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摘要 可持续制造计划的主要要素之一是能源的利用。当操作时间已知时，可以设计生产某种速度的装配线，还可以提供不确定的任务，并提供可变的任务时间。因此，当任务时间有相当大的变化时，我们建议使用国际步调一致的同步线作为替代。尽管已经有大量的研究在同步生产线和非同步的生产线的生产线平衡问题上，但相对而言，相对较少的精力集中在不同步的同步化上，尽管它有实际的意义。本研究针对这类生产线，在随机任务完成时间的基础上，提出了一种适当的模型，并开发和评估了利用极限价值理论和仿真的各种解决方法，给出了计算结果，以了解非同步同步系统的设计和运行情况。
 
关键词:设施规划和设计   生产线线平衡   极值理论
1.引言
关于生产制造的设计和生产的研究从历史的角度来看是从生产力来考虑的。然而，最近，对制造业的环境影响的关注已经促使rms承担了可持续的制造业的生产。美国商务部国际贸易局(2014年)的“可持续制造”是一种“制造产品，使用时能够最小化对环境的造成负面影响，节约能源和自然资源，对雇员、社区和消费者来说都是安全的，而且在经济上是合理的。”
由于节能是“可持续发展的一个关键问题”(胡和高，2007)，这一研究关注的是生产过程的“能量”，特别是重要产品生产线的设计。这一点很重要，因为“控制生产操作通常被认为是提高制造业能源效率的最有效方法之一”(陈和张，2013年)。此外，Bunse等人(2011)说，“改善他们的能源和汽车的碳足迹可以提高他们的地位，以应对挑战。”这是由当前和未来的二氧化碳排放法规造成的。国际标准化组织(2014)引用了ISO 50001标准时关于能源管理系统的标准，“旨在通过系统地管理能源来减少温室气体排放和其他相关的环境影响和能源成本。”
生产线的设计可以通过两种方式来影响能源的效率。首先，设备的大小是能源使用的主要决定因素。正如Oates、Despeisse和鲍尔(2013年)所指出的那样，“对一些制造业(例如:”制造电机vehi-克勒斯，电机，收音机，医疗设备)，建筑再生能源(例如:空间加热和照明)大约占总能量消耗的40%-60%。Kawahara等人(1997)指出，生产系统的减少对环境的消耗产生了相当大的影响，“由于照明和空调以及运营商的数量的减少。”他们特别指出，当生产设备减少50%时，典型工厂的总节能可以从18%(家用电器制造)减少到71%(观察制造业)。因此，设计能满足能源需求的生产线将要求尽可能少的工作人员/工作站，以满足需求，并尽可能减少所产生的空间需求。
第二种方式是，用连续生产线的设计来影响能源的使用，这与生产效率和空闲时间有关。陈和张(2013)指出，“降低制造系统能耗的最简单方法是缩短机器的运行时间。”史密斯和鲍尔(2012)指出，“machining中心会消耗大量的电力，无论它们是在运营模式(金属切割)还是闲置模式(等待)。“袁、翟和Dornfeld(2012)将能源消费作为一种操作和运行时间的直接作用。”因此，为了减少空闲时间，适当的分配调度也能有效地减少rms的能量消耗。
简要设计串行生产线的传统方法是保持同步线的平衡。Klinbun、Suwannarongsri和Suwannarongsri(2014年)为泰国的一家汽车工厂提供了一个线平衡问题，并说明了“在减少周期时，每一产品的总能量和每个产品的支持能量都可以减少”。Fysikopoulos、Fysikopoulos、萨洛尼蒂斯和克莱斯勒(2012)进行了一项关于汽车组装线的能源消耗的实证研究。最终得出结论，通过适当的生产线平衡和规划，空闲时间可以被忽略，而瓶颈可以被识别，节省能源和降低成本。因为空闲时间每单位产出仅仅等于工作站的数量乘以周期任务之和,当任务时间不变时，减少一个周期的需求导致减少空闲时间，相当于每单位生产的周期时间。因此，通过最小化操作人员/工作站的数量，从而减少必要的空间需求和空闲时间，生产线平衡可以成为可持续发展的有效工具。
然而，当任务时间不确定时，生产线平衡程序的有效性就会受到影响。计算结果的可变性需要在每个工作中分配更少的任务，因此需要额外的工作，以确保工作可以完成。这反过来又会导致预期的空闲时间在工作站上显著增加。即使是完全加载的95%的工作站也会在单元上产生空闲时间。很明显，这与可持续生产的能源削减计划背道而驰。因此，当计划时间有相当大的变化时，我们建议利用未同步的同步生产线作为替代。我们将会发现，没有节奏的线条通常会产生更多能量的消耗。
下一节，我们将讨论系列生产线的研究文献。然后，我们在第3部分公式中解决了这个问题，这是一个适当的模型。在第4节中，为了解决线路平衡问题，建立了一种结构启发式。将极限值理论应用于具有一般分布的任务时间的特殊问题，然后将仿真作为一种更一般的方法。在这一节中也给出了计算结果的计算结果。在第5节中，对非同步线的一般性能进行了分析。最后，本文总结了今后的研究方向。
2.

2.串行生产线
Buzacott和尚蒂库玛(1993年)在不同的电台之间的工作方式之间进行了分类，也就是说，这些生产线可以是异步的或同步的(索引)。在分析同步线路中，站在不同位置之间的工作时间的安排是不协调的。一旦一份工作在一个车站完成，它就会被移到下一个站，如果它没有被堵塞的话(也就是说。在下一站或缓冲区中有物理空间可供使用，如果不饿的话，下一项工作就会立即启动(即:从上游站或缓冲区可以找到另一份工作)。异步线路设计中的关键决策是缓冲位置的缓冲能力，以及分配任务到工作站。已经表明,异步线路不变化是完美的平衡,从而使吞吐量最大化的;也就是说,存在一个“碗现象”这样的中间站线应该分配较少的处理时间比在开始和结束的(希利尔&怕冷,1966,1966)。斯珀特和珀金斯(1985)发现，在任务时间差异较低的过程中，这种现象不那么明显。关于缓冲区分配问题,康威,麦克斯韦,麦克莱恩,托马斯(1988)发现,小缓冲足以抵消大部分损失stochastic操作时间,和缓冲区的位置应该更大的平衡线对线的中心或接近瓶颈（Harris &鲍威尔,1999)。
在同步生产线上，各站之间的工作变动的时间是协调的，使得所有的工作都同时被编入索引。在这些线路中，应将任务分配给车站，这样车站的处理时间就会被处理。同步线可以被进一步分类为步调一致或步调一致的(布加特和山提库玛，1993)。大量的研究都涉及到开发和测试最优的和启发式的同步生产流水线，在这条线上有一个被索引的周期时间。在随机任务时间的情况下，在循环时间内没有完成任务的风险。这些模型通常是制定成本最小化目标(假设行停止,直到完成单位或离线站利用完成印康-系列单位)或通过最小化所需数量的电台受到限制的概率站超过周期时间。回顾一下关于基本的线平衡问题的文献，看看Scholl和贝克(2006年);对于广义的线平衡问题，包括对随机线平衡问题的简短回顾，看看贝克和Scholl(2006);以及对线平衡的分类——Scholl和杜吉(2013)。
一个不同步的同步生产线只在所有的站点都能完成任务的情况下才会取得进展。例如，康纳大道装配厂利用了这种生产方式:“总的来说，装配过程涉及到80个操作，每个操作在沿途的30个车站的37分钟内形成。这条线是由一盏灯系统控制的，这表明工作在一个车站正在进行中;绿色标志着在那个位置上所分配的任务已经完成。只有当整个线路是“绿色”的时候，汽车才会转到下一个站。”(Dear,2003)。
在这种生产模式下，将不会有不完整的单元，就像在一个有节奏的线上一样;所有的电台现在都必须等待——直到最后一个工作台完成了它的运作，而不是在一个周期的时间里。另一方面，当所有的站都被提升的时候，这条线就可以被索引，而不用等到周期的时间-皮雷。因此，与其平衡这条线，这样就会有很小的可能性超过周期时间(导致利用率降低和空闲时间增加)，这条线必须基于前次的最大时间来完成所有站点的任务。虽然这导致了随机任务时间的可变吞吐量(不是一个被计算的周期时间)，但是由于与流水线相关的高容量，这种可变性预计会对系统产生小的影响。
尽管有一些分析结果已经出现在了对不同步的同步生产线的操作中(见，例如。布卡科特和尚蒂库玛尔，1993年)，很少有研究致力于平衡这一类型的线。Kouvelis和Karabati(1999)研究了非同步线的混合-模型循环调度，但是，它们没有合并线平衡方面。蒋、城市和徐(2012)开发了一种“禁忌搜索”元启发式算法，作为一种双目标线平衡模型的解决方案，该模型同时也被用来进行吞吐量最大化。杜尔、Klastorin和杂志(2000)开发出一种成本最小化line-balancing模型与工人差异,每日产量配额,并计划加班,和他们认为任务时间跟着shifted-exponential分布;我们的工作不同于我们模型的可变性对他们的任务,而不是工人,最小化的目标站的数量(符合典型的随机line-balancing文学)。
3.模型开发
不同步的同步线平衡问题类似于我的速度线模型(例如:最小化给定循环时间的次数)。有很多任务(i=1，N)，每个任务都被分配给几个站点中的一个(j=1，M);让j是分配给j(决策变量)的任务集。完成每个任务的时间，假设是一个独立的随机变量。每个任务优先级关系,由一组命令代表表示不满,对任务,R = { 1,…,…,R | | },,R =(a,b)是有序对指示任务立即割让b。有一个给定的生产要求,D,必须满足。目标是在满足优先级关系的同时最小化满足生产需求的站点数量。
然而，不同步的同步生产线之间的区别在于节拍，只有当所有的电台都完成了他们的任务时，才会有一个不同步的线。因此生产线前进的时间，将是在任何一个车站完成任务的最佳时间:
由于任务时间是随机变量，它也会是一个随机变量。生产线的长期行容量(吞吐量)将是1，这是索引之间的平均时间(即:这条线的平均时间是用来提高线的平均时间)。
然后，在这段时间里，线的发展可以被表达为:而非同步的同步线平衡问题可以作为下列混合整数，非线性程序来表示:Mub是需要的数量的上限。约束集(4)确保每个任务的分配到一个且只有一个站。任务之间的优先关系是通过约束集(5).约束集(6)和(7)利用每个站(即:如果任务被分配到j站，wj=0如果没有的话，wj=1。最后，约束(8)确保了su吞吐量的吞吐量以满足生产需求。