某产品装配线优化设计

1前言

由于全球化竞争的加剧，以及制造技术的迅速发展，因此生产系统的设计变得越来越重要。当今生产系统的特点是产品和生产系统生命周期缩短，自动化水平高，制造装备和制造技术新，投资大等。这些特点促使了现有的生产系统需要不断地更新，要求技术人员以更快的频率设计出新的生产系统。因此，需要新的方法来解决生产系统的设计问题。对于此类方法的研究，既具有创造性，又具有很好的实际应用价值。从国内企业生产线的情况看，很多企业的生产系统规划和设计技术都掌握在西方发达国家手中。为了实现中国装备制造业以及中华民族的伟大复兴，并在世界之林中立于不败之地，我国的装备制造业必须从以模仿为主向自足研发的方向转变，这就客观上要求我们拥有自己的生产系统规划、设计的科学方法与手段。而当今装备制造业广泛采用的一种装配方式就是流水线装配，它强调生产过程的节奏性、连续性、专业性、平行作业及按比例生产。装配线按照产品原则进行布置，其优点在于把要做的工作分解为可由技术一般的工人或者专用机器来机械而快速地完成的一系列单元作业。然而，装配工艺规划不仅直接影响产品装配线的效率和产品的质量，而且决定了厂房建设、设备资源、工作人员数量以及在制品数量等重要指标。装配工艺过程的整体优化和局部优化都会给企带来巨大的经济效益，并显著提高企业的市场竞争力，因此装配线的规划和设计就显得非常重要，所以对装配线进行平衡的问题越来越引起人们的重视。。

装配线的平衡过程就是实现一种劳动生产率、设备利用率和满足市场需求三者之间的平衡的过程。装配线设计得越科学生产的效率就越高，带来的利润也就越多。所以，如何设计出更合理更有效率的装配线是我们研究的关键部分。在各种产品逐渐进入买方市场，市场竞争显得异常激烈。企业要想在市场中立于不败之地，就必须不断降低生产成本，提高生产效率，对市场的需求要快速地作出反应。随着IE技术的不断发展和光放的普遍应用，如何设计高效率的装配线，减少工序间的在制品数量，追求同步化的生产就越来越受到人们的重视。合理的装配线可以充分利用现场的人员和机器等资源，有效地减少人员和机器的闲置时间和改善装配效率。适当地对装配线进行平衡，只要装配线的平衡率提高，人均产能也会提高，单位成品的成本就会随之下降，从而增加企业的经济效益。实际上，装配线到处可见。只要你细心观察就会发现，在许多企业里都存在着生产过程不连续，生产节奏不均衡，并经常出现停工待料甚至大量积压的现象，这就是我们所说的“不平衡”或者“平衡率低”。这些不平衡现象由于能力与资源配置的不均衡所致。对于我国企业，装配线的平衡率通常都很低。所

以，装配线的平衡是一个迫切需要解决的问题。实现装配线的平衡，对于提高生产效率，增加利润，增强企业的竞争力，发展我国工业都有重要的意义。特别是在资源日益缺乏的今天，其对于有效利用资源，缓和资源不足问题也有深远的意义。

装配线不平衡的原因。制造企业在采用细分化之后的多工序连续作业装配线时，由于分工作业，简化了作业难度，使作业熟练程度容易提高，从而提高了作业效率。然而，经过了这样的作业的细分化之后，各工序的作业时间在理论上与现实上不能完全相同，这样势必存在各工序间作业负荷不均衡的现象要解决这个问题，使得装配线能够连续工作，就必须解决装配线各个工作站之间的负荷均衡问题，即尽量使得分配到各个工作站的总时间相等。尽量避免或者减少等待时间，减少半成品的堆积。装配线平衡就是为了解决上述问题而提出的，它是解决装配线负荷平均化这一影响装配线效率关键问题的重要方法。同时也由于固有的厂房流水线的限制，使得装配线非常不平衡。瓶颈资源限制企业的产出，造成非瓶颈资源的大量闲置，严重影响企业的生产效率，造成企业的柔性不足。而造成装配线不平衡的最直接的原因是所用的基础数据不准确，造成各工位所用的时间明显不一致，除了造成无谓的工作时间损失之外，还会造成大量的半成品堆积，严重时还会造成装配线的中止。

方法研究。方法研究是对现有的或拟议的工作（加工、制造、装配、操作）方法进行系统的记录和严格的考查，作为开发和应用更容易、更有效的工作方法，以及降低成本的一种手段。改进工艺和程序。方法研究的目的是改进工厂、车间和工作场所的平面布置；改进整个工厂和设备的设计；经济地使用人力，减少不必要的疲劳；改进物料、机器和人力的利用，提高生产率；改善实际工作环境，实现文明高效生产；降低劳动强。装配线平衡的方法有分支界定法、启发式算法、随机算法、动素分析法、模特排时法等，本文决定采用动素分析法和模特排时法对装配线进行平衡设计。

2装配线平衡理论

（1）分支定界法。就是把可以分配到当前位置的所有可行作业元素当作第一个的分支，接着考虑下一个位置的所有可能分配的情况，这就是下一层的分支。这种逐个分支考虑，层层推进的分配方法就是分支定界法。该算法也保证可以找到最优的解，但是难以用计算机程序来实现[3]。

（2）启发式算法。可以分为以下几种：①优先位置权算法；②最长作业时间优先算法；③最多后续作业优先算法；④最长后续作业时间优先。启发式算法过程比较简单，而且比较实用，容易得出较优解[3]。

（3）遗传算法。遗传算法是一种借鉴生物界自然选择和自然遗传学机理上的迭代自适应概率性搜索算法。遗传算法将问题的解表达成染色体，通过对染色体的选择、交换及变异的操作，从而产生更适应环境(即问题)的新染色体，这样一代一代地进化下去，直到满足某些约束为止。遗传算法按照不同的交叉方法可以分为以下几种：①部分映射交叉法；②顺序交叉法；③基于位置交叉法；④循环交叉法；⑤边缘重组交叉法；⑥部分重排交叉法。遗传算法可以进行全局范围的搜索，跳出局部最优，能够以较大的概率求得全局最优解[3]。

（4）动素分析法。人所进行的作业是由某些基本动作要素(简称动素或基本动素)按不同方式、不同顺序组合而成的。为了探求从事某项作业的最合理的动作系列，必须把整个作业过程中人的动作，按动作要素加以分解，然后对每一项动素进行分析研究，淘汰其中多余的动作，发现那些不合理的动作。吉尔布雷斯提出了17个动素，组成人的动作的最基本单元。后来，美机械工程师学会增加了“发现”（Find 这个动素，用F表示这样动素分析基本要素就有了18种。动素分析是对作业进行细微的运作分解与观察，对每一个连续动作进行分解，将右手、左手、眼睛三种动作分开观察并进行记录，进而寻求改善的动作分析方法[3]。

（5）模特排时法模特排时法是根据人体动作的部位、动作的距离和工作的重量，预测操作所需标准时间的方法。是预定动作时间标准法的一种。模特排时法的特点：以手指的动作时间作为动作时间单位，其它身体部位动作时间与手指动作时间成倍数关系；动作符号由字母和数码构成，符号的数码即是动作的时间值；测定时不需要秒表等测时工具；时间单位用MOD表示[3]。

通过比较以上几种方法的特点，本文决定运用动素分析法和模特排时法对装配线进行设计及优化。