پایان نامه برنامه زمان بندی تولید پیشرفته چند دوره ای با تقاضای احتمالی و محدودیت ظرفیت منابع تولیدی

پایان­نامه کارشناسی ارشد

رشته مهندسی صنایع-صنایع

زمستان 92

چکیده

   برنامه‌ریزی تولید در واقع تخصیص و تعیین ترتیب اولویت‌های انجام کارها به صورت بهینه می‌باشد واضح است که برای یک واحد تولیدی حداقل نمودن هزینه و افزایش بهره‌وری اهمیت زیادی دارد بنابراین تنظیم فعالیت­ها در برنامه به منظور حداقل کردن هزینه و افزایش بهره‌وری ضرورت دارد. در نظرگیری تقاضا به صورت متغیر تصادفی نتایج برنامه­ریزی را به واقعیت نزدیک می­کند. در حالتی که مقدار تقاضا متغیر تصادفی باشد مسئله بسیار پیچیده می­شود. در این تحقیق با ارائه یک مدل تعیین اندازه انباشته با ظرفیت محدود [1](CLSP) برای محیط­های احتمالی اندازه انباشته بهینه بدست می­آید تا مجموع کل هزینه­ها بهینه گردد. محصول مورد نظر در طول افق زمان­بندی متناهی و طی چند دوره تولید می­شود که در پایان هر دوره مقداری از آن باید تولید و به مشتریان و بازار عرضه شود. با توجه به شرایط دنیای واقعی و عدم توانایی در تعیین میزان تقاضا به طور دقیق، میزان تقاضا بصورت احتمالی مورد بررسی قرار می­گیرد و در هر دوره تقاضا مستقل از دوره­های دیگر از یک توزیع احتمال پیروی می­کنند. برای حل مدل تعیین اندازه انباشته بهینه با ظرفیت محدود از ترکیب دو الگوریتم حل pdla و کوتاهترین مسیر استفاده شده است که نتایج بدست آمده کارایی این ترکیب را برای حل مسله CLSP نشان می­دهد.

واژگان کلیدی: برنامه­ریزی تولید ، تقاضای احتمالی، مسئله اندازه انباشته با ظرفیت محدود

فصل اول:

مقدمه و کلیات تحقیق

1-1- مقدمه

   برنامه‌ریزی تولید در واقع زمان­بندی و تعیین ترتیب اولویت‌های انجام کارها به صورت بهینه می‌باشد واضح است که برای یک واحد تولیدی حداقل نمودن هزینه و افزایش بهره‌وری اهمیت زیادی دارد بنابراین نوبت‌بندی در برنامه به منظور حداقل کردن هزینه و افزایش بهره‌وری ضرورت دارد. بدلیل استفاده از بر نامه­ریزی تولید با تقاضای احتمالی در سیستم­های تولید مطابق سفارش مشتری و سیستم­های مونتاژ مطابق سفارش، اهمیت این نوع برنامه­ریزی افزایش یافته است. در نظرگیری تقاضا به صورت متغیر تصادفی نتایج برنامه­ریزی را به واقعیت نزدیک می­کند. در حالتی که مقدار تقاضا متغیر تصادفی باشد مسئله بسیار پیچیده می­شود . داشتن یک برنامه زمان­بندی تولید مناسب، تاثیر زیادی بر افزایش کارائی و دسترسی به اهداف سازمان دارد. مدل زمان­بندی تولید در هر یک از سازمان‌های تولیدی با توجه به اهداف و اولویت‏های دسترسی به هر یک از آن‌ها متفاوت است. بنابراین برای تعیین مدل زمان­بندی مناسب در سازمان ابتدا باید اهداف، اولویت و محدودیت منابع مورد بررسی قرار گیرد.

با توجه به آن­که در محیط واقعی با مسائل پویا و غیرقطعی مواجه هستیم. لذا ضرورت دارد در  یک مدل ریاضی یکپارچه و با استفاده از مفاهیم احتمالی به تشریح مسله زمان­بندی تولید بپردازیم. 

این تحقیق برای دستیابی به یک مدل ریاضی زمان­بندی تولید  و ارائه یک الگوریتم حل و تلاش در بهبود جواب نهایی می­باشد

1-2- مفروضات:

   ورودی­های مدل شامل ورودی­ها با مقادیر قطعی و ورودی­ها با مقادیر احتمالی می­باشد در این مدل فرض خواهد شد تقاضا  به صورت احتمالی بیان می­شود و سایر پارامترهای مدل به صورت قطعی در نظر گرفته می­شود.

در این مسئله افق برنامه­ریزی در H دوره زمانی تشکیل شده است و تقاضا در هر دوره غیرمنفی و مستقل از دیگر دوره­ها و بصورت احتمالی با تابع چگالی مشخص می­باشد. هزینه نگه­داری ( ht ) و هزینه کمبود ( πt ) در پایان هر دوره محاسبه می­شوند. در این مسئله نسبت هزینه کمبود به نگه­داری را برابر P در نظر می گیریم.هزینه راه اندازی ( At ) در هر دوره تولیدی محاسبه می­شود و هزینه راه اندازی در دوره­ای محاسبه می­شود که انباشته در آن دوره وارد می­شود.در دوره زمان­بندی هیچ نوع تخفیفی وجود نخواهد داشت و همچنین قبل از دوره اول هیچ انباشته­ای تولید نخواهد شد واولین انباشته تولیدی در دوره اول وارد سیستم می­شود.

1-3- هدف از اجراء :

   هدف، زمان­بندی تولید تخصیص منابع محدود در طول زمان برای انجام گروهی از فعالیت‏ها است. این تحقیق با هدف دستیابی به یک مدل ریاضی جهت برنامه­ریزی محصول مورد نظر شروع شده است و در ادامه با استفاده از الگوریتم­های  PDLA و کوتاهترین مسیر و با تطبیق دادن مدل با دنیای واقعی اقدام به حل آن می­کنیم .

1- 4- توجیه ضرورت انجام طرح :

   ضرورت برنامه­ریزی بر کسی پوشیده نیست و بطور خاص موضوع برنامه­ریزی در فرایند تولید گاه دارای چنان مزایایی است که در صورت عدم وجود، سازمانهای تولیدی را از مسیر سالم رشد و ادامه حیات در محیط رقابتی منحرف می­سازد. در صورت پیاده­سازی موفق یک سیستم مدیریت تولید جامع، شرکتها می­توانند از مزایای زیر برخوردار گردند. پیاده­سازی کامل و موفق سیستم های رایج مدیریت تولید و مواد از قبیل برنامه­ریزی احتیاجات مواد, تئوری محدودیت­ها، ،تولید درست به موقع در دنیای واقعی بدلیل فراگیری الزامات اجرایی آن در اغلب زیربخش­های سیستم تولیدی که منجر به پیچیدگی عملی آنها شده، در اغلب کشورهای در حال توسعه که دارای سیستم­های تولید نیمه سنتی می­باشد، کاری زمانبر و طولانی مدت خواهد بود بر همین اساس با ارایه مدل ریاضی و تطبیق آن با دنیای واقعی سعی در بهبود تصمیمات مدیریتی در این زمینه داشته­ایم.

و همچنین با  توجه به کاستی­های الگوریتم حل  PDLAدر مواقعی که مدل دارای محدودیت می­باشد سعی بر آن شدیم که بر این کاستی پوشش دهیم.

1-5- روش پژوهش و روش های اجرائی:

   روش پژوهش مبتنی بر روش تجربی است به این مفهوم که اطلاعات واقعی از شرایط با پارامترهای مدل مورد دسترس قرار می­گیرد و مدل توسعه داده شده، با اطلاعات واقعی مورد ارزیابی قرار می­گیرد بطوری که بعد از جمع­آوری اطلاعات مدل ریاضی آن در شرایط عدم اطمینان ارائه می­شود و سپس از این مدل برای حل یک مسله در دنیای واقعی استفاده می­شود.

1-6- آرایش کلی تحقیق:

   در ادامه و در فصل دوم مفاهیمی از قبیل برنامه­ریزی­های بلند مدت و کوتاه مدت و میان مدت و ادبیات موضوعی در رابطه با این پروژه مطرح می­شود و گذری هم بر تحقیقات انجام شده در این زمینه می­کنیم و در فصل سوم به تشریح مساله و مدل پیشنهادی پرداخته  و برخی از ویژگی­های مدل را بررسی می­کنیم و برای حل آن از ترکیب دو الگوریتم حل، اقدام به پیدا کردن جواب می­کنیم .  در فصل چهارم پس از بیان نحوه ساخته شدن مدل با ارایه مثال و محاسبات آن به تشریح الگوریتم حل و بررسی نتایج می­پردازیم و  در نهایت در فصل پنجم به ارائه یک سری پیشنهادات جهت تحقیقات آینده تحقیق خود را به پایان می­رسانیم.

فصل دوم:

 ادبیات و پیشینه تحقیق

2-1- مقدمه

   امروزه برنامه­ریزی تولید[2] نقش بسیار پررنگی در بقا و پیشرفت یک کارخانه دارا می­باشد. با حرکت سریع مشاغل به سمت جهانی شدن، صنایع تولیدی نیز برای دستیابی به سهم بیشتری از بازارهای جهانی با هم در رقابت هستند. در چنین محیط متراکمی شرایط شرکت­ها تحت تاثیر متغیرهای درون و برون سازمانی قرار می­گیرد. این امر باعث می­شود تصمیم­گیری در مورد مسائل مختلف بسیار پیچیده گردد. افزایش روز افزون پیچیدگی مسائل رو در روی مشاغل از یک سو و ناتوانی انسان به عنوان تصمیم گیرنده در برابر حل ذهنی این مسائل از سوی دیگر باعث توجه بیشتر به مدل­های بهینه­سازی گردیده است.

برنامه­ریزی تولید به عنوان یکی از مهم­ترین مسائل تولیدی همواره جایگاه ویژه­ای در میان محققین داشته است. هدف از برنامه­ریزی تولید بکارگیری منابع محدود در فرایندهای تولیدی می­باشد به نحوی که تقاضای مشتریان[3] در افق برنامه­ریزی[4] برآورده گردد. به بیان دیگر مسائل برنامه­ریزی تولید جزء گروهی از مسائل تولیدی قرار می­گیرند که با حداقل هزینه تقاضای بازار را تامین کند و یا تقاضای بازار را بگونه­ای برآورده سازد که سود حداکثر گردد.

. امروزه برخی از کارخانجات کشور، بدون استفاده از روش‌های علمی برنامه‌ریزی تولید مشغول به کار هستند و لذا با مسائلی مانند وقفه‌‌های مختلف در تولید،‌ عدم وجود پیش بینی درخصوص مواد اولیه مورد نیاز، مدت زمان لازم برای تولید، عدم توانایی تصمیم گیری در خصوص ترکیب تولید و ... مواجه هستند که این لزوم یک برنامه­ی تولیدی مناسب را برای استفاده­ی درست از ظرفیت­های موجود ضروری می­دارد. آنچه که بیش از هر چیز در دنیای امروز حائز اهمیت و قابل توجه می­باشد سیر دگرگونی شتابدار و اساسی محیط های رقابتی و رقابت در کسب سهم بیشتری از بازار و مشتریان است .  صنایع دائماً در حال بررسی و تغییر سیستم­های تولیدی خود برای کاهش زمان های تولید محصولات و تحویل بموقع محصولات به مشتریان هستند . عدم تخصیص درست منابع ، عدم زمان­بندی صحیح تولید محصولات و عدم استفاده بهینه از ظرفیت ماشین­آلات از عمده مشکلات و مسائلی است که در صنایع تولیدی ما وجود دارد و با توجه به سیستم سنتی و تفکرات سنتی موجود در کارخانجات صنعتی کشور ما این امر به صورت عمده قابل مشاهده می­باشد . برای غلبه بر این جریان باید بر پایه­های تغییر و تحولات یعنی نوگرائی، نواندیشی و نوآفرینی در همه مجموعه­های سیاسی، تجاری، صنعتی، فرهنگی و اجتماعی اهتمام کامل نمود و به دنبال راهبردهای پرورش خلاقیت و تحول­گرایی بود . در این رابطه تا نظام تمایلات ، نظام اندیشه­ها و نظام رفتارها متحول نشود انتظار تکامل و تحول داشتن بیهوده است . در همین راستا مدیران موفق صنایع به دنبال راه­های علمی، برای مرتفع کردن مشکلات شرکت­ها و صنایع خود برای از بین بردن این گونه مسائل می­باشند. در این رابطه طبق تحقیقات انجام شده ؛ استفاده از علوم مختلف از جمله ریاضی ، تحقیق در عملیات و آمار در بهبود وضعیت تولید شرکت­ها تاثیر بسزایی دارد .

2-2- تعریف علم تحقیق در عملیات[5] :

    علم تحقیق در عملیات پیدا کردن بهترین راه حل برای مسائل مدیریت است و تحقیق در عملیات، علم مدیریت کمی است و اساس آن نیز عوامل کمی بوده که از دلایل این علم است . یکی از پرکاربردترین مباحث تحقیق در عملیات کاهش زمان­های تولید و هزینه­ها است . مبحث مدل سازی خطوط تولید و زمان­بندی تولید محصولات از مباحث موجود و مهم در علوم تحقیق در عملیات می­باشد که در کاهش زمان­های تولید و تحویل بموقع محصولات به مشتریان نقش بسزایی دارد.

2-3- تعریف برنامه­ریزی خطی[6] :

     برنامه­ریزی خطی، تکنیک ریاضی است که به طور وسیع در طرح­ریزی­های مدیریت به کار برده می­شود. این کاربرد منوط به این است که هدف معینی برای حداکثر یا حداقل کردن وجود داشته باشد. دستیابی به این هدف مستلزم رعایت تعدادی محدودیت می باشد تا بتوان معادله هدف و سایر نامساویهای محدودیت را به صورت روابط خطی نشان داد . برنامه­ریزی خطی می­تواند در زمینه­های مختلف مورد مطالعه و استفاده قرار گیرد. برنامه­ریزی خطی به طور عمده در موقعیت­های تولیدی، تجاری و اقتصادی مورد استفاده قرار می­گیرد اما برای بعضی از مسائل مهندسی نیز می­تواند به کار برده شود. بعضی از صنعت­ها که برنامه­ریزی خطی را مورد استفاده قرار می­دهند عبارتند از حمل و نقل، انرژی و کارخانجات تولیدی و … . همچنین برنامه­ریزی خطی در مدل کردن مسائلی از قبیل زمان­بندی، برنامه­ریزی، مسیریابی،  تخصیص و طراحی مفید است . یک ارزیابی انجام شده از  شرکت بزرگ دنیا، نشان داد که  درصد آنها از برنامه­ریزی خطی استفاده نموده اند.

برنامه­ریزی خطی کاربردهای متعددی در ارتش، حکومت، صنعت و مهندسی شهرسازی یافته است همچنین اغلب به عنوان بخشی از طرح­های محاسباتی، حل مسائل برنامه­ریزی غیر خطی، برنامه­های گسسته،  مسائل ترکیباتی، مسائل کنترل بهینه و برنامه­ریزی احتمالی به کار می­رود.