文献综述-生产线平衡的仿真优化和方法研究

专业文献综述

题目: 生产线平衡的仿真优化和方法研究姓名: 欧阳小奇

学院: 工学院

专业: 工业工程

班级: 工业工程54

学号: *******

指导教师: 马开平职称: 讲师

2008年12月10日

南京农业大学教务处制

生产线平衡的仿真优化和方法研究

指导教师：马开平作者：欧阳小奇

摘要：阐述了生产线平衡的相关内容及研究现状，讨论了生产线平衡问题的解决方法，主要包括工业工程方法、数学分析方法、启发式方法和仿真优化技术。介绍了基础工业工程工作研究技术、5W1H提问技术和ECRS原则，遗传算法、蚁群算法、模拟退火等启发式算法和Flexsim、Witness和eM-plant仿真软件在生产线平衡问题的应用。

关键词：生产线平衡；工业工程；工作研究；仿真优化；启发式算法

Simulated Optimization and Methods Study for Production Line balance

Ouyang xiaoqi

Abstract: The production line balancing problem and its studies are generally introduced. This thesis introduces the applications of production line balance methods comprise Basic Work Research technology in Industrial Engineering, 5W1H technology, ECRS principle, and

meta-heuristic approaches such as Genetic Algorithms, Simulated Annealing, Ant Algorithms. Using simulation software Flexsim, Witness, eM-plant to model and simulate the product flow, in order to balance streamline.

Key words: Production Line Balance; Industrial Engineering; Work Research; Simulation Optimization; Heuristic Approach

1 引言

随着经济的全球化，制造业面临新的挑战。制造模式和制造技术的变革深刻地影响着制造系统的规划、设计和运作管理。一方面，制造企业必须根据市场需求以及企业现有和潜在生产能力，选择、确定合适的制造方式，应用先进制造技术提高企业的核心竞争力；另一方面，又要求企业加强生产与运作管理，是企业的人员、资源、信息、设备和能源得到合理优化配置，减少浪费，节约成本，运用工业工程的管理手段提高企业持续改善和应对变化的能力[1]。

现国内外正经历着新的产业革命—精益生产, 重新定义企业价值, 消除一切不必要的浪费。在实际加工生产中, 浪费主要表现在：不必要的工序；原料或半成品或成品盲目地搬运；因上道工序的不及时,下一道工序只能等待等。这些会造成无谓的工时损失, 生产线平衡即是衡量产线工序水平的重要指标之一, 也能反映出企业综合管理水平的高低[2]。生产线平衡问题直接关系到设施利用率和生产效率，且影响到产品的质量，此外，生产线平衡给员工带来的公平感，有助于员工间的合作，因此也是企业关注的热点[3]。

2 课题研究目的和意义

生产线平衡，就是对作业的内容和方法进行详细的分析和研究，综合应用工业工程(Industrial Engineering)的改善手法、启发式算法以及计算机仿真技术，寻找瓶颈，降低工序作业时间，提高工序作业效率，并调整各工序优先顺序，使工序间的作业时间差距最小，以提高生产线的效率，解决企业资源优化配置。对于流水生产线而言，节拍时间是衡量生产线的生产能力，各个生产工位的作业时间不可能完全一样才造成各个工位的生产节拍不同, 即产生作业负荷不均衡的结果。实现均衡生产, 有利于保证设备, 人力的负荷平衡, 从而能提高设备和工时的利用率, 同时还有利于建立正常的生产秩序和管理秩序, 以保

证产品质量和安全生产；均衡地进行生产还有利于节约物资消耗, 减少在制品, 加速流动资金的周转, 从而降低生产成本；通过平衡生产线，可以综合运用程序分析、操作分析、动作分析、设备布局分析、时间分析等全部工业工程相关方法，以及精确算法，启发式方法，智能算法，仿真优化等方法，提高员工的综合素质。

生产线平衡包括选择分配到各个工作站的恰当工作任务组合，这样工作可以以一个合理的次序进行，而且每个工作站执行工作的时间也相当。这样做的目的就是要使完成既定产出所需的劳动输入和工厂投资最小化[4]。这个目标可以通过以下两个方法实现：

1)将达到给定工作周期（既预期的生产能力）所需的工作站（工人人员）的数量最小

化。

2)将工作站完成预期工作所需的周期时间最小化（最大化产出率）。

3 国内外研究现状

流水线生产一般可分为两种：加工生产线、装配线。加工生产线是一系列机器上制造与加工零件，例如汽车轮胎或冰箱的金属部件。装配线则是在一系列工作台上将制造出的零件组合在一起，包括部件装配线与产品总装线。生产线平衡是这种生产方式评价的重要指标，因此，研究人员对其进行了大量的研究工作。

生产线平衡问题（Line Balancing Problem,简称LBP）伴随着流水生产线的产生而产生，至今已有近百年的时间。但这一问题的正式提出是在1954年，美国人B.Bryton在他的硕士论文《连续生产线平衡》中第一次提出生产线平衡的问题并着手解决这一问题，在此之后，许多科研人员都研究了这个方面的问题，并发表了各种各样的求解方法[1]。

生产线平衡问题是典型的NP-Hard组合优化难题，目前，针对生产线平衡问题，主要的解决方法可以分为四类：工业工程方法、数学分析法、启发式方法和仿真优化方法。

3.1 工业工程方法

工业工程（Industrial Engineering,简称IE）思想最早是由科学管理之父泰勒在20世纪初提出的，它是对人员、物料、设备、能源和信息组成的集成系统进行设计、改善和实施的工程技术，它综合运用数学、物理学和社会科学的专门知识和技术，结合工程分析和设计的原理与方法，对该系统所取得的成果进行确定、预测和评价[5]。

以工业工程为主的生产线平衡方法分为方法研究和作业研究两类，该方法的优点是使企业在不增加投资或减少投入的情况下，对生产过程的作业程序、作业方法、物料配置、空间布局及作业环境等方面的改善，达到平衡生产线并提高生产效率、提高经济效益的目的。