產品拆卸線的影響因素及平衡問題研究

1、產品拆卸線的影響因素及平衡問題研究.論文導讀:：制造企業(yè)對廢舊產品進行回收再利用，是節(jié)約資源和保護環(huán)境的有效方式。產品拆卸是實現廢舊產品回收再利用的重要手段，是實現產品生命周期完整性與封閉性的必要環(huán)節(jié)。本文詳盡分析了產品拆卸線的影響因素，并將產品拆卸線與產品裝配線作了比照；然后針對產品拆卸線的平衡問題，構建了多目標優(yōu)化模型。論文關鍵詞：產品拆卸線，影響因素，多目標優(yōu)化模型1. 引言進入21世紀，資源和環(huán)境問題成為人類共同面對的難題。為了節(jié)約資源和保護環(huán)境，各國政府通過建立法律法規(guī)，推行生產者責任延伸制;(Extended Producer Responsibility, EPR)，將制造企業(yè)的

2、責任延伸至產品的全生命周期，要求生產者不僅要對生產過程中產生的環(huán)境污染負責，而且要對產品在整個生命周期內的環(huán)境影響負責，尤其要對壽命終結end of life , EOL的產品進行回收、拆卸、再利用、再循環(huán)多目標優(yōu)化模型，從而實現資源的循環(huán)利用和保護環(huán)境的目的。同時，在市場上，顧客對環(huán)境友好型產品的認可度也越來越大。制造企業(yè)對廢舊產品進行回收再利用，既順應法律法規(guī)的要求，又是市場競爭的需要，同時又可以降低生產本錢，增加企業(yè)的經濟效益。因此，越來越多的制造企業(yè)參與到廢舊產品回收再利用的實踐中。產品拆卸是指從產品中系統地別離零件、組件、部件或其他零件集合體的過程，產品只有經過拆卸才能實現材料的回收

3、和可用零部件的再造。產品拆卸是實現廢舊產品回收再利用的重要手段，是實現產品生命周期完整性與封閉性的必要環(huán)節(jié)。拆卸作業(yè)的完成既可以在單個拆卸工作站或拆卸工作單元上進行，也可以在產品拆卸流水線上進行(H.Wiendahl, B.Lorenz,1998)。拆卸工作站或拆卸工作單元具有靈活的特點，適用于小型產品且批量較小的情形。產品拆卸流水線，簡稱產品拆卸線，可以實現自動拆卸，流水線操作，具有工作效率高的特點，適用于大型產品、或大批量的小型產品。本文詳盡分析了產品拆卸線的影響因素多目標優(yōu)化模型，在此根底上，研究產品拆卸線的平衡問題，給出了拆卸線平衡問題的假設，構建了拆卸線平衡問題的多目標優(yōu)化模型怎么寫

4、論文。2. 產品拆卸線的影響因素由于受到諸多不確定性因素的影響，產品拆卸線具有自身的特點，遠比傳統的產品裝配線復雜。本文以下分析產品拆卸線的影響因素，并將產品拆卸線與產品裝配線進行比照。2.1 拆卸產品在產品拆卸線上需要拆卸的產品可能完全相同，如同一種型號的計算機；可能產品相同，但型號或品牌不同，如不同型號規(guī)格的計算機；也可能是不同種類的產品，如計算機、打印機、相機。進行拆卸作業(yè)的產品具有的不同特性，使產品拆卸線的運作復雜化。對于拆卸不同產品的拆卸線，其平衡問題非常復雜。尤其是拆卸產品的種類在不斷變化時，拆卸線經常處于高度非平衡狀態(tài)，如何維持其平衡，最大限度地提高效率是非常具有挑戰(zhàn)性的問題。2

5、.2 拆卸線的布局與速度裝配線有不同的布局方式，如平行式布局、U型布局、單元式布局等。對于拆卸線的布局多目標優(yōu)化模型，可以借鑒裝配線的布局方式，根據拆卸作業(yè)的特點，選取適宜的布局方式，以最大限度提高拆卸效率。拆卸線的速度是需要考慮的另一問題。各拆卸工作站作業(yè)是采用同步方式還是采用異步方式是影響拆卸線速度的重要因素。同步方式指拆卸線上各工作站的作業(yè)時間大致相同，從而各工作站可以以同樣的步調運行。同步方式具有在制品庫存少、所需空間少、產出效率高等優(yōu)點。異步方式指各工作站的作業(yè)時間不一致，按照各自的步調運行，各工作站完成作業(yè)后，將在制品轉入下一工作站。對于拆卸線，如果拆卸產品的種類不同、質量狀況不確

6、定，那么拆卸任務時間具有較大不確定性，異步方式是較適宜的運行方式。但采用異步方式，拆卸線運行速度較慢，效率較低，因此，在拆卸線運行中，需要對各工作站的作業(yè)任務進行調整，使其盡量同步運行多目標優(yōu)化模型，最大限度地減少不確定性帶來的不利影響。2.3 拆卸產品的質量回收產品的質量具有不確定性，有時產品外觀及功能大致完好，有時產品破損嚴重，并且產品各零部件的質量狀況往往相差很大。產品質量不確定性程度影響拆卸線的效率，不確定性程度越高，拆卸線的效率越低。為了提高拆卸線的效率，必須對回收產品及其各零部件的狀況進行分析。當產品零部件的結構或功能發(fā)生顯著變化，不能滿足產品的使用要求時，稱產品零部件存在缺陷。缺

7、陷產生的原因是由于使用年限超過了零部件的壽命周期，或者在壽命周期之內但由于使用不當、發(fā)生碰摔等原因導致損壞。產品零部件缺陷主要有兩類：物理缺陷和功能缺陷。物理缺陷是指零部件的外觀形狀發(fā)生變化導致損壞。功能缺陷是指零部件外觀形狀完好，但由于內部發(fā)生損壞導致不能滿足產品的功能要求怎么寫論文。在產品拆卸過程中，必須對缺陷零部件進行相應的處理。根據缺陷零部件能否從產品中移出，存在物理缺陷的零部件又分為兩種情況：可移出缺陷零部件和不可移出缺陷零部件?？梢瞥鋈毕萘悴考噶悴考m然受了一定程度的損壞，但可以從產品中移出。拆卸這類零部件雖然耗時較長，但沒有破壞零部件之間的作業(yè)次序關系，從而不影響其他零部件的拆

8、卸作業(yè)。不可移出缺陷零部件指零部件受損程度較嚴重，使得該零部件與其他零部件的聯接部位損壞多目標優(yōu)化模型，從而無法將缺陷零部件正常撤除。由于各拆卸作業(yè)之間存在作業(yè)次序關系，這類缺陷導致后序零部件的拆卸作業(yè)無法進行，極大地影響了產品拆卸線的效率。2.4 拆卸產品的數量回收產品的數量具有不確定性。拆卸零部件數量的不確定性程度更高。在產品使用過程中，用戶可能對產品進行升級或改造，從而導致拆卸產品的結構與最初的結構存在差異。例如，計算機用戶在使用過程中，可能增加計算機的內存，如將原來的512M內存增加為1G內存，或者作其他升級改造。在進行拆卸之前，必須考慮這種情況，以便確定最正確的拆卸流程。2.5 拆卸

9、作業(yè)時間和產品裝配線的情形類似，在產品拆卸線中，由于拆卸產品的狀況不同、各工作站的效率存在差異，拆卸作業(yè)時間是不同的。在不同情形下，拆卸作業(yè)時間可能是確定的、隨機的或者動態(tài)的。由于學習效應的存在，動態(tài)作業(yè)時間更符合拆卸作業(yè)的特點。Zeid et al(1997)證明在拆卸過程中，隨著拆卸經驗的累積多目標優(yōu)化模型，所需拆卸作業(yè)時間逐漸減少。2.6 對拆卸零部件的需求對零部件的需求是產品拆卸線設計和優(yōu)化過程中需要考慮的關鍵問題。在拆卸過程中，對零部件的需求有以下情形：對單個零件或部件的需求選擇拆卸和對所有零部件的需求完全拆卸。對不同零部件的需求會影響拆卸線的效率。例如，如果需求零部件為i，但零部件

10、j為零部件i的緊前工序，為了得到零部件i，必須首先撤除零部件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響拆卸線的效率。根據所需求的零部件對缺陷程度的要求不同，可以將需求分為三種不同的形式。一是可以接受缺陷零部件的需求。這類需求對零部件是否存在缺陷沒有要求怎么寫論文。例如，有些情況下，拆卸的目的是利用零部件的材料，此時對零部件外觀結構或功能均沒有要求。二是不接受任何缺陷零部件的需求。這類需求對零部件外觀結構或功能均有嚴格要求。例如，拆卸的目的是將得到的零部件流入二手市場進行交易，此時即嚴格要求零部件沒有缺陷。三是可以接受輕微缺陷零部件的需求。這類需求對零部件外觀結構或功能

11、的要求不嚴格，可以接受一定程度的缺陷。這類需求要對拆卸線上的零部件外觀或功能進行檢測、分級，以確定零部件能否接受。2.7 作業(yè)任務對各工作站分配任務時，除了考慮拆卸作業(yè)的先后次序外，還需要考慮其他因素。某些拆卸作業(yè)必須分配給特定的工作站。例如，某些零部件拆卸后被打包發(fā)送至銷售地多目標優(yōu)化模型，這些零部件應該被分配在同一工作站進行拆卸，以方便拆卸后進行分裝打包。某些拆卸作業(yè)要求相似的作業(yè)環(huán)境，如溫度、燈光等，這些拆卸作業(yè)應安排在特定的工作站。某些工作站具有特殊的設備，從而能完成某些特定的拆卸作業(yè)。例如，可能對環(huán)境造成危害的零部件必須在專業(yè)化的工作站進行拆卸，以防止有害物質瀉漏擴散。在分配任務時，

12、應盡量減少產品在各工作站流動的次數，以及產品在不同設備之間的換裝次數。另外，工作站上的操作工人的技能也是要考慮的因素。應盡量將拆卸作業(yè)分配給熟練掌握該項作業(yè)的操作工人。表1對裝配線和拆卸線進行了比擬。表1 裝配線與拆卸線的比擬 裝配線 拆卸線 作業(yè)次序關系 有 有 零部件質量不確定性 低 高 零部件數量不確定性 低 高 作業(yè)不確定性 低 高 對拆卸零部件的需求 非獨立 非獨立 工作流程 收斂 發(fā)散 工作線靈活性 中低 高 問題復雜性 NP-hard NP-hard 3. 產品拆卸線的平衡拆卸線的平衡問題(Disassembly linebalancing problem,DLBP)與裝配線的平

13、衡問題(Assembly line balancing problem,ALBP)類似，都屬于NP-hard組合優(yōu)化問題。關于拆卸線的平衡問題，最早由Gungor和Gupta(2001)提出，并針對存在產品缺陷致使拆卸任務不能順利完成的情形，設計了拆卸線的平衡算法，該算法將拆卸任務分配至適當的工作站以最小化缺陷零部件導致的影響。本文針對產品拆卸線的特點，構建產品拆卸線平衡問題的多目標優(yōu)化模型。3.1 拆卸線平衡問題的假設由以上對拆卸線的分析可知，拆卸線的平衡問題遠比裝配線平衡問題復雜。為簡化問題，作如下假設：各零部件的拆卸時間為確定的；對每個產品進行完全拆卸；所有產品的零部件沒有經過更換、升級

14、或改造；每一個零部件的拆卸必須在一個工作站完成；分配給一個工作站的作業(yè)任務時間必須不能超過工作節(jié)拍(cycle time,CT)；各零部件之間的作業(yè)次序關系必須得到滿足。3.2 拆卸線平衡問題的優(yōu)化模型裝配線平衡問題通?？紤]單一目標，與此不同，拆卸線的平衡問題需要考慮多種目標，為一多目標優(yōu)化問題。其目標函數包括：最小化拆卸工作站的數量以及工作站的空閑時間；每個工作站的空閑時間盡可能一致，從而使拆卸線到達平衡；盡早將有害或危險零部件從產品中撤除；高需求零部件和低需求零部件的次序關系盡量為高需求零部件在前。1各工作站的空閑時間對于線平衡問題，最理想的狀態(tài)是各工作站的空閑時間均為零多目標優(yōu)化模型，即

15、所有工作站都步調一致地全負荷運轉。當不能到達這一目標時，通常設計各種評價指標對生產線的運行效率進行評價。本文借鑒McGovern和Gupta (2006)，給出拆卸線的評價指標F。設共有n個工作站，每個工作站的工作節(jié)拍，即工作站的最大工作時間相同，均為CT。STj為分配給工作站j的作業(yè)時間。在最理想的情況下，各工作站協調一致地按照節(jié)拍運行，此時，評價指標F為零。在實際運行中，很難到達理想狀態(tài)，評價指標F大于零。目標函數為最小化評價指標F。這一點與通常的裝配線平衡問題相同。約束條件為工作站的作業(yè)時間STj不大于工作站的工作站的工作節(jié)拍。目標函數與約束條件可表示為：2危害零部件拆卸本文設立危害指數

16、評價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數。產品共有m個零部件，k表示零部件在產品中的位置，以零部件的編號表示。k值越小，表示其位置越靠前。hk為(0,1)變量，當零部件具有危害性時多目標優(yōu)化模型，其值為1；當零部件沒有危害時，其值為0。即：從危害指數的表達式可以看出，零部件的危害程度與其位置有很大關系，當危害零部件的位置靠前時，即k值較小，可以較早地撤除，從而造成的危害較小；當危害零部件的位置靠后時，即k值較大，撤除順序靠后，從而造成的危害較大怎么寫論文。危害零部件拆卸的目標函數是最小化H值，即在拆卸排序時，盡量將危害零部件安排在靠前的位置，使H值盡可能小。

17、目標函數可表示為：3需求指數本文設立需求指數表示對不同零部件的需求程度。式中，D表示零部件的需求指數。產品共有m個零部件，k表示零部件在產品中的位置。dk表示零部件k的需求量，為一整數。從表達式可以看出，零部件需求指數既與其需求量有關系多目標優(yōu)化模型，也與其位置有關系。需求指數的目標函數是最小化D值，即在拆卸排序時，盡量將需求量大的零部件安排在靠前的位置，從而使D值盡可能小。目標函數可表示為：從以上分析看出，拆卸線平衡問題為一多目標優(yōu)化模型，由三個目標函數構成。4. 結語產品拆卸是實現廢舊產品回收再利用的重要手段，是實現產品生命周期完整性與封閉性的必要環(huán)節(jié)。本文從七個方面詳盡分析了產品拆卸線的

18、影響因素，并將產品拆卸線與產品裝配線作了比照。然后針對產品拆卸線的平衡問題，構建了多目標優(yōu)化模型，該模型由三個目標函數構成。如何設計算法對模型進行求解是今后進一步研究的方向。Study on the InfluencingFactors and balancing problem of the Product Disassembly LineZHAO Zhong(College of Economics and Management, China University of Petroleum, Qingdao, Shandong, 266555)Abstract Recycling of t

19、he discarded products is an effective mode to saveresource protect environment for the manufacturing corporation. Productsdisassembly is an important mean to implement the product recycling,and is anecessary step to realize the integrity of the product life cycle. In thispaper,the influencing factors of the productdisassembly line were analyzed in detail,and a comparision was made between the product disassemblyline and assembly line.Further, a multi-objective optimization model wasfounded