【多车型混线生产系统平衡方法及其优化的实证探究（论文）17000字】

多车型混线生产系统平衡方法及其优化的实证研究目录TOC\o"1-2"\h\u7817多车型混线生产过程组织及其优化 143241引言 2272441.1课题研究背景 2299691.2研究进展 418801.3论文研究内容与结构安排 546182多车型混线生产平衡理论 6258082.1汽车混合装配主要流程和要求 6116792.2负荷平衡和投产排序的交叉影响分析 77042.3影响混合装配线平衡的原因 11235172.4混合装配线的评价方法 13208552.5本章小结 1437203多车型混线生产系统平衡方法 14234663.1混合装配线投产预测方法 1434483.2混合装配线负荷平衡的方法 17312003.3混合装配线产品排序模型 1817623.3.1混合装配线产品排序建模 1887363.3.2最长流程时间Fmax的计算 1978823.4本章小结 19158834案例分析 19243784.1需求预测 207144.2工艺平衡 22140614.3投产排序 25249604.4本章小结 28252265结论与展望 2871875.1论文总结 28155385.2研究工作展望 29摘要：随着经济的发展、科技技术的发达、居民消费水平提高和市场的竞争激烈，当今社会已经进入了多样化时代。过去的标准产品，现在已经满足不了顾客的个性化需求。在汽车领域行业中，大规模的生产单一汽车福特时代已经逐渐被淘汰了，更能适应现在的市场是丰田时代下的准时制生产和精益生产。汽车的多品种少批量订单更适合准时制的生产模式。因为顾客个性化需求的提高，加剧了汽车行业的竞争，使得汽车的生产生命周期不断缩短，更新速度不断加快，产品种类不断上升。在这样的背景下，出现了一种生产模式即混合生产。在生产汽车过程中高效率、高质量、低成本的多车型混线生产方式是许多汽车企业所追求的生产模式。混合装配线是指在同一条装配线上装配多种工艺相似工时不同的产品，从而有效地降低了企业的投资成本，并且使企业能够生产多种类型产品，增加了企业的市场竞争力。混合装配线能够适应不同的产品加工要求并且加快产品之间的转换时间。它解决了以往以往车间中单一产品制造效率和柔性制造之间的矛盾，使得产品种类变多，生产周期加快，能够快速应对市场的需求和改变。本文根据汽车总装车间的混合生产工艺流程，提出了影响混合装配线平衡的三大原因：生产产量预测不准确、混合装配线工艺不平衡、产品投产顺序紊乱，并针对这三个原因给出了一定的解决方法和计算模型。结合企业的总装车间多品种少批量的混线生产状况，梳理并分析了不同车型的工艺和工时，基于生产计划要求求出了较优的车型配比和排产方式。关键词：混合装配线；工艺流程；投产排序；启发式算法1引言课题研究背景研究背景18世纪蒸汽机的出现带动了工业革命，于是出现了一种新的交通工具——汽车。随着科技和经济的发展，汽车行业逐步崛起。首先是美国的福特汽车公司。1903年，福特汽车公司刚刚成立就研发了出了生产汽车的流水线。以前生产的汽车都是低效率的手工制作，但这也也给汽车未来的发展奠定了基础。经过福特公司对流水线的改善，在1914年时，优化的流水线可以93分钟生产一辆汽车，售价从以前的825美元降低到290美元，打败了当时的所有竞争者。一时之间让福特汽车公司的销售数量位居世界第一。因为福特汽车公司当时所有所需的零部件大多数都是自己本公司生产的，随着顾客的需求化不断改变，福特公司的生产已不能满足顾客的需求。随着世界贸易组织的全球化，有些汽车龙头企业为了占领更多的市场份额，开始研究能够在降低制造成本的同时又提高产品的个性化特征从而增加市场竞争力的方法。为此他们不得不将所制造的产品中分离出部分零件，将其作为订单分派给中小型的零件加工企业[1]。在20世纪90年代后市场开始发生竞争激烈，因此随着市场的激烈竞争，产品的生产周期也随之缩短，并且随之经济的发展人们的生活条件越来越富裕，因此顾客对产品个性化也越来越高，这就意味着缩短了产品的生命周期，即一件产品用不了多久又要更换，与此同时顾客对于质量的要求也随之增长，于是许多制造业面临了一个与以往不同的新问题，即是:面对多品种小批量的产品如何有效的组织生产？因为过量生产会导致库存堆积，同时也会产生许多浪费。因此，减少库存成为了当时企业要解决的一大难题，因为库存是企业的制胜法宝之一，所以追求“零库存”生产模式在各类制造企业中迅速得到了得到了推广。如日本的丰田汽车公司所提出的JIT理论就是一种十分典型的以“零库存”为总体目标的制造模式。20世纪50年代，丰田副总裁大野耐一提出了准时制这种兼备福特方式低成本低消耗与单件定制高质量的方法[2]装配线最初是用来大批量生产单一同质产品的。Salveson首先提出了其中的不足之处。单模型装配线是最不适合生产系统的高品种需求的场景。当前以消费者为中心的市场环境要求制造系统具有高度的灵活性。因此，装配线的设计必须满足高混合/低批量生产战略。由于建立和维护一条装配线的成本很高，制造商在一条装配线上生产一种具有不同功能的型号或多种型号。这种装配线类型的改变导致了混合装配线出现。多品种混合装配线是指一条可以实现一定数量和投产顺序搭配的多个品种混合连续生产的装配流水线,线上产品的结构和作业方式基本相同,仅在规格和型号上有所区别[3]。混合装配线广泛应用于汽车、家电、电子等各个行业。研究意义由于顾客对产品追求的个性化，从而使企业的生产方式由以前的大规模生产变成了多品种少批量的生产方式。结合现今顾客对汽车的个性化需求的发展趋势，在汽车企业中，所要生产的汽车种类越来越多，因此现在大多数汽车企业面临的都是多品种少批量的生产模式。在汽车装配过程中，单一的装配流水线已经无法满足不同型号的车辆装配，而投入不同生产线进行生产则在占地面积和人员设备上耗费极大[4]。而且因为顾客对产品个性化的追求，一种车型用不了多久就会被淘汰，这样生产这种车型的装配流水线也会随之被淘汰，当引入例外一种车型时又得重新设计一条产线，这样不仅仅使汽车企业的浪费过大，并且汽车企业的投入也会过大，这在当今竞争激烈的企业里是不允许的。因此，随着精益生产的提出，出现“柔性制造系统”一词，许多汽车企业要求自身的装配线能够生产各种不同型号的产品，于是具有柔性制造的理念的混合流水线就成为了当今许多汽车企业的不二之选。但是这种混合流水线有许多困难之处，首先就是因为精益生产的特点，它所追求的是“零库存”生产，并且能够消除一切浪费，这对员工的要求很高。其次就是产线不平衡问题，多种型号车辆在同一装配线上装配，因为工艺和工时的不同，必定会使工位产生超负荷或者闲置，即出现瓶颈工位。一旦工位出现闲置就会出现人员的浪费，而当工位超载以后就会使得工人疲劳，最重要的是会让上游产品出现堆积，从来使得流水线停止。同时当出现产品堆积时工人为了加快速度生产又会出现次品，因此混合装配线的平衡是企业要解决的一大难题。我国现在的汽车制造行业相对于汽车制造业水准较世界先进水平仍有一定的差距，并且混线生产在我国仍处于摸索过程当中，因此对汽车混合装配线的研究是有必要的。研究进展国外多车型混线生产平衡研究现状在工业生产领域中，其实混线生产早已存在很久，只不过许多人并没有去关注。混线生产最早是在国外被提出的，并且国外学者的研究发展的比较早。1961年混流生产问题首次被KilbridgeMD和Weste，并且他们还给出了混合装配线的概念。针对混合装配线的排序问题在1963年首次被ArcusA.L提出，并且混合装配线的排序问题被证明是组合优化中的NP-hard问题。1967年，就混合装配线的平衡问题Thomopoulos[5]建立了关于负荷平衡的以最小总惩罚代价为目标的数学模型,并且运用启发式算法对其所建立的模型进行求解;1970年，Thomopoulos又利用组合优先图，将混合装配线转化为单一装配线的问题，并把单一流水线的平衡技术和方法运用到混合流水线上，首次解决了混合装配线的平衡问题。Vilarinho和Simaria在他们的所建立的数学规划模型中结合了并行工作站分配和分区限制的概念。他们的模型以最大限度地减少工作站数量为主要目标，以平衡工作站之间和工作站内的工作负载为次要目标。Kara提出了一种新的二元数学规划模型，并开发了两种目标规划方法，一种是精确目标规划，另一种是模糊目标规划。Miltenburgl运用非线性整数规划，以实际生产率与理想生产率的偏差最小化为目标，解决混流装配线的排序问题，但是运用非线性整数规划这种方法有很大的局限性，它的前提条件是所有产品需要的零件的种类数量相同，这在汽车行业中是很难实现的国内多车型混线生产平衡研究现状在我国能够真正实现混线生产的并且投入经营成功的企业并不多，即使有些企业已经成功投入混线生产方式，但其混线生产方式的利用率和成熟度相对于国外同行还有一点的差距。这是由于管理密集、人才密集、技术密集、资本密集是汽车制造工业的一个非常典型特点[6]。我国最先开始研究混线生产的是赵晓波与周兆英，在1998年，他们首先研究了混合装配线的投产顺序问题。赵伟[7]等人在2000年采用遗传算法和模拟退火求解了多级混流装配线的平准化调度问题。针对排产数学模型孙新宇等人在2003年利用蚁群算法来求解，并把他们所求得的结果与与目标追随法、遗传算法以及模拟退火法进行了对比，但他们求解的前提条件是混流生产线上各零部件的使用率需要均衡。2006年，宋华明与马士华则以产品产出时间来衡量物流的平准化，考虑了产品加工时间的差异，从而使平准化调度也依赖于平衡方案。2007年，黄刚等人根据装配车型关键件的不同[8]，从而他们提出了一个新的概念--车型相似度，并以最大化相似度为目标建立数学模型，利用小生境遗传算法对其进行求解。1.3论文研究内容与结构安排本文主要就影响混合装配线的平衡系统的三大原因进行研究：混合装配线的产量预测、多车型混合生产的工艺平衡以及多品种少批量的产品投产排序。主要框架结构如图1-1所示。第一章主要阐述了本文的研究背景和研究意义以及对于混合装配线的平衡问题国内外的研究状况。第二章主要介绍了汽车总装车间的主要生产流程以及与流水线紧密相关的一些重要指标，并对负荷平衡和投产排序之间的关系进行了分析，并提出了影响混合装配线的三大原因，最后给出了评价混合装配线的一些方法。第三章主要是针对影响混合装配线平衡的三个原因进行深究，并对不同的原因给出了不同的解决方法和方案。第四章利用前面三章提到的方法和计算公式，并结合实际的案例，梳理并分析不同车型的工艺和工时之间的差异，基于生产计划求出较优的车型配比和排产方式。第五章对本文做出了总结，并提出论文的一些创新点以及文中有待发展和研究的之处。图1-1论文主要框架结构图2多车型混线生产平衡理论2.1汽车混合装配主要流程和要求因为多车型混线生产的特殊性，所以其组织生产过程中结合了多种型号车辆的装配工艺流程，它的生产工艺不能单纯的按照一种车型的工艺去设计，而是要从全局考虑，对整体的流水线去设计，并且保证其高效率。大多数的汽车总装工艺流程主要分为内饰线、外饰线、底盘线、分装线检测线和终检线。2.1.1汽车总装工艺流程在不同的汽车企业里总装车间的布局各不相同，但是大多数的汽车结构都是相似的，所以总装生产工艺流程也是基本相似。总装就是将发动机、仪表台、车门、内外饰件等零部件组装到白车身上[11]。图2-1汽车总装工艺流程如图2-1所示，在车身经过焊接、涂装以后就在进入到总装车间，总装车间的工艺流程主要分为五个主要流程，内装线、外饰线、底盘线、分装线检测线和终检线。在内饰线主要的内容就是就车身和车门拆分，然后分开组装，然后再安装仪表台。而外饰线主要是安装外部的一些仪器，如过滤器。天窗和座椅等。底盘线主要是安装轮胎、发电机、油箱和后悬架。到到了分装线检测线时，则把车门和和车身组合起来，并且全车通电，开始检测汽车仪表是否正常。最后就是终检线了，通过人进行驾驶也检测车辆是否合格，若合格就可以送到客户手中，若不合格就进行检测并且进行返修。2.1.2汽车混合装配线的重要指标流水线的节拍所谓流水线的节拍，是指流水线上连续生产两件相同产品的时间间隔。其代表了流水线的制造速度。但是在混线生产过程中，因为有各类不同的产品，所以混合流水线的节拍称为当量节拍。不同的产品在生产过程中节拍存在差异，将各中产品按照一定的比例共线生产得到的节拍也有所不同，因此在设计混合流水线时确定好节拍是首先任务，同时也是改善流水线的一个重要指标。流水线的节拍等于计划期有效的工作时间与计划期其内计划产品之比。在设计装配线时为了装配线的平衡，应该使各个工作地的作业时间尽可能地接近节拍或等于节拍。工作站数以适当的方式将装配线上若干个相邻的工序组成的大工序称为工作站，并且应尽可能的使工作站的工作时间接近或等于节拍装配线上的节拍。装配线的生产效率其中的一个指标就是工作站的数量，因此为了在设计流水线时应尽可能的使工作站的数量最少，因为工作站的数量越少说明工作地上的负荷越饱和，工位不会太闲置或者超载，这样就能提高企业的生产效率。平衡率在企业生产中，生产线的平衡率越高，则说明生产线上工序间等待越少，浪费越少。一些企业将平衡率作为考核生产部门或IE部门的一项绩效指标，可见其重要性。其计算公司为：(2-1)(2-1)其中K代表装配线的平衡率；S表示工作站的数量；r表示流水线的节拍；F表示有效的工作时间总合。作业人数虽然现在大多数汽车企业都是机械化生产汽车，可是避免不了人员的使用。在确定好流水线节拍和工作站数量以后，为了降低企业的生产成本，提高企业的竞争力，在不造成工位超负荷的情况下人员使用方面应尽可能的使用最少的人员。因此减少人员也是优化流水线的一种指标。2.2负荷平衡和投产排序的交叉影响分析2.2.1混合装配线上的负荷平衡和投产排序之间的关系混合装配线本身就是一种复杂的系统工程,因此它在开发设计过程中具有不可预测性和随机性。一般装配线由装配人员、物流对象、加工工艺和工作站所组成。对于装配线有两个要解决的问题，一个就是生产工序的的分配问题，即在保证各工序之间的先后顺序的前提下如何将所有的工序分配到各个工作站中去;另一个就是投产顺序，即如何合理的把所有要生产的产品在生产效率高的前提下进行合理的安排生产。混合装配线的平衡问题在生产运作管理中属于企业的一个长期计划，而且投产排序这是一个短期计划。如图2-1所示，平衡问题和排序问题是混合装配线中的两个互相联系又互相影响的一个有机系系统。负荷平衡产生的结果就是投产排序的输入，而投产排序得到的结果也可以通过反馈给负荷平衡，从而作为负荷平衡的输入。经过不断的反馈不断的再一次平衡，最后得到最优的负荷平衡和投产顺序。混合装配线平衡的目的就是要将所有要生产的产品的作业元素合理的分配到各个工作站中去，并且确定好所有产品投入生产的顺序，使得装配线的效率最高。图2-2混合装配线平衡系统2.2.2负荷平衡和投产排序相互影响的证明假设流水线上装配A、B两种产品。A、B的作业的时间、先后关系图以及A,B产品结合后的作业时间和先后关系图如图2-2所示。假设现在有2个工作装配，其中任何一个作业元素都可以由任意工位完成。B和A的需求量分别为1、2。（图中圆里面的数字表示产品的作业元素，而圆面的数值分别是作业元素装配所需的工作时间。图2-3产品A、B作业图及综合产品作业图现在有两种平衡方案X1（作业元素1和2分配到工作站Ⅰ，作业元素3和4分配到工作站Ⅱ）；X2（作业元素1和3分配到工作站Ⅰ，作业元素2和4分配到工作站Ⅱ）。投产排序方案也有两种，分别是Y1=（AAB）即先生成完两件A产品再生产一件N产品;Y2=（ABA）即生产完一件A产品以后就生产一件B产品，最后再生产一件A产品。A、B两产品再各自的工位的负荷如表2-1所示表2-1组合方案表平衡方案A产品B产品工位Ⅰ工位Ⅱ工位Ⅰ工位ⅡX131.512.5X22.521.52将平衡方案和排序方案两两组合，其结果如图所示图2-4平衡方案x1、x2和排序方案y1、y2两两组合的总装时间对比图当结合平衡方案x1和排序方案y1时，得到最终的装配时间为10个单位时间，而平衡方案x1和排序方案y2结合时，最终的装配时间变成了8.5个单位时间，由此可知适当的调整排序方案可以使装配时间变得更短，即装配效率更好。当平衡方案x2和排序方案y1结合时，得到的最终装配时间为9个单位时间，通过适当的调整排序方案，让平衡方案x2和排序方案y2结合，可以得出最终的装配时间为8.5个单位时间。由图2-3的结果对比可以看出，在相同的平衡方案下产品的投产顺序不同，最终得到的装配时间也不相同；在相同的排序方案下产品的平衡方案不同，最终得到的结果也不同，因此在考虑流水线平衡时应同时要考虑负荷平衡和产品的投产顺序。2.3影响混合装配线平衡的原因在混线生产的汽车总装车间里，会经常出现一个现象，即有的工位特别繁忙有的工位又特别清闲，而且造成这种现象主要有三个原因，①生产产量预测不准确。②混合装配线工艺不平衡③产品投产顺序紊乱。2.3.1混合生产线投产预测预测是对未来可能发生的情况进行预计和推测。因为未来的情况有很大的不确定性，所以预测不可能是绝对精准的。预测不仅是企业长期的战略性决策的重要输入，而且还是短期计划中的日常经营活动的重要依据。如果企业不进行对需求的预测，就只是按照零售商下达的订单进行生产，那么就会生产一种普遍的问题--牛鞭效应。根据零售商下达的订单进行生产制造，会造成库存的积压或者供货不足，导致企业的成本增加，竞争力降低。面对牛鞭效应许多汽车企业采取的方法不同。美国通用汽车公司所采取的方法就是按照以外的方法进行生产，而并不是依据零售商提供的数据，而在我国企业中大多数采用的都是经验值法，根据以外的经验进行估计并生产。因为预测具有很大的不确定性，一旦和实际情况相差较大，那会是预测变得毫无意义，并且还会增加企业的成本。根据产量调整各型号车辆的工序确定所有产品的投产顺序产量的确定根据产量调整各型号车辆的工序确定所有产品的投产顺序产量的确定图2-5混合装配线平衡流程如图2-4所示，要使混合装配线平衡要从三个方面考虑，即使生产产量、工序平衡和投产顺序，而生产产量就是首先要考虑的。因此使用正确的方法对产量进行预测是一个非常重要的步骤。2.3.2混合生产线工艺平衡在多品种少批量的混线生产车间里总是存在这样的现象，有的员工特别闲，而有的员工就却特别的繁忙，以至于造成产品堵塞让产线不得不停止工作，这样不仅仅降低了企业的生产效率，同时闲忙不均匀容易造成员工之间的心理不平衡，而这其中的原因之一便是工艺设计和生产布置不合理。有些工位的工艺在设计时估算错误，造成了总的工艺工时超过了生产节拍，导致员工无非在规定的时间内完成任务，这必然会时产线停滞不前。其次就是车间布置不合理，就比如当员工完成任务以后需要返回原来的位置等待下一个产品，可是因为车间的布置使得员工返回到原来的位置需要花费大量的时间，这就导致员工在完成上一个产品以后还没有返回到原来的工位工作下一个产品就到达了指定位置，使得员工的工作时间比规定的时间少得很多，让员工无法完成规定的内容，从造成产线急停。另外一个原因就是工具摆放不合理，因为工具的摆放使得员工要完成规定的内容需要做许多无效果的动作（弯腰，转身，踮脚），这些无关的动作也会浪费员工的操作时间。综上所述，造成混合装配线工艺不平衡主要有三个原因，分别是：工艺设计不合理；车间布置不合适；工具物料摆放位置不合适。2.3.3混合生产线投产排序在混线生产工艺设计时，不可能让所有工作站完成任务的时间刚好和节拍相等，因为影响时间的原因有很多。首先是工作的内容不可能全部都一样，各个工作站的任务肯定是不相同的，所有所需要的时间也不可能相同，因此在设计时只能尽可能的让所完成工作内容的时间基本上相近，很难做到相等。其次除了与工艺有关以外，还和工人的熟练程度有关，有些老员工在工作时因为熟悉所以所需要的时间特别少，可是如果换了新员工就会需要更多的时间来完成工作内容，所以导致了每个工作站的时间和节拍不可能都一样，只可能近似相等。这就产生了一些工位工作的时间长，一些工位的工作时间短，所以多种车型的投产是企业要解决的一个问题。图2-6未经过排序和经过排序的投产顺序对比图如图所示，假设企业共生产三种车型，分别是A、B、C，他们的数量分别是3、2、1，在不经过排序的情况下，先生产A，再生产B，最后生产C。因为汽车A在生产时超过了生产节拍，而汽车B、C的生产时间则是低于生产节拍，如果按照这种顺序生产，在前期工位就会超负荷，导致产品堆积，最后可能会使产线停止。经过合理的排产以后，得到右图所示，在生产A时可能有些工位会超负荷，所以下一个投入的产品就必须要使得工位闲置，这样可以使得弥补生产A时超出的时间。所以在制作排产顺序时，如果上一个产品超出了生产节拍，那么最好是下一个投入的产品低于生产节拍，这样才不会使产品堆积，产线停滞。2.4混合装配线的评价方法评价混合装配线的方法有很多，所选取的方法都是从不同的角度去评价的，本文主要介绍的评价方法分别是以负荷率为目标的评价方法和以人工成本为目标的评价方法。2.4.1以平衡率为目标的评价方法随着经济的发展，汽车行业的大规模生产已经满足不了顾客的个性化需求，企业面临更多的是对于多品种少批量的生产，为了应对多品种少批量的订单于是出现了混合流水线制造，即同一条流水线生产工艺相似的不同产品。为了知道装配线平不平衡于是出现了一个指标，即平衡率，其表示公式为：（2-2）K（2-2）其中K代表装配线的平衡率；S表示工作站的数量；r表示流水线的节拍；F表示总的有效工作时间。当平衡率低于80%一般认为流水线的效率不足，需要进行再一次平衡，使得平衡相率增大。根据公式要是K增大，则有三种方法：在工作站数量s和生产节拍r不变的前提下使得总的有效工作时间F增大；在工作站数量s和总的有效工作时间F不变的前提下使得生产节拍r减少；在生产节拍r和总的有效工作时间F不变的前提下使得工作站s的数量减少。2.4.2以人工成本为目标的评价方法要评价混合装配线除了从装配线的平衡率出发以外还可以从从成本方面进行评价，而在成本方面设备这些成本都是固定不变的，最具有改动性的就是人工成本。再不加班的前提下，通常企业员工的工资都是以日为最低单位的，以天作为单位可以得到公式：（2-3（2-3）其中H表示装配线生产所需要的人数；L为货币单位/时间单位得到的第i个工人的人力成本率，i=1,2,…,H；T指一批次产品的计划生产周期，以日为单位；S指变换工作时间的换算单位，通常为8小时[10]。在我国的汽车企业中，因为混合装配线的复杂性，所以要求员工具有高的熟练程度，因此很少会出现员工频繁的变化工作。即使对于装配线的再次平衡，也仅仅是改变一小部分工艺，或者就是把一部分的工艺移到上一个工位或者下一个工位，而且再次平衡后流水线的节拍也不会有大幅度的变动，所以改变的仅仅是由于操作的总时间改变，而小的单位制造时间不会大幅度改变，综上所述，在后期的案例分析过程中本文主要是采用以平衡率为目标的评价方法。2.5本章小结本章对汽车的总装工艺流程进行了阐述，指出了汽车总装车间的五大工艺流程：内饰线、外饰线、底盘线、分装线检测线和终检线。提出了设计流水线时要考虑的一些因数：节拍、工作站、平衡率以及作业人数。并对混合生产工艺负荷平衡和投产排序交叉影响进行了分析，结合一个小案例证明了负荷平衡和投产排序是相互影响的，所以在进行流水线平衡时，要同时考虑两者。提出了影响混合装配线平衡的主要三大原因：投产数量的预测；装配线的工艺平衡；产品投产的顺序。最后给出了混合装配线的一些评价方法，主要是以平衡率为目标的评价方法和以人工成本为目标的方法。3多车型混线生产系统平衡方法3.1混合装配线投产预测方法预测的方法主要分为两大类，一种是定性预测一种是定量预测。图3-1预测方法分类其中定性预测中主要有德尔菲法、部门主管集体讨论法、用户调查法和销售人员意见汇集法这四大类。德尔菲法是由许多专家组成一个小组，然后在互相没有联系的情况下进行匿名讨论，然后根据专家的提供的数据作为预测数据，因此德尔菲法也称为专家调查法。部门主管集体讨论法主要是由企业的高管进行开会讨论，个人充分的发表意见，然后对大家提出的数据进行简单平均或者加权平均，就得到预测数据。用户调查法是销售人员通过电话、信函、来访等方式对顾客进行调查，然后根据顾客对企业的期望值的到预测数据。销售人员意见汇集法主要是把所有的销售人员集中在一起，让他们根据自己的判断做出预测，最后汇集数据就能得到预测结果。以上方法都存在一定的缺点，一个就是都受到了人为因素的影响，主观意见偏重，其次就是给出的数据都缺乏严格的科学分析。定量预测中又分为因果模型和时间序列模型，其中时间序列模型分为时间序列平滑模型和时间序列分解模型。时间序列平滑模型主要有三种，分别是移动平均法、一次指数平滑法和二次指数平滑法。时间序列分解模型主要是乘法模型和加法模型。因果模型是将需求作为因变量，而把时间作为唯一的独立变量，然后根据因果关系得出预测结果。移动平均法就是我们所熟悉的平均数，即根据以外的数据求得平均值就可作为预测值。一次指数平滑法是加权移动平均的另外一种形式，他的计算公式为：(3-1)(3-1)其中SAt一次指数平均值，α为实际的权系数，At为实际值。α当越小，则预测的稳定性越好，响应性差；反之预测的响应性越好，稳定性越差。二次指数平滑预测值的计算公式为：(3-2)(3-2)Ft+p为从t期计算，第p期的二次指数平滑预测值；Tt为t期平滑趋势值，T0事先给定；SAt为t期平滑平均值，又称为“基数”，SA0是先给定。实际预测值如果具有趋势、季节、周期或随机性的则需要用时间序列分解模型法即加法模型和乘法模型。其计算公式方便为：（3-3）（3-3）（3-4）其中TF为时间序列的预测值；T为趋势成分；S为季节成分；C为周期性变化成分；I为不规则的波动成分。当企业在进行混合生产线投产预测时，应根据自身的实际情况选择合适的方法，这样所得到的预测值才能更加接近实际值。因为预测受到了许多不确定的因素影响，所以自然就会存在预测误差，常用评价预测误差的指标主要有平均绝对偏差（meanabsolutedeviatian,MAD）、平均平方误差(meansquareerror,MSE)、平均预测误差(meanforecasterror,MFE)、平均绝对百分误差(meanabsolutepercentageerror,MAPE)。平均绝对误差就是整个预测期内每一次预测值和实际值的绝对偏差，期公式为：(3-5)(3-5)式中，At表示时段t的实际值；Ft表示时段t的预测值；n是整个预测期内的时段数（下同）平均平方误差就是对误差的平方和取平均值，其公式为：（3-6（3-6）平均绝对误差和平均平方差都只能反映预测精度不能衡量无偏性。平均预测误差是指预测误差的和的平均值，用公式表示为：（3-7（3-7）平均绝对百分误差用公式表示如下:（3-8（3-8）平均预测误差和平均绝对百分误差都能很好的衡量模型的偏差性，却不能反映预测值和偏离实际值的程度。MAD/MSE/MFE/MAPE是几种常用的衡量预测误差的指标，但是任何一种指标都很难能够全面的评价一个预测模型，所以通常将他们全部结合起来使用。检测预测模型是否有效有效的一个方法就是将实际值和预测值进行比较，看看偏差是否在可接受的范围内，预测在进行误差分析时，不仅仅要进行预测精度分析还要进行预测偏差分析，只有将两者结合起来一起使用，这样才会使预测值更加精确。还有另外一种预测误差分析：跟踪信号。所谓跟踪信号就是指预测误差滚动和平均绝对偏差的比值，即：（3-9）（3-9）每当实际需求发生时，就应该计算TS，如果预测模型有效，那么TS应该接近于零，反过来，只有TS在一定的范围内时，才认为预测模型可以继续使用，否则，就应该重新选择预测模型。3.2混合装配线负荷平衡的方法要衡量装配线的效率的一个指标就是装配线的平衡率。（3-10（3-10）其中K代表装配线的平衡率；S表示工作站的数量；r表示流水线的节拍；F表示总的有效工作时间。根据公式我们可知，要想使得装配线的平衡率提升主要有三种有三种方法：在工作站数量s和生产节拍r不变的前提下使得总的有效工作时间F增大；在工作站数量s和总的有效工作时间F不变的前提下使得生产节拍r减少；在生产节拍r和总的有效工作时间F不变的前提下使得工作站s的数量减少。而这三种方法无论是哪一种都与时间有关系，因为工作站的数量S、生产节拍r和总的有效工作时间都是相互制约的，都是需要不断的调整产线工艺才能使之达到一个最优。前文介绍到造成混合装配线工艺不平衡主要有三个原因，分别是：工艺设计不合理；车间布置不合适；工具物料摆放位置不合适。所以我们要提升混合装配线的平衡率就要从这三个方面进行改善优化。但是因为产地建设是属于一个长期决策，它在建厂初期就决定了，所以场地面积是确定了的，甚至工具的摆放台都已经设计好了，而且如果需要重新设计车间的布局需要投入大量的资金，这就达不到降低成本的效果了，因此车间布置和工具物料的摆放改善很难做到改善，即使是有好的方案也需要投入成本，这就得不偿失了。所以有可能提升混合装配线平衡率的一个方案就是对生产工艺的调整，使得各个工作站的工作时间等于节拍或者尽可能的接近节拍。因此首先我们要保证流水线的平衡率达到最优，再次基础上要使得更个工作站的工作时间平衡，即各个工作站的负荷率相等或者相近，这样就不会存在员工闲忙不一致了。在对混合流水线进行工艺平衡时，第一步要进行节拍的确定，节拍可由有效的工作时间和产量决定，其次就是要进行组织工作站，确定最小工作站个数，并且使得各个工作站的工作时间等于节拍或者接近节拍。最后针对于瓶颈工位重新进行划分工序，使得各个工作站的负荷率接近。3.3混合装配线产品排序模型3.3.1混合装配线产品排序建模多车型混合装配线是一条产线装配多种车型的流水线，因此在装配的过程中必然要考虑怎么安排产品的投产顺序才是最好的。企业每年或者每一个月要生产的产品很多，如果我们对所有的产品进行一件件排产，那么不仅仅排产困难，也会在花大量的时间，这样就得不偿失了，因此我们可以所有的产品进行选择一部分来排产，但是选取的这一部分并不是任意一部分都可以，假设有M种产品，他们要生产的数量分别d1,d2,…dm。我们可以找出d1,d2,…dm间的最大公约数a，这样我们所需要进行排产的各产品数量分别为d1/a,d2/a,…dm/a。然后再进行a次循环以后就可以对所有要生产的产品进行全部排产了。为了解决实际生产中的排序问题，人们提出了各种启发式算法，启发式算法可以以最小的计算量得到足够好的排序结果，因此非常实用。文采用的方法主要是Palmer法，在1965年，D,S帕尔玛提出了按斜度指标排列工件的启发式算法，称为Palmer法，工件的斜度指标公式为（3-11（3-11）式中m为产品种类个数，pik为产品在i在工作站Sk上的加工时间。按照各产品λi不增的顺序排列产品，可得出令人满意的顺序。3.3.2最长流程时间Fmax的计算在得出产品的加工顺序以后，我们怎么测出循环一次所需要的加工时间呢，并且怎么验证Palmer法的准确性呢。因此本文的以最长流程时间最短为目标函数，最长流程时间又称做加工周期，它是从第一个产品在第一个工作站开始加工时算起，到最后一个产品在最后一台机器上完成加工时间为止所经过的时间。由于假设所有产品的到达时间都是为零（ri=0,i=1,2.…，n），所有最长流程时间Fmax等于排在末位加工的产品在车间的停留时间，特等于一批工件的最长完工时间。设n个产品的加工顺序为S=(S1,S2,…，Sn),其中Si为排第i位加工的产品的代号。以CkSi表示产品Si在工作站Mk上的完工时间，PSik表示产品Si在Mk上的加工时间，k=1,2…，m;i=1,2,…，n,则CkSi的计算公式为：（3-12（3-12）式中k=2，3，…，m;i=1,2,…，n,。当ri=0时，（3-13（3-13）3.4本章小结本章主要是针对第二章提出的影响混合装配线平衡的三大原因进行阐述。给出了各大原因的解决方法及模型，针对产品的投产预测主要介绍了定性预测方法和定量预测方法，指出每个方法的优缺点，并且预测误差进行了分析，并给出了四种评估方法。针对于流水线的工艺平衡，主要采用的方法是增加有效工作时间，缩小工作站数量和节拍。首先是提高平衡率，其次是优化瓶颈工位，使得各个工作站的时间相等或相近。最后对于产品投产排序，采用的方法主要是启发式算法。先用Palmer法对产品进行排序，最后再使用启发式算法求出已经排序好的产品的最长流程时间Fmax。4案例分析上海汽车集团股份有限公司乘用车公司，是上海汽车集团股份有限公司的全资子公司。目前，乘用车公司已拥有\t"/item/%E4%B8%8A%E6%B5%B7%E6%B1%BD%E8%BD%A6%E9%9B%86%E5%9B%A2%E8%82%A1%E4%BB%BD%E6%9C%89%E9%99%90%E5%85%AC%E5%8F%B8%E4%B9%98%E7%94%A8%E8%BD%A6%E5%85%AC%E5%8F%B8/_blank"荣威、MG两大品牌，形成共6大系列，30多个品种的产品矩阵，涵盖了中高级车，中级车，大众普及型车及跑车等宽泛领域。因为顾客个性化需求的提高，公司的采用的生产方式一半是按订单生产，一半是按库存生产，即在没有接到任何的订单时，公司先生产一部分汽车作为安全库存，等到订单到达以后再进行另外一部分的生产。但是面对当下激烈的竞争环境，上海汽车集团股份有限公司乘用车公司同样面临着多品种少批量的混线生产困难。在进行混线装配时公司采用的方法主要是参考工艺文件。在总装车间装配时，每辆车都贴有工艺文件，员工在进行混线装配时可以根据工艺文件进行组装。当公司引入新的一种车型时，公司会根据标准文件里的标准操作进行仿真，然后再由班组长去学习，最后班组长对员工进行培训，在生产时如果出现了瓶颈工序，由员工反映，最后再由工业工程科人员进行工艺的不断调整修改，直至符合条件。4.1需求预测以2019年上海汽车集团股份有限公司乘用车公司同一装配线上三种不同型号车辆的销售记录为基础数据，进行预测分析，这里采用的预测方法主要是定量预测，因为销售的数据受周期成分和季节成分等因素的影响比较小，所以采用的定量预测方法主要是平均移动法和指数平滑法。表4-1上汽公司不同车型销售记录表日期车型一车型二车型三2019年1月1300200018002019年2月1600220021002019年3月2000310024002019年4月2000380025002019年5月1400470029002019年6月1800410019002019年7月1100260021002019年8月1600350026002019年9月2100470023002019年10月2000310027002019年11月1900510024002019年12月390054002900采用加权平均移动法对表4-1进行预测分析，其中n取3，a1、a2、a3分别取0.5、1/1.5，得到的预测值如表4-2所示。表4-2移动平均法预测表日期车型一预测值车型二预测值车型三预测值2019年1月1300200018002019年2月1600220021002019年3月2000175031002617240022002019年4月2000193338003300250024002019年5月1400170047004133290026832019年6月1800170041004250190023332019年7月1100138326003450210021672019年8月1600146735003300260023172019年9月2100176747003950230023672019年10月2000196731003700270025502019年11月1900196751004367240024832019年12月350027175400491729002700采用一次指数平滑法对表4-1进行预测分析，其中a取0.7得到的预测值如表4-3所示表4-3指数平滑法预测表日期车型一预测值车型二预测值车型三预测值2019年1月1300150020002100180022002019年2月1600136022002030210019202019年3月2000152831002149240020462019年4月2000185838002815250022942019年5月1400195847003504290024382019年6月1800156741004341190027612019年7月1100173026004172210021582019年8月1600128935003072260021182019年9月2100150747003372230024552019年10月2000192231004301270023472019年11月1900197751003460240025942019年12月350019235400460829002458对预测的结果进行误差分析，分别采用平均平方误差法和平均预测误差法分析。利用公式3-6和公式3-7计算结果得：MSE1=157407MFE1=122MSE2=515696MFE2=271根据预测误差分析可知，针对该案例中的销售记录数据使用移动平均法进行数据预测时精度比较好，偏差也比较低。根据预测出的预测值，将其与实际值进行对比，并利用公式3-9计算出其跟踪信号：TS1=2.27TS2=4根据计算结果显示，采用移动平均法计算的出跟踪信号比较接近零，同时也说明利用移动平均法进行产量的预测相对于一次指数平滑法更加精确。4.2工艺平衡4.2.1不同车型的装配作业图合并已知该公司的总装车间生产节拍为76s，工作站为5，图4-1、4-2、4-3分别为车型一、车型二，车型三的装配作业先后顺序图。图4-4为综合装配作业顺序图图4-1车型一装配作业先后顺序图图4-2车型二装配作业先后顺序图图4-3车型三装配作业先后顺序图图4-4综合装配作业先后顺序图由图可知，车型一和车型二的装配工艺相似，只是装配工时不相同。而车型三相对于其他两种车型少了工艺4和9，但是却多了一道工艺10，因此可以工序9和工序10分开，到工序11的时候再一起合并，所以可以将三种车型的装配作业先后顺序图画在一起，即图4-4。车型三在经过第四道工序时可以不进行然后操作，然后直接进入到工序5。等到工序8加工完以后就可以送到工序10进行加工，可以绕开工序9。同时车型一和车型二在工序8加工完以后直接送到工序9，从而也避开了工序10。所以他们的总体工艺是相似的，只是工时存在差别，符合混线生产的条件。4.2.2工作站的划分根据生产节拍和装配作业先后顺序图，用试算法对工作站进行划分。划分结果如表4-4所示。表4-4工作站划分方案表工作站1工作站2工作站3工作站4工作站5方案一工序合并1、23、4、56、78、9、1011、12时间6675.627.66362.4负荷率0.8680.9950.3630.8290.821方案二工序合并1、23、45、6、78、9、1011、12时间6655.847.46362.4负荷率0.8680.7340.6240.8290.821方案三工序合并1、23、64、5、78、9、1011、12时间6660.642.66362.4负荷率0.8680.7970.5610.8290.821方案四工序合并1、234、5、6、78、9、1011、12时间6651.651.66362.4负荷率0.8680.6790.6790.8290.821方案一为原始方案，即为企业的生产工艺方案，其他方案是在方案一的基础上进行优化。由表4-4可知方案一中虽然工作站2的负荷特别高，但是工作站3的负荷却比较低，这样会造成人员闲置的时间浪费，并且可能会使工作站4的产品堵塞。所以工作站三就是瓶颈工序。因此首先要优化的就是使工作站3的负荷率上升。方案二、方案三和方案四都主要是针对工作站3进行优化的，最后得出较优的方案为方案四，因为在总的流水线平衡率相等下该方案的各个工作站时间比较相近，负荷比较平衡，即装配线的平衡相对于其他方案较好。根据公式3-10可计算出该流水线的平衡率为：K=[(66+51.6+51.6+63+62.4)/(5*76)]*100%=77.5%4.3投产排序根据预测误差分析可知，针对该案例中的销售记录数据使用移动平均法进行数据预测时精度比较好，偏差也比较低，因此在计算产品投入生产的顺序时，主要以移动平均法进行预测得到的数据作为依据，为了计算方便，以近似值假设三种车型的需求产量分别为2700辆、5400辆、2700辆。由上诉可知各产品的生产数量的最大公约数为2700，即我们只需要对1辆车型一、2辆车型二和1辆车型进行排产即可。4.3.1原方案的排产方式先以工艺方案一进行计算，各车型在各工作站的工作时间如表4-5所示。表4-5各车型在各工作站的工作负荷工作站工序车型一车型二车型三11、274.461.861.823、4、570.275.682.236、723.422.238.448、9、106364.861.2511、1251.664.271.4将各车型与工作站之间的负荷化为加工时间矩阵，如表4-6所示。表4-6各车型加工时间矩阵i123Pi174.461.861.8Pi270.275.682.2Pi323.422.238.4Pi46364.861.2Pi551.664.271.4根据公式（3-11）计算λiλi=-2*Pi1-Pi2+Pi4+2*Pi5于是λ1=-2*74.4-70.2+63+2*51.6=-52.8λ2=-2*61.8-75.6+64.8+2*64.8=-6λ3=-2*61.8-82.2+61.2+2*71.4=-1.8按照λi不增的顺序排列车型，得到的排产方式S1=（2,2,3,1）。根据各车型在不同工作站工作的时间来进行计算最长流程时间Fmax。按顺序S1列出加工矩阵，如表4-7所示。表4-7顺序S1下的加工时间矩阵i3221Pi161.861.861.8123.661.8185.474.4259.8Pi282.214475.6219.675.6295.270.2365.4Pi338.4182.422.2241.822.2317.423.4388.8Pi461.2243.664.8308.464.8382.263451.8Pi571.431564.2379.264.2446.451.6503.4按公式（3-12）进行递推，将每个车型的的完工时间标在其加工时间的右上角。对于第一行和第一列，只需把加工时间作为完工时间标在加工时间的右上角即可，对于其他行其他列，则看同行前一列的完工时间和同一列的前一行的完工时间哪个更大，取大的相加，将其结果标在右上角即可。按这种方法计算下去，最后一行最后一列的右上角的数字即为最长流程时间Fmax。最后的计算结果如表4-7所示。根据公式（3-13）得Fmax=503.4s4.3.2优化后的工艺方案排产方式在使用方案一的工艺路线进行排产以后，再用优化后的工艺路线方案四安排排产计划。表4-8为方案四个车型在各工作站的工作负荷表表4-8各车型在各工作站的工作负荷工作站工序车型一车型二车型三11、274.461.861.82346.251.658.834、5、6、747.446.261.848、9、106364.861.2511、1251.664.271.4将各车型与工作站之间的负荷化为加工时间矩阵，如表4-9所示。表4-9各车型加工时间矩阵i123Pi174.461.861.8Pi246.25