فصل اول

کلیات تحقیق

۱-۱- مقدمه

تکنولوژی گروهی[۱] یک فلسفه تولیدی مبتنی بر سازماندهی و گروهبندی وظایف مشترک با هدف بهبود بهرهوری سیستم تولیدی است. تولید سلولی[۲] یکی از مهمترین کاربردهای تکنولوژی گروهی است که سلولهای تولیدی را به طریقی تشکیل میدهد که هر خانواده قطعات[۳] در یک سلول توسط یک گروه معین از ماشینهای مربوط به آن سلول (سلول ماشینی[۴]) پردازش شوند. تولید سلولی یک استراتژی تولیدی نوآورانهای میباشد که در سیستمهای تولیدی مدرنی همچون سیستمهای تولید منعطف[۵] و تولید بهنگام [۶] 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 سلول[۷] ، چیدمان سلول[۸] 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: ۱) تعیین چیدمان سلولها در سطح کارگاه[۹] و ۲) مشخص کردن چیدمان ماشینها در هر سلول[۱۰] ، که هر دو با هدف کاهش زمان جابجاییها صورت میگیرند و در نهایت مدیریت سلول به موضوعات برنامهریزی همچون زمانبندی سلولی[۱۱] 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.

۱-۲- 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 وو[۱۲] [۱] 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 آرکات[۱۳] [۲] 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 [۲۹] 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 مواد[۱۴] [۳] دارد و همچنین کاهش زمان جابجایی بین سلولی[۱۵] به دلیل نزدیکی سلولها [۴]، چیدمانی مناسب است. در نهایت برای حل مدل از الگوریتم ژنتیک استفاده نمودهایم.

۱-۳- 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.

۱-۴- 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.

۱-۵- 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 پیشنهادات برای انجام تحقیقات آتی میپردازیم.

فصل دوم

مرور ادبیات

۲-۱- مقدمه

در جهان رقابتی امروز، قدرت مزیت رقابتی بر مبنای کیفیت بالای محصول، در حالیکه اکثر شرکتها محصولات خود را بهبود میبخشند، رو به زوال بوده و رفته رفته کیفیت در محیط تولیدی به یک مساله شناخته شده تبدیل میگردد. از این رو شرکتها باید به فکر گزینش سلاح رقابتی جدید باشند تا در آینده نیز بتوانند از مزیت رقابتی بهره گیرند. انعطاف پذیری ابزاری است که میتواند مبنای مزیت رقابتی قرار گیرد. در شرکتهای تولیدی، انعطافپذیری به روشهای گوناگونی محقق میشود و شرکتهایی که روش تکنولوژی تولید انعطافپذیر راب به کار میبندند بیشتر از سایر شرکتها میتوانند در برابر تغیررات سریع بازار، افزایش رضایت مشتری و افزایش سودآوری واکنش نشان دهند. به طوریکه تحقیقات نشان میدهد استفاده از روش تکنولوژی تولید منعطف، سطح رقابت آینده یک سازمان را تعیین میکند.
از طرفی توالی و زمانبندی مؤثر نیز ضرورتی دیگر برای بقا در فضای بازار است. زمانبندی ابزاری است که استفاده از منابع در دسترس را بهینه می‌کند. منابع و کارها در زمانبندی ممکن است انواع گوناگونی داشته باشد. زمان همواره یک محدودیت اساسی بوده است. با توسعه جهان صنعتی، منابع بحرانی‌تر می‌شود. زمانبندی این منابع به افزایش کارایی و بهره‌برداری از ظرفیت، کاهش زمان مورد نیاز برای تکمیل کارها و در نهایت افزایش سوددهی یک سازمان منجر می‌شود. زمانبندی مؤثر منابع مانند ماشین‌ها، نیروی انسانی و غیره در محیط به شدت رقابتی امروز، یک الزام است.

۲-۲- تکنولوژی گروهی

تکنولوژی گروهی به دهه ۱۹۲۰ بر می‌گردد. زمانی که تیلور[۱۶] از یک سیستم طبقه‌بندی برای گروه‌بندی قطعاتی که به عملیات خاص و مشابهی نیاز دارند، استفاده کرد. ‌از تکنولوژی‌ گروهی‌ که‌ اصول‌ علمی‌ آن‌ در سال‌ ۱۹۵۸ میلادی‌ توسط‌ اپیتز[۱۷] در آلمان‌ بنا نهاده‌ شد تعاریف‌ و برداشتهای‌ گوناگونی‌ ارائه‌ گردیده‌ است. بطوری‌ که‌ عده‌ای‌ از صاحبنظران مانند بوربیدج[۱۸] [۵] و دیوید بن عاریه[۱۹] [۶] آن‌ را یک‌ فلسفه‌ تولیدی‌ جدید می‌دانند که‌ معایب‌ دو فلسفه‌ تولید سفارشی‌ و تولید انبوه‌ را حذف‌ و مزایای‌ آنها را در خود جمع‌ کرده‌ است. گروهی‌ دیگر مانند فرازیر، و اسپریگز[۲۰] [۷] آن‌ را یک‌ سیستم‌ تولیدی‌ همانند دیگر سیستم‌های‌ تولید از قبیل‌ تولید ناب، تولید انعطاف‌پذیر و … بر می‌شمرند و برخی مانند جنسن و مالهوترا[۲۱] [۸] نیز به‌ تکنولوژی‌ گروهی‌ فقط‌ به‌عنوان‌ یک‌ نحوه‌ استقرار نگاه‌ کرده‌ و آن را مترادف‌ استقرار سلولی‌ در نظر می‌گیرند. علی‌رغم‌ برداشتهای‌ متفاوت‌ از تکنولوژی‌ گروهی‌ و پیدایش‌ پیشرفتها در زمینه‌ چگونگی‌ به‌کارگرفتن‌ آن‌ طی‌ دهه‌های‌ گذشته‌ اصول‌ علمی‌ آن‌ ثابت‌ بوده‌ و تمامی‌ صاحبنظران‌ آن‌ را استفاده‌ از تشابهات‌ موجود در قطعات‌ برای‌ طراحی‌ و تولید بهتر محصولات‌ می‌دانند.
‌تکنولوژی‌ گروهی‌ با تشکیل‌ خانواده‌ قطعات‌ آغاز می‌گردد. از این‌ رو قطعاتی‌ که‌ خصوصیات‌ طراحی‌ و تولیدی‌ مشابهی‌ دارند به‌ روشهای‌ مختلف‌ کیفی‌ از قبیل‌ روش‌ بازرسی‌ چشمی[۲۲] ، روش‌ تجزیه‌ و تحلیل‌ جریان‌ تولید[۲۳] و… یا روشهای‌ کمی‌ برمبنای‌ ضرایب‌ شباهت،‌ شناسایی‌ و در یک‌ خانواده‌ قرار می‌گیرند و هر خانواده‌ در یک‌ سلول‌ تولید می‌گردد که‌ انواع‌ ماشینهای‌ مورد نیاز غیرمشابه‌ در آن‌ وجود دارند.
‌بدین‌ ترتیب‌ به‌کارگیری‌ تکنولوژی‌ گروهی‌ مستلزم‌ تغییراتی‌ اساسی‌ شامل‌ آرایش‌ مجدد دستگاهها و ماشین‌آلات‌ از یک‌ نحوه‌ استقرار وظیفه‌ای به‌ یک‌ سری‌ استقرارهای‌ محصول‌گرا است.
‌به ‌دلیل‌ اینکه‌ در تولید سلولی‌ همه‌ قطعاتی‌ که‌ در یک‌ سلول‌ تولید می‌شوند، مشابه‌ هستند، زمانهای‌ راه اندازی نسبتاً‌ کوتاه‌ است‌ و این‌ زمانهای‌ راه اندازی کوتاهتر اندازه‌های‌ دسته‌ کوچکتر را از نظر اقتصادی‌ توجیه‌ می‌کند. دلیل‌ مطلوبیت‌ دسته‌های‌ کوچکتر بدین‌خاطر است‌ که‌ منجر به‌ مزایایی‌ از قبیل‌ زمانهای‌ انتظار کوتاهتر، کار در جریان‌ فرآیند، نیازمندیهای‌ فضایی، دورریختگی‌ و اصلاح‌ کمتر و در نهایت‌ کاهش‌ هزینه‌ها می‌گردد.