摘 要

本文为了响应循环利用资源以及保护社会生态环境，提出了混合EOL产品拆卸线平衡的解决方案。拆卸是产品回收的关键环节，随着产品种类的复杂度的提高，合理的拆卸布局和拆卸方式在拆卸过程中起着关键作用，本课题的研究对拆卸工作的自动化和产业化具有理论意义和经济价值。

论文主要研究了混合模型的拆卸线平衡问题的相关知识，结合拆卸线平衡问题的特点，提出了以最小工作站、工作站负载均衡为目标函数的数学模型，并对此模型用Lingo软件对此模型进行仿真分析求出最优解；随着任务规模的不断扩大，产品的复杂度的不断提高，提出了合适的多目标优化算法来提高求解的效率。通过适应度值的大小来评估种群中个体的优劣，最终得到pareto最优解，并对此算法的性能进行研究。

通过利用所设计的BCE算法分别求解小规模和大规模的的实例进行仿真分析，研究结果表明，所提算法对小规模实例能快速得出最优解，对大规模的实例也能较快速度得出最优解，明显优于使用lingo等优化软件的求解效率，验证了BCE算法在实际应用中的可行性和优越性。

关键词：拆卸线；拆卸线平衡；多目标优化；BCE算法

Abstract

In order to respond to the recycling of resources and protect the ecological environment of the society, this paper proposes a solution to the disassembly line balance of hybrid EOL products. Disassembly is the key to product recovery. With the increase of the complexity of product categories, reasonable disassembly layout and disassembly methods play a key role in the disassembly process. The study of this topic has theoretical significance for the automation and industrialization of disassembly work. Economic Value.

The dissertation mainly studies the knowledge of the disassembly line balance problem of the hybrid model, and combines the characteristics of the disassembly line balance problem, proposes a mathematical model with minimum workstation and workstation load balancing as objective functions, and uses this model to perform this model with Lingo software. The simulation analysis finds the optimal solution. With the continuous enlargement of the task scale and the continuous improvement of the product's complexity, a suitable multi-objective optimization algorithm is proposed to improve the efficiency of the solution. By evaluating the merits of individuals in the population by the size of the fitness value, the pareto optimal solution is finally obtained, and the performance of this algorithm is studied.

Through the use of the designed BCE algorithm to solve the small-scale and large-scale examples respectively for simulation analysis, the results show that the proposed algorithm can quickly obtain the optimal solution for small-scale instances, and can also be faster for large-scale instances. The optimal solution is obviously better than using lingo and other optimization software, which verifies the feasibility and superiority of the BCE algorithm in practical applications.

Key Words：disassembly line；disassembly line balance；multi-objective optimization；BCE algorithm

目 录

第1章 绪论 6

1.1 研究目的及意义 6

1.2 国内外现状分析 6

1.3 研究基本内容及目标 8

第2章 混合模型拆卸线平衡问题 9

2.1 引言 9

2.2 多目标优化问题 9

2.2.1 定义 9

2.2.2 pareto最优解集 9

2.3 拆卸线和拆卸线平衡问题 10

2.3.1 拆卸线概述 10

2.3.2 拆卸线特征及分类 10

2.3.3 拆卸线平衡问题概述 11

2.3.3 拆卸线平衡问题基本要素和影响因素 11

2.4 混合产品拆卸线平衡数学模型 13

2.4.1 问题简化 13

2.4.2 参数描述 13

2.4.3 模型建立 13

2.4.4 lingo仿真求解 14

2.5 本章小结 16

第3章 多目标BCE算法的设计 17

3.1 引言 17

3.2 BCE算法概述 17

3.2.1 算法简介 17

3.2.2 算法基本框架 17

3.2.3 算法主要操作算子 19

3.2.4 算法参数设置 20

3.3 BCE算法设计 22

3.3.1 编码设计 22

3.3.2 解码设计 22

3.4 BCE算法流程及终止条件 24

3.5 BCE算法测试 25

3.6 本章小结 27

第4章 结论与展望 28

4.1 结论 28

4.2 展望 28

参考文献 30

致谢 32

第1章 绪论

1.1 研究目的及意义

近年来，一个新的、更严格的环境的实施，生产者责任的增加，立法和公众意识的增强导致越来越多的生产商开始回收再利用被消费者抛弃的产品。为了实现循环利用资源以及保护社会生态环境的目的，要求生产者对寿命终结 （End of Life，EOL）的产品进行回收、拆卸、再利用 ^[1]，同时围绕EOL产品的拆卸与回收是再生产中的重要一环。企业需要遵循这些要求，改变和调整他们的拆卸线结构和生产线结构。

所谓拆卸，就是指分离产品的组成部件^[2]，拆卸线平衡问题通过将一组分解任务分配给一个有序的工作站序列，来优化一些性能度量(工作站开启数量、危害组件指标和数量、节拍时间和工作负载)。在理论研究中，拆卸线大多是对一个单一的产品的情况下进行设计和优化的，然而我们知道如今苛刻的市场环境存在着越来越多的产品种类，同时产品寿命也在相应缩减，着导致越来越多的产品种类进入到再回收序列中。随着产品的复杂程度以及不确定性的增大，新的和更复杂的问题也随之出现，对拆卸线的要求就变得越来越高。试图去处理这种复杂性问题的一种方法是对每种产品都设计一条特有的生产线。但是显然这种解决方案的成本太高，存在太多局限性，很多工厂难以负担。因此，研究混合模型拆卸线可以更好地洞察实际生活中的拆卸平衡问题，同一条拆卸线上的不止操作一种产品。这称为混合模型拆卸线。它可以减少生产成本并最大程度优化性能指标^[3]。

实施拆卸操作有多种生产布局方式（直线型、U型和并行）^[4]。在这些替代品中，拆卸生产线提供了最高的生产力水平。另外，它更适合自动拆卸。但是，同装配线一样，需要实现拆卸线的平衡以尽可能多的提高拆卸效率。拆卸生产线平衡即通过考虑拆卸任务中的若干性能测量和优先约束关系^[5]，将拆卸任务以一定的序列有序的分配给拆卸工作站序列。

由于大多数拆卸系统自身的复杂性，不能简单的直接用平衡装配线的方法来实现平衡拆卸线。首先，拆卸线中存在功能和物理优先约束关系，而装配线仅涉及物理优先约束^[6]。其次，在拆卸生产线上，需要在生产线的不同站点拆卸单个零部件，而需求则来自生产线上的最终产品。再者，装配生产线上待装配产品的数量的不确定性较小，组件和子组件都必须满足严格的质量要求，而工厂对从消费者那里收集到的待拆卸产品，无论是在数量上还是质量上都具有极大的不可控性^{[7][8][9][10]}。因此对于拆卸线平衡问题的研究就很有必要的了。

1.2 国内外现状分析

由于拆卸平衡问题在拆卸生产中有着极为重要的作用， 国内外越来越多的人投入到了拆卸线平衡问题的研究中，诸多科研人员在理论研究上做出了重要贡献，也取得了不少的研究成果。这些为本次研究课题提供了借鉴和分析的基础，也使得本研究具有创新性又不失可行性。

Gupta^[11]等人首次提出了拆卸线的概念，介绍了关于拆卸线的难点和痛点，并说明了影响拆卸线模型建立的主要因素，分析了拆卸线和装配线的异同点。从最初的对拆卸序列的研究到当前拆卸平衡问题的研究，对后来多目标优化问题做出了很大的贡献。文中针对多目标拆卸线平衡问题，提出了改进蚁群算法进行优化^[12]。

A．Gungor和S．M．Guptan^[13]解释了拆卸不成功情况下的拆卸平衡问题。当拆卸过程某个任务因客观或主观的原因而拆卸失败，由于有优先关系等的约束条件的影响，会导致排在失败任务后边的任务出现滞留的情况，甚至更多更为复杂的情况，比如早退、遗漏、消失、回访工件等。文中分别针对这些复杂情况做了详细的说明。在我们锁熟悉的装配线平衡问题的基础上进行改进，将满足优先约束关系的可执行序列有序的分配到各个工作站中，尽可能的减少各种意外情况对整个拆卸线的影响。