单一产品复杂装配线启发式平衡排产方法

ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ计算机工程与应用　单一产品复杂装配线启发式平衡排产方法　曾　强　，刘力伟　，沈玲　，吴立云　ＺＥＮＧ　Ｑｉａｎｇ’，ＬＩＵ　Ｌｉｗｅｉ　，ＳＨＥＮ　Ｌｉｎｇ　，ＷＵ　Ｌｉｙｕｎ　

１．河南理工大学能源科学与工程学院，河南焦作４５４０００　２．信阳师范学院物理电子工程学院，河南信阳４６４０００　３．河南理工大学安全科学与工程学院，河南焦作４５４０００　１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｎａｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｏｚｕｏ，Ｈｅｎａｎ　４５４０００，Ｃｈｉｎａ　２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉｎｙａｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉｎｙａｎｇ，Ｈｅｎａｎ　４６４０００，Ｃｈｉｎａ　３．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｓａｌｔｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｎａｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｏｚｕｏ，Ｈｅｎａｎ　４５４０００，Ｃｈｉｎａ　

ＺＥＮＧ　Ｑｉａｎｇ，ＬＩＵ　Ｌｉｗｅｉ，ＳＨＥＮ　Ｌｉｎｇ，ｅｔ　ａ１．Ｈｅｕｒｉｓｔｉｃ　ｂａｌａｎｃｉｎｇ　ｓｃｈｅｄｕｌｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ　ａｓｓｅｍｂｌｙ　ｌｉｎｅ　ｏｆ　ｓｉｎｇｌｅ　ｐｒｏｄｕｃｔ．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ。２０１４，５０（７）：２６３—２７０．　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｈｅｕｒｉｓｔｉｃ　ｂａｌａｎｃｉｎｇ　ｓｃｈｅｄｕｌｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ　ａｓｓｅｍｂｌｙ　ｌｉｎｅ　ｏｆ　ｓｉｎｇｌｅ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｅｘｃｅｌ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．　Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒａｌ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｓｃｈｅｍｅ　ｆｏｒ　ｈｅｕｒｉｓｔｉｃ　ｂａｌａｎｃｉｎｇ　ｓｃｈｅｄｕｌｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ　ａｓｓｅｍｂｌｙ　ｌｉｎｅ　ｏｆ　ｓｉｎｇｌｅ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｅｘｃｅｌ　ｉｓ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ．Ｔｈｅｎ，ｆｉｖｅ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｒｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｈｏｗ　ｔｏ　ｍａｐ　ｔｈｅ　ａｓｓｅｍｂｌｙ　ｏｒｄｅｒ　ｇｒａｐｈ　ｔｏ　ｗｏｒｋｓｈｅｅｔ，ｈｏｗ　ｔｏ　ｃａｌｃｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ　ｎｕｍｂｅｒ　ａｎｄ　ｏｒｄｅｒ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ａ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ，ｈｏｗ　ｔｏ　ｓｏｒｔ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ，ｈｏｗ　ｔｏ　ｇｅｔ　ｔｈｅ　ｂａｌａｎｃｉｎｇ　ｓｃｈｅｍｅ　ａｎｄ　ｈｏｗ　ｔｏ　ｓｃｈｅｄｕｌｅ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｂａｌａｎｃｉｎｇ　ｓｃｈｅｍｅ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｔｅｓｔｅｄ　ｂｙ　ｃａｓｅ　ｓｔｕｄｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ　ａｓｓｅｍｂｌｙ　ｌｉｎｅ；ａｓｓｅｍｂｌｙ　ｌｉｎｅ　ｂａｌａｎｃｉｎｇ；ｓｃｈｅｄｕｌｅ；ｈｅｕｒｉｓｔｉｃ；Ｅｘｃｅｌ　

摘要：提出了一种基于Ｅｘｃｅｌ的单一产品复杂装配线启发式平衡排产方法。给出了基于Ｅｘｃｅｌ的单一产品复杂装　配线启发式平衡排产方法的总体技术方案；阐述了该方法中的五个关键技术，包括将装配优先图映射为工作表，工　序后接数及阶位值计算，工序排序，装配线平衡，装配线排产；通过案例分析验证了该方法的有效性。　关键词：复杂装配线；装配线平衡；排产；启发式；Ｅｘｃｅｌ　文献标志码：Ａ　中图分类号：ＴＰ３９１；Ｃ９３—０３　ｄｏｉ：１０．３７７８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２—８３３１．１２０４—０７１６　

ｌ　引言　复杂装配线是我国装配型企业中常见的组织模式。　该组织模式的特点是多个装配工序存在并行、会合、分　叉等情况，其装配优先图是一张复杂网络。复杂装配线　平衡的实质是将产品的全部装配工序合理分配到相应　的工站，以实现用最少的工站完成日目标产量产品的装　配。复杂装配线排产则是指根据平衡方案对装配线进　行工站布置、资源申请、资源配备及供应，以保证装配过　程有序进行。随着市场竞争的日益加剧，装配线的日目　标产量经常发生变化，导致复杂装配线平衡及排产成为　生产管理者的一项繁琐工作。然而，复杂装配平衡属于　复杂的组合优化问题，其高度复杂性严重制约了该方法　在生产现场的应用，现实中多凭借生产管理者的经验进　行工序分配，并基于此进行装配线排产，势必造成平衡　率低，资源浪费的不利局面。因此，研究并提出有效的　复杂装配线平衡排产方法成为一项重要的研究课题。　国内外学者对于复杂装配线平衡已有一些研究。　从复杂装配线分类来看，复杂装配线按产品分为单一产　品和混合产品两类，按约束条件分为有约束和无约束两　类，按优化目标分为ＡＬＢ１和ＡＬＢ２两类　。从复杂装配　线平衡方法来看，复杂装配线平衡的方法主要有经验　法、启发式算法和智能优化算法等几种。经验法是指生　

基金项日：国家自然科学基金（Ｎｏ．５１１０４０５６）；河南省教育厅科学技术研究项目（Ｎｏ．１２Ｂ１２０００５）；河南理工大学博士基金　（Ｎｏ．Ｂ２０１　１－ｏ８８）。　作者简介：曾强（１９７５一），男，博士，副教授，研究领域：工业工程，生产管理；刘力伟（１９６３一），女，讲师，研究领域：电子技术，生产　管理；沈玲（１９８Ｏ一），女，讲师，研究领域：安全工程，工业工程；吴立云（１９７２一），女，副教授，研究领域：工业工程。　收稿日期：２０１２—０５—１１　修回日期：２０１２．０８．１３　文章编号：１００２．８３３１（２０１４）０７—０２６３．０８　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ计算机工程与应用　产管理者凭借其经验进行平衡的方法。随着工序数的　增加及工序问相互关系的复杂化，经验法获得的装配线　平衡方案其平衡率明显降低。智能优化算法是将复杂　装配线平衡问题视作数学问题，采用智能算法对数学问　题进行求解，其代表算法有遗传算法　卅、禁忌搜索算法　，、　模拟退火算法　、蚁群算法　、粒子群算法　等。为便于　用智能算法求解，算法中往往将装配线平衡问题进行大　量简化，例如忽略了加工位置约束、清洁约束、工具约　束、疲劳约束等约束条件［２－９］，而现实中，却更多时候需要　考虑这些相关约束，因此当前智能优化算法的应用范围　较窄。启发式算法是Ｔｏｎｇｅ　Ｋｉｂｒｉｄｇｅ和Ｗｅｓｔｅｒ提出的　种平衡搜索算法，其基本思路是尽量考虑各种现实约　束条件，按照“工序排序＋平衡优化－［ｔＯ］的步骤进行装配　线平衡以获得满意解。虽然该方法获得的是满意解，但　其现实性、时效性和可操作性较强，不失为一种适用的复　杂装配线平衡方法。从计算手段来看，复杂装配线平衡　的计算手段有手工计算和计算机辅助计算两种ｎ　。随着　工序数的增加及工序间相互关系的复杂化，手工计算效　率低下，甚至失去时效性。计算机辅助装配线平衡成为　个研究方向，在这方面国外已有一些研究并形成了一些　软件，如ＡＬＢ、ＣＯＭＳＯＡＣ、ＣＡＬＢ等。其中，ＣＯＭＳＯＡＣ、　ＣＡＬＢ价格昂贵，功能也不够完善；ＡＬＢ用ＦＯＲＴＡＮ语　言编写，用户接口不够良好，使用不太方便。　装配线排产是继装配线平衡之后的另一项重要工　作。装配线平衡方案是指导装配线排产的重要依据，只　有高效、准确地按照装配线平衡方案组织装配过程，才　能真正提高工作效率和装配效率。由于复杂装配线包　括多个工序，各工序关系复杂且需人力、工具、设备、物　料等多种资源，若仅靠生产管理者手工安排装配过程，　则势必造成工作繁重，出错率高以及应变性差的不利局　面。因此，生产实践中迫切需要提出一种将装配线平衡　与装配线排产有机集成的方法以辅助生产管理。然而，　现有文献多侧重于装配线平衡优化而缺乏将装配线平　衡与装配线排产相集成的研究　删。　基于以上分析，本文针对单一产品复杂装配线，以　Ｅｘｃｅｌ为开发平台，研究并提出了一种基于Ｅｘｃｅｌ的单一　产品复杂装配线启发式平衡优化排产方法，以辅助生产　管理。　２总体技术方案　如图１所示，本文提出的基于Ｅｘｃｅｌ的单一产品复杂　装配线启发式平衡优化排产方法的总体技术思路如下：　（１）由用户通过Ｅｘｃｅｌ工作表进行参数设置，包括平　衡前工艺流程、日有效工作时问、日目标产量、最大允许　工作站数等。　（２）系统根据平衡前工艺流程自动计算各工序的后　接数、阶位值。　参数设置　工序后接数及　阶位值计算　广—上—］　叫工序排序Ｉ　上—　ｌ装配线平衡ｊ　１平衡统计１　＜　’　输出满意方案加　入平衡方案集　根据产品类、日目标　产量日有效工作时间　选择相应的平衡方案　Ｊ工站布置ｊ　主—一　ｌ资源申请ｉ　！————一　资源配备与供应　图１总体技术方案　（３）选择某种排序规则，借助系统对工序进行排序，　排序结果作为装配线平衡的依据。　（４）根据工序排序结果进行装配线平衡从而得到装　配线平衡方案。　（５）对装配线平衡方案进行统计，得出平衡率、平衡　损失率、工作站数等参数，作为评价装配线平衡方案优　劣的指标。　（６）由用户根据评价指标对装配线平衡方案进行评　价，若对装配线平衡方案不满意，则返回第（３）步；否则　输出此装配线平衡方案，将其添加到平衡方案集。　（７）装配线排产：用户根据产品类、日目标产量及日　有效工作时问，从平衡方案集中选择对应的装配线平衡　方案，根据此平衡方案进行工站布置及资源申请，资源　供应部门根据资源申请表进行资源配备和供应。　

３关键技术　３．１将装配优先图映射为工作表　图２所示是某产品的装配优先图，圆圈中的数字表　示工序号。为适于用Ｅｘｃｅｌ进行装配线平衡计算及满足　后续装配线排产的需要，需将其映射成工作表。为解决　这一问题，设计了如表１所示的数据结构，从而将装配　优先图映射为Ｅｘｃｅｌ工作表，表名为“平衡前工艺流程”。　

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图２装配优先图