混流装配线节拍优化问题分析

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1、-------Dr.WolfgangMüller-Wittig等人[7]通过可视化仿真电子器件的装配过程，通过栩栩如生地实时仿真整个制造过程观察物质流动、缓冲器大小以及装配线的平衡。董建华等人[8]根据大规模定制生产对制造系统动态响应的要求，研究了大规模定制制造系统的模块化、结构形式以及控制结构等方面的关键技术，讨论了虚拟工厂技术在大规模定制制造系统规划中的应用，并建立了一个汽车装配线的虚拟工厂框架。1.2.2装配线生产节拍的研究现状节拍与装配线的关系节拍是流水线最重要的工作参数。节拍是指流水线上连续生产两个相同在制品的间隔时间，它表明流水线生产速度的快慢或生产率的高低[

2、9]。节拍的大小与企业生产纲领有很大关系，其计算公式为：r=FeN=0F⋅ηN(1.1)式中：r——流水线平均节拍（分/件）；F——计划有效工作时间（分）；eN——计划期预计出产的合格产品产量（件）；F——计划制度工作时间（分）；0η——时间有效利用系数，它是考虑了设备检修、设备调整、更换工具时间以及工人生理需要时间而设定的系数，通常取0.9—0.96。在生产过程中，往往由于一些客观因素产生一些废品，为了保证完成生产计划所规定的合格产品的产量，在确定投料时就必须考虑废品率的影响，则流水线的实际投料数应为：1N’=N(1−p)(1.2)式中：N’——计划期实际投料数（件）；p

3、——废品率。在有效工作时间不变、废品率为p的情况下，流水线的节拍应修正为：-----------r=FeN'=Fe1N(1−)p=Fe(1−p)N(1.3)3-----------运用生产节拍的概念，将作业线划分为数个工作站，每一工作站要完成的工作由许多作业基本单元组成，使每个工作站在节拍内都处于繁忙状态，完成最多的操作量，从而使各工作站的闲置时间最少，作业线达到平衡，效率较高[10]。节拍=每天的生产时间每天的计划产量(1.4)最少工作站数量=完成作业所需的时间总量节拍(1.5)效率=完成作业所需的时间总量工作站数量×生产节拍×100%(1.6)节拍方面的研究概况节拍构

4、成表明，若要缩短全自动过程的节拍时间，一方面可以在充分利用加工零件自身结构特点基础上，通过机械结构的科学设计，使全自动过程所必须的某些动作时间重叠，以缩短节拍时间；另一方面是缩短全自动过程中每个动作所耗时间，以缩短整个装配线上的节拍时间。因此，生产节拍的优化主要在改进设备、优化工艺、科学计算节拍、装配线平衡/调度、物料配送、装配线布局、采用信息技术等方面的改进。1）改进工艺设备或操作设备方面混流装配线上无法对加工设备进行改进，但也可以改进旧的操作工具或采用新的操作工具。80年代后期，特别是进入90年代后，装配机器人的应用十分普遍。在日本，装配机器人已占整个机器人应用数量的5

5、0-60%左右。在德国，装配机器人在实际使用的机器人已占到第二位。在美国，1981年对装配机器人的需求量只占总需求量的3-10%，到1990年已增长到25-40%。大量的实例证明，机器人化柔性装配极大地提高了装配质量、保证了产品质量的稳定性、优化了生产节拍和生产效率[11]。在国内，一些企业和研究单位是从引进比旧设备更先进的设备或对旧设备进行改造上着手进行生产节拍的控制和研究。刘琚生等人[12]在处理大型工件的涂装生产线中使用积放式悬挂输送机控制节拍。2）改进工艺方面通过改进生产工艺的方法来控制节拍的方法，在国内外不少企业也有大量研究和应用。如：潘景乐[13]对于某冰箱厂一

6、条冰箱生产线的两道工序——箱体装配和发泡——的节拍相差较大的问题，采取在它们之间增设一个缓冲环节——储存线的方法解决。3）改进节拍计算方法4-----------在生产节拍计算方面，以往大都是凭经验估算出来的，现在则可以通过公式计算节拍、最少工作站数量和装配线的效率，更科学，更有效。隋瑞政[10]以作业线的科学、精确的计算分析代替了模糊的传统经验推断，应用了生产节拍概念及作业线平衡原理，发现瓶颈作业，找到最好的解决方案。蒋伟[14]提出用一种系统生产能力分析的新指标——节拍阈，来衡量构成各专机设备的生产能力。4）优化装配线的调度/平衡（1）装配线调度问题——产品投产顺序问题

7、用有效的算法解决装配线的调度排序问题(MixedModelAssemblyLineSchedulingProblem，简称MMALS问题)是提高装配线性能的基本要求。该问题的研究集中在两个方面：一是目标函数的选取；二是优化算法的选取。在目标函数的选取研究中，二十世纪八十年代之前，主要目的是使装配线上每一个工作站负荷（总的操作时间）平衡，因此考虑最大化操作者的效率或者最小化停线风险。例如，Thomopoulos(1967)[15]给装配线的各种类型的无效状态赋了不同的罚值，比如：空闲时间和工作时间，他考虑的目标是最小