自从亨利·福特于19世纪初创建第一条生产线以来,生产线已成为现代制造业中一种主要的生产组织形式,广泛应用于汽车、家电等生产装配中。随着装配技术和生产调度理念等研究发展,装配线的运行方式也发生了很大的变化。从最初简单的单边装配线衍生出多种不同类型的装配线,包括双边装配线、U型装配线等。其中,双边装配线常用于汽车、装载机等大型产品的装配。与传统单边装配线相比,双边装配线拥有许多优点。它能缩短装配线的长度,从而缩短产品下线时间;它能提高工装、夹具等利用率,减少设备投资和维护成本;它能减少工人走动等时间,提高工人的劳动生产率,等等。然而,由于装配作业方式的变化,对装配线平衡也提出了更高的要求。在双边装配线中,任务的分配除了要满足单边装配线平衡中所有约束条件之外,还要满足“操作方位”约束和“序列相关”的完成时间等约束。约束条件的增加,使得传统装配线平衡方法不再适用,需要研究适合双边装配线特点的平衡方法。针对这一问题,本文从建模、平衡方法和应用等方面对双边装配线进行研究,所完成的主要研究成果包括:(1)提出双边装配线平衡的数学模型在双边装配线中,一对伴随工位(由左、右两个工位组成)上任务的装配作业相互关联、相互制约。通过任务之间的优先顺序约束,将出现一边工位上的任务要“等待”另一边工位上的任务完成之后才能开始。而且,工位上任务的装配作业顺序对“等待”时间的大小有着密切的影响。因此,平衡需要考虑包含“等待”时间在内的“序列相关”的完成时间约束。为建立“序列相关”的双边装配线平衡的数学模型,本文提出一种基于“任务在工位上开始装配时间”的描述方法。通过规划任务的开始装配时间,确定任务在工位上的装配顺序;根据任务装配完成的时间,来判断工位的节拍时间约束。基于该方法,避免了直接计算复杂的、包含“等待”时间在内的完成时间约束,首次提出了双边装配线平衡的数学模型,为双边装配线平衡问题的数学解析求解奠定了基础。(2)提出双边装配线平衡的精确求解算法关于双边装配线平衡问题,至今未有精确求解研究的公开报道。本文首次研究提出两种精确求解算法(基于任务枚举和基于工位枚举的分支定界算法),用来最优化双边装配线的平衡。在基于任务枚举的分支定界算法中,为生成所有可行的任务序列,从中找到问题的最优解,本文采用任务拆分处理的方法来遍历E型任务(可分配到装配线任意一边)两种可能的安排,从而生成所有可行的任务分配方案,实现了基于任务的枚举。为降低搜索的难度,提出“最大改进价位权值”等规则来引导分支的搜索顺序;提出多种简化和定界规则来控制枚举的规模。通过对公开发表的双边装配线平衡问题的验证,结果表明该算法能实现6个平衡问题(问题规模最高为148个任务)25种节拍的最优化。其中,有4个问题的最优解是首次被报道。在双边装配线中,左右两边工位上任务的安排是相互影响、相互作用,因而无法像单边装配线平衡中,基于任务之间优先关系来生成工位的任务分配方案。针对这个问题,本文提出一种“基于时间传递函数”的任务分配方法,来枚举生成各个工位的任务分配方案,从而实现了基于工位的枚举树构造。通过对公开发表的双边装配线平衡问题的验证,结果表明该算法能实现6个平衡问题(问题规模最高为148个任务)27种节拍的最优化。其在基于任务枚举的分支定界算法基础上,又首次实现了2个问题的最优解。(3)提出一种基于“序列组合”编码的遗传算法本文提出一种基于“序列组合”编码的遗传算法,用来处理实际的大规模双边装配线平衡问题。基于“序列组合”编码方法,可以克服像基于“工位”编码方式中,因染色体解码问题而造成搜索空间存在“盲点”的不足,从而使遗传进化能在整个可行解空间内进行,从中找到问题的近优解(或最优解)。针对该编码方式,设计了相应的遗传操作算子,使染色体在可行空间内进化,提高搜索的效率和解的质量。通过对公开发表的、规模高达205个任务的双边装配线平衡问题的验证,结果表明该算法能找到大多数平衡问题当前最佳的平衡方案,表现出较好的性能。另外,通过对某企业实际的ZL50F装载机总装生产线平衡问题的优化分析,在保持原有节拍时间(750秒)不变的情况下,该算法可找到比原分配方案少开启一个工位的平衡解;当保持现有布局(装配线长度和开启工位数量)不变的情况下,可将节拍时间降到660秒,装配线效率可从最初的79%提高到91%的较优水平,显示出该算法在处理工程实际问题的有效性。