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考虑工序复杂性和员工差异的成组产品并行生产线平衡优化

楚岩枫 高晋钢

楚岩枫, 高晋钢. 考虑工序复杂性和员工差异的成组产品并行生产线平衡优化[J]. 制造技术与机床, 2023, (4): 132-140. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.021
引用本文: 楚岩枫, 高晋钢. 考虑工序复杂性和员工差异的成组产品并行生产线平衡优化[J]. 制造技术与机床, 2023, (4): 132-140. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.021
CHU Yanfeng, GAO Jingang. Balancing optimization of parallel production lines for group products considering process complexity and employee variance[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (4): 132-140. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.021
Citation: CHU Yanfeng, GAO Jingang. Balancing optimization of parallel production lines for group products considering process complexity and employee variance[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (4): 132-140. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.021

考虑工序复杂性和员工差异的成组产品并行生产线平衡优化

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.04.021
基金项目: 中央高校基本科研业务费专项资金项目(56XAB21015)
详细信息
    作者简介:

    楚岩枫,女,1975年生,副教授,研究方向为管理科学与工程、生产管理。E-mail:yanfengc@nuaa.edu.cn

    通讯作者:

    高晋钢,男,1997年生,硕士研究生,研究方向为工业工程与管理。E-mail:jingang_gao@hotmail.com

  • 中图分类号: TH16

Balancing optimization of parallel production lines for group products considering process complexity and employee variance

  • 摘要: 针对具有产品关联性的成组产品并行生产线平衡优化问题,采用分阶段研究思路,先后考虑工序复杂性与员工技能水平差异,提出工序与员工分配优化方案。首先以工序优先关系和设备属性为约束,以生产节拍、时间均衡指数和复杂性平滑系数为优化目标建立优化模型,将工序合理分配于工位中。然后根据成组产品特性和各工位技能需求建立员工指派模型,将不同技能员工与工位匹配,减少并行生产线之间节拍差异,实现成组产品的均衡生产。采用遗传算法和拟退火算法分别求解工序分配问题和员工指派问题,并结合实例验证了优化思路与方法的有效性。

     

  • 图  1  生产线1工序流程

    图  2  生产线2工序流程

    表  1  工序相对操作难度分级

    $ {D}_{iv} $A1A2B1B2
    $ {D}_{i} $10.8750.750.625
    $ {D}_{iv} $C1C2D1D2
    $ {D}_{i} $0.50.3750.250.125
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    表  2  工序信息表

    $ i $$ {t}_{i} $$ {D}_{iv} $$ {S}_{i1} $$ {P}_{i1} $$ {M}_{i} $$ {H}_{C}\left(i\right) $$ i $$ {t}_{i} $$ {D}_{iv} $$ {S}_{i1} $$ {P}_{i1} $$ {M}_{i} $$ {H}_{C}\left(i\right) $$ i $$ {t}_{i} $$ {D}_{iv} $$ {S}_{i1} $$ {P}_{i1} $$ {M}_{i} $$ {H}_{C}\left(i\right) $
    115.1D20150.415 042931.4C20441.119 745722D25420.943 66
    223.5C20130.719 163026D102540.842 555810.2D20620.706 18
    332.2C12241.407 883162B212551.910 655951.1C21651.598 46
    436.8B13221.221 433259.7B227121.582 926041.3C22621.181 78
    532.4C14221.023 573395B130173.036 786149C23621.231 58
    623.8C15221.066 803493B131183.161 336252.4C110231.541 48
    724.1D20220.313 243538D129141.448 386390B111182.954 71
    850.5C21230.911 693640C133121.334 576443.8D121161.447 39
    919.2C12521.066 803740C132121.332 766550.2B231121.495 24
    1019.2C12521.066 803847.5C135341.745 006641.4B24421.398 70
    1132.2D102121.098 933947.5C134241.818 496741.4B24521.460 02
    1260C212131.716 374023.5B239021.355 026820D218431.019 79
    1360C212131.716 374112.1B239120.855 126920D119421.007 84
    1446B23531.622 294210.8A239121.105 127071.1B220452.131 46
    1546B23531.622 294316B139120.980 127120D25531.042 21
    1644B14521.435 244422.5B239131.220 727220D16521.085 02
    1744B14521.435 244511.5B239120.855 127371.1B27542.057 00
    1832C12231.200 154610.6B239120.855 127448D20550.854 25
    1932C12231.200 154726.9B239120.855 127524.5D11541.193 43
    2030.8C25220.946 024844.3A239121.105 127634C20140.842 83
    2127C15521.229 944946.8A239121.105 127765C111162.305 63
    2227C15521.229 945042B149031.188 727860.2C202161.824 83
    2365B16521.517 245121.2D20480.826 217946.6C132630.979 98
    2465B16521.517 245232.3D201150.832 548047C142661.464 66
    2516.7D16220.858 325335C11421.106 398140C22571.374 18
    2615.3D202820.415 195448.3B12421.444 968293B2310202.901 83
    2715D20320.431 555523.7D23420.880 438389.2B2320252.902 41
    2840D2033200.913 405643.9B24421.420 57
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    表  3  优化后生产线1工序分配方案

    工位工序时间/s复杂性/bit
    11-2-27-2893.62.479 15
    23-4-793.12.942 55
    38-9-3095.72.821 04
    414-16903.057 53
    511-1292.22.815 30
    65-6-10-2690.73.572 37
    713-19922.916 52
    821-23922.757 18
    915-17903.057 53
    1022-24922.747 18
    1118-20-2994.23.265 90
    1225-3178.72.768 97
    1332-3597.73.031 29
    1433953.036 78
    1534933.161 33
    1637-3987.53.151 24
    1736-3887.53.079 57
    1840-44-4890.33.680 85
    1941-42-43-4985.74.045 47
    2045-46-47-50913.754 07
    下载: 导出CSV

    表  4  优化后生产线2工序分配方案

    工位工序时间/s复杂性/bit
    176-7894.22.667 66
    251-74-5593.72.873 89
    352-7797.33.138 17
    463902.954 71
    553-58-7991.82.792 55
    659-6494.93.045 85
    765-6791.62.955 26
    860-6682.72.580 48
    954-55-71923.367 61
    1072-7391.13.142 01
    1156-6192.92.652 15
    1257-62-6894.43.504 92
    1369-7091.13.139 30
    1480-81872.838 84
    1582932.901 83
    168389.92.902 41
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    表  5  工序–技能对照表

    $ r $$ i $$ r $$ i $$ r $$ i $$ r $$ i $$ r $$ i $
    11-51-521164-7821831814168-71
    221275229-1032334269-72
    31113762314-1533344370-73
    412-1314772416-1734354482
    518-191532521-223536-374583
    620164-53-552623-243638-394640
    727175-562725-57-60-6137584741-43-44-45-46-47
    828-74184-542826-793862-804842
    929196293039634950
    10592073031-324065-66-675048-49
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    表  6  员工技能水平

    $ r $1$ r $2$ r $3$ r $4$ r $5$ r $6
    $ j $12.02.12.22.32.42.0
    $ j $22.121.01.11.21.3
    $ j $31.81.62.01.71.92.1
    $ j $111.01.92.02.22.31.7
    $ j $122.11.82.02.32.41.8
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    表  7  优化后生产线1员工分配方案

    工位员工时间/s工位员工时间/s
    1297.611396.2
    2898.1122184.2
    31998.2131097.7
    41699.5142696.5
    51796.715997
    6696.2162293.5
    72598.5172791.5
    81297183689.3
    9595.5193090.7
    103489.5203392.5
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    表  8  优化后生产线2员工分配方案

    工位员工时间/s工位员工时间/s
    13295.791597
    2496.7103595.6
    3197.3111496.4
    42395121897.9
    5797.3132999.6
    62096.9141195
    72897.6152498
    83191.2161392.2
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2022-12-03
  • 录用日期:  2023-02-18

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