2-7-4 نمایش کروموزوم41
2-7-4-1 نمایش باینری41
2-7-4-2 نمایش جایگشتی42
2-7-4-3 نمایش مقداری42
2-7-4-4 نمایش درختی43
2-7-5 تابع شایستگی43
2-7-6 عملگر انتخاب44
2-7-6-1 انتخاب تصادفی44
2-7-6-2 انتخاب چرخ گردان 44
2-7-6-3 انتخاب رتبه بندی46
2-7-6-4 انتخاب نخبه‌گرا47
2-7-6-5 انتخاب مسابقه‌ای47
2-7-7 عملگر تبادل48
2-7-7-1 عملگر تبادل تک نقطه ای48
2-7-7-2 عملگر تبادل دو نقطه ای49
2-7-8 عملگر جهش50
2-7-8-1 عملگر معکوس سازی51
2-7-9 عملگر حذف و کپی51
2-7-10 عملگر حذف وتولید مجدد52
2-7-11 پارامترهای الگوریتم ژنتیک52
2-7-12 همگرایی53
2-7-13 شرط خاتمه الگوریتم ژنتیک53
2-7-14 مزایای الگوریتم ژنتیک53
2-7-15 معایب الگوریتم ژنتیک54
2-8 کارهای انجام شده55
2-8-1 الگوریتم ETPN-GA55
2-8-2 الگوریتم AFS Petri Net55
2-8-3 الگوریتم GA-ACO56
2-8-4 الگوریتم GA-Fuzzy58
2-8-5 الگوریتم HGA59
2-8-6 الگوریتم GADG60
2-8-7 الگوریتم های دیگر61
3 روش تحقیق63

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

3-1 مراحل الگوریتم پیشنهادی64
3-2 نمایش کروموزوم65
3-3 شرح پارامتر نگهداری ماشین67
3-4 ایجاد جمعیت اولیه68
3-5 شایستگی70
3-6 انتخاب71
3-7 عملگر تبادل71
3-7-1 عملگر تبادل دو نقطه ای72
3-7-2 عملگر تبادل تک نقطه ای73
3-7-3 عملگر تبادل چند نقطه ای74
3-8 عملگر جهش77
3-9 تعویض جمعیت78
3-10 شرط خاتمه79
4 محاصبات و یافته های تحقیق79
4-1 پیاده سازی الگوریتمها80
4-2 طراحی داده های تست و پارامترهای الگوریتم80
4-3 نتایج حاصل از شبیه سازی81
5 نتیجه گیری و پیشنهادات86
فهرست منابع و مأخذ88
فهرست جداول
جدول ‏11: مساله معیاری برای 5 کار و 5 ماشین4
جدول ‏21: نمایش برخی از محیط های مختلف کار در مسائل زمان بندی با پارامتر α22
جدول ‏22: نمایش بعضی از محدودیت های مسائل زمان بندی با پارامتر β34
جدول ‏23: نمایش بعضی از معیارهای به کار رفته در مسائل زمانبندی با پارامتر 36
جدول ‏24: احتمال انتخاب در روش چرخ گردان برای داده‌های فرضی45
جدول ‏41: پارامترهای ورودی الگوریتم پیشنهادی80
جدول ‏42: نتایج اجرای داده های تست جدول 4-181
فهرست تصاویر
شکل ‏21: مساله معیاری برای 5 کار و 5 ماشین5
شکل ‏21: رابطه تقذم برای N کار25
شکل ‏22: مساله 3 کار26
شکل ‏23: نمونه اول زمانبندی26
شکل ‏24: نمونه ای دیگر از زمانبندی26
شکل ‏25: قاعده جانسون27
شکل ‏26: مساله 3 کار و 3 ماشین30
شکل ‏27: نمودار گانت بر طبق ماشین30
شکل ‏28: نمودار گانت بر اساس کار31
شکل ‏29: تکنیک بکار برده شده برای مسائل JOB SHOP31
شکل ‏210: دسته بندی استراتژی‌های جستجو39
شکل ‏211: مراحل کلی الگوریتمهای تکاملی40
شکل ‏212: نمایش کروموزوم به صورت درختی43
شکل ‏213: احتمال انتخاب در روش چرخ گردان46
شکل ‏214: احتمال انتخاب در روش رتبه بندی47
شکل ‏215: انتخاب مسابقه‌ای48
شکل ‏216: عملگر تبادل تک نقطه ای49
شکل ‏217: عملگر تبادل دو نقطه ای50
شکل ‏218: عملگر معکوس سازی51
شکل ‏219: عملگر حذف و کپی51
شکل ‏220: عملگر حذف و تولید مجدد52
شکل ‏221: مراحل الگوریتم GA-ACO57
شکل ‏222: عملگر مبتنی بر کار58
شکل ‏223: عملگر جهش شیفتی58
شکل ‏224: یک کروموزوم نمونه در الگوریتم GA-FUZZY59
شکل ‏225: یک کروموزوم نمونه در الگوریتم HGA59
شکل ‏226: فلوچارت الگوریتم HGA60
شکل ‏227: یک کروموزوم نمونه در الگوریتم GADG61
شکل ‏31: فلوچارت الگوریتم پیشنهادی65
شکل ‏32: یک کروموزوم نمونه66
شکل ‏33: نگهداری ماشین وابسته به سن ماشین67
شکل ‏34: یک کروموزوم نمونه با در نظر گرفتن نگهداری ماشین68
شکل ‏35: نمودار گانت شکل 3-468
شکل ‏36: ایجاد جمعیت اولیه با استفاده از ویژگی چند جمعیتی69
شکل ‏37: عملگر تبادل دو نقطه ای72
شکل ‏38: عملگر تبادل تک نقطه ای73
شکل ‏39: عملگر تبادل چند نقطه ای74
شکل ‏310: عملگر جهش دو نقطه ای77
شکل ‏41: نمودار مقایسه بهترین شایستگی الگوریتم ها برای داده تست 182
شکل ‏42: نمودار مقایسه بهترین شایستگی الگوریتم ها برای داده تست 382
شکل ‏43: نمودار بهترین شایستگی الگوریتم ها برای داده تست 483
شکل ‏44: پراکندگی جمعیت اولیه برای داده تست 283
شکل ‏45: پراکندگی جمعیت اولیه برای داده تست 484

فصل اول مقدمه و کلیات تحقیق

در این فصل ابتدا مسئله مورد نظر بیان گردیده و ضرورت و اهداف را دنبال مینمایم در ادامه پرسشهای موجود در مسئله را بررسی مینمایم و فرضیههای تحقیق را شرح میدهم سپس نوآوریهای تحقیق را ارائه مینمایم در پایان واژههای کلیدی تعریف شده و ساختار پایان نامه ذکر خواهد شد.
مقدمه
مسئله زمانبندی سیستم های باز یکی از مهمترین مسائل زمانبندی در دنیای مهندسی و صنعت است. در این مسئله m ماشین و n کار وجود دارد. هرکار شامل تعداد معینی از عملیات است. هر عملیات دارای زمان از پیش تعیین شده ای برای پردازش6 بر روی ماشین متناظر خود می باشد. ترتیب پردازش این عملیات در زمان به انجام رسیدن همه کارها بسیار تاثیر گذار است. بنابراین هدف از حل این مسئله پیدا کردن ترتیب عملیاتی است که با کمترین مدت زمانبندی قابل پردازش باشد. در این راستا مقالات زیادی با استفاده از الگوریتم های ابتکاری7 مختلف ارائه شده است که از بین آنها الگوریتم ژنتیک8 یکی از بهترین ها، شناخته شده است. در این پایان نامه یک روش جدید برای حل مسئله زمانبندی با در نظر گرفتن پارامتر نگهداری ماشین9 ها بر پایه الگوریتم ژنتیک با ویژگی چند جمعیتی10 ارائه شده است. نتایج تجربی نشان می دهد الگوریتم ارائه شده به جواب بهینه تری دست پیدا میکند [77].
بیان مسئله
مسئله زمانبندی سیستم باز یک مسئله زمانبندی مهم و جهانی است و این مسئله به طور وسیع در صنعت کاربرد دارد. این مسئله جزء مسائل سخت است. این مسئله شبیه به مسئله زمانبندی مغازه کارها است با این تفاوت که در هر کار11 هیچ اولویتی بین فرایند یا عملیات هر کار وجود ندارد. در مسئله زمانبندی سیستم باز فضای راه حل به طور قابل ملاحظهای بزرگتر از مسئله زمان بندی مغازه کارها است و به نظر میرسد که در کتاب ها و مقالات به آن کمتر توجه شده است. شرح مسئله سیستم باز توسط گراهام و همکارانش بدین صورت باشد: یک تعداد کار به تعداد n (J1,J2, … , Jn) وجود دارد که روی یک سلسله ماشین به تعداد m (M1,M2, … , Mm) قابل پردازش است، هر کار متشکل از m عملیات می باشد (Oij). که j=1 to m و i=1 to n و هر کدام از عملیات باید روی یک ماشین متفاوت برای یک زمان مشخص شده پردازش شوند. عملیات هر کار می تواند در هر ماشینی پردازش شود ولی در هر زمان نهایتا یک عمل روی هر ماشین می تواند پردازش شود و یک عمل از هر کار می تواند در یک زمان پردازش شود [77 ، 1].
هدف مسئله زمانبندی سیستم باز بدست آوردن یک ترکیب امکان پذیر از سفارشات ماشین و کار تعیین شده است که زمان کلی اتمام کارها در کمترین زمان ممکن باشد. در ادامه به بیان چندین مثال که جز مسائل سیستم باز می باشد می پردازیم:
تعمیر کردن هواپیماهای بزرگ، که نیاز به تعمیر موتور و سیستم الکتریکی را دارد. این دو وظیفه (عملیات) ممکن است در هر ترتیبی انجام شود ولی این غیر ممکن است که این دو کار را با هم انجام دهیم. یا در مثالی دیگر یک گاراژ اتومبیل بزرگ با فروشگاه های اختصاصی را در نظر بگیرید. یک وسیله نقلیه ممکن است به کار های زیر نیاز داشته باشد: تعمیر انباره لوله اگزوز، میزان کردن چرخ ها و تنظیم موتور که سه عمل از یک کار ممکن است به هر ترتیبی انجام شوند. به هر حال، مغازه های سیستم اگزوز، میزان کردن چرخ ها، و تنظیم موتور در ساختمان های مختلف هستند و بنابراین انجام دو عمل در یک زمان امکان پذیر نیست. در مسئله زمانبندی سیستم باز ما فرض می کنیم که چندین کار از این قبیل کار ها و چندین وسیله نقلیه که نیاز به تعمیر دارند را داریم، موارد دیگر می تواند شامل: کنترل کیفیت مرکزی، انتساب کلاس، معاینه فنی خودرو، مخابره ماهواره ای و بسیاری از موارد دیگر شود [3].
در زیر یک مثال حل شده OSSP را مشاهده می کنید:
در جدول هر کار شامل دقیقا یک عملکرد برای هر دستگاه می شود. این معیارها به طور کامل توسط یک مجموع منظم از زمان های پردازش m برای هر کار تعریف شده اند. برای مثال، جدول 1-1 یک مسئله معیاری 5*5 (5 کار و 5 ماشین) را نشان می دهد.
جدول ‏11: مساله معیاری برای 5 کار و 5 ماشین
ماشین:54321کار 1:4485316664کار 2:181468697کار 3:901607074کار 4:1376984554کار 5:9115104580
در مثال بالا عملکرد 4 از کار 1 بایستی به ماشین 4 برای 85 واحد از زمان پردازش برود و عملکرد 1 از کار 1 بایستی به ماشین 1 برای 64 واحد از زمان پردازش اختصاص یابد بدون هیچ محدودیتی در ترتیب آن که کدام کارها در چه زمانی پردازش شوند. مسئله، ایجاد یک راه حل معتبر با زمان کلی اتمام کارهای حداقل است. شکل 1-1 یک برنامه زمان کلی اتمام کار حداقل300 را برای معیارهای ارائه شده در جدول 1-1 را نشان می دهد.

شکل ‏11: زمانبندی بهینه برای مساله معیاری 5*5
ضرورت تحقیق
با توجه به پیشرفت در محیط های تولید امروزی و افزایش سطح تولید و اهمیت سرعت در تولید که باعث کاهش هزینه ها و افزایش بهره وری خواهد شد نیاز به سیستم هایی که بتواند در کمترین زمان ممکن بهترین راه حل ها را در کمترین زمان برای اختصاص منابع تولیدی یا خدماتی به کارهایی که بایستی انجام شوند به شدت ضروری به نظر می رسد.
مساله زمانبندی سیستم باز از رده مسایل سخت12 است و برای حل این مساله از روشهای ابتکاری استفاده می شود. تاکنون روشهای ابتکاری زیادی برای حل مساله زمانبندی سیستم های باز توسعه یافتند [4].
اهداف تحقیق
فرایند بهتر نمودن هر چیز را بهینه سازی13 میگویند. مسائلی مانند سیستم باز به دلیل بزرگ بودن فضای جستجو امکان استفاده از روشهای جستجوی معمول را ندارند. اعمال اینگونه تکنیکها برای حل چنین مسائلی گاهی به زمانی بیش از عمر یک انسان نیاز دارند. به همین دلیل تکنیکهای بهینه سازی با این ویژگی اصلی که هدف رسیدن به جواب بهینه یا نزدیک به جواب بهینه است، مطرح شدند. الگوریتم ژنتیک یکی از مناسبترین و کاربردیترین روشهای حل مسئله سیستم باز است.
در مساله سیستم باز می توان به دو صورت سیستم های زمانبندی را بهینه کرد. بهینه کردن زمان برای رسیدن به پاسخ بهینه در روشهای قبلی و یا بهینه تر کردن زمان کلی زمانبندی برای این مساله که ما در این مقاله به دنبال بهینه تر کردن زمانبندی این مساله هستیم.
نوآوری تحقیق
هزینه‌های نگهداری و تعمیرات، در مجموع، بخش عمده‌ای از هزینه‌های تولید را در بر می‌گیرد. با توجه به نوع صنعت مورد بررسی، این هزینه چیزی حدود ۱۵ تا ۶۰ درصد هزینه محصول تولید شده را در بر می‌گیرد. تحقیقات نشان داده‌است که حدود ۳۳ سنت از هر دلار که برای فعالیت‌های نگهداری و تعمیرات هزینه می‌شود، مربوط به فعالیت‌های غیر ضروری در حوزه نگهداری و تعمیرات می‌باشد این در حالی است که صنایع آمریکا سالانه حدود ۲۰۰ میلیارد دلار برای نگهداری و تعمیرات تجهیزات خود هزینه می‌نمایند. این بدان معنی است که مدیریت صحیح فرآیند نگهداری و تعمیرات، سالانه ۶۰ میلیارد دلار صرفه جویی در این حوزه را به همراه خواهد داشت. ژاپنی‌ها با درک اهمیت ویژه‌ای که در مدیریت فرآیند نگهداری و تعمیرات در سیستم‌های تولیدی احساس می‌کردند، اقدام به طراحی سیستم‌های مختلف نگهداری و تعمیرات، از جمله نگهداری و تعمیرات بهره ور فراگیر14 نمودند و آن را به عنوان یکی از زیر سیستم‌های سه گانه تولید ناب به جهان معرفی نمودند.
پرسشهای اصلی تحقیق
آیا به جواب های بهبود یافته برای مسئله سیستم باز لازم داریم؟
آیا نگهداری ماشین را در مسئله سیستم باز می توان در نظر گرفت؟
و اینکه آیا می توان در این مسئله به شکل هدفمند به جواب های بهتری رسید؟
فرضیه های تحقیق
تعمیم تئوری بهینه‌سازی و تکنیک‌های فرمول‌بندی بخش بزرگی از ریاضیات کاربردی را شکل می‌دهد. تحقیق در عملیات، برنامه ریزی با اعداد صحیح و مختلط، مدل‌های شبکه‌ای، تئوری کنترل، برنامه‌ریزی غیرخطی، نظریه صف و برنامه ریزی پویا برخی شاخه‌های ریاضیات کاربردی مرتبط با بهینه‌سازی هستند که امروزه در مدیریت و اقتصاد کاربرد وسیعی دارند. بنابراین با توجه به نیازهای جدید و گاهی تغییر نیازها به هر چه نزدیکتر بودن جواب به جواب بهینه نیاز داریم.
در سطح تولید ماشین ها به نگهداری نیازمندند این مساله به طور مستقیم روی دسترس پذیری ماشین، نرخ تولید، نرخ استفاده و غیره تاثیر گذار است. اگر در زمانبندی مسئله سیستم باز نگهداری در نظر گرفته نشود در عمل ما دچار وقفه هایی می شویم که در نظر گرفته نشده اند بنابراین با در نظر گرفتن نگهداری در زمانبندی، قابلیت اطمینان سیستم افزایش می یابد. می توان با تنوع بخشیدن و جستجوی چند وجهی در کروموزومها در الگوریتم ژنتیک به شکل هدفمند به دنبال جواب های متقاعد کننده بود [73 ،74].
زمینه های کاربردی
زمانبندی به عنوان یک فرآیند تصمیم سازی15 نقش مهمی در اکثر سیستم های ساخت و تولید و نیز اکثر محیط های پردازش اطلاعات بازی می کند. همچنین زمابندی در بسیاری از سیستم های حمل و نقل و توزیع و دیگر انواع صنایع خدماتی از اهمیت بسزایی برخوردار است. زمانبندی میتواند شامل بازه وسیعی از فعالیت ها باشد. روش های ساده ممکن است منجر به نتایج خوبی نشود و تحلیل گری که از تکنیک های دیگر آگاه نباشد ممکن است حتی تصور کند که روش های موجود میتوانند بهبود یابند. از طرف دیگر روش های پیچیده و ریاضی نیازمند دانش جامع و اساسی میباشند، بنابراین نمی توان چنین تخصصی را از هر فردی که کار زمانبندی را انجام می دهد، انتظار داشته باشیم. از آنجایی که اینگونه تکنیک ها به دلیل پیچیدگی و نیز دشواری ریاضیاتی اغلب در کسب و کار همچنان بلا استفاده مانده اند، برای مدیران داشتن اطمینان کافی به استفاده از این روشها جهت به کار گیری آنها و نیز اطمینان به نتایج آنها دشوار است. در ادامه مثالهایی به منظور بیان نمودن نقش زمانبندی در صنعت ارائه داده شده است.
تخصیص گیت در یک فرودگاه
پایانه خط هوایی در یک فرودگاه بزرگ را در نظر بگیرید که روزانه صدها هواپیما در آن فرود آمده و یا از آن پرواز میکنند. گیت ها و هواپیماها مشابه نیستند. بعضی از این گیتها به گونهای هستند که هواپیماهای بزرگ به راحتی می توانند از آنها استفاده کنند. هواپیماها مطابق با زمانبندی معین بلند میشوند و فرود میآیند. البته زمانبندی تا حدودی تصادفی است که ممکن است مرتبط با آب و هوا یا ناشی از وقایع پیشبینی نشده در دیگر فرودگاه ها باشد. در مدتی که یک هواپیما، یک گیت را اشغال می کند، مسافرانی که میآیند باید منتظر بمانند، هواپیما باید سرویس شود و مسافران رسیده باید پیاده شوند. مدت زمان خروج زمانبندی شده می تواند به عنوان زمان تحویل در نطر گرفته شود و عملکرد فرودگاه بر طبق آن اندازه گیری شود. اگر از قبل مشخص شده باشد که هواپیما به دلیل ازدحام پیش بینی شده، در زمان ورود زمان بندی شده اش، نمی تواند در فرودگاه بعدی فرود بیاید، آنگاه هواپیما پرواز نمی کند. اگر به یک هواپیما اجازه بلند شدن داده نشود، طبق قواعد معمول مسافران به جای هواپیما در پایانه می مانند. اگر پروازی به تاخیر بیفتد هواپیما ممکن است برای مدت بیشتری در گیت باقی مانده و از استفاده سایر هواپیماها از آن گیت جلوگیری کند.
هدف زمانبندی، تخصیص هواپیماها به گیت ها به گونه ای است که در عین بهینه کردن تعدادی از اهداف، تخصیص ها از نظر عملی موجه باشند. این به معنی تخصیص هواپیماها به گیت های مناسب، که در زمان ورود مربوطه در دسترس هستند، است. اهداف شامل کمینه کردن کار پرسنل خط هوایی و تاخیرهای هواپیماها است. در چنین حالتی گیت ها، منابع و جابجایی و سرویس هواپیماها، فعالیت محسوب می شوند. ورود یک هواپیما به یک گیت نمایانگر زمان تکمیل فعالیت است.
زمانبندی در یک واحد پردازش مرکزی
کارهای زمانبندی در یک واحد پردازش مرکزی16 یکی از وظایف سیستم عامل یک کامپیوتر چندکاره، زمانبندی زمانی است که واحد پردازش مرکزی به برنامه های مختلفی که باید اجرا شوند، اختصاص می دهد. زمان های پردازش دقیق معمولا از پیش معلوم نیستند. البته توزیع این زمان های پردازش تصادفی، ممکن است از پیش معلوم نباشد. البته توزیع این زمان های پردازش تصادفی، ممکن است از پیش معلوم باشد (شامل میانگین و واریانس زمان ها). به علاوه معمولا هر فعالیت سطح اولویت مشخصی دارد (سیستم عامل معمولا به کاربر اجازه می دهد تا سطح اولویت یا وزن هر فعالیت را مشخص کنند). در چنین حالتی، هدف کمینه کردن مجموع انتظاری زمان های تکمیل وزنی همه فعالیت ها است.
برای اجتناب از حالتی که فعالیت های نسبتا کوتاه برای فعالیت هایی که اولویت بالاتری دارند، مدت طولانی منتظر می مانند، سیستم عامل هر فعالیت را به بخش های کوچکی تقسیم می کند. سیستم عامل این بخش ها را در واحد پردازش مرکزی به گردش در می آورد، به طوری که در هر بازه زمانی مشخص، این واحد مدت زمانی را به هر فعالیت اختصاص می دهد. به این ترتیب اگر به طور اتفاقی زمان پردازش یک فعالیت خیلی کوتاه باشد، آن فعالیت قادر خواهد بود نسبتا سریع سیستم را ترک کند.
در اینجا هر وقفه در پردازش یک فعالیت به عنوان یک قطع کار17 در نظر گرفته می شود. واضح است که سیاست بهینه در چنین محیطی استفاده زیادی از این قطع کارها می کند. ممکن است آنقدر واضح نباشد که زمانبندی چه تاثیری روی اهداف مورد نظر دارد. آیا صرف وقت و انرژی جهت پیدا کردن یک زمانبندی خوب که به جای انتخاب یک زمانبندی تصادفی ایجاد شده منطقی بنظر میرسد؟ در عمل، اغلب معلوم می شود که انتخاب زمانبندی حقیقتا تاثیر بسزایی روی عملکرد سیستم دارد و صرف انرژی و زمان جهت یافتن یک زمانبندی مناسب منطقی است.
زمانبندی از نقطه نظر فنی و اجرا می تواند کاری بسیار سخت باشد. انواع مشکلاتی که زمانبندی از نظر فنی با آن مواجه است، مشابه با مشکلاتی است که در بهینه سازی ترکیبیاتی18 و مدل سازی تصادفی با آن ها روبرو هستیم. مشکلات اجرایی از نوع کاملا متفاوتی هستند. این مشکلات ممکن است به دقت مدلی که برای تحلیل مساله زمانبندی حقیقی از آن استفاده شده و نیز اعتبار داده های ورودی مورد نیاز بستگی داشته باشند.
زمانبندی در پالایشگاه نفت
یک پالایشگاه نفت خام به اپراتورهای تمام وقت در روز و هفته نیاز داشته و ضروری است که با یک سیستم سه شیفته، که در آن اپراتورها همیشه حداقل دو روز متوالی تعطیلی دارند و هر سومین آخر هفته را تعطیل می باشند، کار کند. زمانبندی برای سه ماه در یک بازه زمانی بسط می یابد و لذا هر کارمند می تواند برای روزهای تعطیل و شیفت کاری برنامه ریزی کند. در واقع وجود یک برنامه زمانبندی شفاف و منصفانه برای کارکنان ضروری است.
کارخانه تولید پاکت کاغذی
کارخانه ای که پاکت کاغذی برای سیمان، ذغال چوب، غذای حیوانات و … تولید می کند را در نظر بگیرید. مواد اولیه برای چنین عملیاتی رول های کاغذ هستند. فرآیند تولید، شامل سه مرحله است: چاپ لگو، چسباندن لبه های کاغذ و دوختن یک یا هر دو انتهای پاکت. هر مرحله شامل تعدادی ماشین است که لزوما مشابه نیستند. ماشین ها در هر مرحله ممکن است از نظر سرعت عمل، تعداد رنگی که می توانند چاپ کنند یا اندازه پاکتی که می توانند تولید کنند، متفاوتند. هر سفارش تولید، در بر گیرنده مقدار معینی از یک پاکت خاص است که باید در موعد مقرر تولید و ارسال شوند. زمان فرآیند برای عملیاتهای مختلف، با اندازه سفارش متناسب است. تحویل دیرتر از موعد، جریمه ای به شکل از دست دادن اعتبار را در بر دارد که مقدار این جریمه به اهمیت سفارش یا مشتری و میزان تاخیر در تحویل بستگی دارد. یکی از اهداف سیستم زمانبندی به حداقل رساندن مجموع این جرائم است.
زمانی که تولید یک ماشین از یک نوع پاکت به نوع دیگر پاکت، تغییر می کند، به یک آماده سازی احتیاج دارد. طول زمان آماده سازی روی ماشین به شباهت های بین دو سفارش متوالی بستگی دارد (تعداد رنگ های مشترک، تفاوت در اندازه پاکت ها و …). یک هدف مهم سیستم زمانبندی، به حداقل رساندن زمان کل صرف شده برای آماده سازی است.
کارخانه تولید تجهیزات لامپ های صنعتی
یک تولید کننده تجهیزات لامپ های صنعتی از خط مونتاژ کنترل شده ای به وسیله اپراتورها استفاده می کند. بر اساس تولید معمول که در راستای خط مونتاژ در جریان است، اپراتورها یک مجموعه تعریف شده از وظایف را دارا می باشند. برای هر تولید شرکت امیدوار به استفاده از زمانهای از پیش تعیین شده ای برای توسعه ایستگاه های کاری19 و تخصیص وظایف به این ایستگاه ها برای رسیدن به سطح تولید مناسب و کارایی مطلوب می باشد. حال این نکته مطرح است که خط مونتاژ چگونه می تواند برای تغییرات یا اصطلاحات تولید به منظور دست یابی به سطوح تولید مورد نظر و افزایش کارایی اصلاح شود.
سفارش هایی که به جایگاه تولید رسیده اند باید به کارهایی با موعد تحویل مربوطه تبدیل شوند. این کارها اغلب باید بر روی ماشین ها در قالب یک توالی از پیش تعیین شده پردازش شوند. هنگامی که کار هایی با اولویت بالا آماده پردازش در سیستم باشند و ماشین خاصی مشغول به کار باشد، با توجه به این نکته که کار های دارای اولویت بالا باید بلافاصله پردازش شوند، بریدگی20 در سیستم رخ خواهد داد. رویدادهای غیر قابل پیش بینی در کارگاه مانند خرابی ماشین و زمان های بیش از انتظار طولانی شده نیز باید مورد توجه قرار گیرد، به این سبب که می توانند تاثیر به سزایی بر روی زمانبندی داشته باشند. ایجاد زمانبندی دقیق کارهایی که قرار است پردازش شوند منجر به حفظ کارایی و کنترل عملیات می شود. کارگاه تنها قسمت تاثیر گذار بر روی فرآیند زمانبندی نمی باشد. در واقع، فرآیند زمانبندی تحت تاثیر فرآیند برنامه ریزی تولید قرار دارد که برنامه ریزی میان مدت تا بلند مدت را برای کل سازمان بر عهده دارد. هدف فرآیند برنامه ریزی تولید، بهینه کردن محصول کلی شرکت، تخصیص بلند مدت منابع بر اساس سطوح موجودی و پیش بینی تقاضا و نیازمندی های منابع است. تصمیماتی که در سطوح بالای برنامه ریزی گرفته می شوند به طور مستقیم بر فرآیند زمانبندی موثر می باشند [3].
اهمیت زمانبندی با معیارهای متمرکز بر دیرکرد از آن جهت مورد توجه است که در محیط کسب و کار حاضر، رقابت تولیدی از طریق قابلیت آن ها برای تولید محصولات با کیفیت بالاتر و هزینه های کمتر تعیین می شود. شرکت های تولیدی در تلاش هستند تا این قابلیت ها را از طریق اتوماسیون و مفاهیم خلاق مانند تولید به هنگام، تکنولوژی گروهی و مدیریت کیفیت جامع21 به دست آورند. برای مثال، در سیستم های تولید به هنگام، کارها نباید زودتر و نه دیرتر تکمیل شوند، چرا که به هزینه های زودکرد و دیرکرد منجر می شود. در یک بازار رقابتی، دیر کرد22 کارها با توجه به موعد تحویل آن ها به عنوان یک مقیاس عملکرد بسیار مهم برای محیط های تولیدی متنوع، مطرح است. از دیگر زمینه های کاربردی الگوریتم پیشنهادی می توان به:
زمانبندی کارها در سیستم های چند پردازنده ای
زمانبندی تخلیه و بارگیری بار در بنادر
زمانبندی حرکت تاکسی های بی سیم در داخل شهر
زمانبندی سرویس به مشتری در فروشگاه های بزرگ
اشاره کرد.

تعریف کلمات کلیدی
مسئله زمانبندی سیستمهای باز: در مباحث تئوریک علوم کامپیوتر مسئله زمانبندی سیستم باز یک مسئله زمانبندی می باشد که در آن یک مجموعه از کارها باید زمان مشخصی را در یک ایستگاه کاری23 (ماشین) دلخواه پردازش شود و هدف مشخص شدن زمان هایی است که هر تمامی کارها بایستی در هر ایستگاه کاری پردازش شود [77 ، 4].
الگوریتم ژنتیک24: تکنیک جستجویی در علم رایانه برای یافتن راه‌حل تقریبی برای بهینه‌سازی و مسائل جستجو است. الگوریتم ژنتیک نوع خاصی از الگوریتمهای تکامل است که از تکنیکهای زیست‌شناسی فرگشتی مانند وراثت و جهش استفاده می‌کند. این الگوریتم برای اولین بار توسط جان هلند معرفی شد [77 ، 8 ، 19].
در واقع الگوریتم‌های ژنتیک از اصول انتخاب طبیعی داروین برای یافتن فرمول بهینه جهت پیش‌بینی یا تطبیق الگو استفاده می‌کنند. الگوریتم‌های ژنتیک اغلب گزینه خوبی برای تکنیک‌های پیش‌بینی بر مبنای رگرسیون هستند. مختصراً گفته می‌شود که الگوریتم ژنتیک یک تکنیک برنامه‌نویسی است که از تکامل ژنتیکی به عنوان یک الگوی حل مسئله استفاده می‌کند.مسئله‌ای که باید حل شود ورودی است و راه‌حلها طبق یک الگو کد گذاری می‌شوند که تابع شایستگی25 نام دارد هر راه حل کاندید را ارزیابی می‌کند که اکثر آنها به صورت تصادفی انتخاب می‌شوند.
نگهداری ماشین: عبارت استراتژی نگهداری و تعمیرات معمولاً به عنوان مجموعه خط مشی‌ها و مفاهیم نگهداری و تعمیرات تفسیر شده ‌است اما از دیدگاه کلان تر این خط مشی‌های نگهداری و تعمیرات و مفاهیم، یکی از چند مولفه اصلی استراتژی نگهداری و تعمیرات را شکل می‌دهند. سایر مولفه‌های ساختاری در تعریف استراتژی نگهداری و تعمیرات عبارت است از ظرفیت نگهداری و تعمیرات، تجهیزات و تسهیلات نگهداری و تعمیرات، تکنولوژی نگهداری و تعمیرات و یکپارچه سازی افقی. در ادبیات این حوزه، استراتژی نگهداری و تعمیرات، به عنوان یک الگوی منسجم و جدا نشدنی و یکپارچه ساز تصمیم‌ها در عناصر استراتژی‌های متفاوت در تجانس با تولید، شرکت و استراتژی‌های سطح کسب و کار معرفی می‌شود. استراتژی نگهداری و تعمیرات اهداف سازمان را آشکار می‌سازد و طبیعت کارکردهای اقتصادی و غیر اقتصادی را که قصد دارد برای سازمان به شکل یکپارچه انجام دهد، تعریف می‌کند. با این تفاسیر ارتباط میان کسب و کار و استراتژی‌های نگهداری و تعمیرات را از طریق چارچوب زنجیره ارزش معروف پورتر به خوبی می‌توان درک نمود [73].
زمان تکمیل کل کارها: در تولید اختلاف بین زمان شروع و پایان یک رشته کار یا وظیفه میباشد.
ساختار پایان نامه
در ادامه بحث در فصل دوم ادبیات و پیشینه تحقیق بیان شده و در فصل سوم روش تحقیق ارائه میگردد در ادامه در فصل چهارم محاصبات و یافته های تحقیق برای حل این مساله شرح داده شده، سرانجام در فصل پنجم نتیجه گیری و پیشنهادها بیان شده است.
فصل دوم ادبیات و پیشینه تحقیق
مقدمه

هر چند در گذشته توجه کمتری نسبت به مسائل کارگاه باز شده اما به نظر می رسد، در سالهای اخیر، مسائل زمانبندی کارگاه باز مورد توجه محققان بسیاری قرار گرفته است. با این حال، مسائل کارگاه باز در مقایسه با سایر مسائل زمانبندی سهم بسیار کمی از ادبیات موضوع را به خود اختصاص داده اند. تمامی کارهای انجام شده در حقیقت تلاشی برای در نظر گرفتن ویژگی ها و شرایط واقعی در حوزه مسائل زمانبندی بوده است. در این پایان نامه قصد داریم تا مسائل زمانبندی در محیط کارگاه باز را مورد بررسی قرار دهیم و برای حل آن از روشهای فرا ابتکاری استفاده نماییم. در ادامه مروری بر تعاریف اولیه مسائل زمانبندی کرده و همچنین مطالبی در مورد معیارها و محدودیتهای موجود در مسائل زمانبندی سیستمهای باز را مورد تجزیه و تحلیل قرار میدهیم.
تعریف مربوط به زمانبندی
زمانبندی نوعی تصمیمگیری است و فرآیندی است که در جریان برنامه زمانی تعیین میشود. در واقع زمانبندی تخصیص منابع26 در طول زمان برای مجموعه ای از وظایف است. با توجه به این زاویه دید، بیشتر آموخته های ما در مورد زمانبندی را می توان در مورد تصمیم گیری های دیگر نیز به کار گرفت. زمانبندی مبحثی نظری است که مجموعه ای از اصول، مدل ها، روش ها و نتایج منطقی را در بر می گیرد و بینشی عمیق را در مورد برنامه تخصیص عملیات فراهم می آورد. زمانبندی به تخصیص منابع محدود به وظایف مورد انجام، در طی زمان می پردازد. زمانبندی فرآیند تصمیم گیری است که یک یا چند هدف بهینه سازی را شامل می شود. منابع و وظایف ممکن است صورت های مختلفی داشته باشند. منابع ممکن است ماشین ها در یک کارگاه، باند پرواز در یک فرودگاه، کارگردان در یک سایت ساخت وساز، واحدهای پردازش در محیط محاسباتی و غیره باشند. وظایف می توانند شامل یک عملیات فرآیند تولید، فرود یا بلند شدن در یک باند پرواز، مراحل مختلف موجود در یک پروژه ساخت، اجرای برنامه های کامپیوتری و غیره باشند. هر وظیفه می تواند سطوح اولویت متفاوتی داشته باشد مانند زودترین زمان ممکن برای شروع27 و یا بر اساس موعد تحویل و غیره. تابع هدف نیز می تواند به فرم های مختلفی باشد و یا در حالت دیگر، می تواند کمینه سازی تعداد کارهایی باشد که زمان اتمام کارها28 برای آخرین وظیفه باشد و یا در حالت دیگر، می تواند کمینه سازی تعداد کارهایی باشد که زمان اتمام آن ها بعد از موعد تحویل است. زمانبندی یک فرآیند تصمیم گیری است که در اکثر سیستم های ساخت و تولید و محیط های پردازش اطلاعات موجود است. همچنین، زمانبندی در حمل و نقل، برنامه زمانی توزیع و سایر صنایع خدماتی دارای کاربرد می باشد ]2،3[.
اگر بخواهیم تعریف دیگری از زمانبندی ارائه کنیم که در برگیرنده زوایای دیگری باشد، این تعریف می تواند به این گونه بیان شود که زمانبندی عمل تعیین اولویت ها و یا مرتب نمودن فعالیت ها برای برآورده نمودن الزامات مشخص، محدودیت ها و یا اهداف است. از آنجایی که همچنان زمان یک منبع محدودکننده می باشد، ما نیاز داریم تا به طور خودآگاه یا ناخودآگاه فعالیت هایمان را برای بهره برداری بهینه از این منبع محدود زمانبندی کنیم. با توسعه صنعتی، مساله محدودیت منابع بحرانی تر شده است. در حال حاضر ماشین ها، نیروی کار، تسهیلات نیز علاوه بر زمان به عنوان منابع بحرانی در فعالیت های تولیدی و خدماتی شناخته می شوند. زمانبندی این منابع به افزایش کارایی و بهره برداری از ظرفیت، کاهش زمان مورد نیاز برای تکمیل کارها و نهایتا افزایش سوددهی یک سازمان می انجامد. زمانبندی موثر منابعی همچون ماشین و نیروی انسانی، در محیط به شدت رقابتی امروز الزامی است.
در بیشتر موارد، عمل زمانبندی کارها پس از حل برخی مسائل مربوط به برنامه ریزی اصولی مورد توجه قرار می گیرد. باید همواره این نکته را مد نظر داشت که تصمیمات مربوط به زمانبندی اهمیت کمتری نسبت به مجموعه وسیع تری از تصمیمات مدیریتی دارند. برای مثال، در حل مسائل مربوط به ساخت، مسائل اساسی مدیریتی مربوط به انتخاب محصولی که باید ساخته شود و تعیین میزان تولید هر محصول اولویت دارد. بعد از به کارگیری بررسی بازار و تحلیل های اقتصادی برای حل این گونه مسائل، برنامه ریزی تکنولوژیکی بر روی این مساله که محصول چگونه باید ساخته شود متمرکز می شود. بعد از این که جواب این سوالات مربوط به برنامه ریزی داده شد و در دسترس بودن منابع نیز مورد بررسی قرار گرفت، آنگاه می توان به مسائل زمانبندی به طور مناسب توجه نمود. در واقع زمانبندی ابزاری است که استفاده از منابع در دسترس را بهینه می کند.
زمانبندی از دیدگاهی دیگر
زمانبندی، تخصیص منابع درطول زمان برای مجموعه ای از وظایف است. این تعریف نسبتا کلی واژه، دو مفهوم مختلف دارد. اولا زمانبندی نوعی تصمیم گیری است و فرایندی است که در جریان آن برنامه زمانی را تعیین می کند. از این لحاظ بیشتر آموخته های ما در مورد زمانبندی را می توان در مورد تصمیم گیری های دیگر نیز بکار بست، لذا این مبحث ارزش علمی عام دارد. ثانیا زمانبندی مبحثی نظری است که مجموعه ای اصول، مدل ها، روش ها و نتایج منطقی را در برمی گیرد، که برای ما بینشی عمیق در مورد عمل زمانبندی به همراه دارد که می توان در مورد سایر نظریه ها به کار برد و بنابراین ارزش مفهومی عام دارد.
عناصر مهم مدلهای زمانبندی کارها و منابع اند. در نوشتار های مربوط به زمانبندی، منابع نوعا بر حسب قابلیت های کمی و کیفی خود مشخص می شوند، به طوری که هر مدل نشان دهنده نوع و میزان هر منبع است. هر کار مشخص بر حسب اطلاعاتی از قبیل منبع مورد نیاز، مدت انجام آن کار، زمانی که انجام آن را می توان شروع کرد و زمان تحویل توصیف می شود. به علاوه مجموعه ای از کارها بعضا می توان بر حسب محدودیت های تکنولوژیکی (روابط تقدمی) که در مورد عناصر متشکله آن صدق می کند بیان کرد [17].
تئوری زمانبندی همچنین شامل شیوه های متنوع و مختلف است که در حل مسائل زمانبندی مفید واقع می شود. در واقع، حوزه زمانبندی به صورت نقطه کانونی ایجاد، بکارگیری و ارزیابی روش های ترکیبی ، شیوه های شبیه سازی، روش های شبکه ای و رویکرد های ابتکاری حل مسائل در آمده است. انتخاب شیوه مناسب به پیچیدگی مساله، طبیعت مدل و انتخاب معیار کارایی و عوامل دیگر بستگی دارد. در خیلی از حالات بهتر است چند شیوه به عنوان گزینه های مختلف برخورد به مساله در نظر گرفته شود. به همین دلیل نظریه زمانبندی شاید به همان اندازه که به امر بررسی روشها بپردازد به بررسی مدل ها نیز توجه دارد [18].
برای رده بندی مدل های عمده زمانبندی لازم است ترکیب منابع و رفتار کارها مشخص شود. برای نمونه یک مدل ممکن است یک یا چند نوع منبع داشته باشد. اگر یک نوع منبع داشته باشد کارهای مربوطه احتمالا یک مرحله ای است، در حالی که اگر چند منبع داشته باشد کارها معمولا چند مرحله ای انجام می شود و در هر دو حالت منابع را می توان به صورت یک مجموعه واحد یا موازی در نظر گرفت. به علاوه، اگر مجموعه کارهای در دسترس برای زمانبندی در طول زمان تغییر نکند سیستم، ایستا نامیده می شود، در مقابل اگر یک کار جدید به مجموعه کارها در طول زمان افزده شود سیستم پویا نامیده می شود.
نظریه زمانبندی
نظریه زمانبندی اصولا با مدل های ریاضی سر وکار دارد و بین کار زمانبندی و توسعه مدلهای زمانبندی رابطه برقرار می نماید و به طور پیوسته آن ها را با مسائل نظری و عملی زمانبندی محک می زند.
در این زمینه دیدگاه نظری اغلب به صورت رویکردی کمی است و سعی آن، دست یافتن به ساختار مساله در قالب شکل فشرده ریاضی است. این رویکرد کمی با تفسیر اهداف تصمیم گیری در قالب یک تابع هدف صریح و بیان موانع تصمیم گیری به صورت محدودیت های صریح شروع میشود. حل هر مسئله زمانبندی برابر پاسخگویی به این دو سوال است :
کدام منبع برای انجام هر وظیفه تخصیص داده خواهد شد ؟
هر وظیفه در چه وقت انجام خواهد شد ؟
به عبارت دیگر، وظیفه ی اصلی مسائل زمانبندی به تصمیم گیری در مورد تخصیص منابع و توالی عملیات منحصر می شود. تئوری زمانبندی شامل شیوه های متنوع و مختلفی است که در حل مسائل زمانبندی مفید واقع گردد. در واقع حوزه زمانبندی، به یک نقطه کانونی برای ایجاد، به کارکیری و ارزیابی روش های حل مسائل تبدیل شده است. این روش ها عبارتند از: رویکردهای ترکیبی، شیوه های شبیه سازی، روش های شبکه ای و رویکردهای ابتکاری. انتخاب شیوه مناسب به پیچیدگی مساله، طبیعت مدل، انتخاب معیار کارایی و عوامل مرتبط دیگر بستگی دارد [39،40].
مروری بر مدل های زمانبندی
عملکرد سیستم های تولیدی و خدماتی با معیارهای بسیاری مانند تعداد ماشین ها، سطح اتوماسیون، ویژگی های مربوط به ساختار مورد نظر، نوع سیستم حمل و نقل و غیره تعیین می شود. تفاوت در این معیارها تعداد بسیار زیادی از مدلی های زمانبندی را به وجود می آورد. پارامترهایی که در زیر بیان می شوند در طول این فصل مورد استفاده قرار خواهند گرفت.

دسته بندی : پایان نامه ارشد

پاسخ دهید