وزارت علوم، تحقیقات و فناو
باشد که حاصل تلاشم نسیمگونه غبار خستگیتان را بزداید.
بوسه بر دستان پرمهرتان.
چکیده
سیستمهای تولید سلولی برای بهبود کارایی و انعطافپذیری تولید مورد استفاده قرار گرفتهاند. طراحی یک سیستم تولید سلولی شامل سه تصمیمگیری مهم میباشد: تشکیل سلول (CF)، چیدمان سلولی (CL) و زمانبندی سلولی (CS). این سه فاکتور با هم در ارتباط بوده و بر یکدیگر تاثیر میگذارند. در این تحقیق یک مدل یکپارچه به طور همزمان به این سه زیر مساله پرداخته در حالیکه در بخش چیدمان سلولی با در نظر گرفتن سلول به عنوان واحد مستقل آنها را در دو نوع چیدمان خطی تک ردیفی و خطی دو ردیفی مورد بررسی قرار داده و یک چیدمان مناسب و کارا با هدف حداقل نمودن زمان تکمیل کارها پیشنهاد شده است. برای حل مدل یکپارچه طراحی سلول در مقیاسهای واقعی یک الگوریتم ژنتیک توسعه یافته است. یک مثال برای اعتبارسنجی مدل و همچنین آشنایی با رویکرد مدل در نرم افزار لینگو حل و نتایج آن تشریح شده است. نتایج حاصل از این مطالعه نشان میدهد هنگام طراحی سلول با استفاده از این مدل یکپارچه، چیدمان سلولی خطی دو ردیفی در مقایسه با خطی تک ردیفی که معمولتر است، نتایج بهتری خواهد داشت.
واژگان کلیدی: تولید سلولی، تشکیل سلول، چیدمان سلولی، زمانبندی گروهی، الگوریتم ژنتیک
فهرست مطالب
عنوان شماره صفحه
فصل اول کلیات تحقیق
1-1- مقدمه 2
1-2- بیان مساله 3
1-3- هدف انجام تحقیق 5
1-4- ضرورت انجام تحقیق 5
1-5- ساختار تحقیق 6
فصل دوم مرور ادبیات
2-1- مقدمه 8
2-2- تکنولوژی گروهی 9
2-2-1- کاربرد کدگذاری در تکنولوژی گروهی‌ 10
2-2-2- نتایج‌ انعطاف‌پذیری‌ 11
2-3- تولید سلولی 16
2-3-1- مزایا و معایب تولید سلولی 24
2-4- زمانبندی 34
2-4-1- مدل‌های زمانبندی 39
2-5- مروری بر مسائل تولید سلولی با رویکردهای تشکیل سلول، چیدمان سلول و زمانبندی گروهی 43
فصل سوم روش تحقیق
3-1- مقدمه 53
3-2- مفروضات 54
3-3- نمادهای مدل 55
3-3-1- اندیسها 55
3-3-2- پارامترهای ورودی 56
3-3-3- پارامترهای خروجی 56
3-3-4- متغیرهای تصمیمگیری 57
3-4- مدل ریاضی 57
4-4- تشریح مدل 57
3-2- روش حل با استفاده از الگوریتم ژنتیک 61
3-2-1- آشنایی با الگوریتم ژنتیک 61
3-2-1-1- مقدمه 61
3-2-1-2- زمینه های بیولوژیکی 63
3-2-1-3- فضای جستجو 64
3-2-1-4- مسائل NP 65
3-2-1-5- مفاهیم اولیه در الگوریتم ژنتیک 67
3-2-1-5-1- اصول پایه 67
3-2-1-5-2- شمای کلی الگوریتم ژنتیک 67
3-2-1-5-3- کد کردن 69
3-2-1-5-4- روش های کدینگ 70
3-2-1-5-5- کروموزوم 73
3-2-1-5-6- جمعیت 73
3-2-1-5-7- مقدار برازندگی 74
3-2-1-5-8- عملگر تقاطع 75
3-2-1-5-9- عملگر جهش 77
3-2-1-5-10- روش های انتخاب 77
3-2-1-6- ارائه الگوریتم پیشنهادی 80
3-2-1-7- نمایش کروموزوم 80
3-2-1-8- ایجاد جمعیت اولیه 82
3-2-1-9- تابع برازندگی 82
3-2-1-10- انتخاب 83
3-2-1-11- تقاطع 83
3-2-1-12- جهش 86
3-2-1-13- معیار توقف 86
فصل چهارم محاسبات و تحلیل نتایج
4-1- مقدمه 88
4-2- اعتبارسنجی و ارائه مثال عددی 88
4-3- نتایج محاسباتی و تحلیل آنها 93
فصل پنجم نتیجهگیری و پیشنهادات
5-1- نتیجهگیری 100
5-2- پیشنهادات برای تحقیقات آتی 100
پیوست
کد الگوریتم ژنتیک در نرم افزار متلب 103
منابع و مراجع 109
فهرست جداول
عنوان شماره صفحه
جدول ‏2‏1. مزایای CM بعد از دو ماه عملیات [31] 28
جدول ‏22. منفعتهای گزارش شده از تولید سلولی در [15] 30
جدول ‏2‏3. بهبودهای عملکرد گزارش شده در [13] 31
جدول ‏2‏4. خلاصهای از مرور ادبیات 49
جدول ‏3‏1. نمایش جواب مساله توسط کروموزوم 80
جدول ‏3‏2. مثالی از تقاطع مورد استفاده 85
جدول ‏4‏1. اطلاعات اولیه مثال 90
جدول ‏42. مقایسه زمانی بین حل با لینگو و حل با الگوریتم GA 94
فهرست شکلها
عنوان شماره صفحه
شکل ‏21. محیط تولیدی تولید کارگاهی [9] 18
شکل ‏22. خط تولیدی خط جریان [9] 19
شکل ‏23. سیستم تولید سلولی [9] 22
شکل 2‏4. چیدمان سلولی پایه الف) چیدمان خطی تک ردیفی ب) چیدمان خطی دو ردیفی 50
شکل ‏3‏1. چیدمان سلولها و ماشینها 54
شکل ‏3‏2. نمونه ای از فضای جواب 65
شکل ‏3‏3. کدینگ باینری 70
شکل ‏3‏4. کدینگ جهشی 71
شکل ‏3‏5. کدینگ ارزشی 71
شکل ‏3‏6. کدینگ درختی 72
شکل ‏3‏7. فضای کدینگ وفضای جواب 73
شکل ‏3‏8. مثالی از عمل جابجایی تک نقطهای 75
شکل ‏3‏9. تقاطعی دو نقطه ای 76
شکل ‏3‏10. عمل تقاطعی یکنواخت 76
شکل 3‏11. چرخ رولت 78
شکل 312. انتخاب تورنامنت 79
شکل ‏41. نمایی از تشکیل سلول و چیدمان سلولی مثال حل شده 92
شکل ‏4‏2. نمای گانت مثال حل شده 92
فصل اول
کلیات تحقیق
1-1- مقدمه
تکنولوژی گروهی1 یک فلسفه تولیدی مبتنی بر سازماندهی و گروهبندی وظایف مشترک با هدف بهبود بهرهوری سیستم تولیدی است. تولید سلولی2 یکی از مهمترین کاربردهای تکنولوژی گروهی است که سلولهای تولیدی را به طریقی تشکیل میدهد که هر خانواده قطعات3 در یک سلول توسط یک گروه معین از ماشینهای مربوط به آن سلول (سلول ماشینی4) پردازش شوند. تولید سلولی یک استراتژی تولیدی نوآورانهای میباشد که در سیستمهای تولیدی مدرنی همچون سیستمهای تولید منعطف5 و تولید بهنگام 6 بکار گرفته شده است. تولید سلولی با گروهبندی، تولید و مدیریت قطعات و ماشینهایی که مشخصههای مشابه و نزدیک به هم دارند، میتواند از تولید دستهای به سمت تولید انبوه حرکت کند و در عین حال درجه بالایی از انعطافپذیری را همچون تولید کارگاهی حفظ نماید. از میان مزایای متعددی که سیستم تولید سلولی به همراه دارد میتوان به مواردی چون سادهسازی جریان مواد، کاهش زمان راهاندازی، کاهش میزان موجودی در جریان، کاهش زمان تکمیل کار، کنترل بهتر و نرخ ضایعات کمتر اشاره نمود.
تشکیل سلول7 ، چیدمان سلول8 و مدیریت سلول سه گام مهمی هستند که در طراحی موفق یک سیستم تولید سلولی باید در نظر گرفته شوند. تشکیل سلول شامل تعیین خانواده قطعات و سلولهای ماشینی با هدف کاهش زمان جابجایی بین سلولی قطعات میباشد. طراحی یک چیدمان سلولی که شامل دو بخش است: 1) تعیین چیدمان سلولها در سطح کارگاه9 و 2) مشخص کردن چیدمان ماشینها در هر سلول10 ، که هر دو با هدف کاهش زمان جابجاییها صورت میگیرند و در نهایت مدیریت سلول به موضوعات برنامهریزی همچون زمانبندی سلولی11 میپردازد. در زمانبندی سلولی، مساله زمانبندی خانواده قطعات و هر قطعه منحصربفرد مورد توجه قرار دارد. ارتباطات بین این سه تصمیمگیری نقش مهمی را در طراحی یک سیستم تولید سلولی بازی میکند.
1-2- بیان مساله
در اکثر مطالعات انجام شده در حوزه سیستمهای تولید سلولی، تنها برای حل یکی از سه موضوع ذکر شده (CF,CL,CS) تلاشهایی صورت گرفته است و برخی از تحقیقات به حل دو یا هر سه فاکتور به صورت متوالی و پی در پی پرداختهاند. این رویکردها راه حلهایی را ایجاد میکنند که احتمالا برای یکی از این سه مساله کارایی دارند در حالیکه برای سیستم کلی رضایتبخش نیستند. این رخداد به دلیل تاثیر این سه زیر مساله بر روی یکدیگر در هنگام طراحی سیستم تولید سلولی میباشد.
تنها مدل یکپارچه ریاضی که در آن تشکیل سلول، چیدمان سلولی و زمانبندی به طور همزمان در نظر گرفته شده است توسط وو12 [1] ارائه شد، اما در مدل و الگوریتم حل آنها چیدمان سلولی به روش صحیحی مشخص نمیشود و سلولها ممکن است با یکدیگر همپوشانی داشته باشند. در مدل آرکات13 [2] علاوه بر اینکه همه مفروضات و مزایای مدل قبلی حفظ شد، مشکل همپوشانی سلولها رفع گردید و موقعیت (مختصات) ماشینها به طور دقیق تعیین شد.
از آنجاییکه در سیستم تولید سلولی فاکتور جابجایی بین سلولی به لحاظ زمان و هزینه از اهمیت بالایی برخوردار است [29] به واسطه آن موقعیت سلولها نسبت به هم و فاصله آنها از یکدیگر در هنگام تشکیل سلول مهم میباشد.
در مدل پیشنهادی، ما بر آن هستیم که با طراحی مدل یکپارچه تشکیل سلول با چیدمان سلول و زمانبندی عملیاتها در سیستم تولید سلولی با هدف حداقل کردن زمان تکمیل کارها علاوه بر توجه به عدم همپوشانی سلولها و مشخص کردن موقعیت دقیق ماشینها، به تعیین چیدمان بهینه خود سلولها به طور مستقل در مدلسازی خود بپردازیم و نحوه قرارگیری بهینه سلولها را در کنار هم، مشخص نماییم. در این مدل چیدمان سلولها را به صورت خطی دو ردیفی در نظر گرفتهایم چراکه این چیدمان به دلیل انعطافپذیری که برای کار کردن با تجهیزات جابجایی مواد14 [3] دارد و همچنین کاهش زمان جابجایی بین سلولی15 به دلیل نزدیکی سلولها [4]، چیدمانی مناسب است. در نهایت برای حل مدل از الگوریتم ژنتیک استفاده نمودهایم.
1-3- هدف انجام تحقیق
هدف این تحقیق، ارائه یک مدل یکپارچه است که به طور همزمان سلولهای تولیدی را تشکیل داده، چیدمان ماشینها و سلولها را تعیین کرده و عملیاتها را زمانبندی مینماید. تمامی این فرآیندها با هدف حداقل کردن زمان تکمیل کارها صورت میگیرند. برای حل این مساله از الگوریتم فراابتکاری ژنتیک استفاده شده است.
1-4- ضرورت انجام تحقیق
در دنیای رقابتی کنونی، ضرورت کاهش هزینهها و زمان تولید بیش از پیش احساس میشود. در صورت کاهش هزینههای تولید، قیمت تمام شده کالا نیز کاهش مییابد و اگر زمان تولید کاهش یابد به سبب آن زمان پاسخگویی به سفارش مشتری نیز کاهش خواهد یافت. با توجه به اینکه سیستم تولید سلولی به عنوان راه حل موثر برای تولید اقتصادی طیف وسیعی از قطعات در سطح جهانی مطرح است، لذا توسعه روشهایی برای طراحی سیستم تولید سلولی و اجزای آن با در نظر گرفتن معیارها و ویژگیهای مهم در فضای صنعتی اهمیت مییابد. با توجه به اهمیت جابجایی بین سلولی در سیستمهای تولید سلولی به لحاظ دو فاکتور زمان و هزینه نحوه استقرار و فاصله سلولها در هنگام تشکیل سلول را میباست مورد ملاحظه قرار داد. به همین منظور لازم است در هنگام طراحی یک سیستم تولید سلولی به چیدمان سلولها و نحوه استقرار آنها توجه شود تا مساله واقعیتر جلوه نماید. بنابراین در این تحقیق سعی داریم در طراحی سیستم تولید سلولی به موازات فرآیند تشکیل سلول ، تعیین موقعیت ماشینها و زمانبندی عملیاتها به تعیین چیدمان بهینه سلولها بپردازیم.
1-5- ساختار تحقیق
ساختار این تحقیق به شرح زیر میباشد :
در فصل دوم به مرور ادبیات موضوع پرداخته و با اشاره به انواع سیستمهای تولیدی، تکنولوژی گروهی را شرح داده و مزایا و معایب سیستم تولید سلولی را شرح میدهیم. در ادامه به موضوع زمانبندی و مدلهای زمانبندی میپردازیم و در انتها مروری بر مسائل تولید سلولی با سه رویکرد تشکیل سلول، چیدمان سلول و زمانبندی خواهیم داشت.
در فصل سوم مدل ریاضی پیشنهادی به طور کامل به همراه فرضیات و تشریح آن ارائه میگردد. سپس با اشاره به مفاهیم اولیه الگوریتم ژنتیک، روش حل این مدل با استفاده از این الگوریتم بیان میشود.
نتایج محاسباتی و تحلیل نتایج در فصل چهارم به همراه یک مثال عددی به منظور آشنایی با مدل و اعتبارسنجی آن ذکر میگردد.
در پایان در فصل پنجم به نتیجهگیری و ارائه

مطلب مرتبط :   منابع پایان نامه با موضوعoC، (2CH),، (CH),

Written by 

دیدگاهتان را بنویسید