混流装配理论浅析

栾丕涛 李 义 冮健廷

中车青岛四方机车车辆股份公司 山东 青岛266041

一、混流装配理论的概念与特征

(一)混流装配平衡的定义。按照产品装配方式划分，装配线分为单品种装配线和混合产品装配线，混流装配线是对单品种装配线的复杂化，是一种多条单品种装配下面的高度非线性拟合。其运行效率主要取决于如下两个方面：其一是如何将作业元素合理地分配到装配工作站上；其二是如何将拟投放安排到装配线的工艺流程进行合理化排序。[1]混流装配线在作业时不仅仅要考虑作业任务优先的顺序，而且要考虑不同产品所包含任务在作业时间上的差异以及不同类别产品之间的平衡问题。

装配线的平衡又称工序的同期话，是对一条装配流水线，在给定流水线的节拍后，求出装配线所需工序的工作地数量和用工人数量最少的方案，也即对于特定的产品，给定工作地数量，求出使流水线节拍最小的配置方案，使各工作站的单件作业时间尽可能接近节拍或者节拍的整数倍。[2]

混流装配线的平衡问题是指在满足给定的约束条件下，将该生产线上的所有产品的全部装配作业元素合理地分配在各个工位上，使得各个工位的装配时间尽可能接近，生产效率最高，实现均衡化生产，其实质是离散时间的组合优化问题。

混流装配线的平衡方法主要包括三种：数学分析法、传统启发式方法和现代人工智能方法。

(二)混流装配线的研究意义。按照产品装配方式划分，装配线分为单品种装配线和混合产品装配线，混流装配线是对单品种装配线的复杂升级。[3]多条单品种的装配线按照目标产品的生产工序进行科学化、合理化的组合，就复合成了混流装配线。

随着科技水平的日益发展，产品的功能其需求越来越复杂，因此产品的结构和复合的模块也随之增多，其生产流程也更为复杂。在生产过程中，多步骤的生产工序被拟合在一条流水线中，按照工序不同，流水线中通常会包含多种生产工艺，部分生产工艺依靠人工进行加工，部分工艺可以依靠自动化的生产模块进行加工。多种工艺在同一条流水线中的配合，其共有节拍，即为本条流水线的生产节拍。通常，如此复杂的流水线就是一条混流装配线。对不同工艺的统筹优化，使得产品的生产节拍稳定，生产效率高效，就是混流生产线平衡优化的最终目的。

二、混流装配线平衡流程

(一)混流装配线的优化方案。混流装配线的排序有三种优化方案：各工位负荷均衡化、部件消耗平顺化和多目标优化，均衡化各个工位负荷可以使得各个工位劳动强度相当，减少堵塞、等待和停线时间，缩短总完工时间；物料消耗平顺化可以使得各个装配阶段的部件实际消耗和理论消耗趋于一致，避免装配时紧时松或物料不及时供应等异常情况发生，保证平稳装配并减少在制品库存，但是，实际问题往往多而复杂，单一的优化方案并不能满足目标要求；多目标优化方案的研究成果非常多，目标组合方式不断涌现，没中优化组合方式均有使用的排序算法，但是其通用性非常的小。因此，对于混流装配线的排序优化问题，只能通过对实际情况进行抽象分析，建立多个目标的组合模型，以解决相关问题。

(二)混流装配线平衡流程。首先，对每一品种的装配线应用工业工程方式进行粗平衡，根据精益改善理念，消除在工艺制定和装配路线设计中的缺陷，为后续的线平衡提供标准的工艺、工时等优化信息；

其次，根据标准信息和改善方向，利用现代人工智能方法，简历混流装配平衡模型，进行细平衡，并与优化前对比，分析改进情况；

最后，通过对实际问题进行概括分析，确立若干优化目标，简历多目标组合模型，解决混流装配线的排序问题。

三、混流装配理论的适用范围

(一)小型产品生产线中的混流装配理论。混流装配线在小型产品生产线中使用广泛，其主要目的是为了在一条装配线中拟合多种产品的生产流程。很多智能小家电生产企业采取混流生产线的方式进行多种产品的生产。由于不同的产品具备不同的生产节拍，部分产品又具有相同的功能模块，在同一条生产线拟合多条生产工序，是非常有难度的。采用混流装配平衡的方式，可以使加工时长相似的工序同步进行，使得整条流水线的生产节拍更为接近，提高混流装配线整体的工作效率、柔性以及鲁棒性。

(二)机械制造业中使采用混流装配理论的可能性。机械制造行业，在本文中特指大型机械制造业。大型机械制造行业的装配线具有工序复杂多样、工艺流程长、施工台位依据产品的位置以及空间需要灵活调整和积极适应等特征。由此，其生产线通常都会具有柔性差，工作效率受制约因素多，影响产品的生产节拍的可变因素多，产品的生产节拍较长且不易优化。

因此，混流装配线在大型机械制造行业同样适用，对于不同工序的优化拟合，理论上可以对生产工序带来明显的效率提升。