基于仿真优化的制造企业生产线平衡问题研究

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分类号：竺密级：——学号：０—４２４０２５—４１００８６０单位代码：］Ｑ呈亘旦

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硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩｏＮ

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论文题目：基于仿真优化的制造企业生产线平衡河题研究

学位类别：

学科专业：学历硕士

（工程领域

作者姓名：

导师姓名：

完成时间：工业工程陈诚和刘明周教授２００７年５月

基于仿真优化的制造企业生产线平衡问题研究

摘要

生产线平衡是制造企业底层生产流程设计规划和重组优化的重要方法之

一，是在给定的约束条件下，将一系列的作业要素分配给合适数量的工位，满

足作业要素之间的优先关系，以提高生产线的生产效率。

在总结和分析生产线平衡的传统解决办法的基础上，针对现有方法中的缺

乏持续改进思想和仿真优化应用不成熟的缺点，将生产线平衡的工业工程改善

方法、启发式算法和可视化仿真方法相结合，提出了一种基于仿真优化的生产

线平衡方法，以期实现生产线平衡的持续改善。

首先，应用工业工程管理方法中的工艺流程分析和作业测定技术来确定生

产线平衡的两个最基本数据：作业要素的优先关系和作业要素的标准作业时间；

然后，针对现有生产线平衡问题分类，设计了保证生产线上工位数最少和各工

位的作业时间分布离散程度最小这两个目标综合最优的数学模型，设计了该模

型的改进ＰＳＯ算法（ＰａｒｔｉｃｌｅＳｗａｒｍＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ＰＳＯ）进行生产线平衡的数

字化求解；接着，从生产线系统的可视化建模与仿真建模角度出发，介绍了生

产线系统的Ｐｅｔｒｉ网和系统结构重现的可视化建模方法，以具体生产线为例分别

建立了生产线可视化仿真的模型；最后，结合汇凌汽车零部件公司“车间设施

规划与生产流程再造”项目，对本文提出的基于仿真优化的生产线平衡方法进

行了应用性研究。

关键词：生产线平衡工业工程仿真优化改进ＰＳＯ算法可视化仿真

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插图清单

图１．１生产线平衡持续改善的优化模型……………………………………．９

图２．１优先关系图示例………………………………………………………１３

图２．２优先关系矩阵示例………………………………………………一１４

图２．３卡车消声器生产线工艺流程图……………………………………．１７

图２－４卡车消声器生产线作业要素优先关系图…………………………．．１７

图２．５标准作业时间构成…………………………………………………．．１８

图３．１系统仿真关系图………………………………………………………２ｌ

图３．２改进ＰＳＯ算法的求解流程…………………………………………２５

图３．３问题编码示例……………………………………………………………………２６

图３－４解码示例………………………………………………………………２７

图３．５改进ＰＳＯ算法的交叉过程…………………………………………２８

图３－６生产线平衡算例（１６作业要素）优先关系图……………………一２９

图４．１可视化仿真的一般步骤……………………………………………．３４

图４．２卡车消声器生产线的Ｐｅｔｒｉ网模型…………………………………３６

图４．３卡车消声器生产线Ｗｉｔｎｅｓｓ模型的加工流程图…………………．．３９

图４－４卡车消声器生产线的Ｗｉｔｎｅｓｓ仿真模型…………………………．．４０

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