基于技术选择的拆解线平衡设计研究

Disassembly line is widely used in the remanufacturing process of mechanical and electronic products and it is of great importance to reduce disassembly cost by improving the design of disassembly lines. Technology choice and task assignment are two essential decisions in designing a disassembly line, and they are interacting in the sense that the task process time depends on the technology choice while the task assignment affects the economic benefit of the adopted technology. They jointly determine the equipment, labor, energy and environmental cost of the line, as well as the line efficiency. However, these two decisions are usually made in a hierarchical manner, i.e., the task assignment decision are made after the technology choice, which can hardly find a global optimal design with minimal cost. This project investigates the disassembly line design problem by jointly optimizing technology choice and task assignment decision. Four types of disassembly line design problems are studied: known/unknown disassembly level, with/without task failure. Mathematical formulations and solution approaches will be presented and tested in industrial cases.

拆解线在再制造产业有着广泛的应用，优化拆解线设计以降低拆解成本具有重要的现实意义和经济价值。技术选择和任务分配是拆解线设计阶段的两项重要决策，二者相互影响并共同决定了拆解线的设备、人员、能源和环保成本，以及拆解效率。然而在现有研究中，这两项决策通常是分阶段进行的，先选择技术方案再进行任务分配，这种思路无法保持两阶段优化目标的完全一致，只能得到局部优化的设计方案。本项目针对技术选择和拆解线平衡的联合决策问题，围绕拆解水平确定/待定、考虑/不考虑拆解任务失败的四类拆解线设计问题，分别建立模型和设计算法，并通过实际应用案例加以检验和完善，形成具有可操作性的决策方法和工具，为企业优化拆解线设计方案提供理论指导和决策依据。

拆解是再制造流程中的关键一环，而拆解线是最适合拆解大量产品或大件产品的组织方式。拆解线设计决定了拆解流程、各工位的任务分配和设备/工具配置，直接影响拆解效率和成本。因此，优化拆解线设计方案对提高再制造企业的竞争力有重要意义。本项目根据对拆解企业的实地调研，梳理了拆解过程的人力、设备、能源与环保等各项成本的来源与构成，将之总结为工位相关、设备/工具相关和任务相关三类成本，构建了综合拆解成本函数作为设计方案的评价标准。项目执行期间，课题组主要做了以下工作：(1)证明了没有并行任务的I型简单拆解线平衡问题是多项式可解的，对有并行任务的情况，给出了两种下界，提出了两种新的精确求解算法和两种新的启发式算法。大规模数值实验结果表明，我们的算法相比现有算法在求解质量和速度上均有显著改进。(2)研究了完全拆解条件下，以最小化综合拆解成本为目标的拆解线设计问题，建立了一般化的数学模型，给出了下界，提出了精确求解算法和启发式算法。(3)研究了完全拆解条件下，使用多能工应对任务失败的拆解线设计问题，提出了下界估计方法，设计了精确求解算法。此外，课题组也对不完全拆解条件下利润导向的拆解线设计问题，以及多目标的拆解线平衡问题进行了一定研究和探索。我们提出的分支定界与记忆算法是经典I型简单拆解线平衡问题目前最好的求解算法，有能力求解大规模的算例，这为后续研究其他拓展问题提供了坚实的基础。其他研究探讨了不同条件下的拆解工艺选择和线平衡的联合决策问题，丰富了拆解线平衡问题的现有理论和方法。本项目已发表和录用学术论文3篇，形成工作论文3篇，培养了硕士研究生2名。