بخشی از مقاله
چکیده
یکی از مسائل برنامه ریزي تولید در سیستمهاي تولیدي انعطاف پذیر - FMSs - مسئله دسته بندي انواع قطعات با توجه به عملیات و ابزار هاي مورد نیاز در پردازش می باشد. از آنجایی که هدف اصلی در سیستمهاي تولیدي انعطاف پذیر، انعطاف پذیري و کارایی بالاتر است؛ براي رسیدن به این خواسته ها، اهداف زیر در حل مسائل مذکور مد نظر قرار گرفته است:تعداد دسته هاي کمتر براي کاهش زمانهاي راه اندازي و آماده سازي دسته ها.انعطاف پذیري بالاتر در مسیرهاي پردازش انواع عملیات در ابتدا، این مسئله با یک مدل برنامه ریزي اعداد صحیح غیر خطی صفر و یک و با اهداف ناسازگارکاهش تعداد دسته ها و افزایش انعطاف پذیري مسیرهاي پردازشی ارائه شده است.
این مدل از لحاظ محاسباتی، بسیار پیچیده و زمانبر می باشند. لذا روشهاي معمول بهینه سازي براي آن فقط به مسائل کوچک محدود می شوند. به همین جهت براي حل مسئله دسته بندي از یک روش ابتکاري با استفاده از مفاهیم ضریب مشابهت ابزاري بین دو دسته استفاده شده است. در خاتمه سه مثال مطرح در مقالات، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.
واژه هاي کلیدي: سیستمهاي تولیدي انعطاف پذیر - FMSs - ، دسته بندي قطعات به دسته هاي سازگار، انعطاف پذیري مسیرهاي پردازش، برنامه ریزي اعداد صحیح غیر خطی صفر و یک، ضریب مشابهت ابزاري بین دو دسته
دسته بندي انواع قطعات در Sخفش
این مسئله با مسئله نوع اول که استک در سال 1983 با عنوان تعیین نوع قطعه معرفی کرده است[1]؛متفاوت است. در مسئله تعیین نوع قطعه برنامه ریز باید یک زیر مجموعه از انواع قطعات را براي تولید همزمان از یک مجموعه از انواع قطعاتی که در سیستم می تواند تولید شود، انتخاب کند. در حالیکه در مسئله دسته بندي فرض بر آن است که مسئله انتخاب انواع قطعات حل شده است و باید انواع قطعات انتخاب شده، به دسته هاي سازگار تقسیم بندي شوند.
مجموعه اي از کارهاي مشخص باید در طول یک دوره تولیدي FMS پردازش شوند. به دلیل پویایی محیط FMS ، وجود محصولات متنوع براي پردازش، تغییرات سریع در تقاضاي بازار و انتظارات مشتریان از محصولات جدید، فشرده شدن رقابت جهانی و … طول سیکل تولید باید کوتاه گردد، تا از این طریق بتوان زمان تحویل کالاها به مشتریان را کاهش داد و محصولات جدید را پردازش نمود.
بنابراین سیاست دستهبندي کارها به دو دلیل زیر در سیستمهاي تولیدي انعطاف پذیر مورد توجه است جهت کنترل و نگهداري بهتر سیستم تولیدي، لازمست کارهاي با تنوع کمتر روي تجهیزات سیستم بارگذاري شوند و به طور همزمان پردازش شوند.
منابع FMS محدود هستند. در اغلب موارد امکان پذیر نخواهد بود که براي انجام همه عملیات مورد نیاز، بتوان تجهیزات را در یک زمان راه اندازي و آماده سازي نمود.با دسته بندي انواع قطعات می توان بعد از اتمام یک دسته، دوباره منابع محدود را براي پردازش آماده کرد و FMS را براي پردازش دسته دیگر، دوباره شکل داد. به عنوان مثال خشاب هر ماشین را دوباره بارگذاري کرد، طرح و خصوصیات پردازش و مسیرهاي پردازشی را تغییر داد، پالتها و فیکسچرها را تعویض کرد و قطعات را دوباره به ماشینهاي مختلف تخصیص داد.
بسیاري از مقالات، هدف از دسته بندي کردن انواع قطعات را حداقل کردن تعداد دسته ها در نظر گرفته اند. در این صورت در هر بار راه اندازي یک دسته، زمان لازم براي تعویض ابزار، فیکسچرگذاري و … کمتر می شود. دسته بندي کمتر از کارها در یک سیستم، به معناي وجود دسته هاي کمتر با تعداد انواع قطعات بیشتر است که ابزارگذاري غیر یکسان و متنوع را در یک زمان مشخص می طلبد.در این صورت ماشینها باید عمومیت بیشتري در ابزارگذاري داشته باشند. در این حالت گروه بندي و تقسیم بندي ماشینها لازم است تا بهره برداري از سیستم بیشتر شود.
دقت در این هدف این نکته را روشن می سازد که با حداقل کردن تعداد دسته ها، اگرچه تعداد دفعات آماده سازي در سیستم کمتر می شود؛ ولی تنوع قطعات در هر دسته افزایش می یابد. در نتیجه تنوع انواع ابزارها و عملیاتی که باید در هر دسته انجام شود، بیشتر می شود. این مسئله باعث می گردد، مسیرهاي پردازش در سیستم بسیار متنوع شود و به دلیل وجود محدودیتهاي منطقی در سیستم مثل محدودیت تعداد ماشینها و تعداد سوراخهاي خشاب؛ انعطاف پذیري مسیر براي پردازش هر نوع عمل در هر دسته بسیار کم شود.
بنابراین آنچه اتفاق می افتد؛ آن است که دیگر نمی توان مسیرهاي انتخابی یا جایگزین براي پردازش هر یک از عملیات روي ماشینها داشت و ماشینها در اکثر موارد یا بیکار می مانند و یا اینکه در اثر انباشته شدن قطعات بلوکه می شوند و گلوگاه بوجود می آورند. بیکاري در اثر نرسیدن قطعه براي برخی از ماشینها و در کنار آن بلوکه شدن برخی دیگر از ماشینها در اثر انباشته شدن قطعات در صف پردازش، نهایتا کل زمان ساخت دسته ها را بالا می برد.از سوي دیگر تنوع کمتر کارها در هر دسته به معناي وجود دسته هاي بیشتر با تعداد کارهاي کمتر و انعطاف پذیري بیشتر در مسیرهاي پردازش است. اگر چه همه انواع انعطاف پذیري مهم هستند، اما از نقطه نظر زمانبندي، انعطاف پذیري مسیر بسیار مهم است.
و در دسترس بودن یک یا چند مسیر براي پردازش یک نوع قطعه، انعطاف پذیري مسیر در سیستم را افزایش می دهد. اما چنین سیاستی براي دسته بندي، زمان تلف شده براي تعویض ابزار و آماده سازي دسته ها را بیشینه خواهد نمود و از این رو در بالا بردن کل زمان ساخت دسته ها موثر خواهد بود.
با توجه به توضیحات ذکر شده، واضح است که هدف حداقل کردن تعداد دسته ها با هدف حداکثر کردن انعطاف پذیري مسیرهاي پردازش در تضاد هستند؛ در حالی که براي رسیدن به هدف حداقل کردن طول دوره تولیدي در سیستم FMS مفروض باید هر دوي آنها به هنگام دسته بندي انواع قطعات در نظر گرفته شوند. پس براي حالتیکه n نوع قطعه در دسترس است، سیاست مناسب براي دسته بندي، باید یک حد میانه قابل قبول از دو هدف ناسازگار حداقل کردن تعداد دسته ها و حداکثر کردن انعطاف پذیري مسیرهاي پردازش باشد.
در نظرگیري این نکته علاوه بر کمتر کردن تعداد دسته ها، کوتاه کردن زمان آماده سازیها براي آنها و افزایش مسیرهاي پردازشی براي عملیات مربوط هر نوع قطعه؛ می تواند در بالانس بارکاري روي ماشینها، زمانبندي راحتر و رسیدن به کل دوره زمانی کمتر موثر باشد.نکته دیگري که باید مورد توجه قرار گیرد، آن است که تعداد انواع ابزارهاي مورد نیاز براي پردازش یک دسته، به تعداد انواع عملیاتی که براي شکل دهی انواع قطعات یک دسته لازم است؛ وابسته است.
اگر تعداد انواع عملیات پردازشی لازم در هر دسته افزایش یابد؛ آنگاه انعطاف پذیري مسیر براي پردازش آنها کاهش می یابد. چون تعداد عملیات مختلف با تعداد انواع قطعاتی که باید در یک دسته پردازش شود مرتبط است؛ بنابراین دسته هایی با تعداد انواع قطعه کمتر، داراي تعداد کمتر از انواع عملیات مختلف و به دنبال آن تعداد انواع کمتر از ابزارها و داراي انعطاف پذیري بیشتر در مسیرهاي پردازش خواهند بود. بنابراین می توان براي رسیدن به هدف حداکثر کردن انعطاف پذیري مسیر، از هدف حداقل کردن تنوع ابزار در هر یک از دسته ها استفاده نمود. استفاده از این هدف امکان بارگذاري مجدد انواع ابزار روي ماشینها را در هر دسته فراهم نموده و منجر به ایجاد مسیرهاي جایگزین براي پردازش عملیات می شود.
مطالعات انجام شده
معمولاً روش دسته بندي درباره مسئله انتخاب نوع قطعه با هدف حداقل کردن تعداد دسته ها همراه است که بر اثر آن زمان تلف شده براي تعویض ابزار حداقل شده است. استک در سال 1983 ، مسئله گروه بندي قطعات و بارگذاري را مدنظر قرار داده است و آنرا به صورت یک مسئله برنامه ریزي اعداد صحیح غیرخطی فرموله کرده است و در سال 1986، به همراه برادا براي حل آن یک روش شاخه و کرانه پیشنهاد کرده اند. هوانگ در سال 1986، حداکثر کردن تعداد انواع قطعه در هر دسته را به عنوان هدف براي مسئله انتخاب نوع قطعه پیشنهاد می کند. لی و همکارانش در 1993، از یک روش دومرحله اي براساس تکنیکهاي GT براي حل مسائل مربوط به دسته بندي و توالی دسته ها استفاده کرده اند.
گوپتا و همکارانش در 1993، یک روش شبیه سازي براي مسائل دسته بندي، گروه بندي و بارگذاري پیشنهاد کرده اند. یکی دیگر از این مطالعات مربوط به سال 1990 است که توسط کو و همکارانش انجام شده است. آنها کوشش نمودند تا چهار زمینه از پنج زمینه تعریف شده توسط استک در 1983 را در نظر بگیرند و به حل مسائل موقعیت ابزار در ماشین، بارگذاري ماشین و دسته بندي در FMS بپردازند.
به طور واضح تر آنها یک مدل برنامه ریزي اعداد صحیح مختلط براي تقسیم بندي انواع قطعات به دسته ها و تخصیص ابزارها به ماشینها، پیدا کردن یک نسبت تولیدي از انواع قطعات و تخصیص عملیات انواع قطعات یک دسته به ماشینها ارائه کردند. بدلیل سنگین بودن حجم محاسبات، آنها از یک روش ابتکاري چهار مرحله اي براي یافتن یک جواب تقریبی از این مسائل، از طریق سه فرمولبندي برنامه ریزي ریاضی استفاده نمودند.
به دنبال آن در سال 1998، نایاك و آچاریا مسائل انتخاب نوع قطعه، بارگذاري ماشین و تعیین حجم انواع قطعات براي تولید را مورد بررسی قرار دادند. آنها از یک روش سه مرحله اي براي حل این مسائل استفاده کردند و کوشش نمودند به جاي روشهاي معمول حداکثر کردن انواع قطعه در هر دسته - یا حداقل کردن تعداد دستهها - به حداکثر کردن مسیرهاي انعطاف پذیر دستهها بپردازند. مقاله دیگري در سال 2004 از بایورگان و سایگین و کیلیک براي مسئله تخصیص ابزارها به ماشینها منتشر شده است که در آن از یک روش ابتکاري براي حل مدل استفاده شده است.
در این روش عمر ابزارها و سایز ابزارها در انتخاب و تخصیص ابزارها به ماشین در نظر گرفته شده است.چان و سوارنکار نیز در سال 2005 یک روش برنامه ریزي آرمانی فازي براي حل مسائل براي مدل انتخاب ابزار و تخصیص قطعات به ماشینها ارائه کرده اند و آن را از طریق روش الگوریتم کلونی مورچگان حل کرده اند.
