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摘要：本文介绍了在不增加产品流通时间的前提下，通过生产线向单元转化来减少工人数，描述了以减人和产品流通时间最小的生产线向单元转化的多目标模型，针对该多目标模型单元构造的特点，提出了基于NSGA-Ⅱ的求解该模型中大规模问题的算法。
关键词：减人；生产线向单元转化；多目标优化
单元生产方式即通过生产线向单元的转换来应对多批次、小批量的需求，以提高企业的生产效率。另外，随着劳动成本的上升，对节省企业劳动力而不降低生产效率的研究显得尤为重要。
一、单元化生产方式概述
1、定义。单元化生产方式是适合多品种、中小批量生产的先进生产方式，它是基于消除浪费的理念，以生产单元为基本组成对人员、设备、物流进行合理配置，作业人员在单元内进行一人多工序、目标为“一个流”作业的高柔性生产方式。
2、组成。单元化生产方式由生产单元和单元运行管理两部分组成。生产单元以产品为中心，把功能不同的设备按工艺流程集中布局在一起，设备布置紧凑，为实现连续流创造了硬件条件，生产单元一般有直线型、花瓣型、S型或U型等布局方式。单元运行管理改变传统以管人为中心的管理模式，以缩短产品交付周期和提升生产效率为目标，围绕生产单元的计划管理、人员管理、物料管理、设备管理、质量管理等进行一系列的管理优化或重构，保证生产单元高效运行。
3、目标。单元化生产方式的最终目标是彻底消除浪费，创造价值。通过在生产计划、多能工培养、设备布局、物料管理等方面的变革，实现真正的制造方式变革，缩短生产周期，提高产品质量，降低库存，实现精益制造。
4、特点。单元生产作为工业变革的产物，没有一个明确的定义。但单元生产方式在目的、应用等方面有其明显的特点：1）以很少的人员组织来实施生产，以此来提高劳动热情和发挥个人能力。2）工艺再造，尽量压缩工序，减少停滞，在流水化的前提下编排工艺。3）使用低速小型设备及简易自动化等生产技术，不使用长流水线和大型高速机。
二、单元生产的几种常见形式
1、屋台式。屋台式单元生产线，指的是一位作业员拥有一条单独的生产线。屋台式命名来源于一种日本作坊一些售卖小吃的摊贩。有一台活动的食品制作车，加工食品的食料炊具全部放在车上，当顾客有需要时老板制作，这种食品的制作车就叫屋台。
2、逐兔式。逐兔式单元生产线，作业员仍然采用一人完结式作业方式，每个人从头做到尾。与屋台式不同的是，逐兔式没有采用一个人一条生产线的做法，而是采用多人共用一条生产线的方式。
3、分割式。分割式单元生产线，多人共用一条生产线，与逐兔式相比更进一步是，部分放弃了一人完结的作业方法，转而根据员工的技能现状尽可能合并生产作业。这样，一个完整的工艺流程，由几位作业员分工完成，因此称之为分割式单元生产线。
三、考虑减人的生产线向单元转化的数学模型
1、假设条件。1)有N个产品类型，M个产品批次(每个批次只有1种产品)，且批次大小已知；2)在生产线生产方式中，每个工人只执行1个工序，因此工人数(W)与工序数相等；3)每个单元中的工人，将要承担1个产品的所有工序，即1个产品生产全过程在1个单元中完成；4)不同单元中的工人数可以不相同；5)安装时间代表不同种类的产品相邻批次间的间隔时间，同种产品相邻批次间隔时间为0。
2、参数说明
式(6)表示1ine-cell conversion后最小化工人数；式(7)表示产品的流通时间最小；式(8)表示每个单元至少包含1个工人；式(9)表示批次 只能被1个单元加工；式(10)保证了如果批次 被加工，那么加工它的单元至少有1个工人。
本文采用工业界通常采用的FCFS(批次先到先服务)方式进行单元装载，需采用智能优化算法求解中大规模问题。另外该模型是多目标，需采用多目标优化算法，因此根据该模型的特点，本文提出了基于NSGA-Ⅱ的求解算法。
四、基于NSGA-II的求解算法
1、染色体编码。对一个有W个工人的生产线，最多将能组建W个单元，即每个单元中只有1个工人；最少将能组建1个单元，即所有工人都在1个单元中。根据式(2)可知，批次 在任意单元中的加工时间即TC 与单元中工人的排序无关。因此，提出一种顺序编码方式来表示转化后的单元构建，即几个单元及每个单元中的工人安排情况。
2、适应度函数。本文的目标函数有两个：①工人数最小；②TTPT最小。因此，采用NSGA-Ⅱ中的非支配排序和拥挤距离评价解的适应度。
3、个体选择。采用锦标式方法选择个体，通过比较从种群中挑选的两个解，选择好的解。好的解是指两个解中：若非支配排序小，则解好；若非支配排序相等，拥挤距离小，则解好。
4、交叉与变异。本文采用Davis提出的顺序交叉法，变异采用两个不相同元素交换的方式。
五、结语
总之，单元生产方式为企业处理多批次、小批量的需求提供了良好的解决方案，它具有多个单元，每个单元安排为数不多的几个工人，工人按单元的U型布局从头至尾、不间断地加工一个产品。单元生产方式具有灵活、投资低、生产平衡好的特性，在面临多批次、小批量的需求时，相比流水生产线，它能降低产品流通时间、安装时间、工人数、制品库存、生产费用和生产空间等。
参考文献
[1]唐加福.通过生产线向单元转化而减人的多目标优化模型[J].东北大学学报(自然科学版)，2013(01).
论文作者:张志波
论文发表刊物:《知识-力量》2019年4月中
论文发表时间:2019/2/11
标签：单元论文; 生产线论文; 工人论文; 作业论文; 化生论文; 目标论文; 方式论文; 《知识-力量》2019年4月中论文;