产品拆卸线的影响因素及平衡问题研究._多目标优化模型

1、产品拆卸线的影响因素及平衡问题研究产品拆卸线的影响因素及平衡问题研究._._多目标优多目标优化模型化模型论文导读:制造企业对废旧产品进行回收再利用，是节约资源和保护环境的有效方式。产品拆卸是实现废旧产品回收再利用的重要手段，是实现产品生命周期完整性与封闭性的必要环节。本文详尽分析了产品拆卸线的影响因素，并将产品拆卸线与产品装配线作了对比；然后针对产品拆卸线的平衡问题，构建了多目标优化模型。论文关键词：产品拆卸线，影响因素，多目标优化模型1. 引言进入 21 世纪，资源和环境问题成为人类共同面对的难题。为了节约资源和保护环境，各国政府通过建立法律法规，推行“生产者责任延伸制”(ExtendedP

2、roducer Responsibility, EPR)，将制造企业的责任延伸至产品的全生命周期，要求生产者不仅要对生产过程中产生的环境污染负责，而且要对产品在整个生命周期内的环境影响负责，尤其要对寿命终结（end of life , EOL）的产品进行回收、拆卸、再利用、再循环多目标优化模型，从而实现资源的循环利用和保护环境的目的。同时，在市场上，顾客对环境友好型产品的认可度也越来越大。制造企业对废旧产品进行回收再利用，既顺应法律法规的要求，又是市场竞争的需要，同时又可以降低生产成本，增加企业的经济效益。因此，越来越多的制造企业参与到废旧产品回收再利用的实践中。产品拆卸是指从产品中系统地分离

3、零件、组件、部件或其他零件集合体的过程，产品只有经过拆卸才能实现材料的回收和可用零部件的再造。产品拆卸是实现废旧产品回收再利用的重要手段，是实现产品生命周期完整性与封闭性的必要环节。拆卸作业的完成既可以在单个拆卸工作站或拆卸工作单元上进行，也可以在产品拆卸流水线上进行(H.Wiendahl, B.Lorenz,1998)。拆卸工作站或拆卸工作单元具有灵活的特点，适用于小型产品且批量较小的情形。产品拆卸流水线，简称产品拆卸线，可以实现自动拆卸，流水线操作，具有工作效率高的特点，适用于大型产品、或大批量的小型产品。本文详尽分析了产品拆卸线的影响因素多目标优化模型，在此基础上，研究产品拆卸线的平衡问

4、题，给出了拆卸线平衡问题的假设，构建了拆卸线平衡问题的多目标优化模型怎么写论文。2. 产品拆卸线的影响因素由于受到诸多不确定性因素的影响，产品拆卸线具有自身的特点，远比传统的产品装配线复杂。本文以下分析产品拆卸线的影响因素，并将产品拆卸线与产品装配线进行对比。2.1 拆卸产品在产品拆卸线上需要拆卸的产品可能完全相同，如同一种型号的计算机；可能产品相同，但型号或品牌不同，如不同型号规格的计算机；也可能是不同种类的产品，如计算机、打印机、相机。进行拆卸作业的产品具有的不同特性，使产品拆卸线的运作复杂化。对于拆卸不同产品的拆卸线，其平衡问题非常复杂。尤其是拆卸产品的种类在不断变化时，拆卸线经常处于高

5、度非平衡状态，如何维持其平衡，最大限度地提高效率是非常具有挑战性的问题。2.2 拆卸线的布局与速度装配线有不同的布局方式，如平行式布局、U 型布局、单元式布局等。对于拆卸线的布局多目标优化模型，可以借鉴装配线的布局方式，根据拆卸作业的特点，选取合适的布局方式，以最大限度提高拆卸效率。拆卸线的速度是需要考虑的另一问题。各拆卸工作站作业是采用同步方式还是采用异步方式是影响拆卸线速度的重要因素。同步方式指拆卸线上各工作站的作业时间大致相同，从而各工作站可以以同样的步调运行。同步方式具有在制品库存少、所需空间少、产出效率高等优点。异步方式指各工作站的作业时间不一致，按照各自的步调运行，各工作站完成作业

6、后，将在制品转入下一工作站。对于拆卸线，如果拆卸产品的种类不同、质量状况不确定，则拆卸任务时间具有较大不确定性，异步方式是较合适的运行方式。但采用异步方式，拆卸线运行速度较慢，效率较低，因此，在拆卸线运行中，需要对各工作站的作业任务进行调整，使其尽量同步运行多目标优化模型，最大限度地减少不确定性带来的不利影响。2.3 拆卸产品的质量回收产品的质量具有不确定性，有时产品外观及功能大致完好，有时产品破损严重，并且产品各零部件的质量状况往往相差很大。产品质量不确定性程度影响拆卸线的效率，不确定性程度越高，拆卸线的效率越低。为了提高拆卸线的效率，必须对回收产品及其各零部件的状况进行分析。当产品零部件的

7、结构或功能发生显著变化，不能满足产品的使用要求时，称产品零部件存在缺陷。缺陷产生的原因是由于使用年限超过了零部件的寿命周期，或者在寿命周期之内但由于使用不当、发生碰摔等原因导致损坏。产品零部件缺陷主要有两类：物理缺陷和功能缺陷。物理缺陷是指零部件的外观形状发生变化导致损坏。功能缺陷是指零部件外观形状完好，但由于内部发生损坏导致不能满足产品的功能要求怎么写论文。在产品拆卸过程中，必须对缺陷零部件进行相应的处理。根据缺陷零部件能否从产品中移出，存在物理缺陷的零部件又分为两种情况：可移出缺陷零部件和不可移出缺陷零部件。可移出缺陷零部件指零部件虽然受了一定程度的损坏，但可以从产品中移出。拆卸这类零部件

8、虽然耗时较长，但没有破坏零部件之间的作业次序关系，从而不影响其他零部件的拆卸作业。不可移出缺陷零部件指零部件受损程度较严重，使得该零部件与其他零部件的联接部位损坏多目标优化模型，从而无法将缺陷零部件正常拆除。由于各拆卸作业之间存在作业次序关系，这类缺陷导致后序零部件的拆卸作业无法进行，极大地影响了产品拆卸线的效率。2.4 拆卸产品的数量回收产品的数量具有不确定性。拆卸零部件数量的不确定性程度更高。在产品使用过程中，用户可能对产品进行升级或改造，从而导致拆卸产品的结构与最初的结构存在差异。例如，计算机用户在使用过程中，可能增加计算机的内存，如将原来的 512M 内存增加为 1G 内存，或者作其他

9、升级改造。在进行拆卸之前，必须考虑这种情况，以便确定最佳的拆卸流程。2.5 拆卸作业时间和产品装配线的情形类似，在产品拆卸线中，由于拆卸产品的状况不同、各工作站的效率存在差异，拆卸作业时间是不同的。在不同情形下，拆卸作业时间可能是确定的、随机的或者动态的。由于学习效应的存在，动态作业时间更符合拆卸作业的特点。Zeid et al(1997)证明在拆卸过程中，随着拆卸经验的累积多目标优化模型，所需拆卸作业时间逐渐减少。2.6 对拆卸零部件的需求对零部件的需求是产品拆卸线设计和优化过程中需要考虑的关键问题。在拆卸过程中，对零部件的需求有以下情形：对单个零件或部件的需求（选择拆卸）和对所有零部件的需

10、求（完全拆卸）。对不同零部件的需求会影响拆卸线的效率。例如，如果需求零部件为 i，但零部件 j 为零部件 i 的紧前工序，为了得到零部件 i，必须首先拆除零部件 j（即使零部件 j 并非所需求的零部件）。存在物理缺陷或功能缺陷的零部件影响拆卸线的效率。根据所需求的零部件对缺陷程度的要求不同，可以将需求分为三种不同的形式。一是可以接受缺陷零部件的需求。这类需求对零部件是否存在缺陷没有要求怎么写论文。例如，有些情况下，拆卸的目的是利用零部件的材料，此时对零部件外观结构或功能均没有要求。二是不接受任何缺陷零部件的需求。这类需求对零部件外观结构或功能均有严格要求。例如，拆卸的目的是将得到的零部件流入二

11、手市场进行交易，此时即严格要求零部件没有缺陷。三是可以接受轻微缺陷零部件的需求。这类需求对零部件外观结构或功能的要求不严格，可以接受一定程度的缺陷。这类需求要对拆卸线上的零部件外观或功能进行检测、分级，以确定零部件能否接受。2.7 作业任务对各工作站分配任务时，除了考虑拆卸作业的先后次序外，还需要考虑其他因素。某些拆卸作业必须分配给特定的工作站。例如，某些零部件拆卸后被打包发送至销售地多目标优化模型，这些零部件应该被分配在同一工作站进行拆卸，以方便拆卸后进行分装打包。某些拆卸作业要求相似的作业环境，如温度、灯光等，这些拆卸作业应安排在特定的工作站。某些工作站具有特殊的设备，从而能完成某些特定的

12、拆卸作业。例如，可能对环境造成危害的零部件必须在专业化的工作站进行拆卸，以避免有害物质泻漏扩散。在分配任务时，应尽量减少产品在各工作站流动的次数，以及产品在不同设备之间的换装次数。另外，工作站上的操作工人的技能也是要考虑的因素。应尽量将拆卸作业分配给熟练掌握该项作业的操作工人。表 1 对装配线和拆卸线进行了比较。表 1 装配线与拆卸线的比较装配线拆卸线作业次序关系有有零部件质量不确定性低高零部件数量不确定性低高低高作业不确定性对拆卸零部件的需求非独立非独立工作流程收敛发散工作线灵活性中低高问题复杂性NP-hardNP-hard3. 产品拆卸线的平衡拆卸线的平衡问题(Disassembly li

13、nebalancing problem,DLBP)与装配线的平衡问题(Assembly line balancing problem,ALBP)类似，都属于 NP-hard组合优化问题。对装配线的平衡问题的研究相对已比较成熟。装配线的平衡问题就是在给定的约束下，将一系列的作业任务分配到一定数量的工作站，不违反作业元素之间的先后关系，并使各个工作站的闲置时间最少。装配生产线的平衡程度不仅直接反应了装配生产线的效率，而且影响到产品的质量，劳动强度大的工人为了赶上装配线的运行节拍，常常忽视了产品质量。据美国有关资料统计多目标优化模型，即使在美国这样工业发达的国家，在工业装配生产中平均要有5%10%的

14、装配时间是浪费在平衡延迟中。装配线的平衡问题是与装配线问世之日同时出现的，装配线平衡这一问题多年来一直受到人们重视怎么写论文。由于装配线平衡问题属于 NP-hard 问题，解决这类问题最初主要采用启发式算法，S.G.Ponnambalam, P.Aravindan(1999)总结了装配线平衡的各种数学模型和启发式算法。关于拆卸线的平衡问题，最早由 Gungor 和 Gupta(2001)提出，并针对存在产品缺陷致使拆卸任务不能顺利完成的情形，设计了拆卸线的平衡算法，该算法将拆卸任务分配至适当的工作站以最小化缺陷零部件导致的影响。本文针对产品拆卸线的特点，构建产品拆卸线平衡问题的多目标优化模型。

15、3.1 拆卸线平衡问题的假设由以上对拆卸线的分析可知，拆卸线的平衡问题远比装配线平衡问题复杂。为简化问题，作如下假设：各零部件的拆卸时间为确定的；对每个产品进行完全拆卸；所有产品的零部件没有经过更换、升级或改造；每一个零部件的拆卸必须在一个工作站完成；分配给一个工作站的作业任务时间必须不能超过工作节拍(cycletime,CT)；各零部件之间的作业次序关系必须得到满足。3.2 拆卸线平衡问题的优化模型装配线平衡问题通常考虑单一目标，与此不同，拆卸线的平衡问题需要考虑多种目标，为一多目标优化问题。其目标函数包括：最小化拆卸工作站的数量以及工作站的空闲时间；每个工作站的空闲时间尽可能一致，从而使拆

16、卸线达到平衡；尽早将有害或危险零部件从产品中拆除；高需求零部件和低需求零部件的次序关系尽量为高需求零部件在前。（1）各工作站的空闲时间对于线平衡问题，最理想的状态是各工作站的空闲时间均为零多目标优化模型，即所有工作站都步调一致地全负荷运转。当不能达到这一目标时，通常设计各种评价指标对生产线的运行效率进行评价。本文借鉴 McGovern 和 Gupta(2006)，给出拆卸线的评价指标 F。设共有 n 个工作站，每个工作站的工作节拍，即工作站的最大工作时间相同，均为 CT。STj 为分配给工作站 j 的作业时间。在最理想的情况下，各工作站协调一致地按照节拍运行，此时，评价指标 F 为零。在实际运

17、行中，很难达到理想状态，评价指标 F 大于零。目标函数为最小化评价指标 F。这一点与通常的装配线平衡问题相同。约束条件为工作站的作业时间 STj 不大于工作站的工作站的工作节拍。目标函数与约束条件可表示为：（2）危害零部件拆卸本文设立危害指数评价各零部件是否具有危害性，以及危害程度的大小。式中，H 表示零部件的危害指数。产品共有 m 个零部件，k 表示零部件在产品中的位置，以零部件的编号表示。k 值越小，表示其位置越靠前。hk 为(0,1)变量，当零部件具有危害性时多目标优化模型，其值为 1；当零部件没有危害时，其值为 0。即：从危害指数的表达式可以看出，零部件的危害程度与其位置有很大关系，当

18、危害零部件的位置靠前时，即 k 值较小，可以较早地拆除，从而造成的危害较小；当危害零部件的位置靠后时，即 k 值较大，拆除顺序靠后，从而造成的危害较大怎么写论文。危害零部件拆卸的目标函数是最小化 H 值，即在拆卸排序时，尽量将危害零部件安排在靠前的位置，使 H 值尽可能小。目标函数可表示为：（3）需求指数本文设立需求指数表示对不同零部件的需求程度。式中，D 表示零部件的需求指数。产品共有 m 个零部件，k 表示零部件在产品中的位置。dk 表示零部件 k 的需求量，为一整数。从表达式可以看出，零部件需求指数既与其需求量有关系多目标优化模型，也与其位置有关系。需求指数的目标函数是最小化 D 值，即

19、在拆卸排序时，尽量将需求量大的零部件安排在靠前的位置，从而使 D 值尽可能小。目标函数可表示为：从以上分析看出，拆卸线平衡问题为一多目标优化模型，由三个目标函数构成。4. 结语产品拆卸是实现废旧产品回收再利用的重要手段，是实现产品生命周期完整性与封闭性的必要环节。本文从七个方面详尽分析了产品拆卸线的影响因素，并将产品拆卸线与产品装配线作了对比。然后针对产品拆卸线的平衡问题，构建了多目标优化模型，该模型由三个目标函数构成。如何设计算法对模型进行求解是今后进一步研究的方向。Study on the InfluencingFactors and balancing problem of thePro

20、duct Disassembly LineZHAO Zhong(College of Economics and Management, China University ofPetroleum, Qingdao, Shandong, 266555)Abstract Recycling of the discarded products is an effective modeto saveresource protect environment for the manufacturing corporation.Productsdisassembly is an important mean

21、 to implement the productrecycling,and is anecessary step to realize the integrity of theproduct life cycle. In thispaper,the influencing factors of theproductdisassembly line were analyzed in detail,and a comparision wasmade between the product disassemblyline and assembly line.Further, amulti-obje

22、ctive optimization model wasfounded to solve the balancingproblem of the product disassembly line.Key words Product Disassembly Line; Influencing Factors;Multi-Objective Optimization Model参考文献1赵忠,谢家平,任毅.废旧产品回收再制造计划模式研究述评J.管理学报,2008,5(2): 305-3112H.Wiendahl,B.Lorenz. The necessity for flexible and mo

23、dularstructures in hybriddisassembly processesJ. ProductionEngineering,1998,5:71-763S.G.Ponnambalam,P.Aravindan, G.M.Naidu. A comparative evaluationof assembly line balancingheuristicsJ. The International Journal ofAdvanced Manufacturing Technology,1999, 15: 577- 586.4A.Gungor,S.Gupta. A solution ap

24、proach to the disassembly linebalancing problem in thepresence of task failuresJ. InternationalJournal of Production Research,2001, 39(7): 1427-14675S.McGovern,S.Gupta. Ant colony optimization for disassemblysequencing with multipleobjectivesJ. International Journal ofAdvanced Manufacturing Technolo

25、gy,2006, 30:481-496由以上对拆卸线的分析可知，拆卸线的平衡问题远比装配线平衡问题复杂。为简化问题，作如下假设：各零部件的拆卸时间为确定的；对每个产品进行完全拆卸；所有产品的零部件没有经过更换、升级或改造；每一个零部件的拆卸必须在一个工作站完成；分配给一个工作站的作业任务时间必须不能超过工作节拍(cycletime,CT)；各零部件之间的作业次序关系必须得到满足。3.2 拆卸线平衡问题的优化模型装配线平衡问题通常考虑单一目标，与此不同，拆卸线的平衡问题需要考虑多种目标，为一多目标优化问题。其目标函数包括：最小化拆卸工作站的数量以及工作站的空闲时间；每个工作站的空闲时间尽可能一致

26、，从而使拆卸线达到平衡；尽早将有害或危险零部件从产品中拆除；高需求零部件和低需求零部件的次序关系尽量为高需求零部件在前。（1）各工作站的空闲时间对于线平衡问题，最理想的状态是各工作站的空闲时间均为零多目标优化模型，即所有工作站都步调一致地全负荷运转。当不能达到这一目标时，通常设计各种评价指标对生产线的运行效率进行评价。本文借鉴 McGovern 和 Gupta(2006)，给出拆卸线的评价指标 F。设共有 n 个工作站，每个工作站的工作节拍，即工作站的最大工作时间相同，均为 CT。STj 为分配给工作站 j 的作业时间。在最理想的情况下，各工作站协调一致地按照节拍运行，此时，评价指标 F 为零

27、。在实际运行中，很难达到理想状态，评价指标 F 大于零。目标函数为最小化评价指标 F。这一点与通常的装配线平衡问题相同。约束条件为工作站的作业时间 STj 不大于工作站的工作站的工作节拍。目标函数与约束条件可表示为：（2）危害零部件拆卸本文设立危害指数评价各零部件是否具有危害性，以及危害程度的大小。式中，H 表示零部件的危害指数。产品共有 m 个零部件，k 表示零部件在产品中的位置，以零部件的编号表示。k 值越小，表示其位置越靠前。hk 为(0,1)变量，当零部件具有危害性时多目标优化模型，其值为 1；当零部件没有危害时，其值为 0。即：从危害指数的表达式可以看出，零部件的危害程度与其位置有很

28、大关系，当危害零部件的位置靠前时，即 k 值较小，可以较早地拆除，从而造成的危害较小；当危害零部件的位置靠后时，即 k 值较大，拆除顺序靠后，从而造成的危害较大怎么写论文。危害零部件拆卸的目标函数是最小化 H 值，即在拆卸排序时，尽量将危害零部件安排在靠前的位置，使 H 值尽可能小。目标函数可表示为：（3）需求指数本文设立需求指数表示对不同零部件的需求程度。式中，D 表示零部件的需求指数。产品共有 m 个零部件，k 表示零部件在产品中的位置。dk 表示零部件 k 的需求量，为一整数。从表达式可以看出，零部件需求指数既与其需求量有关系多目标优化模型，也与其位置有关系。需求指数的目标函数是最小化

29、D 值，即在拆卸排序时，尽量将需求量大的零部件安排在靠前的位置，从而使 D 值尽可能小。目标函数可表示为：从以上分析看出，拆卸线平衡问题为一多目标优化模型，由三个目标函数构成。4. 结语产品拆卸是实现废旧产品回收再利用的重要手段，是实现产品生命周期完整性与封闭性的必要环节。本文从七个方面详尽分析了产品拆卸线的影响因素，并将产品拆卸线与产品装配线作了对比。然后针对产品拆卸线的平衡问题，构建了多目标优化模型，该模型由三个目标函数构成。如何设计算法对模型进行求解是今后进一步研究的方向。Study on the InfluencingFactors and balancing problem of t

30、heProduct Disassembly LineZHAO Zhong(College of Economics and Management, China University ofPetroleum, Qingdao, Shandong, 266555)Abstract Recycling of the discarded products is an effective modeto saveresource protect environment for the manufacturing corporation.Productsdisassembly is an important mean to implement the productrecycling,and is anecessary step to realize the integrity of theproduct life cycle. In thispaper,the influencing factors of theproductdisassembly line were analyzed in deta