混流裝配理論淺析

欒丕濤 李 義 冮健廷

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一、混流裝配理論的概念與特征

(一)混流裝配平衡的定義。按照產(chǎn)品裝配方式劃分，裝配線分為單品種裝配線和混合產(chǎn)品裝配線，混流裝配線是對單品種裝配線的復雜化，是一種多條單品種裝配下面的高度非線性擬合。其運行效率主要取決于如下兩個方面：其一是如何將作業(yè)元素合理地分配到裝配工作站上；其二是如何將擬投放安排到裝配線的工藝流程進行合理化排序。[1]混流裝配線在作業(yè)時不僅僅要考慮作業(yè)任務(wù)優(yōu)先的順序，而且要考慮不同產(chǎn)品所包含任務(wù)在作業(yè)時間上的差異以及不同類別產(chǎn)品之間的平衡問題。

裝配線的平衡又稱工序的同期話，是對一條裝配流水線，在給定流水線的節(jié)拍后，求出裝配線所需工序的工作地數(shù)量和用工人數(shù)量最少的方案，也即對于特定的產(chǎn)品，給定工作地數(shù)量，求出使流水線節(jié)拍最小的配置方案，使各工作站的單件作業(yè)時間盡可能接近節(jié)拍或者節(jié)拍的整數(shù)倍。[2]

混流裝配線的平衡問題是指在滿足給定的約束條件下，將該生產(chǎn)線上的所有產(chǎn)品的全部裝配作業(yè)元素合理地分配在各個工位上，使得各個工位的裝配時間盡可能接近，生產(chǎn)效率最高，實現(xiàn)均衡化生產(chǎn)，其實質(zhì)是離散時間的組合優(yōu)化問題。

混流裝配線的平衡方法主要包括三種：數(shù)學分析法、傳統(tǒng)啟發(fā)式方法和現(xiàn)代人工智能方法。

(二)混流裝配線的研究意義。按照產(chǎn)品裝配方式劃分，裝配線分為單品種裝配線和混合產(chǎn)品裝配線，混流裝配線是對單品種裝配線的復雜升級。[3]多條單品種的裝配線按照目標產(chǎn)品的生產(chǎn)工序進行科學化、合理化的組合，就復合成了混流裝配線。

隨著科技水平的日益發(fā)展，產(chǎn)品的功能其需求越來越復雜，因此產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和復合的模塊也隨之增多，其生產(chǎn)流程也更為復雜。在生產(chǎn)過程中，多步驟的生產(chǎn)工序被擬合在一條流水線中，按照工序不同，流水線中通常會包含多種生產(chǎn)工藝，部分生產(chǎn)工藝依靠人工進行加工，部分工藝可以依靠自動化的生產(chǎn)模塊進行加工。多種工藝在同一條流水線中的配合，其共有節(jié)拍，即為本條流水線的生產(chǎn)節(jié)拍。通常，如此復雜的流水線就是一條混流裝配線。對不同工藝的統(tǒng)籌優(yōu)化，使得產(chǎn)品的生產(chǎn)節(jié)拍穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高效，就是混流生產(chǎn)線平衡優(yōu)化的最終目的。

二、混流裝配線平衡流程

(一)混流裝配線的優(yōu)化方案?；炝餮b配線的排序有三種優(yōu)化方案：各工位負荷均衡化、部件消耗平順化和多目標優(yōu)化，均衡化各個工位負荷可以使得各個工位勞動強度相當，減少堵塞、等待和停線時間，縮短總完工時間；物料消耗平順化可以使得各個裝配階段的部件實際消耗和理論消耗趨于一致，避免裝配時緊時松或物料不及時供應等異常情況發(fā)生，保證平穩(wěn)裝配并減少在制品庫存，但是，實際問題往往多而復雜，單一的優(yōu)化方案并不能滿足目標要求；多目標優(yōu)化方案的研究成果非常多，目標組合方式不斷涌現(xiàn)，沒中優(yōu)化組合方式均有使用的排序算法，但是其通用性非常的小。因此，對于混流裝配線的排序優(yōu)化問題，只能通過對實際情況進行抽象分析，建立多個目標的組合模型，以解決相關(guān)問題。

(二)混流裝配線平衡流程。首先，對每一品種的裝配線應用工業(yè)工程方式進行粗平衡，根據(jù)精益改善理念，消除在工藝制定和裝配路線設(shè)計中的缺陷，為后續(xù)的線平衡提供標準的工藝、工時等優(yōu)化信息；

其次，根據(jù)標準信息和改善方向，利用現(xiàn)代人工智能方法，簡歷混流裝配平衡模型，進行細平衡，并與優(yōu)化前對比，分析改進情況；

最后，通過對實際問題進行概括分析，確立若干優(yōu)化目標，簡歷多目標組合模型，解決混流裝配線的排序問題。

三、混流裝配理論的適用范圍

(一)小型產(chǎn)品生產(chǎn)線中的混流裝配理論。混流裝配線在小型產(chǎn)品生產(chǎn)線中使用廣泛，其主要目的是為了在一條裝配線中擬合多種產(chǎn)品的生產(chǎn)流程。很多智能小家電生產(chǎn)企業(yè)采取混流生產(chǎn)線的方式進行多種產(chǎn)品的生產(chǎn)。由于不同的產(chǎn)品具備不同的生產(chǎn)節(jié)拍，部分產(chǎn)品又具有相同的功能模塊，在同一條生產(chǎn)線擬合多條生產(chǎn)工序，是非常有難度的。采用混流裝配平衡的方式，可以使加工時長相似的工序同步進行，使得整條流水線的生產(chǎn)節(jié)拍更為接近，提高混流裝配線整體的工作效率、柔性以及魯棒性。

(二)機械制造業(yè)中使采用混流裝配理論的可能性。機械制造行業(yè)，在本文中特指大型機械制造業(yè)。大型機械制造行業(yè)的裝配線具有工序復雜多樣、工藝流程長、施工臺位依據(jù)產(chǎn)品的位置以及空間需要靈活調(diào)整和積極適應等特征。由此，其生產(chǎn)線通常都會具有柔性差，工作效率受制約因素多，影響產(chǎn)品的生產(chǎn)節(jié)拍的可變因素多，產(chǎn)品的生產(chǎn)節(jié)拍較長且不易優(yōu)化。

因此，混流裝配線在大型機械制造行業(yè)同樣適用，對于不同工序的優(yōu)化擬合，理論上可以對生產(chǎn)工序帶來明顯的效率提升。