1）研究目的

装配线是大批量、标准化产品的典型生产系统，人们生活和工业生产中的大部分物品都是在装配线上生产出来的。传统的装配线只进行单一型号产品的生产：产品或工件连续地投放到装配线上，通过传送装置从一个工作台移动到下一个工作台，每个工作台重复执行数个操作。这种简单装配线生产效率高、成本低、质量稳定，从其一出现就被广泛的应用于各制造业，并在福特时代获得了巨大的成功。但从上世纪五十年代以后，伴随着第三次科学革命中科学技术的飞速发展,制造业的竞争越来越激烈，,快速变化的产品市场需求使得产品的创新设计和个性化成为企业参与市场竞争的重要手段。随着买方市场逐步形成,传统的稳定市场正朝动态、多变的方向发展，客户对于产品的需求也向多元化、个性化方向转变。企业要在激烈的竞争市场中赢得客户仅要为客户提供满足经济性、多样化需求的服务与产品，还要满足高效率、低成本及快速响应市场变化。因此,传统福特汽车式流水线大规模生产制造模式,因为无法快速提供符合客户个性化需求的产品,而遇到严峻的挑战。同时,单件定制生产方式由于其产品单价高、交货周期时间长等问题,在实际当中难以进行普遍推广,仅适用于少部分高端产品。

大规模定制( Mass Customization ,MC)生产模式将产品定制和大规模生产结合起来,从而实现个性化、低成本、高质量和短交货期的生产目标。基于订单生产的混流装配线,根据客户的个性化需求生产制造相应的产品,在同一条生产线上可以通过混流装配线生产不同的产品。混流装配线的出现使生产的灵活性得到了极大的提高，使得企业能够实现ATO(Assemble to Order，面向订单装配) 。ATO是指在生产的最后阶段，用库存的通用零部件装配满足客户订单需求的产品。这些通用的零部件是在客户订货之前就计划、生产并储存入库的。收到客户订单后，根据订单就可以通过混流装配线把它们装配成不同的产品。

在我国，各行的制造业市场需求都很大，个性化需求度也很高，因此ATO混流装配线被广泛应用，因此对装混流配线的研究和探讨是很有必要的。文献表明混流装配线涉及两种类型的问题。第一个问题涉及到不同岗位要在各站之间均衡分配工作量，称为平衡问题。第二个题与不同型号的产品在装配线上的排序有关称，为排序问题。该论文的研究目的就是找到更好的解决这两个问题的方法。

2）研究意义

本文对混流装配线的平衡与排产问题进行仿真与优化，可以改善混流装配线存在的工作站工序分配不合理、产线拥堵等问题，提高设备利用率，促进物料流动，降低库存水平等，为混流装配线的优化提供理论依据。

3）国内外研究现状分析

针对生产线平衡问题，许多国内外学者都对其做了相关研究，Jackson提出一种解决装配线平衡问题的枚举法，计算量比完全列举少许多但还是较大而不实用^【1】。Marc Peeterws等建立线性规划数学模型,结合运筹学分支定界法求解问题的下界，该小法有效降低计算耗时量，实现解决大规模线平衡问题^【2】。 Helgeson在分配工序时采用阶位法，即搜索“挑选每个位置加权数最大的作业”作为优先准则，用以求解产线平衡问题^【3】。 Thomopoulos 首次提出联合作业优先图概念，将混流装配线转变为单一型装配线分配各工作站的工序，并验证了方法的可行性与适用性^【4】。Jin建立了以平顺化物料消耗为优化目标的目标函数,并设计了“方差算法”的启发方法对其求解^【5】。沈维蕾采用启发式平衡搜索法对某企业半轴装配线平衡问題进行分析，通过调整设备布局对装配线进行改善,提高了半轴的装配效率^【6】。Yagmahan 将智能进化算法应用到装配线平衡优化中，通过大量的测试证明了该方法的可行性^【7,8】。吴尔飞等利用基于分支定界方法优化双边装配线，对列举原始工位的方法进行改良，并基于定界法缩小规模大小使得平衡可快速求解出最优解^【9】。唐秋华利用混合型非线性规划的方法建立U型生产线的数学模型，引入生产过程中的学习效应和加强约束求解^【10】。蒋南云等应用Flexsim仿真软件对装配线进行建模仿真，得到装配线各工位的装配时间、闲置时间、阻塞时间，确定装配线瓶颈工位。对装配线重新划分工位并添加自由人，解决了瓶颈工位，为混流装配线平衡设计和仿真提供了一种可行的方法^【11】。韩煜东等在考虑产品需求速率的前提下，提出了调整加工成本的新方法，建立了混流装配线平衡问题的多目标优化模型。设计了基于自然数序列和拓扑排序的改进遗传算法对模型进行求解，改进交叉、变异操作来保护优秀基因，提出了种群扩张机制。对经典问题的计算试验结果表明，改进遗传算法在降低生产节拍的同时能优化产品加工成本，在求解效率和求解质量方面有显著的成效^【12】。李金霖等建立了数学模型，分析了问题的复杂性和成本下界，并提出了启发式和精确算法来求解，最后使用数值实验证明了算法的有效性^【13】。吴永明等对混流装配线平衡问题的分类和通用解决方法进行了归纳与总结，并提出产品演进驱动下装配线平衡的进一步研究方向^【14】。戴隆州等以最小化生产节拍、工作站间的负荷和工人完成新装配任务的调整成本为优化目标来建立混装线再平衡的数学模型;设计了一种新的多目标粒子群算法求解模型，结合具体实例的验证表明，该改进多目标粒子群算法能有效地解决混装线再平衡问题^【15】。Damian Krenczyk等提出了一种基于启发式和仿真的混合多模型装配线平衡方法。提出的IT解决方案是一种计算机混合实现的组合数据驱动的自动模拟模型生成和启发式的线平衡方法。利用Flexsim仿真软件与实际应用的例子，提出的解决方案的计算机实现^【16】。一些机构和学校联合提出了一种改进的遗传算法来优化装配线中的瞬时载荷和平均载荷。采用改进的离散粒子群优化算法解决装配线加工中的无序低效排序问题^【17】。Ullah Saif等提出的多ABC算法优于NSGA II算法和更好的帕累托解针对不同的需求场景选择的问题模型^【18】。Cemalettin Ouml;ztürk等提出混合整数规划（MIP）约束，兼顾平衡和模型排序的程序设计模型，研究CP方法在混流装配线平衡调度中的应用^【19】。

混流装配线的高效运行，除了解决装配线方平衡问题还离不开科学合理的排产。排产的主要内容是在满足一定的约束条件下，如何科学有效地按订单安排不同型号产品的投产序列以实现混合装配，这是一个组合优化的问题。在1963年, Wester和 Kilbridge率先提出了混流装配线的排产问题。半个世纪以来,学者们针对该问题进行了深入的研究,取得了大量成果。对于混流装配线的生产排序问题,学者们主要从模型的优化与算法的优化两方面进行研究。

在模型的优化研究中，国外学者取得了如下成果。Thomopoulos在负荷均衡的条件下建立了以总惩罚代价最小为目标函数的数模型并运用启发式算法求解。之后，Thomopoulos又运用组合优先图的方法成功地将混流装配线简化成单一型流水线，利用单一型流水线的平衡技术和方法,首次解决了混流装配线的平衡问题。。Dar-E1EM在Kilbride和研究成果上,详细论述了混流装配线的分类和主要特点:如工作站的类型、传输方式、产品的投放规律等^[20]。Sumich针对混流装配线其中的四个评价指标(未完成工作量、空闲时间、工作时间和零部件使用的变化率)比较分析了混流装配线排序的5种启发式算法。