打开文本图片集

摘要：基于遗传算法建立数学模型，旨在解决B产品生产线工序混乱、生产节拍长、生产平衡率低的问题。首先，综合运用5W1H提问技术和ECRS原则对生产线混乱的工序进行优化；其次，根据IE优化后的结果以生产线为基础建立数学模型，通过双种群遗传算法进行求解得到优化方案；最后，对方案进行评价根据公司实际情况调整得出最适合的优化方案。

关键词：遗传算法；生产线平衡；工业工程

中图分类号：TS05 文献标识码：A

0 引言

在清洁能源应用逐渐扩大的趋势下，对太阳能光伏电池组件的需求不断增加，一些传统的人工主导型光伏生产线面临着生产效率低下的挑战，即使在最大负荷下运行也难以满足订单需求。目前采用智能算法，分析生产线生产效率低的原因，并加以改善优化，受到企业的重视。

苗志鸿及其团队进行了对某产品装配车间的实地调研，采用了工业工程（IE）方法对生产作业工序进行了优化和改善。通过重新排列作业工序，使其更加合理有序。随后，为进一步提升效能，他们引入了模拟退火算法进行优化求解。这一综合方法不仅使得车间作业流程更为高效，还通过模拟退火算法的智能优化，实现了更优的工序安排[1]。张于贤专注研究某产品的双边装配线问题，首先制定了详细的数学模型，并运用模拟退火算法进行精确求解。最终，对优化方案进行了全面评价，经过优化的结果充分证明了其可行性和实际效果的显著提升[2]。李琳成功设计了一种双种群遗传算法，用于对产品生产线进行高效求解。这算法的应用在有效提升了对装配线问题的解决效率上取得了显著成果[3]。

1 生产线平衡现状

B产品生产线由7个工位，总加工时间为2915s（运输与等待时间暂不考虑）。计算可知，目前H公司B产品生产线平衡率为61.15％，平滑性指数为341.01，还存在很大的提升潜力。

采用传统工业工程方法优化改善后生产线平衡率P达到81%，也降低了平滑性指数，节拍从777s降到516s。但基于传统工业工程方法改善后的平滑性指数和生产线平衡率依旧不理想，并未达到最佳状态，仍有改善的空间。

2 遗传算法优化

2.1 建立生产线平衡模型

基于实际情况，建立在已知工作站数的情况下，优化生产节拍和保证各个工位间负荷均衡的多目标函数。目标函数建立如下所示：

目标1：寻求最小的生产节拍，在已知工作站数的前提下使得其平衡率最高；目标2：求解最小平滑性指数，分母中加上了 0.01，是防止分母为0，限制最大值。综上，为同时达到这两个目标，对目标函数加权求和，转化为单目标问题进行综合求解。目标函数如下所示：

和是目标函数的权重，如果<，则表示寻求最小平滑指数的目标函数比寻求最小节拍目标函数重要些，在本文中取 = =0.5。

目标函数的约束条件如下：

（1）每道工序不能被分配到两个工作站；

（2）所有的工序都要分配给工位；

（3）每个工作站工作时间小于等于给定的生产节拍 CT；

（4）工序分配满足优先关系约束矩阵。

2.2 H公司B产品遗传算法优化结果

根据改善后的数据，在本研究中，设置了两个初始种群，分别命名为种群1和种群2，每个种群初始时包含了100个个体。种群1，设定交叉概率为0.8，变异概率为0.1；种群2，交叉概率为0.2，变异概率为0.05。设定进行250次迭代。通过改变工作站的数量来进行模拟分析生产线的平衡状况。目前，公司设置的工作站数为7，本文将在工作站数为5、6、7、8、9的情况下进行模拟。

从表1可以看出，当工作站数目取6的时候，生产线平衡率最高为95.8%，生产线平滑性指数为41.61。因此选择最优工作站数目为6。

3 优化效果评价

从表中可以看出不同工作站数的平衡率P与平滑性指数SI的变化。平衡率的值较大些代表生产装配效果好，平滑性指数的值小代表效果好。生产线平衡率的值在89%～97%这个区间时，生产平衡率的增加并不会改变公司的利润。所以理论上上述5种方案皆符合当前生产线对于平衡率的要求。

从生产效率的角度来说，生产线的工作节拍越短越好。但是如果生产线工作时间越短，其工作站数量也会变大，根据公司订单情况与未来需求量预测情况来看，选择运行模拟情况m= 6的优化方案。由于此结果是在理想状态下的优化方案，并没有考虑到生产线的仪器配置、现场实际情况等因素，因此对其做进一步调整。经过实际情况调整后，计算出其平衡率P为88.5%，平滑性指数SI为72.53。

4 结语

本研究以H公司B产品生产线为对象，对其当前存在的具体问题进行深入分析。通过采用传统工业工程方法，对生产线初步分析、改进。期间，特别注重由于按工艺流程分布工作站而导致的各个工作站作业时间不平衡的问题。

为了解决这一挑战，我们建立了一个以生产线生产节拍和平滑性指数为目标的数学模型。这个模型旨在通过调整工作站的布局和数量，以最大化平衡率，从而实现工作站作业负荷的均衡。我们采用了Matlab编程，利用双种群遗传算法对数学模型求解，优化生产线提高生产线平衡率。这一方法的应用旨在优化生产流程，提高生产效率，使生产线更加高效，提高公司整体竞争力。

参考文献：

[1]苗志鸿，杨明顺，王雪峰等.环网柜装配线平衡改善与优化研究[J].制造业自动化，2019，41（05）：34-38.

[2]张于贤，梁师文，杨梦珂.多目标约束下装配线再平衡研究[J].兵器装备工程学报，2019，40（01）：214-219.

[3]李琳. T公司小功率光伏逆变器装配生产线优化研究[D].河北工业大学，2020.

作者简介：林军峰（1993—），男，山东理工大学管理学院硕士研究生，主要研究方向：制造产业管理；