摘 要

装配线平衡问题是生产调度问题中重要的一部分。无论是在生产线安装环节，还是生产线调整优化环节，企业都要考虑装配线平衡的问题。装配线平衡率越高，企业的生产越能有条不紊地进行，工位间的同步率高，缩短生产节拍，降低生产成本，增强企业的核心竞争力。因此，研究装配线平衡问题，对企业的发展至关重要。

本文主要对单一确定型装配线平衡问题进行建模和求解。首先，本文对装配线平衡问题的研究背景和国内外研究现状进行了介绍。然后，对相关术语和评价指标进行了介绍，同时对三类问题分别建立相应的数学模型，针对第一类装配线平衡问题设计遗传算法。最后分别运用线性规划、启发式方法和遗传算法三种方法对实际问题进行第一类装配线平衡问题的求解，并对求解结果进行分析。

关键词：装配线；平衡；遗传算法；建模；MATLAB；LINGO

Abstract

Assembly line balancing problem is an important part of the production scheduling problem. Enterprises should consider the line balance whenever in installation or adjustment of the assembly line. The higher assembly line balancing rate is, the more methodical production is. After the optimization, each workstation is able to work, thus cutting down the production tact, reducing production costs and strengthening the core competitiveness of enterprises. Therefore, studying assembly line balancing problem is crucial for the development of enterprises.

This paper focuses on the solution and modeling of uncomplicated assembly line balancing problem. Firstly, the assembly line balance of background and research status at home and abroad. Then the related terms are introduced, while corresponding mathematical models for the three kinds of problems are established. Design genetic algorithms for the first kind of assembly line balancing problem. Finally, solve the first kind of assembly line balancing problem by using linear programming, heuristics and genetic algorithm methods and analyze the result.

Key Words：assembly line; balancing; genetic algorithms; modeling; MATLAB; LINGO

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 课题研究的目的和意义 1

1.3 国内外研究现状 2

1.4 本文研究内容和研究方法 3

第2章 装配线平衡问题研究及模型建立 4

2.1 装配线平衡问题 4

2.1.1 装配线平衡的相关术语 4

2.1.2 装配线平衡问题的分类 5

2.1.3 装配线平衡问题的指标 6

2.2 装配线平衡问题模型建立 7

2.2.1 模型的描述 7

2.2.2 模型的建立 8

第3章 运用遗传算法求解装配线平衡问题 10

3.1 遗传算法概述 10

3.1.1 遗传算法 10

3.1.2遗传算法基本流程 10

3.1.3遗传算法方法简介 11

3.1.4遗传算法的应用领域 13

3.2 运用遗传算法求解装配线平衡问题 13

3.2.1 编码操作 14

3.2.2 译码操作 15

3.2.3种群初始化 15

3.2.4适应度函数 16

3.2.5选择算子 16

3.2.6交叉算子 16

3.2.7变异算子 17

3.3 编程求解 17

第4章 实例研究 20

4.1 问题描述 20

4.2 求解问题 22

4.2.1 线性规划 22

4.2.2 启发式算法 23

4.2.3 遗传算法 24

4.2.4 三种方法结果比较 25

4.3 经济性分析 26

第5章 总结与展望 27

5.1 总结 27

5.2 进一步展望 27

参考文献 28

附录A MATLAB源程序 29

附录A(1) 主程序 29

附录A(2) 选择算子程序 33

附录A(3) 交叉算子程序 34

附录A(4) 变异算子程序 35

附录B LINGO源程序及结果 37

附录B(1) LINGO源程序 37

附录B(2) LINGO程序求解结果 38

致谢 40

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

随着经济的发展，以成本为主要竞争战略已成为过去时，一方面企业要寻求差异化，取得核心竞争优势，另一方面生活水平提高的同时顾客的需求呈现出多样化的趋势，也促使企业以客户为基准，生产客户需要的产品，提供相应的服务，向小批量、多品种的生产模式转变。本文所指的流程工业是指广义的具有生产流程的工业，重点放在生产过程中的生产平衡问题。生产过程包括采购、加工或服务、运输搬运、仓储等一系列过程既是物料的转换过程和增值过程，也是一个物流过程。现代工业企业，生产环节多，协作关系复杂，生产连续性强，情况变化快，某一局部发生故障，或某一措施没有按期实现，往往会波及整个生产系统的运行。因此，加强生产调度工作，对于及时了解、掌握生产进度，研究分析影响生产的各种因素，根据不同情况采取相应对策，使差距缩小或恢复正常是非常重要的。

对于以装配产品为主的企业而言，装配过程消耗50%的产品总时间和20%的生产总成本^[1]，而满足客户多样化需求就需要在不同产品装配过程间转换，因此优化装配过程具有现实意义。混流生产是在不改变现有资源的条件下，通过改变生产组织方式，在一定时间、同一生产线，生产出多种不同型号，不同数量的产品。企业利用一条装配线即可生产多种产品，提高生产效率，降低生产成本，增加生产线的灵活性和适应性，快速响应市场的变化，按需生产，提高竞争力。优化装配过程主要通过平衡装配线实现的。装配线平衡是在工艺条件的约束下，将所有的作业序列分派到各工位，使工位数目和生产节拍设置合理，实现工序同期化^[2]。生产线平衡主要有三个目标：使各个工作站的负荷趋于平均；最小化装排线实际节拍；最小化工作站空闲时间。目前装配线平衡主要有三种类型：给定节拍求最少工作台数（typeⅠ）；给定工作台数求使节拍最短的配置方案（typeⅡ）；工作台数和节拍均已优化的情况下均衡工作台的负荷（typeⅢ）^[3]。本文将研究在一定的约束条件下，对生产线进行优化。

1.2 课题研究的目的和意义