摘 要

近年来，环境保护和资源节约理念不断升华，大型EOL产品的回收再利用成为重点研究课题，拆卸技术成为其中的一个重要环节，拆卸线平衡问题得到广泛关注。双边拆卸线在传统单边拆卸线的基础上提出，带来了很多好处，但结构形式上的复杂也给平衡问题提出了新的约束和更高要求，需要研究适合双边拆卸线特点的平衡方法。

本文主要研究双边拆卸线平衡问题，基于双边拆卸线的特点对平衡问题进行了数学建模，并利用最优化软件LINGO求解了所建立的平衡问题数学模型的最优解。进一步将双边拆卸线平衡问题抽象为一个多目标优化问题，对问题提出了序列组合的编码方法。基于指标的进化算法（IBEA）是一个出色的多目标优化算法，利用IBEA研究并提出了解决该平衡问题的多目标进化算法，分析了整个算法的理论实现过程。

关键字：IBEA；双边拆卸线平衡；数学模型；多目标进化算法

Abstract

In recent years, the concepts of environmental protection and resource conservation have continued to rise, and the recycling of large-scale EOL products has become a key research topic. Dismantling technology has become an important part, and disassembly line balancing problem have received extensive attention. Two-sided disassembly line are proposed on the basis of traditional one-sided disassembly line, which brings many benefits. However, the complexity of structural forms also imposes new constraints and higher requirements on the balancing problem. It is necessary to study a balancing method suitable for the characteristics of two-sided disassembly line.

This article mainly studies the two-sided disassembly line balancing problem. Study the characteristics of the two-sided disassembly line, build a mathematical model and use the optimization software LINGO to obtain the optimal solution of the balancing problem in the mathematical model. Furthermore, the two-sided disassembly line balancing problem is abstracted as a multi-objective optimization problem, and a sequence combination coding method is proposed for the problem. The general indicator-based evolutionary algorithm (IBEA) is an excellent multi-objective optimization algorithm. It uses IBEA to study and propose a multi-objective evolutionary algorithm to solve the two-sided disassembly line balancing problem, and theoretically analyzes the implementation procedure of the algorithm.

Keywords: IBEA；two-sided disassembly line balancing；mathematical model；Multi-objective evolutionary algorithm

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

1 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外的研究现状 1

1.3 本文的研究内容及章节安排 2

2 双边拆卸线平衡问题建模及分析 3

2.1 双边拆卸线简介 3

2.1.1 双边拆卸线的基本要素 3

2.1.2 双边拆卸线平衡的约束 4

2.2 双边拆卸线平衡数学模型 5

2.2.1 符号说明 5

2.2.2 数学模型 6

2.3 双边拆卸线平衡的LINGO求解 8

2.3.1 LINGO简介 8

2.3.2 双边拆卸线平衡的LINGO求解 8

3 算法设计与实现 10

3.1 IBEA算法 10

3.1.1 性能指标 10

3.1.2 基于指标的选择策略 11

3.1.3 算法流程 12

3.1.4 仿真分析 14

3.2 基于IBEA的优化算法 15

3.2.1 优化设计模型 15

3.2.2 染色体编码 15

3.2.3 染色体解码 16

3.2.4 染色体初始化 17

3.2.5 评价函数和染色体的选择 17

3.2.6 遗传操作算子 18

3.3 优化过程 19

3.4 仿真结果 19

4 总结与展望 22

4.1 论文工作总结 22

4.2 研究工作展望 22

参考文献 23

致 谢 24

绪论

研究背景及意义

进入21世纪后，科技的快速发展带来很多好处，同时也带来了一些负面影响，资源和环境等问题日益成为社会广泛关注的热点。为了保护环境和节约资源，政府以及相关制造企业都采取了相应措施，产品的回收利用是一个有效的方式。

产品的再利用过程中拆卸是至关重要的一个步骤，现在很多废旧产品体积大、部件多、结构复杂，考虑到拆卸效率以及成本等问题，面对大规模的产品拆卸，以流水线作业成为主要采用的作业方式。

像装载机、汽车等大型产品的拆卸往往采用双边拆卸线的工作形式。这种大型或受操作方位约束的产品，若采用单边拆卸线作业形式，拆卸产品可能需要不停地调整方向，会减缓拆卸速度，而使用双边拆卸线作业形式可以大大降低成本，提高拆卸速度。但流水线作业存在不均衡现象，双边更增加了平衡问题的复杂性和不确定性，双边拆卸线平衡问题是一项重要且需要迫切解决的问题。

进化算法广泛应用于多目标优化问题的求解中，IBEA是一种基于指标的多目标进化算法，它能够与任意指标相结合。与现有的算法相比，IBEA可以适应用户的偏好并且不需要任何额外的分集保存机制，该算法收敛性好且适合求解多目标优化问题。双边拆卸线平衡问题可以抽象为一个多目标优化问题，实现该平衡问题的编解码，研究出切实有效的算法对解决双边拆卸线平衡问题有很重要的意义。

国内外的研究现状

2000年，Kim提出双边装配线平衡问题^[1]，构建双边装配线模型，并用遗传算法实现，对双边拆卸线平衡问题有借鉴意义。Güngör和Gupta在2001年提出了拆卸线平衡问题，分析平衡过程中约束条件的复杂性和不确定性。随后他们利用分支定界法介绍了分层拆卸方法结合拆卸目标函数产生可拆卸序列^[2]，Gupta建立了以最小化工作站数为目标的拆卸线平衡问题模型^[3]，基于贪婪算法进行求解。

2004年，Zitzler 和Kunzli提出了基于指标的多目标优化算法^[4]，分析其性能指标并改进了算法。同年McGovern和Gupta利用启发式算法解决拆卸线平衡问题^[5]，并将蚁群、遗传算法和启发式算法与贪婪算法进行比较。接着，秦杏敏、金烨等将启发式算法用于双边装配线平衡问题中^[6]。

2009年，丁力平等利用基于Pareto蚁群算法求解了拆卸线的多目标问题，将小生境技术结合到算法中以获得良好分布的Pareto最优解集^[7]。

2010年，刘鎏研究了多目标优化进化算法[8]，提出了一种新的基于弱化Pareto支配关系即ε支配关系的多目标稳态进化算法。同年，张景成等将IBEA算法用于低轨区域覆盖星座优化设计中，利用IBEA算法求解了多目标优化问题^[9]。

2015年，胡小峰等编写了《双边装配线平衡算法及其应用》，总结了多种解决双边装配线平衡问题的方法，比如启发式规则、分支定界算法、遗传算法等，并运用到实例中，进行了可靠性分析和改进。

2017年，唐秋华等使用基于混合教学的优化算法来平衡具有多个约束的随机双边装配线问题[10]，进行了算法的改进和全面的研究^[11]。

2018年，邹宾森等研究了双边拆卸线平衡问题建模与优化，使用Pareto蝙蝠算法对模型进行求解，提高了解的多样性，提供了很多可行的高质量的平衡优化方案^[12]。

有关多目标优化算法的研究从上世纪八十年代开始已经快速发展，比如遗传进化算法。拆卸线平衡问题的研究也已经得到了国内外学者的广泛关注，提出了很多算法来解决这个多目标优化问题，尤其是单边拆卸线平衡问题取得了不少研究成果。但是对于双边拆卸线平衡问题方面，已公布出来的成果较少。目前国内外学者开始研究双边装配线平衡问题，虽然与双边拆卸线平衡问题有很多不同，但可以提供很多建设性的意见。

本文的研究内容及章节安排

本课题重点研究双边拆卸线平衡问题，在对该问题进行数学建模和分析，基于IBEA算法研究并提出解决双边拆卸线平衡问题的多目标进化算法。

具体研究内容：

（1）对双边拆卸线平衡问题进行数学建模；

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