汽车线束装配线平衡问题优化与仿真

汽车线束装配线平衡问题优化与仿真
发表时间：2018-09-17T11:05:18.360Z 来源：《基层建设》2018年第22期作者：赵强
[导读] 摘要：装配线是国内外企业广泛采用的一种制造系统。

曼德电子电器有限公司河北保定 071000
摘要：装配线是国内外企业广泛采用的一种制造系统。

在装配线生产的模式下，装配线的平衡问题一直是装配线设计与管理过程中的一个重要问题，通过提升装配线的平衡性能够有效地提高装配线的整体效率和减少工序间在制品数量，从而降低产品的生产成本，进而为企业赢得竞争优势。

本文主要分析了汽车线束装配线平衡问题及其优化策略。

关键字：汽车；线束；平衡；优化
在汽车装配线上，为了方便各零部件接线，以及保护绝缘层不易损坏，汽车上都将不同规格、不同工作用途的导线包扎成束，称为电子线束，简称线束。

汽车线束由电线、接插件和传感器以及其他器件组成。

在进行线束装配时要注意装配线平衡的问题，所谓的平衡问题就是指要在满足一定工艺条件的前提下减少工作站闲置和超载的时间。

汽车线束预装配线平衡问题实质是组合优化问题，产品设计工艺和制造过程技术决定的作业子任务之间先后关系的多种变化，使平衡问题变得更加复杂。

笔者结合实际经验，从汽车线束装配流程及特点汽车分析入手，对如何优化汽车线束装配流程及特点汽车提出了几点思考。

1汽车线束装配流程及特点汽车
线束生产主要包括两部分，第一部分是压接，其中包括全自动压接和半自动压接两种形式。

第二部分是装配。

装配工艺也可以分成两种，首先介绍的是预装工艺。

在汽车线束装配前需要将其分成子线束，子线束的个数应根据实际情况而定。

而所谓的预装就是指对子线束进行装配。

在进行预装时需要考虑到各方面因素的影响，例如要考虑零件的存放问题、子线束的运输问题等。

其次，介绍的是总装工艺。

在进行总装时大多采用的是流水线作业的方式。

在进行总装前要做好准备工作，要将布线图板提前准备好，布线图板上应包括各种类型的模块。

然后再根据作业指导书进行装配。

在完成线束装配工作以后要进行质量检测，只有检测合格后才可以包装入箱。

目前，汽车线束装配线的自动化程度还比较低，在装配过程中必须要投入较大的劳动力，大部分的工作仍需要人工完成。

正是因为如此，在进行线束装配的过程中不可避免的会存在一定的波动。

汽车线束装配时可能出现这样的情况：在一定的生产节拍内没有完成装配任务。

一旦发生这种情况，不仅会影响装配效率，同时还会造成较大的经济损失。

因此，必须要采取合理的解决措施。

最有效的解决措施就是停止装配进行应急处理或者增加劳动力。

但无论采取何种解决措施都需要投入一定的费用，从而增大汽车线束装配的成本。

因此，必须要进行汽车线束装配工艺研究，提高汽车线束装配的工作效率，确保按时完成装配任务。

2线束预装配工艺平衡数学模型
对于复杂总装线的预装部分———KITs，其本身就可以看作一个缩小版的总装配线，上一工位的工人完成任务后，将KITs滑板推到下一个工位，因此合理地将工作任务分配到各工位（即单工作站），可有效平衡各工位操作工的任务执行时间，提高工作效率。

装配线平衡问题大致可以分为两类：在保证生产节拍的情况下，尽可能减少工作站，以降低成本；在工作站个数确定的情况下，尽可能缩短生产节拍。

由于汽车线束的装配为劳动密集型工作，在装配线上，一般情况是每个工作站配置一名操作工人，若要节约人力资源的成本，则装配线上的工作站数量越少越好。

在劳动力成本日益上升的今天，这样做可以减少操作工人的数量，提高劳动率，对于企业节约成本，提高经济效益具有重要作用。

因此文中考虑将KITs内的平衡问题归为第一类装配线平衡问题。

汽车线束预装配工艺的第一类平衡问题的数学描述为：已知汽车线束预装配线的节拍C，以最小化装配线的工作站数n为优化目标，求解作业子任务与工作站的分配关系。

数学模型如下：
已知：
（1）生产节拍：C；
（2）作业子任务集合：I＝｛Ii ｜i＝1，2，…，k｝；
（3）各元素的操作时间集合：T＝｛Ti ｜i＝1，2，…，k｝；
（4）可用工作站集合：J＝｛Ji ｜i＝1，2，…，n｝；
（5）作业子任务集合的优先作业子任务集合：Pi ＝｛Ir ｜Ir∈I｝；
（6）两个布尔变量：
求解：
工作站数量n
优化目标：
通过均衡装配线的负荷，使分配到每个工位的作业时间趋于相同，最小化工作站数量，提高企业生产效率，降低生产成本，即：
其中，式（2）表示一个作业子任务只能且必须分配在一个工作站上，以保证装配工序的完备性；式（3）表示任意一个工作站的实际操作时间必须不能超过C；式（4）表示作业的先后优先约束关系。

3数学模型的遗传算法求解遗传算法是一种通过模拟生物界自然选择和遗传机制的随机搜索算法。

遗传算法针对算法所产生的每一个染色体进行评价，并根据适应性进行选择，使适应性好的染色体比适应性差的染色体有更多的繁殖机会，经过反复迭代，直到某种形式的收敛，其流程如图1所示。

（1）编码。

遗传算法的编码是构造遗传算法的第一步，好的编码方式可以清楚地表达问题特征。

文中采用基于加工顺序表达的编码方式，染色体长度等于作业任务数，每个作业任务用一个数字表达，其存放顺序就是加工顺序，然后将作业按照加工顺序分配给工位，使得每个工位的作业时间之和不大于给定生产节拍Ct。

见表1，工作站1内完成加工任务1和3，工作站2内完成加工任务4和5，工作站3内完成加工任务2和
6。

采用基于产品加工顺序的编码方式，可以方便地对加工任务较多的平衡问题进行编码，且其译码过程十分简单，方便了结果的输出。

（2）种群初始化。

遗传算法常采用的种群初始化方法为完全随机法，即在满足约束的前提下，随机生成n个基因串作为种群的个体。

（3）适应度函数。

一个平衡性好的装配线，不仅要求工位最少，而且还应该考虑装配线的负荷是否均衡，即分配到每个工位的作业时间大致相等，这样就可以提高工人和设备的利用率。

故采用如下两个适应度函数：平衡指数：
①平衡指数：
②工位指数：
式中：Stj———分配到第 j 号工作站的所有任务的加工时间之和； n———工作站总数。

适应度Fitness=ω1×Se+ω2×Me，其中ω1，ω2为双目标的权重（ω1，ω2∈（0，1）），可以在计算工程中根据实际需求进行调整。

（4）遗传操作。

选择：采用轮盘赌选择方式。

交叉：采用部分映射交叉（PMX）。

首先随机选择两个交叉点，交换父体个体交叉点之间的片段，对于交叉点外的基因，若它不与换过来的片段冲突则保留，若冲突则通过部分映射来确定，直到没有冲突的基因为止，从而获得后代个体。

变异：按照变异概率p进行变异操作。

变异操作时，首先在种群中随机选择一个个体，然后再在该个体染色体上随机选择两个基因座，对这两个基因座上的基因值进行交换，即完成一个个体的变异操作。

4 结束语
在汽车零件装配的过程中，需要将各种类型的导线包扎成束，人们通常将其简称为线束。

这样做的目的是为了避免出现绝缘层损坏的现象，同时也是为了可以更好地进行零部件接线。

通常来说，汽车线束主要包括电线、传感器等部分。

在进行线束装配时要注意装配线平衡的问题。

所谓的平衡问题就是指要在满足一定工艺条件的前提下减少工作站闲置和超载的时间。

因此，在汽车线束装配时必须要选择合理的工艺。

线束装配是汽车生产过程中的一项重要内容，将会对汽车的性能产生重要的影响。

在线束装配时必须要选择合理的装配工艺，提高装配的效率。

此外，还应加强对汽车线束装配工艺的研究，不断完成线束装配工艺。

参考文献：
[1]汽车线束检验工作的技术重点研究[J].陈玉红.科技传播.2013(24)
[2]一种汽车线束成本核算方法的研究[J].王春芝,丁磊.汽车电器.2016(07)
[3]汽车线束数模与实物一致性问题的探讨[J].陈华梦.汽车实用技术.2015(05)。