基于啟發式算法的主板裝配生產線平衡分析研究

劉晏

摘 要：隨著經濟全球化和科學技術的發展，國內外各電子裝配生產企業的競爭日益激烈，本文對某車間進行了生產線分析與改善。首先運用工業工程方法對其進行了分析和改善，之后結合針對生產線平衡的問題的啟發式算法對臺式主板裝配車間生產線進行了二次改進。通過采用啟發式平衡的優化結果得到符合生產實際情況的合理排序，達到合理的優化作業元素，避免過度工位的集中的效果，可以最大限度地利用人力和設備來提高生產效率。

關鍵詞：產線平衡;啟發式算法;ECRS原則

引言S電腦廠是一家臺資企業，公司現有員工3000余人，臺式主板裝配車間隸屬于二分廠，節拍12秒/單位。車間每個工人僅負責一個元件的裝配工作。根據公司資料顯示，現車間裝配線投入生產以來，始終不能達到設計產能。現有的生產能力根本無法滿足之后的產品需求量，因此提高裝配生產效率迫在眉睫。

1.基于基礎工業工程的生產線平衡優化

1.1各工序作業時間研究

用秒表測時法進行每個工序作業時間的測定，合計觀測次數100次，得到各工序作業時間如下表1-1。

1.2裝配生產線平衡分析

將作業時間較長的工序用5why法，找出作業時間長的根本原因。具體內容見下表1-2。

2.3裝配生產線不平衡改善

在以上分析論證的基礎上，對存在的問題做進一步分析，運用ECRS原則對其進行改善。具體改善內容見下表1-3。

2.基于啟發式算法的生產線平衡優化

2.1計算新生產節拍和最小工作地數

生產節拍核算如式：

CT= Ta/Td

根據預測產品平均日需求量結合企業生產實際，預計需求量為2700臺，按每天出勤8小時，可得：

Ta =3600×8=28800（秒）

CT= 28800/2700≈11（秒）

由此，生產線上各工作站的標準作業時間不得超過11秒。

將各工序的標準作業時間累加，可得產品生產線總操作標準作業時間為77.5秒，故最小所需工作站數為：

N=T/CT

式中： N為最小工作站數;

T 為總操作標準時間。

經計算，即最少需要7個工作站。

2.2對工作站作業進行重新分配

經最小工作地數核算知理想的工作站數則為7個，經上述工業工程方法改進后的工作站數為11，這就有了工作站的參考方向，需對整條生產線盡量安排7個工作站進行布局與生產。具體如下：

以啟發式平衡算法規則，由第一工作站CPU安裝的工序開始，結合細分完后的各個工作要素，滿足各工位間約束的條件下直到把全部工作要素分配完成，使裝配生產線的平衡達到最好的狀態。以下為每個要素的分配過程：首先，對于整體裝配生產線來說，生產節拍為11秒，而在所有工序中，超出11秒的工序為第3工作站，CPU風扇安裝用時11.2秒，這一步主要工作元素為從物料箱取出風扇、安裝風扇。標準時間分別為2秒、9.2秒。而取出風扇無前置作業，所以可以分配到其他元素當中，具體分配方式見下文，通過分配后，此作業的標準時間由11.2秒變成了9.2秒，此時小于生產節拍時間11秒，可進入下一步啟發式平衡的對裝配生產線進行分配元素，如下：

先看工作站1，我們設定的節拍時間為11秒，那么即可按照11秒進行時間拆分，此時第1作業為產品的開端工序，相減后的余下時間為5.3秒，而此為第2作業的緊前作業，對比了其他作業，僅第2作業能作為緊前作業，，比5.3秒小的元素已經不具備生產順序條件，對于作業為5、6、7、8、9也是無置前作業，但5.3秒無適合作業不再做安排。

再看工作站2，生產節拍時間定為為11秒，此時待安排作業為2、5、6、7、8、9，按照安裝優先順序，先選擇時間上最大工位的那個作業要素，工作站2則以第2作業優先分配，此時余下時間為2.9秒，全部作業中2.9秒沒有作業能進行分配，故不再分配作業。

但是為了減少節拍時間，可對瓶頸作業進行分解再分配，此時第3作業的取出風扇工序用時2秒，并且沒有前置作業，可將此工序分配到第2作業，此時第2工作站剩余時間0.9秒，第3作業用時減少為9.2秒。按照啟發式算法原則依次完成各工作站的安排。

從工作站1開始，按順序給各工作地進行分配，如下表2-1所示.

2-1啟發式平衡算法分配表

以上作業分配完成，確定以9個工作站作為裝配生產線的預定工作站數，理想工作站數為7個，結合現實情況，進行啟發式平衡優化分配時，往往達到最理想是很困難的，但對于最終的9個工作站，已經能夠為該廠裝配生產帶來巨大的積極影響。

3.結論

本文對生產線的實際運行情況進行了完整、詳細的分析，找到了生產線的瓶頸工序。對于瓶頸工序，綜合運用IE的方法進行分析，并運用啟發式算法對生產線平衡進行優化，經過基礎IE方法改善后，裝配的總作業時間減少，瓶頸時間縮短，生產節拍時間總作業時間也減少。進一步運用啟發式算法，對工作站作業進行重新分配生產節拍。經進一步優化后，工作站數量由11減少到9個，生產平衡率提高，產量也大幅提高。

參考文獻：

[1]黃杰勛.G公司開門機生產線平衡優化研究[D].廣東：華南理工大學，2017.

[2]唐海波，吳斌，王正蘭.啟發式算法的裝配線的平衡改善應用[J].上海電機學院學報.2014（05）