کاهش فاصله میان مطالعات تئوریک حوزه زمان بندی و مسائل واقعی دنیای صنعت |
زمانبندی را میتوان فرایند تخصیص منابع عمدتا محدود به فعالیتها با در نظر گرفتن دورههای زمانی و با رویکرد بهینهسازی یک یا چند هدف تعریف کرد.
امروزه با توجه به افزایش رقابت در بازارهای جهانی، بهبود مستمر عملکرد سیستمهای تولیدی و خدماتی برای افزایش توان رقابتی آنها ضروری به نظر میرسد. از آنجا که زمانبندی به عنوان یک فرایند تصمیمگیری در صورت استفاده درست میتواند تاثیر قابل ملاحظهای در بهبود عملکرد سیستمها داشته باشد، مطالعه و بکارگیری این علم با شیب تندی رو به افزایش است.
اصولا فرایند زمانبندی برای یک سیستم مشخص با تعریف یک مدل ریاضی آغاز میگردد. این مدل مختصات و ویژگیهای سیستم واقعی را به تصویر میکشد. هر مدل ریاضی از دو بخش توابع هدف و محدودیتها تشکیل میشود. محدودیتهای مدل زمانبندی براساس ویژگیها و محدودیتهای حاکم بر منابع و فعالیتهای سیستم شکل میگیرد. از ویژگیهای منابع میتوان به نوع و میزان آنها، زمان دسترسی به آنها اشاره کرد. ویژگیهای فعالیتها نیز شامل منابع مورد نیاز برای هر واحد فعالیت، زمان مورد نیاز، موعد تحویل و … خواهد بود. توابع هدف نیز که عمدتا بیانگر هزینههای ناشی از تخصیص منابع به فعالیتها است، منعکس کننده اهداف مدیریت سیستم از اجرای زمانبندی است و معمولا حول محورهای بهرهبرداری کاراتر از سیستم تولیدی، تحویل به موقع فعالیتها، انطباق کامل زمانهای تحویل با موعدهای تحویل و… میگردد.
از آنجا که غالب مسائل مطرح شده در حوزه زمانبندی که باعث بسط و گسترش این علم نیز گردیدهاند با نگاهی به مسایل واقعی در محیطهای صنعتی بودهاند، واژههای بکار رفته در این حوزه علمی نیز عموما برخاسته از محیطهای صنعتی خواهند بود. براین اساس، در بیان مسائل زمانبندی از لفظ ماشین در معنای منبع و از واژه کار به عنوان فعالیت نام برده میشود. در نتیجه این تعاریف میتوان گفت در یک مسئله زمانبندی غالبا کارها روی مجموعهای از ماشینها که در ایستگاههای کاری با نظم و اولویتبندی خاصی چیده شدهاند پردازش میشوند.
مسائل زمانبندی بسته به تعداد و نحوه چیدمان ماشینها به شاخههای متعددی تقسیم میشود. سادهترین حالت، زمانبندی تک ماشین است. این مسئله اگرچه ساده به نظر میرسد اما پایه و اساس مسائل پیچیدهتر را تشکیل میدهد.
همگام با گسترش سیستمهای تولیدی مسائل زمانبندی نیز پیچیدگی بیشتری پیدا کردند. در یک تقسیمبندی کلی چیدمان ماشینآلات در یک فضای صنعتی میتواند به صورت سری(جریانی)، موازی و یا ترکیبی از این دو حالت باشد. در حالت سری هر کار باید از همه یا تعدادی از ماشینهایی که به طور سری قرار گرفتهاند عبور کند. در حالت چیدمان موازی، تعدادی ماشین با عملکرد مشابه یا غیر مشابه به صورت موازی چیده شدهاند. در این محیط مفهوم تخصیص کار به ماشینها اهمیت پیدا خواهد کرد. در حالت آخر که البته به دنیای واقعی نزدیکتر است مفهوم ایستگاههای کاری نمود بیشتری مییابد. در یک سیستم ترکیبی عموما چندین ایستگاه کاری وجود دارد که در هریک از آنها چندین ماشین با چیدمانهای متفاوت اعم از سری و موازی وجود دارند.
در این تحقیق، مسئله یافتن توالی بهینه کارها در سیستم تولیدی جریانی بدون انتظار منعطف مورد بررسی قرار میگیرد. این سیستم تولیدی مدل بسط یافته روش تولیدی سری است. در این سیستم ایستگاههای کاری که به طور متوالی قرار گرفتهاند، هر کدام حاوی چند ماشین هستند که به صورت موازی چیده شدهاند. در ادامه فصل، مسئله مذکور به طور کامل تشریح میشود.
1-2. تعریف مسئله
سیستم تولید جریانی منعطف حالت تعمیم یافتهای از سیستم تولید جریانی است. در این حالت ایستگاههای کاری به صورت متوالی قرار میگیرند و هر ایستگاه حاوی تعدادی ماشین با عملکرد یکسان یا غیر یکسان است. هر کار به محض ورود به ایستگاه کاری باید با استراتژی مشخصی به یکی از ماشینها تخصیص یابد. البته انتخاب یکی از ماشینها یک ضرورت نیست و در برخی مسائل یک کار میتواند در اثنای عمل پردازش ماشین خود را تغییر دهد.
در یک سیستم تولید جریانی ممکن است بین تمام شدن کار در یک ایستگاه تا ورود کار به ایستگاه بعدی به دلیل مشغول بودن ایستگاه بعدی، خرابی آن یا دلایل دیگر وقفه زمانی وجود داشته باشد. اما برخی ویژگیهای حاکم بر کارها ممکن است با چنین وقفههایی در تضاد باشد. از این رو بسیاری از سیستمهای تولیدی شرط سیستم جریانی بدون انتظار را به دلیل محدودیتهایی که در تولید کارها وجود دارد به کار میبرند [28]. برای مثال، در تولید محصولات فولادی، فلز ذوب شده باید بدون هیچ اتلاف زمانی از ایستگاه ذوب فلز به ایستگاه های بعدی منتقل شود چرا که در غیر این صورت دمای مذاب به سرعت کاهش یافته و برای شکلدهی مناسب نخواهد بود. بسیاری از صنایع مهم نظیر صنایع ذوب فلز و آلیاژ، پلاستیک، فرایندهای پتروشیمی و … از این سیستم تبعیت میکنند.
یکی از مهمترین مسائل در مدیریت تولید و به طبع آن زمانبندی یک سیستم تولیدی تعیین استراتژی تولید است. به این معنی که محصول تولیدی برای برآورده کردن نیاز یک مشتری خاص ساخته میشود یا به عبارتی تولید برای سفارش است یا برای تامین نیازهای بازار ساخته میشود و پس از تولید به انبار میرود یا به عبارتی تولید برای ذخیره است. از آنجا که زمان رسیدن سفارش در سیستم تولید برای سفارش در دست مشتریان است، تحویل به موقع و چرخه تولید کوتاه و واقعی به عنوان فاکتورهای رقابتی اصلی برای بردن سهم بیشتری از بازار شناخته میشوند در حالی که در سیستمهای تولید برای ذخیره بالا بودن نرخ بهرهبرداری، نرخ خروجی، و نرخ رسیدن محصول از فاکتورهای رقابتی اصلی هستند [16]. امروزه در غالب محیطهای صنعتی تلفیقی از دو استراتژی مورد استفاده قرار میگیرد. در این میان چالش اصلی زمانبندی همزمان تمامی کارها است به نحوی که هم نیازهای بازار و هم نیازهای مشتریان به بهترین شکل برآورده شود.
هر سیستم تولیدی به صورت معمول توانایی تولید یک یا چند محصول را دارد. در استراتژی تولید برای سفارش ممکن است سفارش
تحویل شده به مرکز تولیدی به یکی از چند حالت زیر باشد: یا سفارش براساس همان محصولات قابل تولید برای سیستم تعریف شده باشد، که در این حالت سفارش دهنده ترکیبی از محصولات استاندارد تولیدی کارخانه را سفارش داده و موعد تحویل مشخصی را برای آنها تعیین میکند. یا سفارش برای تولید نیاز به انجام تغییراتی در خط تولید معمول سیستم دارد. به عبارت بهتر مشتری خواهان مقداری شخصی سازی در سفارش است. در این صورت ممکن است در زمانهای پردازش یا در تعداد عملیاتهای تولید تغییراتی حاصل شود. و حالت سوم که ترکیبی از دو حالت قبلی است، به این معنی که مشتری تعدادی محصول بدون تغییر و تعدادی محصول همراه با تغییر را سفارش میدهد. از آنجا که سیستم تولیدی مورد بحث در این پژوهش تولید جریانی بدون انتظار بوده و محصولات تولیدی توسط این سیستم نظیر قطعات فولادی یا مواد پتروشیمی عموما دارای استانداردهای بینالمللی هستند، لذا در این پژوهش استراتژی تولید برای سفارش نوع اول مورد بررسی قرار میگیرد.
امروزه با توجه به مختصات بازارهای جهانی و لزوم حفظ توانایی رقابتی برای محیطهای تولیدی مفهوم تولید به موقع به خوبی پذیرفته شده است. تولید به موقع به معنای در نظر گرفتن همزمان هزینههای ناشی از تولید زودتر از موعد یا زودکرد و هزینههای دیرکرد است. از آنجا که مفاهیم مربوط به تولید به موقع در غالب هزینه بیان میشوند، به کارگیری این مفاهیم در مسائل زمانبندی اغلب در توابع هدف مدل ریاضی نمود مییابند.
در این تحقیق، مسئله زمانبندی سیستم تولید جریانی بدون انتظار منعطف با محدودیت زمانی ظرفیت تولید روی ماشین آلات و درنظر گرفتن استراتژی ترکیبی تولید برای سفارش و تولید برای ذخیره با هدف حداقل کردن مجموع هزینههای ناشی از رد سفارشات، تحویل ناقص سفارشات و زودکرد و دیرکرد وزنی مورد بررسی قرار میگیرد. یک مدل برنامه ریزی غیرخطی برای این مسئله ارائه میشود. همچنین دو الگوریتم فراابتکاری سیستم ایمنی مصنوعی و تبرید شبیهسازی شده با رویکرد تئوری ابری[14] برای حل این مسئله ارائه میگردد.
1-3. اهداف تحقیق
از آنجا که سیستم تولید جریانی بدون انتظار برای تولید محصولات استراتژیکی همچون صنایع فولاد و ذوب فلزات و پتروشیمی کاربرد دارد، تلاش در جهت بهرهبرداری کارا از سیستم تولیدی ضروری به نظر میرسد. براین اساس، این تحقیق با هدف کاهش فاصله میان مطالعات تئوریک حوزه زمانبندی و مسائل واقعی دنیای صنعت انجام میگردد. لذا، یک مدل ریاضی جدید برای مسئله سیستم تولید جریانی منعطف بدون انتظار با محدودیت ظرفیت تولید و استراتژی ترکیبی مدیریت تولید ارائه میشود. به علاوه جهت یافتن توالی بهینه کارها دو الگوریتم فراابتکاری سیستم ایمنی مصنوعی و تبرید شبیهسازی شده با رویکرد ابری برای مسئله مذکور پیادهسازی میشوند.
1-4. مفروضات مسئله
مفروضات حاکم بر مدل ریاضی ارائه شده برای مسئله مورد بحث به شرح زیر است:
- تمام ماشینآلات در لحظه صفر در دسترس خواهند بود و برای آنها هیچگونه خرابی متصور نیست.
- بیکاری ماشینالات مجاز است.
- هر ماشین در هر لحظه تنها توانایی پردازش یک کار را دارد.
- ماشینهای موجود در هر ایستگاه کاری از نظر عملکرد و سرعت کاملا یکسان هستند.
- ماشینهای موجود در هر ایستگاه کاری دارای محدودیت زمانی هستند. به این معنی که در زمان مشخصی پس از لحظه صفر از دسترس خارج میشوند. در نتیجه هر ایستگاه کاری دارای محدودیت زمانی مشخصی است.
- کارهایی که تحت استراتژی تولید برای ذخیره ساخته میشوند در لحظه صفر در دسترس خواهند بود.
- سفارشات در لحظه تحویل به سیستم تولیدی در دسترس خواهند بود.
- هر کار در تمام مدت پرداش خود در هر ایستگاه تنها مجاز به حضور روی یک ماشین است و برش کارها مجاز نخواهد بود.
- زمانهای پردازش، نصب و ضرایب هزینههای زودکرد، دیرکرد و رد یا ناقص بودن سفارشات معین هستند.
[1] scheduling
[2] Flow Shop
[3] Parallel
[4] No-wait
[5] Flexible
[6] Production Management
[7] Make To Order (MTO)
[8] Make To Stock (MTS)
[9] Just In Time (JIT)
[10] Earliness
[11] Tardiness
[12] Meta-heuristic Algorithm
[13] Artificial Immune System (AIS)
[14] Cloud Theory-based Simulated Annealing (CSA)
فرم در حال بارگذاری ...
[سه شنبه 1399-11-21] [ 10:42:00 ب.ظ ]
|