Ergonomics Considerations[J].IFAC-PapersOnLine，2016，49（12）：191-196.

[12]Battini D，Calzavara M，Otto A，Sgarbossa F.Preventing ergonomic risks with integrated planning on assembly line balancing and parts feeding[J].International Journal of Production Research，2017，55（24）：7452-7472.

[13]易建洋，江新麗，張璐.混合裝配線平衡與物料配送的協(xié)同優(yōu)化[J].機電工程技術(shù)，2016，9：114-118.

[14]吳永明，羅利飛，戴隆州，徐艷霞，張晗.裝配線平衡與物流配送路徑協(xié)同優(yōu)化[J].組合機床與自動化加工技術(shù)，2018（07）：181-184.

[15]張惠，李成松，李玉林，李西洋，馬信春.基于準(zhǔn)時制物料配送的機械式排種器裝配線規(guī)劃研究[J].制造業(yè)自動化，2015，37（16）：103-107.

作者簡介：彭雪芬（1997-），女，湖北天門人。