英语原文共 10 页
拆卸线平衡问题的复杂性
Aqkmer Gungor, Surendra M. Gupta, Kishore Pochampally and Sagar V.Kamarthi
土耳其帕姆卡尔大学工业工程系20017 德尼兹利
负责制造实验室
334 SN，MIME系
东北大学
360亨廷顿大道
美国马萨诸塞州波士顿02115
摘要
拆卸线可能是大量拆卸大型或小型产品的最佳方式。在本文中，我们讨论了拆卸线平衡问题（disassembly line balancing problem,DLBP）及其带来的挑战。平衡拆卸线的目的是以优化的方式利用拆卸线，同时满足从退回产品中检索的零件的需求。虽然传统的装配线平衡问题已经研究了很长时间，但到目前为止，还没有人正式谈论过DLBP。 在这项工作中，我们的主要目标是解决DLBP相关问题。 然而，我们还提出了一种启发式方法，以演示如何将拆卸中的几个重要因素纳入DLBP的求解过程中，一个例子被认为是说明启发式的使用。
关键词：环境；产品回收；拆卸；线路平衡；启发式
1.引言
科技进步的非凡增长正在严重威胁当前的环境状况。以计算机为例。根据预测，到2005年，仅在美国，每年将有近5000万台计算机被淘汰。其他发达国家也会遇到类似的现象。其他产品的生命周期很可能会有类似的命运。政府法规和客户对环境问题的看法进一步推动了这一趋势.所有这些都对废物管理基础设施产生了影响。许多研究人员和行业高管已经开始意识到产品报废(end-of-life,EOL)处理领域的经济机遇。产品EOL加工的理想替代品包括再制造，再利用和再循环。虽然处理和焚烧也是EOL的替代品，但它们不太理想，应该保持在最低限度。为了再制造，再利用或再循环，通常必须首先拆卸产品。通过选择性地分离所需的零件和材料，拆卸已经证明了它在材料和产品回收中的作用。然而，拆卸虽然至关重要，但却是一个昂贵的过程。因此，以成本有效的方式执行拆卸是重要的。
许多研究人员已经专注于最大限度地减少在拆卸过程中投入的资源。例如，有些人专注于拆卸平整问题，该问题的目的是将拆卸目标拆解到目标产品被拆解的水平，以便将产品回收(product recovery,PR)过程的盈利能力和环境特征保持在理想的水平。拆卸中的另一个重要问题是生成有效的拆卸序列计划(disassembly sequence plans,DSP)，DSP是一系列拆卸任务，以要拆卸的产品开始，并在所有感兴趣的部件都断开的状态下终止（因此，它可以是部分或完全拆卸）。在拆卸文献中，尽管拆卸顺序规划已经发现了大量的跟踪，但只有少数研究人员强调了现有拆卸系统的缺点并提出了任何改进建议。目前的拆卸系统通常是手动和劳动密集型的。因此，设计和改进优化资源使用（劳动力，金钱和时间）的拆卸系统是重要的，值得研究。
在本文中，我们讨论了拆卸线平衡问题（DLBP）及其带来的挑战。平衡拆卸线的目的是以优化的方式利用拆卸线，同时满足从退回产品中检索的零件的需求。虽然传统的装配线线平衡问题已经存在了很长时间，但到目前为止，还没有人正式谈论过DLBP。 在这项工作中，我们的主要目标是解决DLBP相关问题。 然而，我们还提出了一种启发式方法，以演示如何将拆卸中的几个重要因素纳入DLBP的求解过程中。启发式算法基于优先级函数，该函数有助于识别分配给特定工作站的“最佳”任务。
2.DLBP及相关复杂性
返回产品的拆卸可以在单个工作站、拆卸单元或拆卸线上进行。即使只有一个工作站或拆卸单元，也能提供最灵活的环境，根据零件的数量和质量对其进行分类，但拆卸线能提供最高的生产率。拆卸线设置最适用于大批量大产品或小产品的拆卸。此外，拆卸线是自动拆卸过程的最佳选择，这一功能在未来的拆卸系统中将是必不可少的。因此，重要的是设计和平衡拆卸线，使其尽可能有效地工作。
拆卸过程中，与装配不同的是，存在着严重的库存问题、复杂得多的流程、产品结构和质量的高度不确定性，以及与工作站可靠性相关的不确定性因素。让我们仔细看看各种拆卸线平衡的复杂性。
2.1.产品的复杂性
产品特性的变化使拆卸线上的操作复杂化，在这种情况下，平衡拆卸线可能非常复杂。对于一组产品，这条线可能是平衡的，但是当接收到一种新类型的产品时，这条线可能会变得不平衡。
2.2.拆卸线复杂性
各种线路配置都是可能的，这些建议是为了应对拆卸系统中的不规范和产品的可变性。一个重要的考虑因素是线路速度，它可以动态修改，以最小化对子程序集和/或部件的不同需求对拆卸的影响。
2.3.部分复杂性
产品质量：组成部件的质量存在很大的不确定性，它们可能是物理缺陷或功能缺陷或两者兼而有之。
产品中的零件数量：由于其中零件数量的升级（或降级）可能比收到产品时的预期更多（或更少）。
2.4.操作复杂性
拆卸任务时间的可变性：拆卸任务时间可能因产品状况和拆卸工作站（或工作人员）状态的几个因素而异，动态学习是可能的，可以系统地减少拆卸时间。
早期离开工件(Early Leaving Work-pieces,EWP)：如果由于某些缺陷（可能与一个或多个缺陷相关）而无法完成已分配给当前工作站的工件的一个或多个（并非所有）任务，工件可能会提前离开工作站。我们将这种现象称为早期离开工件，由于EWP，工作站在任务期间经历了计划外的空闲时间，导致工件提前离开。
自跳式工件(Self-Skipping Work-pieces,SSWP)：如果由于自身和/或优先关系的某些缺陷而禁用了已分配给当前工作站的工件的所有任务，则工件将离开工作站早期没有工作。我们将这种现象称为自跳式工件。
跳过工件(Skipping Work-piece,SWP)：在工作站m，如果工件的一个或多个有缺陷的任务直接或间接地在工作站m l的所有任务之前（即工作站紧接工作站m），则工件 跳过工作站m l并移至工作站m 2。我们将此现象称为跳过工件，除了计划外的空闲时间，SSWP和SWP都会在材料处理和下游工作站状态方面增加复杂性。
消失的工件(Disappearing Work-pieces,QIWP)：如果有缺陷的任务禁止完成工件上的所有剩余任务，则工件可以在到达任何下游工作站之前简单地从拆卸线上取下。换句话说，工件消失！因此，我们将这种现象称为消失的工件，DWP可能导致后续工作站的饥饿，从而导致更高的总空闲时间。
重访工件(Revisiting Work-pieces,RWP)：当前工作站w的工件，可以重新访问前一工作站（w-a），其中（w-a）ge; 1和age; 1和整数，如果当前任务i的完成启用，则执行任务f 一个用于处理最初分配给工作站（w-a）的任务f，但是由于另一个先前任务的失败而被禁用,我们称之为重访工作，一个RWP导致以前的一个工作站重载。
爆炸工件(Exploding Work-pieces,WP)：由于拆卸将工件固定在一起的某些部件，工件在拆卸线上移动时可能会分成两个或多个工件（子组件）,这些子组件中的每一个都在拆卸线上充当单独的工件,我们将这种现象称为爆炸性工件，EWP使拆卸线的流动机制复杂化。
2.5.需求复杂性
在拆卸中，可能出现以下需求情景：仅需要一个部件（单件拆卸-部分拆卸的特殊情况）；对多个零件的需求（部分拆卸）；和所有零件的需求（完全拆卸），在要求的部件或要求部件之前的部件中，可能的物理和功能缺陷可能使情况进一步复杂化。
2.6.作业复杂性
某些任务必须分组并分配给特定的工作站，原因包括要求类似的操作条件以及某些工作站的特殊加工和工具的可用性。
2.7.其他复杂性
与拆卸工作站的可靠性相关的其他不确定因素。 例如，危险部件可能需要特殊处理，这也会影响工作站的利用率。 Ghosh和Gagnon在他们的综合文献提到，一些装配线平衡因素在拆卸线平衡情况下也很重要。
3.DLBP的目标和约束
DLBP的目标是在满足需求的同时尽可能有效地利用拆卸线的资源。资源的有效利用包括找到所需的最少数量的拆卸工作站，最佳地将拆卸任务分配给工作站，以及改进拆卸线的布局和材料处理特征。
在拆卸案例中需要考虑的一些优先关系包括AND、OR和复杂AND/OR，为了理解这些术语，让pi表示要拆卸的产品的第i部分，如果必须在p3之前删除p1和p2，则pl和p2之间存在与p3相关的AND关系；如果必须在p3之前删除pl或p2中的任何一个，则pl和p2之间存在与p3相关的OR关系，与p4有关的pl、p2和p3之间存在复杂的AND/OR关系，必须在p4之前删除p2或p3中的任何一个。
在DLBP中，为了表示优先关系，我们使用了一个拆卸优先矩阵(disassembly precedence matrix,DPM)，它严格表示零件之间基于几何的关系。DPM由二进制元素加上另一个实体(d)组成，以表示或表示部件之间复杂的AND/OR关系，其中d为X-Y-Z方向的拆卸运动；D= {x,-x, y，-y, z, -z)，我们用R = [rij]， i, j = 1，hellip;，N表示，其中，N是乘积中零件的个数。
（1）
为了生成DPM，我们使用了Gungor和Gupta开发的算法。
4.问题描述
为了演示拆卸线平衡过程的复杂性，我们给出了一个简单的DLBP。问题的定义如下：使用定步长的拆卸线将一种产品拆卸为其组成部分和子组件，我们假设产品的供应是无限的，收到的每个产品的配置都是相同的，这意味着每个产品中零件的确切数量是已知的。为简单起见，假设拆卸时间是确定的，并且是已知的，产品的每一部分都有相关的需求，即目标是完全拆卸，需求参数是确定的和已知的，在当前条件下，被拆卸的部件被需求源接受。
5.DLBP分析
一条拆卸线的周期时间可以这样写(本文正文中没有定义的符号列在附录中)：
C= = (2)
其中dvmax为需求最高的零件的需求水平，即
dvmax= = (3)
c必须满足以下条件：
(4)
如果不满足(4)中给出的条件，任务tmax的分配(其中tmax gt; c)是不可能的，因为任务被假定为不可分割的，假设即使推迟交货，零件的拆卸也必须进行，不考虑与积压零件相关的成本。因此，我们可以修改周期时间，使其允许将任务分配给工作站，增加c等于延长计划周期。一个简单的修改是将c的值设为t，即c = tmax。
一旦知道了周期时间，就需要以优化的方式将任务分配给工作站。然而，所需工作站的数量是未知的，最小化DLBP的拆卸工作站的数量，理论最小工作站数可以简单地求出：
(5)
其中是最小的整数，当然，工作站的最大数量可以给出如下：
Mmax=N (6)
下界表示拆卸线所需的乐观工作站数量，而上界是悲观的拆卸工作站数量。在大多数问题中，实际需要的工作站数量小于Mmax，实际需要的工作站数量越接近Mmin的拆卸线平衡得越好，k工位的空闲时间为k的循环时间与工位时间之差，记为：
(7)
其中：
(8)
然后，我们可以将拆卸线的空闲时间写为：
(9)
或者说:
(10)
空闲时间是衡量拆卸线效率的重要指标。然而，在拆卸系统中，还有许多其他重要的因素，这些因素应该集成到拆卸线平衡程序中。例如，拆卸的高要求的部分可能被分配到最早的可能的工作站(当然不违反优先关系)，危险的部分产品应该尽可能早地删除降低污染的风险，易于接近的部分和之前的部分其他地区应该尽可能早地拆卸回收部分的质量保证等。可以将这些考虑事项捕获到一个优先级函数中，该函数可用于在要分配给当前反汇编工作站的候选任务中选择一个任务。一个任务i被称为候选任务，当且仅当它满足以下三个条件：
1. 任务i必须没有被分配到任何较早的工作站，即：
(11)
- 任务i不能有任何不完整前驱，即：
(12)
3.k的工作站时间加上任务 i的操作时间必须小于或等于循环时间，即：
(13)
一旦确定了候选任务，我们就可以使用优先级函数来确定将哪个候选任务分配给当前工作站k。如前所述，我们可以将许多因素合并到优先级函数中。在本文中，我们只考虑以下几点：
1. 工位空闲时间：考虑工位空闲时间的评估，以达到线路所需的最小工位数量，
2. 高需求零件的拆卸：高需求零件的拆卸应尽可能在最早的工作站上进行。
3.拆卸数量最多的易接近零件：容易接近和先于许多其他部件的部
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