ارائه چیدمان های بهبود دهنده در واحدهای صنعتی به کمک روش های متاهیوریستیک

بررسی موضوعی این اثر علمی
در گذشته بسیاری از واحدهای تولیدی بدون در نظر گرفتن فاکتورها و شاخص های مهندسی طراحی می شد. با گذشت زمان و پیشرفت تکنولوژی، محدودیت ها نیز پیشرفته تر شدند به طوریکه مدیران و تصمیم گیرندگان را بیش از پیش به رعایت نمودن ملزومات و مشخصه های مهندسی سوق داده است[۱].
ازجمله فاکتورهای مهندسی یاد شده می توان به چیدمان ماشین آلات در ایستگاه های کاری اشاره نمود. هدف از ارائه یک چیدمان بهینه ممکن است کاهش هزینه های استقرار، کاهش هزینه های جابجایی و یا هر دو مورد باشد. و اغلب تعداد ایستگاه ها و تجهیزات برابر می باشند.
مسئله استقرار ماشین آلات در ایستگاه ها به مسئله تخصیص درجه دو(QAP) شهرت یافته است، چرا که تابع هدف مورد استفاده در این مدل غیرخطی و از درجه دوم می باشد[۲]. به بیان ساده تر در مسائل تخصیص خطی فرض جمع پذیری برقرار است اما در مسئله QAP این فرض برقرار نیست. بنابراین برای حل آن از الگوریتم های دقیق مرتبط با مسائل تخصیص نمی توان استفاده نمود.
در حالت کلی(یعنی برای مسائل با ابعاد بزرگ) مساله QAP به دلیل قرارگیری در گروه مسائل NP-Hard دارای راه حل دقیق نبوده و اغلب از الگوریتم های ابتکاری برای حل آن استفاده می شود[۶].
تلاش های زیادی برای حل QAP صورت گرفته است که هریک به نوعی در صدد هموار نمودن مشکلات پیرامون مسئله بر آمده اند. ازجمله راه کارهای آزموده شده برای حل مسئله تخصیص درجه دوم می توان به روش برنامه ریزی پویا، روش صفحه برش و همچنین روش انشعاب و تحدید اشاره نمود. روش انشعاب و تحدید نسبت به دو روش قبل عملکرد بهتری را از خود نشان داده است[۳-۵]. از جمله مشکلات هر سه روش مذکور عدم توانایی حل مسائل با ابعاد بزرگ می باشد. به بیان دیگر با افزایش تعداد ماشین ها و ایستگاه ها فضای جواب بزرگتر شده و زمان کشف جواب های بهینه به شدت افزایش می یابد.عمدتا استفاده از الگوریتم های گفته شده برای مسائل بیش از n=۱۵ امکان حل مسئله با استفاده از روش های مذکور وجود نخواهد داشت[۵۵].
در این شرایط(n>۱۵) می توان از الگوریتم هایی نظیر الگوریتم های ابتکاری و یا فراابتکاری نظیر الگوریتم ژنتیک استفاده نمود [۷].
اما الگوریتم ژنتیک هم که خود پایه و اساس بسیاری از الگوریتم های فراابتکاری می باشد در بسیاری از موارد کارایی خود را برای حل مسئله از دست می دهد و در اکسترمم های محلی گیر می کند[۸].
درواقع به طور خلاصه می توان گفت، هدف از انجام تحقیق پیشنهادی ارائه یک چیدمان بهینه دقیق برای استقرار ماشین آلات در ایستگاه های کاری مختلف با چندین محدودیت در یک کارگاه صنعتی می باشد. هرچند تحقیقات زیادی در این راستا صورت پذیرفته، اما در این تحقیق ها غالبا امکان استقرار همه ماشین آلات در همه ایستگاه ها وجود داشته است. این درحالیست که در دنیای واقعی چنین امری همواره امکان پذیر نیست. لذا در تحقیق پیشنهادی ابتدا مدل ریاضی توصیف کننده شرایط جابجایی ها در کارگاه تعریف می شود و سپس در مرحله دیگری به حل مسئله ساخته شده به کمک نرم افزار قدرتمند گمز پرداخته می شود. کارگاه مذکور در حال حاضر از یک چیدمان سلیقه ای برخوردار می باشد و به نظر می رسد که هیچیک از عوامل کلیدی استقرار ماشین آلات از قبیل هزینه های حمل و نقل، میزان تردد در مسیر ها در آن لحاظ نشده است.
۱-۲ اهمیت و ضرورت تالیف این کتاب
در گذشته بسیاری از واحدهای تولیدی ایرانی بدون در نظر گرفتن فاکتورها و شاخص های مهندسی طراحی می شد و همین امر هزینه های زیادی را بر سازمان ها تحمیل می نمود و این طراحی های سلیقه ای با روش های سعی و خطا پیامدی جز تنزل بازدهی، کارایی و افزایش ریسک جابجایی را به دنبال نداشت. مسئله طراحی چیدمان یکی از زمینه های مطالعاتی پر کاربرد برای افزایش کارایی منابع در سازمان ها می باشد که تاثیر آن بر قیمت تمام شده بر کسی پوشیده نیست. این امر در خصوص کارگاه های صنعتی که شامل تجهیزات و تعاملات زیادی می باشند مشهودتر است. لذا انتخاب یک چیدمان بهینه در این کارگاه ها امری ضروری و مهم به نظر می رسد که برای دستیابی به طراحی چیدمان مناسب لازم است معیارهای کمی و کیفی زیادی با یکدیگر تلفیق، و در نظر گرفته شوند. در تحقیق جاری یک رویکرد نسبتا جامع برای مدل کردن مسئله یاد شده و حل آن در کارگاه های صنعتی با شرایطی نظیر شرایط کارگاه مورد مطالعه(ویژگی تولید متنوع یا چند محصولی) ارائه خواهد گردید که با اندک تغییری می تواند در دیگر کارگاه ها و واحدهای صنعتی مورد استفاده قرار بگیرد.
۱-۳ جنبه جدید بودن و نوآوری در این اثر علمی
تحقیقات زیادی پیرامون حل مسئله تخصیص درجه دوم(چه به صورت مطالعه موردی، چه در راستای توصیف مسئله و چه در راستای حل مسئله) جهت جایابی تجهیزات، صورت گرفته است و نهایتا منجر به توسعه الگوریتم هایی فرا ابتکاری مطابق با شرایط مسئله گردیده، اما در این میان کمتر به این مسئله پرداخته شده است که اهمیت نسبی مسیرهای بین ایستگاهی در شرایط تولید محصولات چندگانه چقدر است و چگونه می توان این اهمیت ها را در تعریف مدل ریاضی مسئله مذکور مورد استفاده قرار داد. این مسئله در شرایطی که داده ها غیر قطعی باشند پیچیده تر خواهد شد. بخش عمده ای از این پیچیدگی از نبود داده های کمی نشات گرفته که در این تحقیق به کمک تئوری فازی و رویکردهای شبکه ای فازی سعی در استخراج اهمیت وزنی مسیرهای حمل و نقل بر پایه داده ها و نظرات نادقیق و عمدتا زبانی استفاده خواهد گردید. با توجه به اینکه سازوکار مغز انسان بیشتر بر قضاوت های شهودی-کلامی استوار است لذا به نظر می رسد که رهیافت ذکر شده توان غلبه بر چالش مطرح شده(تعیین وزن های کمی از اهمیت های کیفی کلامی) را دارا می باشد و در راستای ساده سازی مسائل تخصیص درجه دوم در سازمان های مختلف راهگشا می باشد. بنابراین در صورت موفق عمل نمودن رویکرد پیشنهادی یک نوآوری در تعریف و پیاده سازی مسائل تخصیص با پیوندهای شبکه ای محسوب می گردد که تا کنون کمتر به آن پرداخته شده است.
۱-۴ اهداف مشخص این کتاب
ارائه یک رویکرد ساده جهت تعیین اهمیت هریک از مسیرهای حمل و نقل میان ایستگاهی.
تعیین چیدمان بهینه برای کارگاه صنعتی مورد مطالعه، جهت کاهش هزینه، زمان و ترافیک در جابجایی مواد و کالاهای نیمه ساخته.
۱-۵ اهداف کاربردی این کتاب
هدف کاربردی تحقیق جاری یافتن بهترین چیدمان تجهیزات در ایستگاه های کاری موجود در واحد صنعتی مورد مطالعه می باشد.
۱-۶ سؤالات این اثر علمی
محدودیت های استقرار تجهیزات در کارگاه مورد مطالعه چه می باشد؟
چگونه می توان میزان اهمیت مسیرهای بین ایستگاه های کاری را در شرایط تولید چند محصولی تعیین نمود؟
چگونه می توان در شرایط تولید چند محصول مختلف یک چیدمان بهینه برای تجهیزات در ایستگاه های کاری پیدا نمود؟
برای ارائه یک طرح مهندسی بهینه جهت استقرار تجهیزات در ایستگاه ها، بهتر است کدام تجهیز درکدام ایستگاه مستقر شود؟
۱-۷ فرضیه‏های این اثر علمی
تحقیق جاری از نوع مدل سازی ریاضی می باشد و ماهیت آماری ندارد، لذا شامل فرضیه نمی باشد.
۱-۸ تعریف واژه‏ ها و اصطلاحات فنی و تخصصی
بهینه سازی: منظور از بهینه سازی یک سامانه کمینه یا بیشینه کردن تابعی است که این تابع معیاری از عملکرد سامانه می باشد. این عمل در نهایت به بهبود کارایی سامانه می انجامد.
مدل ریاضی: مدل سازی یا مدل سازی ریاضی عبارت است از تلاش برای توسعه یک مدل ریاضی برای یک سامانه مشخص.
مسئله تخصیص: نوع خاصی از مسئله حمل و نقل است که در آن تصمیم گیرنده قصد تخصیص تعدادی کار را به تعدادی از افراد به صورت یک به یک دارد به طوریکه هیچ فردی بیش از یک کار را انجام ندهد و هیچ کاری نیز به بیش از یک نفر اختصاص نیابد. هزینه کل در مسئله تخصیص باید حداقل گردد.
مساله تخصیص درجه دوم: یکی از مسایل بهینه سازی ترکیبی است که هدف آن تخصیص تعدادی تسهیل به تعدادی مکان در شرایط بهینه می باشد.
مکان‌یابی تسهیلات: مسئله مکان‌یابی تسهیلات، شاخه‌ای از مسائل تحقیق در عملیات و هندسی محاسباتی می‌باشد که بر روی یافتن بهترین مکان برای تسهیلات به طوری که هزینه حمل و نقل را به حداقل برساند، تمرکز دارد.