برنامه ریزی و زمانبندی[1] یک فعالیت بسیار معمول در صنعت و عملیات غیرصنعتی است. هر روز، جلسات برنامه ریزی میشوند. ضربالعجلهایی برای انجام پروژه ها و کارها تعیین می شود. خدمات تعمیر و نگهداری و عملیات برنامه ریزی میشوند. بازیهای ورزشی برنامه ریزی و زمانبندی میشوند.
برنامه ریزیهای مناسب اجازه میدهد تا فعالیتهای مختلف، شغلها و یا وظایف به شیوهای سازمانیافته اجرا شوند. نمونه ای از این فعالیتها میتوان به مراحل مختلف یک پروژه تحقیقاتی، وظایف یک پرستار در طول یک روز کاری، عملیات تولید و موارد دیگر اشاره کرد که می تواند هدفهایی همچون به حداقل رساندن زمان تکمیل کارها، حداقل کردن تاخیر فعالیتهایی که نمیتوانند به موقع تکمیل شوند و دیگر موارد را به دنبال داشته باشد.
دلیل بسیاری از پیشرفتهای علم زمانبندی بواسطه محیطهای صنعتی و استفاده این علم در صنعت است. به طور طبیعی در بیان مفاهیم زمانبندی از واژه های بکار رفته در صنعت استفاده می شود. که در آن منابع با عنوان ماشین و فعالیتها به عنوان کار شناخته میشوند. بطوریکه کارها اغلب به وسیله مجموعه ای از ماشینها در ایستگاههای مختلف کاری با توالی مشخص پردازش میشوند.
در مسائل زمانبندی تخصیص مناسب کارها به ماشینها با توجه به محدودیتهای موجود و رسیدن به یک جواب مناسب از اهمیت خاصی برخوردار است. کوچکترین مسئله زمانبندی را میتوان مسئله تکماشینه[2] عنوان کرد. در این مسئله یک ماشین وجود دارد که عموما در مسائل به عنوان گلوگاه شناخته می شود و باید کارها را به این ماشین با توجه به محدودیتهای موجود طوری اختصاص داد که به یک جواب معقول و مناسب برسیم و حداکثر کارایی را داشته باشیم. حالت بزرگتر مسائل زمانبندی، زمانبندی مسائل چندماشینه شامل سیستمهای موازی، سیستمهای متوالی و سیستمهای ترکیبی میباشند. در سیستمهای موازی چندین ماشین به صورت موازی در کنار هم قرار گرفتهاند و هر کار بر روی یکی از ماشینها پردازش می شود. ولی در سیستمهای متوالی و ترکیبی، کارها با انجام چند عملیات بر روی ماشینها پردازش میشوند و ساختار پیچیدهتری نسبت به مسائل دیگر دارند.
در این تحقیق، به بررسی مسئله زمانبندی ماشینهای موازی با سرعتهای مختلف[3] پرداخته می شود. مسائل ماشینهای موازی با سرعتهای مختلف حالت عمومی یافته مسائل تکماشینه و حالت خاصی از مسائل ماشینهای متوالی منعطف محسوب میشوند. در بخشهای آتی این فصل، شرح تفصیلی مسئله مورد بررسی این تحقیق ارائه می شود.
1-2. تعریف مسئله
ماشینهای موازی به عنوان یکی از زیرمجموعههای اصلی و پایه در زمانبندی از جایگاه ویژه ومهمی برخوردارند و همواره زمانبندی این مدل بر مبنای معیارهای عملکرد مختلف مورد نظر بوده است. با این توجه که، عموم روشهای حل در مدلهای پیچیده تر مانند مدل ماشینهای
متوالی منعطف بر مبنای راهکارهای مدلهای سادهتر از جمله ماشینهای موازی استوار است ]1[.
در کارخانهها وقتی ماشینها و دستگاههای جدید خریداری میشوند و در کنار ماشینهای قدیمی قرار میگیرند، تفاوت سرعت بین ماشینهای جدید و قدیمی بوجود می آید که این تفاوت سرعت، مسئله چندین ماشین با سرعتهای متفاوت را بوجود میآورد.
در برخی از محیطهای کاری زمانبندی ماشینهای موازی با سرعت متفاوت، ممکن است که تمامی ماشینها نتوانند تمامی کارها را پردازش کنند که در این حالت هر کار توسط مجموعه ای از ماشینها می تواند انجام شود که به آن محدودیت مجموعه پردازش[4] میگویند.
در بسیاری از محیطهای کاری انسان به عنوان عنصر اصلی بهشمار میرود. در فعالیتهایی که انسان در آن سهم بسزایی دارد مسئله یادگیری بسیار مهم است و تاکنون در اکثر مقالات فرض رایج بر این بوده که زمان پردازش کارها ثابت و مستقل از توالی است. درحالیکه در بسیاری از موارد عملی با تکرار کارهای مشابه (و یا متفاوت)، توانایی ومهارت اپراتور افزایش و در نتیجه آن، زمان پردازش کارها کاهش مییابد. این امر باعث بهبود مستمر عملکرد تسهیلات تولیدی مخصوصا نیروی انسانی می شود که به آن تأثیر یادگیری[5] میگویند. که از جمله این فعالیتها میتوان به تمامی کارهایی که سیستم دستی را شامل می شود مثلا راهاندازی ماشینآلات، تمیز کردن ماشین و زمان آماده سازی[6] اشاره کرد .
در مسائل زمانبندی کلاسیک عموما با درنظر گرفتن این فرض که زمانهای آماده سازی در مقایسه با زمان پردازش کوچک و یا اینکه مستقل از توالی پردازش کارها بر روی ماشینها هستند، زمان آماده سازی را نادیده گرفته و یا آن را به زمان پردازش اضافه میکردند. اما با اینوجود، در بسیاری از محیطهای صنعتی یک زمان آماده سازی وابسته به توالی[7] هنگام تعویض کارها بر روی ماشینها به وقوع میپیوندد ]17[. در این شرایط، زمان آماده سازی به عنوان بخشی مجزا از زمان پردازش در نظر گرفته می شود که مقدار آن علاوه بر نوع کاری که بر روی ماشین پردازش خواهد شد، به نوع کار قبلی که بر روی ماشین پردازش شده نیز بستگی دارد. تلقی زمان آماده سازی به صورت مجزا از زمان پردازش در بیشتر تکنیکهای مدیریت تولید نوظهور نظیر تولید بهموقع[8]، تکنولوژی گروهی[9] و تولید سلولی[10] مورد استفاده قرار میگیرد.
در محیطهای کسب و کار حاضر، رقابت شرکتهای تولیدی از طریق قابلیت آنها برای پاسخگویی سریع به تغییرات سریع زمینه تجاری و تولید محصولات با کیفیت بالاتر و هزینهای کمتر تعیین می شود. یکی از راههای رسیدن به این منظور استفاده از مفهوم تولید بهموقع است ]2[. در محیط تولید بهموقع، شرکتها تمایل دارند که تا حدامکان زمان تکمیل کارهایشان به موعد تحویل نزدیک باشد تا از جریمههای زودکرد و دیرکرد بکاهند. در صورتی که یک کار قبل از موعد تحویل تکمیل شود، باید تا موعد تحویل در انبار نگهداری شود لذا هزینه زودکرد به سیستم تحمیل می شود. جریمههای زودکرد به آن دلیل مورد توجه هستند که تا زمانیکه موعد تحویل مشتری فرا برسد، هزینه نگهداری شامل هزینه فساد مواد اولیه (در حالیکه کالاها فاسد شدنی هستند) به سیستم تحمیل می شود. و اگر یک کار بعد از موعد تحویل تکمیل شود، جریمه دیرکرد ناشی از نارضایتی مشتری، جریمه قراردادی یا جریمه از دست دادن اعتبار ایجاد می شود.
در این تحقیق، مسئله ماشینهای موازی با سرعتهای مختلف با در نظر گرفتن محدودیتهای زمان آماده سازی وابسته به کار قبلی، محدودیت مجموعه پردازش و تأثیر یادگیری با هدف کمینهسازی زمانهای زودکرد و دیرکرد کل بررسی می شود. یک مدل برنامه ریزی عدد صحیح برای این مسئله پیشنهاد می شود. همچنین الگوریتمهای ژنتیک[11] و بهینهسازی ازدحام ذرات[12] و تبرید شبیهسازیشده[13] برای حل آن ارائه میگردد.
1-3. اهداف تحقیق
تحقیق حاضر با هدف کاهش فاصله میان پیشرفتهای تئوریک و کاربردهای صنعتی در حوزه علم زمانبندی صورت گرفته است. دراین راستا، یک مدل جدید برای مسئله ماشینهای موازی با سرعتهای متفاوت با محدودیتهای زمان آماده سازی وابسته به توالی، محدودیت مجموعه پردازش و تأثیر یادگیری و معیار بهینهسازی زمانهای زودکرد و دیرکرد کل ارائه می شود. بهعلاوه سه الگوریتم ژنتیک، ازدحام ذرات و تبرید شبیهسازیشده به منظور حل این مدل ارائه میگردد.
1-4. مفروضات مسئله
مفروضات زیر در ارائه مدل مسئله در نظر گرفته می شود:
- تأثیر یادگیری بر زمان پردازش کارها در نظر گرفته شده است.
- هر کار در طول زمان پردازش خود تنها بر روی یک ماشین پردازش می شود و امکان شکست کارها وجود ندارد. به عبارتی دیگر برش در کارها وجود ندارد.
- هر ماشین در هر لحظه قادر به پردازش تنها یک کار میباشد.
- زمان پردازش و زمان آماده سازی کارها مشخص میباشد.
- تمامی کارها در لحظه زمانی صفر آماده پردازش میباشند.
- بیکاری ماشین مجاز است.
- تمامی ماشینها به طور مستمر در دسترس هستند و امکان خرابی ماشینها وجود ندارد.
ماشینها دارای سرعت متفاوتی هستند.
فرم در حال بارگذاری ...