葛安華，張蕓，朱曉琳，昋莉婷

（東北林業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040）

基于Flexsim的制動(dòng)器裝配線平衡設(shè)計(jì)與優(yōu)化

葛安華，張蕓，朱曉琳，昋莉婷

（東北林業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040）

以某企業(yè)前制動(dòng)器生產(chǎn)線為研究對(duì)象，旨在設(shè)計(jì)一條新生產(chǎn)線解決產(chǎn)線平衡率低、工人作業(yè)負(fù)荷和勞動(dòng)量不均衡的問(wèn)題。建立了裝配線平衡模型，應(yīng)用分支定界法和LINGO 11.0為裝配線上作業(yè)元素劃分工作站，得到兩種裝配線設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過(guò)評(píng)判選取最優(yōu)方案。采用Flexsim仿真軟件對(duì)裝配線仿真，確定了裝配線上工作過(guò)于繁忙（利用率均在97%以上）及生產(chǎn)能力過(guò)剩的工作站（利用率小于75%）。應(yīng)用工業(yè)工程技術(shù)進(jìn)行工序內(nèi)容的分析改善和作業(yè)任務(wù)的重新分配，平衡裝配線，實(shí)現(xiàn)了對(duì)原設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化。對(duì)優(yōu)化后的裝配線再次利用Flexsim仿真，仿真結(jié)果說(shuō)明優(yōu)化后的裝配線各工作站利用率均在75%和95%之間，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的成功性。

裝配線；平衡；設(shè)計(jì)；工作站；仿真

0 引言

國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開(kāi)展了大量的關(guān)于應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真軟件對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)及服務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)仿真建模的研究，如1966 年，為解決生產(chǎn)線平衡問(wèn)題，Arcus 提出 COMSOAL 法，使得計(jì)算機(jī)解決平衡問(wèn)題的速度有很大提高，并在作業(yè)元素增多時(shí)功效顯著。1994 年，Leu Y Y、Matheson L A 和Pees L P 為求解裝配生產(chǎn)線平衡問(wèn)題提出了利用遺傳算法的方法。國(guó)內(nèi)的王海燕和卓奕君應(yīng)用 Witness 仿真軟件對(duì)混流裝配線進(jìn)行區(qū)域設(shè)施布局；馬云與李躍宇應(yīng)用Flexsim 仿真軟件對(duì)混流裝配線的投產(chǎn)排序問(wèn)題進(jìn)行仿真；楊立久建立了電器混流生產(chǎn)線的Flexsim 仿真模型，實(shí)現(xiàn)了工位上時(shí)間消耗的統(tǒng)計(jì)和優(yōu)化。然而國(guó)內(nèi)外學(xué)者所做的關(guān)于利用Flexsim仿真軟件對(duì)裝配生產(chǎn)線平衡設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析與驗(yàn)證的研究甚少。本文以某企業(yè)汽車(chē)前制動(dòng)器裝配生產(chǎn)線為研究對(duì)象，建立該產(chǎn)品裝配線平衡的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)比較，采用LINGO 11.0這一方法求解平衡模型，完成了對(duì)裝配線平衡的初次設(shè)計(jì)，運(yùn)用 Flexsim 仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)得到生產(chǎn)線進(jìn)行建模與仿真，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用基礎(chǔ)工業(yè)工程技術(shù)優(yōu)化平衡設(shè)計(jì)方案，再次建立裝配線對(duì)應(yīng)的Flexsim仿真模型，通過(guò)對(duì)仿真運(yùn)行結(jié)果的分析，驗(yàn)證了汽車(chē)前制動(dòng)器裝配線平衡設(shè)計(jì)的成功性。

1 裝配線平衡模型建立

在進(jìn)行裝配線平衡設(shè)計(jì)時(shí)一般有以下幾點(diǎn)要求。

（1）每個(gè)工作站的作業(yè)時(shí)間不超過(guò)生產(chǎn)節(jié)拍時(shí)間CT。

（2）工序的合并遵循裝配工藝的先后次序。

（3）每道工序只屬于一個(gè)工作站，不存在重復(fù)分配的問(wèn)題。

（4）每個(gè)工作站上至少有一道工序。

（5）工作站數(shù)目不超過(guò)操作工人數(shù)。

1.1 裝配線平衡數(shù)學(xué)模型介紹

裝配生產(chǎn)線的平衡問(wèn)題分為以下三種：

（1）已知裝配線生產(chǎn)節(jié)拍CT，合理劃分工作站，優(yōu)化工作站數(shù)目，使得工作站數(shù)最少。

（2）已知工作站數(shù)目，選擇最合適的生產(chǎn)節(jié)拍，使得節(jié)拍最小，產(chǎn)能最大。

（3）已知裝配線節(jié)拍和可用工作站數(shù)，減少工作站中作業(yè)的時(shí)間差，使得生產(chǎn)線平衡率（生產(chǎn)線平衡率=作業(yè)時(shí)間之和/（最長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間×工作站數(shù)））最高或平滑指數(shù)最小。

工作站數(shù)目的下限如下式：

其中j表示第j道工序，m表示生產(chǎn)線總共的工序數(shù)。

引入變量Xij，若工序j被分配到工作站i上，則：Xij=1否則，Xij=0

第一種平衡問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)用表示：

目標(biāo)函數(shù)f1是求工作站數(shù)目n最小。

第二種平衡問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)用f2表示：

上式目標(biāo)函數(shù)是求已知工作站數(shù)目的條件求生產(chǎn)節(jié)拍CT的最小值。

第三種平衡問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)用f3表示：

式（4）的目標(biāo)函數(shù)要求裝配線平滑指數(shù)最小，平滑指數(shù)反映各工作站作業(yè)時(shí)間分布的離散程度，該指數(shù)值越大，表示工作站作業(yè)時(shí)間偏差越大，反之越小。

s.t.

每道工序只能被分配一次：

每個(gè)工作站的總工序時(shí)間不超過(guò)給定的生產(chǎn)節(jié)拍CT：

必須保證每個(gè)工作站至少分得一道工序：

設(shè)k為j的先行工序，必須保證為工作站分配作業(yè)內(nèi)容時(shí)嚴(yán)格按照工序的先后順序進(jìn)行：

工作站數(shù)大于或等于最小工作站數(shù)：

1.2 算法選擇

在生產(chǎn)線設(shè)計(jì)中，有些按照工藝相近原則劃分工作站，將完成同一工藝步驟或相關(guān)聯(lián)工藝的作業(yè)元素分配到一起，組成一個(gè)工作站，來(lái)完成相應(yīng)的工作任務(wù)。

采用這種設(shè)計(jì)方法劃分工作站得到的生產(chǎn)線平衡率低，各工作站作業(yè)時(shí)間落差大，造成產(chǎn)品在作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)的工作站出現(xiàn)在制品積壓狀況，而作業(yè)時(shí)間短的工作站出現(xiàn)較多空閑的狀態(tài)，故在生產(chǎn)線平衡設(shè)計(jì)中一般不采用這種方法，而是用數(shù)學(xué)方法解決生產(chǎn)線平衡問(wèn)題，首先建立產(chǎn)線平衡數(shù)學(xué)模型，采用分支定界的方法或者線性交互式及通用優(yōu)化器LINGO來(lái)求解產(chǎn)線平衡模型，完成工作站的劃分。

1.2.1 分支定界法

分支定界法是求解整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題的常用方法，是一種求解離散最優(yōu)化問(wèn)題的計(jì)算分析方法，又稱分枝定界法，這種方法只需計(jì)算和分析部分允許解，計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)便，實(shí)用性高，可得到效果不錯(cuò)的可行解。

分支定界法求解步驟如圖1所示。

循環(huán)開(kāi)始，首先計(jì)算最小工作站數(shù)Nmin，根據(jù)公式計(jì)算總共被允許空閑時(shí)間ITA；從第一道工序開(kāi)始劃分工作站，計(jì)算已經(jīng)劃分好的每個(gè)工作站的總共工序時(shí)間Ti，將總共工序時(shí)間與生產(chǎn)節(jié)拍CT進(jìn)行比較，若小于CT則說(shuō)明該工作站還有空閑，能夠容納更多的工作內(nèi)容，所以進(jìn)入下一道工序（j+1）的合并，直至Ti>CT，此時(shí)說(shuō)明該工作站負(fù)荷已滿，應(yīng)進(jìn)入下一個(gè)工作站（i+1）。根據(jù)已經(jīng)求得的Ti計(jì)算每個(gè)工作站的空閑時(shí)間ITi，相加求和，判斷條件∑ITi>ITA是否成立，如果成立，則說(shuō)明在工作站數(shù)目為n的條件下不滿足裝配線平衡設(shè)計(jì)要求，使（n+1），返回第二步，繼續(xù)求解；若不成立，則滿足設(shè)計(jì)要求，計(jì)算結(jié)束。

圖1 分支定界法計(jì)算流程圖

1.2.2 LINGO法

LINGO軟件可用來(lái)求解線性規(guī)劃及非線性規(guī)劃問(wèn)題，在LINGO界面進(jìn)行編程后運(yùn)行程序，經(jīng)過(guò)一個(gè)多次迭代過(guò)程可求得規(guī)劃問(wèn)題的可行解，其對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值直接顯示在LINGO的運(yùn)算結(jié)果中。

2 裝配線平衡設(shè)計(jì)與仿真

該企業(yè)汽車(chē)前制動(dòng)器裝配生產(chǎn)線是呈“一”字型排布的流水線，線上的操作工人位于固定機(jī)器旁負(fù)責(zé)制動(dòng)器的裝配工作，流水線兩旁設(shè)置不同的工作臺(tái)，用于放置不同的作業(yè)材料。線上共有32道工序，裝配車(chē)間共配置操作工人9人，可用工作站數(shù)目為9，裝配工人每日工作8小時(shí)，日產(chǎn)量800臺(tái)，客戶需求量779臺(tái)/天，生產(chǎn)節(jié)拍為37秒，現(xiàn)采用秒表測(cè)時(shí)法測(cè)得裝配線上每道工序的作業(yè)時(shí)間，得到工序內(nèi)容和時(shí)間如表1所示。

2.1 制動(dòng)器裝配線平衡數(shù)學(xué)模型的建立

本文根據(jù)某企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)實(shí)際情況只討論第三種情況的裝配線平衡模型。裝配線給定的生產(chǎn)節(jié)拍為CT，設(shè)待加工產(chǎn)品有m道工序，已知可用工作站數(shù)，優(yōu)化裝配生產(chǎn)線平滑指數(shù)SI。本文中所選的企業(yè)其前制動(dòng)器的裝配線上共有32道工序，即m=32，由式（1）計(jì)算可知最小工作站數(shù)目，可用工作站數(shù)目為9，裝配線的生產(chǎn)節(jié)拍為CT=37s。

表1 工序內(nèi)容及時(shí)間

若工序j分配到工作站i上，則Xij=1；否則，Xij=0。

s.t.

2.1.1 分支定界求解

（3）從第一道工序開(kāi)始，遵循圖1中分支定界求解平衡模型的要求進(jìn)行工作站劃分，令組合后的工作站i的作業(yè)時(shí)間為T(mén)i。

表2 n=8時(shí)工序組合情況

令工作站數(shù)目n=9返回第二步操作，重新計(jì)算總共被允許的空閑時(shí)間，繼續(xù)以上步驟直至每道工序都分配結(jié)束。此時(shí)可以計(jì)算出滿足不成立的要求，循環(huán)結(jié)束，分支定界求解結(jié)果如表3所示。

表3 分支定界求解方案

圖2 裝配線平衡問(wèn)題LINGO 11.0計(jì)算過(guò)程

經(jīng)過(guò)分支定界法求解后，該企業(yè)產(chǎn)品裝配線平衡率為85%，SI=1.17。

2.1.2 LINGO求解

本文利用LINGO11.0對(duì)企業(yè)前制動(dòng)器裝配線平衡模型求解，當(dāng)工作站數(shù)n=8時(shí)無(wú)可行解，令n=9重新運(yùn)行模型，模型的LINGO源程序、計(jì)算結(jié)果如圖2、圖3所示。

圖3 n=9計(jì)算結(jié)果

經(jīng)過(guò)10565次迭代求得目標(biāo)函數(shù)值SI=7.14，LINGO 11.0求解方案如表4所示。

2.1.3 方案選擇

運(yùn)用分支定界和LINGO 11.0分別求解裝配線平衡數(shù)學(xué)模型，得到兩種方案，現(xiàn)選取工作站數(shù)目、生產(chǎn)線平衡率、平滑指數(shù)SI作為指標(biāo)進(jìn)行生產(chǎn)線平衡設(shè)計(jì)方案的選擇，對(duì)比結(jié)果如表5所示。

由表5可知，分支定界法和LINGO11.0求解制動(dòng)器裝配線的平衡問(wèn)題，得到的工作站數(shù)目及生產(chǎn)線平衡率相同，由于方案二的平滑指數(shù)比方案一小，說(shuō)明在方案二工序分配條件下各個(gè)工作站的負(fù)荷更加均勻，應(yīng)選擇方案二作為該企業(yè)汽車(chē)前制動(dòng)器裝配線平衡設(shè)計(jì)方案。

表4 LINGO求解方案

表5 關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)比

一般認(rèn)為，當(dāng)裝配線平衡率在50%-60%時(shí)，企業(yè)是在進(jìn)行著一種沒(méi)有任何科學(xué)管理意識(shí)的粗放式生產(chǎn)；當(dāng)平衡率在60%～70%時(shí)，存在著人為去平衡生產(chǎn)線的因素；當(dāng)平衡率在75%～85%時(shí)，生產(chǎn)線基本是在科學(xué)的管理下運(yùn)行的；當(dāng)平衡率大于85%，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)阻滯，生產(chǎn)能夠順利進(jìn)行，裝配生產(chǎn)線均衡情況處于“良好”狀態(tài)。由表5中的數(shù)據(jù)可知經(jīng)過(guò)平衡設(shè)計(jì)的汽車(chē)前制動(dòng)器生產(chǎn)線平衡狀況良好。

2.2 Flexsim仿真模型的建立

本文對(duì)裝配件到達(dá)服從均值為37，方差為1的正態(tài)分布的汽車(chē)前制動(dòng)器流水裝配線，利用Flexsim仿真軟件強(qiáng)大的仿真和數(shù)據(jù)分析功能進(jìn)行仿真建模。在應(yīng)用該軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真的過(guò)程中，軟件中的實(shí)體對(duì)象與現(xiàn)實(shí)中企業(yè)生產(chǎn)線上的實(shí)際對(duì)象一一對(duì)應(yīng)。仿真軟件中的實(shí)體對(duì)象與裝配線上的實(shí)體對(duì)象對(duì)應(yīng)關(guān)系如表6所示。

表6 Flexsim實(shí)體對(duì)象與裝配線實(shí)體對(duì)應(yīng)關(guān)系

用 Flexsim 仿真軟件以前文中使用LINGO11.0軟件求解平衡模型得到的工作站先后順序?yàn)榧s束條件，使裝配件從上線開(kāi)始，從第一個(gè)工作站依次經(jīng)過(guò)所有的暫存區(qū)和工作站，直至最后下線被吸收器吸收。具體操作過(guò)程為：打開(kāi) Flexsim 軟件，新建模型，從實(shí)體庫(kù)中拖入相應(yīng)的實(shí)體，一個(gè)發(fā)生器 Source，9個(gè)處理器 Processor，9個(gè)操作員Operater，9個(gè)緩存區(qū)Queue，1個(gè)吸收器Sink。按住“A”鍵連接所有輸入輸出端口，包括發(fā)生器和暫存區(qū)，暫存區(qū)和處理器，處理器和吸收器；按住“S”鍵連接操作員和處理器，得到Flexsim的仿真模型，如圖4所示。

參數(shù)設(shè)定如下。

發(fā)生器的設(shè)定：在 Flexsim 中用發(fā)生器來(lái)模擬裝配線上裝配組件的供應(yīng)，發(fā)生器參數(shù)設(shè)置是按“制動(dòng)器裝配組件到達(dá)時(shí)間間隔生成實(shí)體”，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析可確定該產(chǎn)品裝配組件到達(dá)時(shí)間服從均值為37，方差為1的正態(tài)分布，用均值模擬裝配過(guò)程中的生產(chǎn)節(jié)拍。

處理器的設(shè)定：經(jīng)過(guò)測(cè)定分析，產(chǎn)品在各工序上的加工時(shí)間基本服從正態(tài)分布，并且標(biāo)準(zhǔn)差都比較小，利用表3的數(shù)據(jù)對(duì)每個(gè)處理器的加工時(shí)間參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，處理器加工時(shí)間的均值分別為：27s、25s、36s、35s、30s、37s、37s、28s、28s，方差都設(shè)為1。

操作員的設(shè)定：裝配線上所有工作站的裝配工作都是由處理器和操作員共同完成的，故勾選“加工時(shí)使用操作工人”,即“Use Operator(s )for Process”來(lái)模擬裝配線上的操作工人。每個(gè)工作站都配置一位操作工人，工人操作機(jī)器來(lái)完成整個(gè)汽車(chē)前制動(dòng)器的裝配工作。

暫存區(qū)的設(shè)定：待每個(gè)處理器開(kāi)始工作前，先將在上個(gè)工作站裝配完成的半成品臨時(shí)存放至?xí)捍鎱^(qū)內(nèi)，不進(jìn)行分批傳送，而是按照先進(jìn)先出的原則在暫存區(qū)停留固定時(shí)間，等待操作工人進(jìn)行下一步的裝配，將暫存區(qū)的最大容量設(shè)為1000。

吸收器的設(shè)定：裝配線上完成的前制動(dòng)件裝配品最后會(huì)下線，由成品庫(kù)吸收，等待搬運(yùn)。

2.3 仿真的實(shí)現(xiàn)與結(jié)果的分析

將Flexsim仿真時(shí)間設(shè)為工人每天的工作時(shí)間28800s，對(duì)模型進(jìn)行“編譯”、“重置”和“運(yùn)行”，待仿真結(jié)束后打開(kāi)“Properties”查看每個(gè)處理器Flexsim標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)報(bào)告，得到各處理器利用率如圖5所示。

圖4 前制動(dòng)器裝配線的flexsim仿真模型

圖5 處理器利用率情況

由各處理器的利用情況分析可知使用LINGO 11.0求解裝配線平衡模型得到的裝配線平衡設(shè)計(jì)方案并不是最佳方案（盡管裝配線平衡率已達(dá)到“良好”水平），工作站3、工作站6和工作站7的繁忙率分別為97%，99.3%，99.1%，對(duì)于工作站的操作工人而言，97%以上的利用率使其作業(yè)負(fù)荷過(guò)大，容易造成肌肉的疲勞，且這三個(gè)工作站與其他幾個(gè)工作站的利用率差別較大，因此需要進(jìn)行改善，使工件在幾個(gè)工作站的裝配達(dá)到或接近同一個(gè)節(jié)拍；同時(shí)還可看出工作站1和工作站2的利用率較低，不足75%，工作站空閑時(shí)間占總處理時(shí)間的比率大，處于生產(chǎn)能力過(guò)剩的狀態(tài)，這種情況說(shuō)明生產(chǎn)資源沒(méi)有得到很好的利用，浪費(fèi)人力資源的同時(shí)增加企業(yè)前制動(dòng)器的裝配成本。

因此需對(duì)前文中裝配線平衡設(shè)計(jì)方案繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化。

3 裝配線平衡設(shè)計(jì)優(yōu)化與仿真

3.1 設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

前文通過(guò)數(shù)學(xué)的方法建立前制動(dòng)器裝配線平衡模型，針對(duì)具體問(wèn)題提出運(yùn)用分支定界法求解，劃分工作站，完成了裝配線平衡的首次設(shè)計(jì)，即利用數(shù)學(xué)方法平衡生產(chǎn)線。

也可采用工業(yè)工程方法解決生產(chǎn)線的平衡問(wèn)題，從改進(jìn)作業(yè)方法，改良機(jī)器設(shè)備，改變作業(yè)人員工作內(nèi)容，改善生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境入手去進(jìn)行生產(chǎn)線平衡設(shè)計(jì)，提高裝配線效率。

工業(yè)工程（IE）技術(shù)的應(yīng)用是改善生產(chǎn)線，優(yōu)化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)方案的一種有效方法。在工業(yè)工程（IE）中常采用“5W1H”提問(wèn)方法結(jié)合“ECRS”四大原則進(jìn)行瓶頸分析和工作改善。

3.1.1 繁忙率過(guò)高的工作站優(yōu)化

工作站3要進(jìn)行輪轂的壓裝，在壓裝之前需更換壓裝工裝，操作強(qiáng)度大，僅配置一位工人來(lái)完成該項(xiàng)更換工作，難度太大?，F(xiàn)安排兩人來(lái)協(xié)作完成工裝的更換與輪轂內(nèi)蓋的壓裝，改進(jìn)后該工作站作業(yè)時(shí)間為30s。

工作站6處的工具擺放混亂，螺母、螺栓、墊片混合在一起放置，操作工人在進(jìn)行第十七道工序“安裝螺栓、螺母”時(shí)要選擇其所需配件，在這個(gè)過(guò)程中“選擇”為輔助性動(dòng)作，其愈少越好。現(xiàn)應(yīng)用IE“七大手法”中的防錯(cuò)法使用隔板將不同規(guī)格的螺栓、螺母及墊片分開(kāi)放置。這樣改善使得裝配工人在裝螺栓、螺母時(shí)可直接拿取需要的裝配件，取消了挑選的動(dòng)作。改進(jìn)后這道工序用時(shí)11s。

在工作站7，試漏過(guò)程需要35s的時(shí)間，是制動(dòng)器裝配生產(chǎn)線上作業(yè)時(shí)間最長(zhǎng)的工序，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察，試漏過(guò)程中要進(jìn)行一個(gè)氣密性檢驗(yàn)的工作，其中所需要容器的組裝耗時(shí)較多，現(xiàn)安排在線外進(jìn)行氣密性檢驗(yàn)工作容器的組裝，試漏時(shí)使用預(yù)先組裝好的容器。改進(jìn)后試漏過(guò)程需用30s。

3.1.2 生產(chǎn)能力過(guò)剩的工作站優(yōu)化

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查可知，工作站2的技術(shù)工人在進(jìn)行“打緊鎖扭力”和“鉚緊鎖螺母”的作業(yè)中存在“獨(dú)臂式”作業(yè)的問(wèn)題，其習(xí)慣用右手操作，整個(gè)過(guò)程左手幾乎處于“空閑”的狀態(tài)，導(dǎo)致工作效率低?，F(xiàn)對(duì)負(fù)責(zé)該工序的工人進(jìn)行培訓(xùn)，培養(yǎng)其雙手同時(shí)動(dòng)作的能力。改進(jìn)后該工作站的完成需要13s。

工作站1中的“壓裝輪轂”過(guò)程包含以下幾個(gè)子過(guò)程：拿取輪轂；移動(dòng)至合成件上；將輪轂裝至合成件（簡(jiǎn)單安裝）；壓緊輪轂。操作工人的雙手操作過(guò)程如圖6所示。

圖6 壓裝輪轂雙手操作圖

由圖6可知壓裝輪轂過(guò)程中技術(shù)工人左右手作業(yè)負(fù)荷不均勻，雙手沒(méi)有同時(shí)動(dòng)作，左手取件的過(guò)程右手處于等待的狀態(tài)。

為了達(dá)到動(dòng)作經(jīng)濟(jì)原則（減少動(dòng)作數(shù)量，雙手同時(shí)動(dòng)作，縮短動(dòng)作距離，輕松動(dòng)作）的要求，現(xiàn)作以下改進(jìn)：操作工人用左手抓取輪轂的同時(shí)，右手將合成件移至左手，取消了右手的等待以及左手的移物過(guò)程。

同時(shí)該工作站中完成轉(zhuǎn)向節(jié)與防塵板、軸銷(xiāo)與轉(zhuǎn)換器、軸銷(xiāo)與防塵板的組裝工序后要進(jìn)行壓裝質(zhì)量的檢驗(yàn)過(guò)程，由多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在工人熟練掌握壓裝技術(shù)的條件下，一次壓裝就能保證壓裝質(zhì)量。通過(guò)培訓(xùn)使其成為熟練工人，取消壓裝后的檢驗(yàn)工序。優(yōu)化后工作站1用時(shí)20s。

合并工作站1和工作站2為一個(gè)工作站，合并后作業(yè)時(shí)間為33s。

3.2 優(yōu)化后仿真結(jié)果分析

優(yōu)化后裝配線各工作站作業(yè)時(shí)間的均值分別為：33s、30s、35s、30s、31s、32s、28s、28s，方差不變。對(duì)Flexsim模型中各處理器參數(shù)重新設(shè)定，運(yùn)行仿真模型，得到優(yōu)化后的狀態(tài)報(bào)告表，以報(bào)告表中的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，做出各個(gè)處理器利用率的折線圖，如圖7所示。

圖7 處理器利用率折線圖

對(duì)裝配線原來(lái)的平衡設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化后各處理器的利用率在75%到95%之間，整個(gè)仿真過(guò)程沒(méi)有阻塞現(xiàn)象。各工作站作業(yè)情況較均勻；空閑時(shí)間也大幅度減少，工作效率顯著提高；各工作站總加工時(shí)間與優(yōu)化前相比均衡程度明顯提高，既沒(méi)有過(guò)于空閑的工作站，又沒(méi)有過(guò)于繁忙的工作站，生產(chǎn)線上無(wú)停滯、在制品堆積現(xiàn)象，基本達(dá)到了裝配線平衡設(shè)計(jì)的目標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以某企業(yè)汽車(chē)前制動(dòng)器生產(chǎn)線的規(guī)劃設(shè)計(jì)為例，建立產(chǎn)線平衡模型，使用分支定界法和LINGO11.0求解得到兩種產(chǎn)線平衡設(shè)計(jì)方案，選取評(píng)判指標(biāo)經(jīng)過(guò)綜合比較選擇LINGO11.0求解模型得到的方案為平衡設(shè)計(jì)方案。

應(yīng)用 Flexsim 對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)線進(jìn)行建模仿真，通過(guò)其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)及圖表分析功能，找出了裝配線上生產(chǎn)能力過(guò)剩的工作站和工作內(nèi)容安排過(guò)緊的工作站。在此基礎(chǔ)上應(yīng)用IE技術(shù)對(duì)裝配線平衡的設(shè)計(jì)方案進(jìn)一步優(yōu)化。再次運(yùn)用Flexsim軟件對(duì)優(yōu)化后的制動(dòng)器裝配線仿真并對(duì)設(shè)計(jì)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果的分析驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性，幫助企業(yè)解決了生產(chǎn)線設(shè)計(jì)問(wèn)題。

[1] 鄭永前.生產(chǎn)系統(tǒng)工程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011,102～103．

[2]Leu Y Y Matheson L A, Pees L P. Assembly line balancing using genetic algorithms with heuristic－ generated initial populations and multiple evaluation criteria [J]. Decision Sciences,1994,25 ( 3 ) :581～606.

[3]王海燕，卓奕君.基于 Witness 仿真的混流生產(chǎn)下線區(qū)域設(shè)施布局改進(jìn)[J]． 制造業(yè)自動(dòng)化，2013,35( 6):18 ～20．

[4]馬云，李躍宇．混流生產(chǎn)線的 Flexsim 仿真應(yīng)用研究[J]．微計(jì)算機(jī)信息，2009,25( 1):232～234．.

[5]楊立久．基于 Flexsim 的電器產(chǎn)品混流裝配線仿真[J]．物流技術(shù)，2012,31( 12) :332 ～ 334．

[6] 李琴，李澤蓉，卿馨予，文忠波.工作研究在裝配生產(chǎn)線改善中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造工程，2011(6):93～96.

[7]王偉，路春光，鄧程程，周翠玉.基于Flexsim的電動(dòng)游覽車(chē)裝配線的規(guī)劃與仿真[J].制造業(yè)信息化，2014(6):133～135.

[8] Fayyad U, Shapiro G, Smyth P. From data mining to knowledge discovery in database[J].AI Magazine,2000,17(3):37～54.

[9]郭小強(qiáng).壓縮機(jī)混合裝配線平衡設(shè)計(jì)與產(chǎn)品排序優(yōu)化[D].大連:大連理工大學(xué)，2013:38.

[10]林金.汽車(chē)裝配線平衡方法的研究與運(yùn)用[D].湖南：湖南大學(xué)，2011:44.

[11]張隆,趙河明，彭志凌，陳曉錦.基于Flexsim仿真技術(shù)的電機(jī)裝配線平衡研究[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2016(3):170～171.

[12]張曉磊，馬從安，武超然.基于Flexsim的醫(yī)療器械生產(chǎn)線優(yōu)化與仿真[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2015(8):115～118.

[13]王晶，葛安華.液晶顯示器裝配生產(chǎn)線平衡優(yōu)化研究[J].森林工程，2009,25(1):29～32.

[14]葛安華,孫晶.應(yīng)用基礎(chǔ)工業(yè)工程理論提高裝配線的生產(chǎn)效率[J].工業(yè)工程，2008,11(3):136～139.

[15]高晉.基于IE技術(shù)的X企業(yè)前制動(dòng)器生產(chǎn)線改進(jìn)研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2014:36.

[16]易樹(shù)平,郭伏.基礎(chǔ)工業(yè)工程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007:153-154.

[17]葛紅玉,方葉祥,孫玉玲,蔣南云?；贔lexsim的隨機(jī)混流裝配線平衡設(shè)計(jì)與仿真[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2014(12):128～130.

[18]王輝.基于Flexsim仿真的生產(chǎn)線精益優(yōu)化[J].汽車(chē)零部件，2015(12):28～31.

F273

A

1671-0711（2016）12（上）-0113-07

黑龍江省出國(guó)留學(xué)基金資助項(xiàng)目（LC201407）