任务时间与产品需求不确定耦合下双边装配线鲁棒再平衡研究

Assembly lines are key components of the production system. Optimizing the production process of assembly lines can improve the factories’ productivity and lower the cost, so that the competence of firms can be enhanced. According to the product demand and task time, assembly line balancing (optimization) process aims to allocate the tasks to workstations to achieve the maximization of the productivity and minimization of cost. Facing the uncertainty of task time and production demand as well as their coupling relationship, this project takes the two-sided assembly line as the object of research, the coupling relationship is analyzed first to obtain the distribution of the two uncertain factors based on uncertainty theory; then, the robust optimization models are established by uncertain programming, and exact solution methods are developed to find the static task assignment; finally, the rebalancing optimization models are established by dynamic programming, and meta-heuristics algorithms are devised to obtain the dynamic task assignment. This project aims to form a decision-making methodology featuring robust control and real-time response ability and an operable program, which can help manufacturing firms effectively counter the uncertainty, and improve their management performance and competence.

装配线是生产系统的关键部分之一。优化装配线的生产流程能够提高工厂的生产效率，降低生产成本，提高企业的竞争力。装配线平衡（优化）的过程是根据产品需求以及任务时间等因素，通过任务分配，获得生产效率的最大化以及成本的最小化。针对任务时间以及产品需求的不确定性和它们的耦合关系，本项目选取双边装配线为研究对象，首先以不确定理论为基础，解析不确定因素的耦合关系并获得不确定因素的分布函数；在此基础上，通过不确定规划以及确定式算法，构造并求解不确定耦合条件下的鲁棒优化模型，获得静态的任务分配方式；在此基础上，通过动态规划以及元启发算法，构造并求解不确定耦合条件下的再平衡优化模型，获得动态的任务分配方式。项目最终形成一套兼具鲁棒控制与实时响应能力的决策方法以及可操作的应用程序，有望直接服务于国内生产制造企业，提高制造企业应对不确定因素的能力，促进其管理水平的提升和市场竞争力的提高。

装配线是生产系统的一个关键组成部分,也是生产制造过程的最后环节。优化装配线的生产流程能够有效的提高生产效率，降低成本，提高企业的竞争力。通过调研国内一线制造企业，我们发现不确定因素给实际生产造成了不良影响，给企业管理带来了麻烦，使企业蒙受经济损失。故本项目研究在不确定因素相互耦合下优化双边装配线的生产效率与成本的理论与方法。. 本项目从以下几个方面开展了研究并得到以下重要结果。.（1）装配线在不确定时间下的再平衡模型与方法：提出了两个多阶段再平衡策略，即节点再平衡和数据驱动再平衡。得出的结论包括实施再平衡的频率不一定是越高越好，论证了数据驱动再平衡方法在节约成本和提高生产效率方面的优越性，并发现了在某些环境参数设定下，按原有的生产方式（不再平衡）也可以成为最优的方式。.（2）不确定时间下双边装配线不确定规划模型与方法：利用不确定理论替代概率论拟合不确定的任务时间，并构造了基于任务不相容条件下的双边装配线优化模型，并提出了三种算法，模拟退火、遗传算法以及教学算法求解。.（3）不确定环境下优化装配线生产可靠性的方法：在不确定和随机双重不确定的条件下，提出了确信可靠性的概念，并构造多目标装配线优化的数学模型，设计含有重启机制的邻域搜索方法找出帕累托最优解集。.（4）不确定需求条件下考虑学习曲线效应的混流装配线平衡：在装配线平衡问题的基础上，考虑产量对于任务时间的影响（不确定因素之一）和需求不确定性（不确定因素之二）之间的耦合作用，并构造多决策联合优化模型，设计整数算法和可变邻域算法求解。.本项目的研究成果对于装配线平衡的研究领域以及工业工程学科带来了新的发展方向，利用工业工程学科中的建模方法与计算机领域中的算法优化双边装配线生产，形成一套科学体系指导企业生产行为，为他们提供可操作性的决策参考，可以提高制造企业应对不确定因素的能力，促进其管理水平的提升和市场竞争力的提高。