TÓM TẮT
Bài báo này thử nghiệm ứng dụng các phương pháp tiếp cận theo phương pháp heuristic khác nhau vào một vấn đề bố trí cơ sở thực tế tại một công ty sản xuất đồ nội thất. Tất cả các mô hình được so sánh bằng AHP, trong đó một số tham số quan tâm được sử dụng. Thí nghiệm cho thấy các phương pháp tiếp cận mô hình bố trí chính thức có thể được sử dụng hiệu quả cho các vấn đề thực tế gặp phải trong ngành, dẫn đến những cải tiến đáng kể.
1. GIỚI THIỆU
Ngành công nghiệp đồ nội thất đang trải qua một kỷ nguyên cạnh tranh rất khốc liệt như nhiều ngành khác, do đó đang nỗ lực tìm kiếm các phương pháp để giảm chi phí sản xuất, cải thiện chất lượng, v.v. Là một phần của chương trình cải thiện năng suất tại một công ty sản xuất có tên ở đây (Công ty = TC), chúng tôi đã tiến hành một dự án để tối ưu hóa thiết kế bố trí của dây chuyền sản xuất tại xưởng của công ty này nhằm khắc phục các vấn đề hiện tại do bố trí không hiệu quả. Người ta đã quyết định áp dụng một số kỹ thuật mô hình hóa bố trí để tạo ra một bố trí gần như tối ưu dựa trên các phương pháp chính thức hiếm khi được sử dụng trong thực tế. Các kỹ thuật mô hình hóa được sử dụng là Lý thuyết đồ thị, Kế hoạch khối, CRAFT, Trình tự tối ưu và Thuật toán di truyền. Sau đó, các bố trí này được đánh giá và so sánh bằng 3 tiêu chí là Tổng diện tích, Lưu lượng * Khoảng cách và Tỷ lệ kề. Tổng diện tích đề cập đến diện tích mà dây chuyền sản xuất chiếm dụng cho mỗi mô hình được phát triển. Lưu lượng * Khoảng cách tính tổng tích của lưu lượng và khoảng cách giữa mọi 2 cơ sở. Tỷ lệ kề tính tỷ lệ phần trăm các cơ sở đáp ứng yêu cầu là liền kề.
Việc lựa chọn bố cục tốt nhất cũng được thực hiện chính thức bằng cách sử dụng
Định nghĩa về vấn đề bố trí nhà máy là tìm ra cách sắp xếp tốt nhất các cơ sở vật chất để cung cấp hoạt động hiệu quả (Hassan và Hogg, 1991). Bố trí ảnh hưởng đến chi phí xử lý vật liệu, thời gian hoàn thành và thông lượng. Do đó, nó ảnh hưởng đến năng suất và hiệu quả chung của nhà máy. Theo Tompkins và White (1984), thiết kế các cơ sở đã có trong suốt lịch sử được ghi chép và thực sự các cơ sở thị trấn được thiết kế và xây dựng được mô tả trong các
* Tác giả liên hệ
lịch sử Hy Lạp và Đế chế La Mã. Trong số những người đầu tiên nghiên cứu vấn đề này có Armour và Buffa et al. (1). Có vẻ như rất ít tài liệu được công bố vào những năm 1964. Francis và White (1950) là những người đầu tiên thu thập và cập nhật các nghiên cứu ban đầu về lĩnh vực này. Các nghiên cứu sau đó đã được cập nhật bởi 1974 nghiên cứu, nghiên cứu đầu tiên của Domschke và Drexl (1) và nghiên cứu còn lại của Francis et al. (2). Hassan và Hogg (1) đã báo cáo một nghiên cứu mở rộng về loại dữ liệu cần thiết trong vấn đề bố trí máy móc. Dữ liệu bố trí máy móc được xem xét theo thứ bậc; tùy thuộc vào mức độ chi tiết của thiết kế bố trí. Khi bố trí chỉ cần tìm cách sắp xếp tương đối của các máy móc, dữ liệu biểu diễn số máy và mối quan hệ dòng chảy của chúng là đủ. Tuy nhiên, nếu cần bố trí chi tiết, cần nhiều dữ liệu hơn. Trong việc tìm kiếm dữ liệu, một số khó khăn có thể phát sinh, đặc biệt là ở các cơ sở sản xuất mới, nơi dữ liệu vẫn chưa có sẵn. Khi bố trí được phát triển cho các cơ sở hiện đại và tự động hóa, dữ liệu cần thiết không thể lấy được từ dữ liệu lịch sử hoặc từ các cơ sở tương tự vì chúng có thể không tồn tại. Mô hình toán học đã được đề xuất như một cách để có được giải pháp tối ưu cho vấn đề bố trí cơ sở. Kể từ khi mô hình toán học đầu tiên do Koopmans và Beckmann (1985) phát triển dưới dạng bài toán gán bậc hai, sự quan tâm đến lĩnh vực này đã thu hút sự phát triển đáng kể. Điều này đã mở ra một lĩnh vực mới và thú vị cho các nhà nghiên cứu. Trong quá trình tìm kiếm giải pháp cho vấn đề bố trí cơ sở, các nhà nghiên cứu đã bắt tay vào phát triển các mô hình toán học. Houshyar và White (1992) đã xem xét vấn đề bố trí như một
Màu xanh lá cây và
2. CÁC PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH
Các mô hình được phân loại tùy thuộc vào bản chất, giả định và mục tiêu của chúng. Phương pháp lập kế hoạch bố trí hệ thống chung đầu tiên, do Muthor (1) phát triển, vẫn là một sơ đồ hữu ích, đặc biệt nếu được hỗ trợ bởi các phương pháp khác và được máy tính hỗ trợ. Các phương pháp xây dựng, ví dụ như Hassan và Hogg (1955), xây dựng một bố cục từ đầu trong khi các phương pháp cải tiến, ví dụ như Bozer, Meller và Erlebacher (1991), cố gắng sửa đổi một bố cục hiện có để có kết quả tốt hơn. Các phương pháp tối ưu hóa và cả phương pháp tìm kiếm cho bố cục được Heragu (1994) ghi chép lại đầy đủ.
Các kỹ thuật mô hình hóa khác nhau được sử dụng trong công trình này là Lý thuyết đồ thị, CRAFT, Chuỗi tối ưu, BLOCPLAN và Thuật toán di truyền. Giải thích bên dưới là các tham số mà mỗi thuật toán yêu cầu để mô hình hóa thuật toán đó.
Lý thuyết đồ thị
Lý thuyết đồ thị (Foulds và Robinson, 1976; Giffin và cộng sự, 1984; Kim và Kim, 1985; và Leung, 1992) áp dụng
Bài báo này sử dụng 2 loại phương pháp tiếp cận khác nhau để mô hình hóa nghiên cứu trường hợp. Phương pháp tiếp cận thứ nhất là
Sử dụng CRAFT
CRAFT (Kỹ thuật phân bổ tương đối bằng máy tính của các cơ sở) sử dụng trao đổi từng cặp để phát triển một bố cục (Buffa và cộng sự, 1964; Hicks và Lowan, 1976). CRAFT không kiểm tra tất cả các trao đổi từng cặp có thể trước khi tạo ra một bố cục được cải thiện. Dữ liệu đầu vào bao gồm kích thước của tòa nhà và các cơ sở, luồng vật liệu hoặc tần suất các chuyến đi giữa các cặp cơ sở và chi phí cho mỗi đơn vị tải trên mỗi đơn vị khoảng cách. Tích của luồng (f) và khoảng cách (d) cung cấp chi phí di chuyển vật liệu giữa 2 cơ sở. Sau đó, việc giảm chi phí được tính toán dựa trên đóng góp chi phí xử lý vật liệu trước và sau khi trao đổi.
Trình tự tối ưu
Phương pháp giải pháp bắt đầu bằng một bố cục tuần tự tùy ý và cố gắng cải thiện nó bằng cách chuyển đổi 2 phòng ban trong trình tự (Heragu, 1997). Ở mỗi bước, phương pháp tính toán các thay đổi lưu lượng*khoảng cách cho tất cả các lần chuyển đổi có thể có của 2 phòng ban và chọn cặp hiệu quả nhất. 2 phòng ban được chuyển đổi và phương pháp lặp lại. Quá trình dừng lại khi không có lần chuyển đổi nào dẫn đến chi phí giảm. Đầu vào cần thiết để tạo bố cục bằng Trình tự tối ưu chủ yếu là kích thước của tòa nhà và cơ sở vật chất, luồng vật liệu hoặc tần suất các chuyến đi giữa các cặp cơ sở vật chất và chi phí cho mỗi đơn vị tải trên mỗi đơn vị khoảng cách.
Sử dụng BLOCPLAN
BLOCPLAN là một chương trình tương tác được sử dụng để phát triển và cải thiện cả bố cục một tầng và nhiều tầng (Xanh và
tạo ra nhiều bố cục khối và thước đo mức độ phù hợp của chúng. Người dùng có thể chọn các giải pháp tương đối dựa trên hoàn cảnh.
Thuật toán di truyền
Có nhiều cách để xây dựng các bài toán về Bố cục tiện ích thông qua thuật toán di truyền (GA). Banerjee, Zhou và Montreuil (1997) đã áp dụng GA vào bố cục ô. Cấu trúc cây cắt lát lần đầu tiên được Otten (1) đề xuất như một cách để biểu diễn một lớp bố cục. Sau đó, nhiều tác giả đã sử dụng cách tiếp cận này, bao gồm Tam và Chan (1982), những người đã sử dụng nó để giải quyết vấn đề bố cục diện tích không bằng nhau với các ràng buộc hình học. Thuật toán GA được sử dụng trong công trình này do Shayan và Chittilappilli (1995) phát triển dựa trên cấu trúc cây cắt lát (STC). Thuật toán này mã hóa bố cục ứng viên có cấu trúc cây thành một cấu trúc đặc biệt gồm các nhiễm sắc thể 2004 chiều, cấu trúc này cho thấy vị trí tương đối của từng tiện ích trong cây cắt lát. Có các lược đồ đặc biệt để thao tác nhiễm sắc thể trong các hoạt động GA (Tam và Li, 2). Một hoạt động "nhân bản" mới cũng đã được giới thiệu trong Shayan và
3. THỬ NGHIỆM QUA MỘT NGHIÊN CỨU TRƯỜNG HỢP
Để kiểm tra hiệu suất của các phương pháp được mô tả trước đó, tất cả chúng đều được áp dụng vào một trường hợp thực tế trong sản xuất đồ nội thất. Công ty sản xuất 9 kiểu ghế khác nhau, ghế 2 chỗ ngồi và
Mỗi sản phẩm trải qua 11 hoạt động bắt đầu tại Cơ sở 1 – Khu vực cắt và kết thúc tại Cơ sở 11 – Khu vực lắp bu lông. Mỗi cụm lắp ráp cuối cùng có thể được chia thành các cụm lắp ráp phụ có tên giống nhau. Các cụm lắp ráp phụ này gặp nhau tại Bolt
Do đó, không có luồng vật liệu tuần tự, tạo ra công việc đang tiến hành. Sự tương tác giữa các cơ sở có thể được xác định bằng các biện pháp chủ quan cũng như khách quan. Đầu vào chính cần thiết cho sơ đồ luồng là nhu cầu, số lượng vật liệu được sản xuất và lượng vật liệu chảy giữa mỗi máy. Luồng vật liệu được tính toán dựa trên lượng vật liệu chảy trong 10 tháng * Đơn vị đo lường được hiển thị trong Hình 2. Hình 3 hiển thị diện tích của từng phòng ban được sử dụng trong nghiên cứu tình huống. Hình 4 hiển thị bố cục hiện tại của Nghiên cứu tình huống.
Hình 1 Biểu đồ lắp ráp cho nghiên cứu trường hợp
Hình 2 Luồng tài liệu cho nghiên cứu điển hình.
Hình 3 Số tương ứng với khoa
Hình 4 Bố cục hiện tại của công ty nội thất và kích thước của từng phòng ban được sử dụng trong mô hình nghiên cứu trường hợp
4. ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH
Ở đây, các phương pháp mô hình hóa khác nhau được thảo luận trong phần 2 được áp dụng vào nghiên cứu điển hình để tạo ra các bố cục thay thế nhằm so sánh.
4.1 Sử dụng lý thuyết đồ thị
Bảng 1 cho thấy sự so sánh các kết quả sử dụng 2 cách tiếp cận khác nhau của Lý thuyết đồ thị, cụ thể là phương pháp Foulds và Robinsons và phương pháp Wheels và Rims. Bảng 1 cho thấy rõ ràng rằng phương pháp Foulds và Robinsons là phương pháp tốt hơn trong 2 kết quả. Các kết quả của phương pháp Foulds và Robinsons được giải thích chi tiết trong Hình
Bảng 1: Bảng so sánh 2 phương pháp lý thuyết đồ thị khác nhau được sử dụng.
Hình 5 Đồ thị kề của kết quả nghiên cứu trường hợp sử dụng phương pháp Foulds và Robinson.
Hình 6 Bố cục được cải thiện sau khi sử dụng lý thuyết đồ thị (phương pháp Foulds và Robinsons)
Hình 7 Biểu đồ đánh giá khoảng cách * Lưu lượng cho nghiên cứu trường hợp sử dụng lý thuyết đồ thị (phương pháp Foulds và Robinsons)
4.2 Sử dụng CRAFT
Dữ liệu đầu vào cho CRAFT được nhập và chi phí ban đầu cho bố cục hiện tại được tính toán đầu tiên. Chi phí này có thể được giảm bằng cách sử dụng so sánh từng cặp như thể hiện trong Hình 1.
Hình 8 Chi phí ban đầu cho bố cục hiện tại sử dụng CRAFT
Hình 9 Trao đổi từng bước bằng CRAFT
Kết quả thu được bằng CRAFT được thể hiện trong Bảng 2. Dựa trên các tính toán trên, có thể vẽ ra một bố cục mới và cải tiến được thể hiện trong Hình 10
Bảng 2: Bảng hiển thị kết quả
Hình 10 Bố cục được cải thiện do CRAFT tạo ra
4.3 Thuật toán trình tự tối ưu
Dữ liệu đầu vào giống như đối với CRAFT ngoại trừ việc nó tuân theo một tập hợp so sánh từng cặp khác nhau. Bảng 3 cho thấy kết quả rút ra từ bố cục được cải thiện. Hình 11 cho thấy bố cục được cải thiện bằng cách sử dụng Optimum Sequence.
Bảng 3 Bảng hiển thị kết quả sử dụng CRAFT
4.4 Sử dụng BLOCPLAN
Biểu đồ ma trận dòng chảy được chuyển đổi thành biểu đồ REL như thể hiện trong Hình 12 với các tham số sau:
Hình 12 Biểu đồ REL cho nghiên cứu trường hợp
Bảng 4 cho thấy kết quả sử dụng các loại phương pháp tiếp cận khác nhau. Như đã thấy, BLOCPLAN sử dụng tìm kiếm tự động cho kết quả tốt hơn so với sử dụng Thuật toán xây dựng.
Hình 13 Cải thiện bố cục tìm kiếm tự động
Bảng 4 Các biện pháp cho bố trí BLOCPLAN
4.5 Sử dụng thuật toán di truyền
Giải pháp tốt nhất mà thuật toán tìm thấy được hiển thị ở Hình 14. Sau đó, giải pháp này được chuyển đổi thành bố cục trong Hình 15 để so sánh với các mô hình khác.
Hình 14 Bố cục được phát triển bởi thuật toán di truyền
Hình 15 Chuyển đổi bố cục trong Hình 14
Bảng 5 hiển thị kết quả sử dụng Thuật toán di truyền.
Bảng 5 Bảng hiển thị kết quả sử dụng thuật toán di truyền
5. SO SÁNH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM BẰNG AHP
Bảng 6 tóm tắt các kết quả thu được từ tất cả các kỹ thuật mô hình hóa so với Bố cục hiện tại để so sánh. Phần bố cục tốt nhất sẽ được thực hiện dựa trên 3 yếu tố là Tổng diện tích (Minimze), Lưu lượng * Khoảng cách (Maximize) và Tỷ lệ kề (Maximize). Mục tiêu chính là giảm WIP và tổ chức luồng vật liệu có hệ thống. Do đó, ma trận lưu lượng * khoảng cách là tham số quan trọng nhất.
Bảng 6 Tóm tắt kết quả sử dụng tất cả các kỹ thuật mô hình so với kết quả của bố cục hiện tại
Bảng 7 cho thấy thứ hạng hỗn hợp của các bố cục thay thế dựa trên nhiều yếu tố khác nhau. Ví dụ, Bố cục 1 có thứ hạng kém về Diện tích và F*D trong khi lại là tốt nhất về Tính kề cận. Sự kết hợp này khiến việc chọn một trong hai trở nên khó khăn. Chúng tôi khuyến khích sử dụng một kỹ thuật chính thức, AHP, được triển khai bởi phần mềm Expert Choice.
Bảng 7 Xếp hạng các phương án khác nhau liên quan đến các mục tiêu
AHP so sánh tầm quan trọng tương đối của từng cặp con so với cha mẹ. Sau khi hoàn tất so sánh cặp, phương pháp tổng hợp kết quả bằng một số mô hình toán học để xác định thứ hạng chung. Hình 16 cho thấy thứ hạng của các kết quả đạt được từ tất cả các thuật toán liên quan đến mục tiêu của giải pháp lựa chọn tốt nhất.
Hình 16 Tổng hợp liên quan đến mục tiêu
Giải pháp tốt nhất đạt được bằng BLOCPLAN (Tìm kiếm tự động) tiếp theo là Lý thuyết đồ thị sử dụng Phương pháp Foulds và Robinson, sau đó là Thuật toán di truyền. Các giải pháp khác tệ hơn nhiều. Lưu ý rằng do tính chủ quan cố hữu, thứ hạng không phải là chỉ báo tuyệt đối về lựa chọn tốt hơn, mà là khuyến nghị mà người dùng có thể cân nhắc để phù hợp với nhu cầu.
Chúng tôi đề xuất bố cục được tạo bằng BLOCPLAN sử dụng Tìm kiếm tự động là giải pháp được chọn. Khi quyết định điều này, một phân tích độ nhạy đã được tiến hành để đảm bảo rằng lựa chọn là mạnh mẽ. Nếu thời gian cho phép, điều này nên được thực hiện cho các giải pháp thay thế gần khác trước khi đưa ra lựa chọn.
6. KẾT LUẬN
Mục tiêu trong bài báo này là sử dụng các kỹ thuật mô hình hóa khác nhau để lựa chọn bố cục tốt nhất cho một công ty nội thất. Bố cục tốt nhất được tạo ra bởi BLOCPLAN bằng cách sử dụng Tìm kiếm tự động như trong Hình 17.
Hình 17 Bố cục tốt nhất sử dụng các phương pháp mô hình hóa
Bảng 9 cho thấy những cải tiến của giải pháp đề xuất so với bố cục hiện tại. Lưu ý rằng bố cục cho thấy các khối và vị trí tương đối của chúng. Các hạn chế thực tế cần được áp dụng để phù hợp với mọi nhu cầu. Sau đó, có thể lập kế hoạch chi tiết hơn cho từng khối, nếu cần theo cùng một cách.
Bảng 9: Cải tiến so với bố cục hiện tại bằng cách sử dụng các kỹ thuật mô hình hóa
Kết quả khá khả quan đối với công ty, mặc dù họ không có bất kỳ hiểu biết nào về các phương pháp khoa học.
