سیستم زمانبندی - پایگاه دانلود رایگان کتاب | دانلود کتاب

۱٫مقدمه:
برنامه‌ریزی و زمان بندی دو مقوله نزدیک و بسیار وابسته می‌باشند و لی اغلب اوقات مسایل مربوط به این دو مقوله به صورت جداگانه و به تکنیکهای متفاوتی حل می شوند. وظیفه‌ی برنامه‌ریزی ایجاد فعالیت‌ها در جهت رسیدن به اهداف تولید می‌باشد در حالی که وظیفه زمان بندی اختصاص دادن فعالیت های ایجاد شده در برنامه‌ریزی به زمان و منابع در دسترس می‌باشد. اغلب که این دو مقوله درمسائل واقعی با یکدیگر ترکیب می‌شوند، و مسئله به این صورت حل می‌شود که ابتدا قسمت برنامه‌ریزی سیستم فعالیت‌‌ها را مشخص نموده سپس قسمت زمان‌بندی، زمان و منابع در دسترس را به این فعالیت‌ها اختصاص می‌دهد.همانطور که در قسمت(۲) بحث خواهیم کرد درصورتی که این قبیل مسائل برنامه‌ریزی حالت پیچیده‌تری به خود بگیرند، این دوگانگی و جدایی میان برنامه ریزی و زمان‌بندی زیاد مناسب نخواهد بود. در صورتی که تصمیمات برنامه‌ریز به شدت متاثر از تصمیات قسمت زمان‌بندی باشد( به طور مثال عفالیت‌های نصب و قطعات فرعی) پیشنهاد می‌کنیم از روش ما مبتنی بر حل مسائل در فصل مشترک برنامه‌ریزی و زمان‌بندی استفاده نمایید.
در قسمت (۶) شیوه یکپارچه‌سازی بین زمان‌بندی و برنامه ریزی را در سیستم برنامه‌ریزی تولید کف کارگاهی ویسپوت توضیح خواهیم داد. در ضمن امکانات منحصر به فرد این سیستم برنامه‌ریزی که به ما امکان می‌دهد در ماورای سیستم‌های برنامه ریزی تولید متداول و سنتی به حل مسائل برنامه‌ریزی تولید بپردازیم را شرح خواهیم داد.
این مقاله بر اساس روند زیر طراحی شده است: ابتدا مشخصات وخصوصیات مسئله را روشن خواهیم کرد. سپس به کمک یک مسئله‌ی محک ویژه که سیستم پیشنهادی ما توانایی حل کردن آن را دارد در صورتی که مابقی سیستم های موجود این توانایی را ندارند به بیان نتیجه‌گیری با استفاده از نتایج به‌ دست آمده از حل این مسئله و همچنین مسائل واقعی حل شده توسط این سیستم خواهیم پرداخت.

۲٫ مسئله
زمان بندی سنتی با مسئلۀ تخصیص دادن منابع و زمان در دسترس به فعالیت های شناخته شده سر و کار دارد . منابع نسبتاً ساده هستند  معمولاً ، منابع به وسیله یک ظرفیت محدود شده برای اجرای فعالیت ها شناخته می شوند. معمولا یکی از این دوحالت اتفاق می‌افتد: یا  یک منبع یکتا داریم ، این مسئله وقتی اتفاق می‌افتد که در زمان واحد تنها یک فعالیت می تواند انجام شود . از این نوع زمان بندی به عنوان زمان بندی افتراغی یاد می شود، در حالت دوم  منابع انباشته داریم  در این صورت به شرطی که تقدم و ترتیب  محدودیت ها رعایت شوند ، می توان تعداد بیشتری فعالیت را به صورت موازی در یک زمان انجام داد به این نوع زمان بندی ، زمان بندی تجمعی گفته می شود . تفاوت میان این دو نوع برنامه ریزی حائز اهمیت است زیرا یک منبع محدود شده  با استفاده از یک فیلتر قوی می‌تواند به عنوان یک یک منبع یکتا معرفی شود. با وجود گستردگی استفاده از منابع یکتا و تجمعی در ابزارهای زمان بندی سنتی ، هیچ کدام از ا ین ابزارها به توالی و ترازبندی فعالیت ها در منابع توجه نمی کنند . (این موضوع در بخش ۱-۲ توضیح داده خواهد شد) .
علاوه بر منابع ، قیود نیز تخصیص فعالیت ها را  با محدودیت مواجه می‌کنند . زمان بندی های سنتی تقدم قیود در بین فعالیت ها را معرفی کردند . معمولاً هر کجا که باید توالی فعالیت ها رعایت شود فعالیت ها و وظایف با هم، هم وابسته شده اند از این رو دربارۀ مدل های وظیفه محور صحبت خواهیم کرد .
زمان بندی کف کارگاهی ، یک مثال برای نشان دادن مسئله زمان بندی وظیفه محور می باشد .(۲/۹)
زمان بندی بر مبنای محدودیت ها (۲۰) به وسیله دادن تقدم دادن دلبخواهی به فعالیت ها بسیار شایع است ولی نیاز به تسلط به شناخت قبلی از فعالیت ها دارد.
در بخش های بعد نشان خواهیم داد که مسائل واقعی از آنچه که در مسائل ساده فوق الذکر یاد شد بسیار پیچده تر می باشند . به ویژه مثال هایی خواهیم زد که در آنها منابع با رفتارهای مرکب و پیچیده، از دسته بندی سنتی ( یکتا/تجمعی) فراتر هستند . همچنین نشان خواهیم داد چرا یک الگوی زمان بندی که در آن وظایف ثابت در نظر گرفته می‌شوند، مدلی درخور برای زمان‌بندی برخی از  فرآیندهای تولید نمی باشد . در قسمتی نیز به تشریح یک مثال که دربردارنده این ویژگی هاست خواهد بود .

۲٫۱٫ منابع پیچیده(مرکب)
منابع یکتا (ماشین) و تجمعی (انبار) مثالهایی نوعی از منابع هستند. ولی در برخی از محیط های تولید نظیر محیط های تولید صنعتی رفتار منابع کمی پیچیده تر و ترکیبی تر می باشند . خصوصاً ، توالی و انطباق فعالیت ها مهم هستند . در سیستم برنامه ریزی ویسپوت ، سیستم تولید دسته ای با یک فرآیند حمل و نقل ترکیبی را مدلسازی می کنیم .
 در روش تولید دسته‌ای فعالیت ها می توانند به صورت موازی انجام شوند ولی اگر دو فعالیت همپوشانی داشتند باید در زمان واحد شروع و در یک زمان پایان یابند . این همپوشانی تشکیل یک دسته‌ی تولید را می دهد. در این روش تولید علاوه بر محدودیت ظرفیت محدودیت سازگاری را نیز داریم به عبارت دیگر ، فعالیت هایی که از یک نوع می باشند و سازگاری دارند می توانند به صورت موازی انجام شوند . علاوه بر این برای تولید دسته می توانیم یک طرح حمل و نقل ترکیبی را مدلسازی کنیم. منابع ذکر شده در ایستگاه‌های مختلف مصرف می‌شوند و بین این ایستگاه‌ها حمل و نقل می‌شوند . در زمان واحد هر منبع می تواند دقیقاً در یک ایستگاه حضور داشته باشد و هر ایستگاه فقط می تواند بر اساس الگوی حمل و نقل تغییر را روی دسته‌ی تولید انجام دهد.
علاوه بر این ، تعداد دسته های در جریان در هر ایستگاه محدود است . اکنون مثال هایی را مطرح می کنیم که نشان می دهد چگونه الگوی حمل و نقل برای مدلسازی رفتار منابع واقعی استفاده می شود .
یک منبع ثابت را با دو روش تولید موازی و متوالی را بررسی می‌کنیم. برای تعداد دسته های موجود در  فرایند روش تولید سریال محدودیتی وجود ندارد در صورتی که در روش موازی فقط سه دسته محصول می توانند حضور داشته باشند . محدود شدن تعداد دسته ها در روش تولید موازی ناشی از تکنولوژی به کار رفته برای تولید است و برخی از محصولات فرعی تولید شده در حین تولید موازی ، موقتاً در کنار ماشین انبار می شوند . انبار موقت بعد از تولید سه دسته پر می شود و بدینگونه دسته بازیافت باید قبل از تولید ادامه یابد .
برای ساختن الگوی حمل و نقل ترکیبی ، می توان به لحظه‌ی ورود دسته تخلیه توجه کرد(دسته‌ی تخلیه آن دسته‌ای است که بعد از ورود آن دسته به ایستگاه کاری و انجام کار روی آن باید تمیزکاری ماشین آلات انجام می‌شودم و انباشته‌ی کنار هر ایستگاه باید تخلیه شود. به هر حال، تا زمانی که محصولات کنار ماشین انبار شده‌اند تمیزکاری انجام نخواهد شد. بعداً در مورد نقش دسته تخلیه در یک پاراگراف توضیح خواهیم داد .
الگوی حمل‌ونقل یاد شده در پاراگراف بالا می تواند به سادگی به وسیله یک گراف نمایش داده شود. که هر ایستگاه به وسیله تعداد بیشینه و کمینه تعداد دسته های موجود در این ایستگاهها شناسایی می شود .
 
شکل ۱٫ رفتار بسیاری از منابع را که می توان به وسیله استفاده از ایستگاههای با بیشینه و کمینه تعداد دسته ها در هر ایستگاه‌های کاری (داخل براکت) و استفاده از الگوی حمل و نقل بین ایستگاهها (سمت چپ) ، شرح داد. این الگوی حمل و نقل باید در تولید متوالی دسته‌ای دنبال شود .
الگوی حمل و نقل، برای مدلسازی منابع چارچوب یک کاری انعطاف پذیر را با استفاده از بیشینه و کمینه‌ی دسته‌ها در هر ایستگاه واقعی در اختیار قرار می دهد. برای مثال به ما کمک می‌کند که بفهمیم کارگران برای یادگیری طرز کار ماشین‌آلات به چهار دسته تولید نیاز دارند . به عبارت دیگر مدت زمان برای انجام کار روی این چهار دسته از دسته های بعدی بیشتر است . می توانیم ، ا با خصوصیات که ایستگاههای کاری از قبیل مدت و بازه های زمانی را  بر روی هر ایستگاه کاری برچسب‌گذاری کنیم، این ویژگی‌ها برای کلیه دسته هایی که به این ایستگاه‌های کاری وارد می‌شوند قابل استفاده هستند. از این رو کارگر می تواند به وسیله حمل و نقل یک دستگاه به دو دسته مبتدی و ورزیده دسته بندی شود .
 
شکل۲٫ حمل و نقل بین ایستگاههای کاری می تواند رفتار منابع را توضیح دهد . برای مثال بعد از یک تعداد از دسته‌ها وارد شده به دسته‌ها منابع یا محصولات تغییرات برگشت‌ناپذیری پیدا می‌کنند.
طرح حمل‌و‌نقل توضیح داده شده‌اند اجازه را که شمارش تعداد دسته‌ها برای هر ایستگاه را ارائه می دهد . به هر حال در موقعیت های زیادی هست که در آن کاربر نیاز به شمارش دسته های ایستگاه‌های مختلف را دارد . به عنوان مثال دسته تخلیه زمانی بعد از تعداد خاصی از دسته محصول وارد ایستگاههای کاری می شود.در سیستم کف کارگاهی ویسپوت یک شمارنده دسته ها را تعریف می‌کنیم که دسته های کل ایستگاه‌های کاری را می شمارد . این شمارش ترتیب‌دهی و توالی دسته ها را با محدودیت مواجه می کند .

 
شکل ۳٫ شمارندۀ دسته ها را در سراسر ایستگاههای کاری برای مدلسازی موقعیت ها از قبیل تخلیه اجباری بعد از هشت دسته محصول (سریال، موازی) را شمارش می کند .
زمان بندی مدل شرح داده شده در بالا به وسیله ابزارهای زمانبندی متداول سنتی سخت و تقریبا غیر ممکن است.اصلی‌‌ترین مشکل الگوی حمل و نقل  این است که شمارش بعضی  از دسته‌ها به وسیله شمارنده انجام نمی شود به این معنی که رفتار یک دسته در بین ایستگاه‌های کاری مستقل نمی‌باشد و منوط به مبقی دسته‌ها کاری می‌باشد.(۱۷و۲ ) از این رو دسته ها را می توان از قبل تعریف کرد  و این که ما دسته ها را در طول زمان بندی به صورت پویا برنامه‌ریزی کنیم بسیار آسان تر خواهد بود.و این یعنی همان یکپارچه سازی برنامه ریزی و زمان بندی که ما در قسمت (۳) پیشنهاد کردیم .

۲٫۲ وابستگی منابع
 در سیستم های زمان بندی متداول و سنتی روابط ایجاد شده بین فعالیت‌ها با توجه به  اولویت محدودیتها ایجاد می شود. این اولویت  بین محدودیت ها را می توان در جریان بین فعالیت ها مشاهده کرد. یک قلم ( آیتم) برای مورد استفاده قرار گرفتن در ایستگاه کاری بعدی ابتدا بایددر ایستگاه قبلی تولید شود. به هر حال، این اولویت بندی ساده بین روابط بین دسته‌ها برای مدل سازی بسیاری از مسائل واقعی کافی نیست.
هریک از اقلام قبل از اینکه مصرف شوند باید تولید شود بعضی مواقع فاصله زمانی بین اتمام تولید و شروع مصرف نباید خیلی طولانی شود . به علت اینکه دمای محصول برای مصرف در مرحله بعد باید پایین باشد بعد از تولید خنک کاری می شود . می توانیم این مسئله زمانی که روابط تقدمی ساده با محدودیت های بیشتری عوض می شوند .می توان با زمان بندی مبتنی بر محدودیت ها مدل سازی کرد .

بیشینه تأخیر < انجام تولید_شروع مصرف < کمینه تأخیر
مشکل زمانی به وجود می آید که ما می‌دانیم چه فعالیت هایی با استفاده از تقدم محدودیت های ذکر شده در بالا به هم ارتباط پیدا کرده‌اند مثلا زمانی که چند فرآیند مختلف برای تولید یک آیتم استفاده می شود این مشکل پدید می‌آید.
برای مثال فرض کنید محصول در یک سیستم با روش موازی تولید می‌شود در این سیستم دو ماشین که با هم  کار می‌کنند و حتمآ به یک کارگر نیاز داریم (شکل ۴ سمت چپ). دریک حالت دیگرهمان محصول در یک سیستم متوالی(سریال) که در آن محصول برای ساخت ابتدا به ماشین ۱ و سپس به ماشین ۲ می رود و در این سیستم به کارگر نیازی نیست (تصویر۴ سمت راست). ساختار فرایند و مسییر  تولید در دو مورد بالا متفاوت است، دسته های متفاوتی با روابط متفاوتی در آنها استفاده می شود. زمان بندی متداول نیاز به یک روند مشخص تولید مشخص دارد دارد که این روند باید قبل از شروع فرایند تولید تعیین شود. ما پیشنهاد می دهیم که زمانی که اطلاعات کافی راجع به دسته‌ها در دست است این تصمیم را به تعویق بیندازیم.

 
شکل ۴٫  در شرایط واقعی کارخانه یک به طور نمونه فرایند تولید یک محصول طی مسیرهای بیشتری انجام شود به این صورت که یا به وسیله یک سیستم تولید موازی دو ماشین در حال کار کردن است و یک کارگر نیاز است در یک ماشین اول آماده سازی و سپس در ماشین دوم تولید می شود.
مشکل دیگر در برنامه‌ریزی متداول سنتی مدلسازی روابط چند به چند برای دسته‌های تولید می‌باشد، به عبارت دیگر در ضمن وجود چندین تولید کننده برای یک دسته چندین مصرف کننده نیز وجود دارد و چندین چرخه وجود دارد.در یک چرخه ممکن است که چندین محصول فرعی وجود داشته باشد که این محصولات در مراحل بعدی مورد استفاده قرار بگیرند و در مدلسازی چرخه باید این محصولات را مد نظر قرار داد. زمان‌های setup قبل از اجرای چرخه قابل پیش بینی نیستند. اینکه قبل از طراحی ایستگاه‌های کاری چرخه را طراحی کنیم به نظر کار غیر ممکنی می‌آید.
برای دستیابی به موضوع بالا ما پیشنهاد می کنیم قبل از اینکه روابط تقدم بین منابع مشخص شود ، روابط تأمین کننده مشتری بین منابع مشخص شود. تقدم بین مشتری تأمین کننده به وسیله منابع تأمین کننده و منابع مشتری و ایستگاههای کاری شان و تأخیر بین اتمام تولید دسته ها تأمین کننده و شروع مصرف دسته ها مشخص می شود.از این رو یک دسته تأمین کننده می تواند به چند دسته مصرف کننده تبدیل شود و بالعکس .
روابط مشتری‌ـ‌تأمین کننده به صورت طبیعی به وسیله جریان تولید محصول در کارخانه مدلسازی می‌شود، می‌توان از این روابط به عنوان یک شاهد مثال برای تقدم محدودیت‌ها استفاده کرد که زمانی که دسته‌ها به ایستگاه‌های کاری فرستاده می‌شوند یک شکل پویا را در طول مدت زمان بندی به خود می گیرند. بخش ۴ را ببینید.

 شکل ۵ .یک مثال برای شرح فرآیند رابطه مشتری تأمین کنندگی توسط کاربریا استفاده رابط گرافیکی کاربر سیستم برنامه‌ریززی کف کارگاهی ویسپوت در شکل ۵ آمده است .

“وظایف” در یک نگاه اجمالی :
تمرکز سیستم کف کارگاهی ویسپوت روی مسائل، برای عبور از برنامه‌ریزی سنتی است . اجازه دهید تا میزان به طور خلاصه یک مسئله حل شده  توسط سیستم کف کارگاهی ویسپوت را با مثالی به شما ارائه دهیم . یک کارگاه کوچک با دو ماشین r1 (شکل ۳ ) و r2 (شکل ۱ ) و تولید یک محصول ساده را در نظر می‌گیریم. این ماشین ها هر کدام قادر به کارکردن در سیستم موازی یا سیستم سریال می باشند. شکل (۴) در روش موازی دسته منابع مورد استفاده دو ماشین به صورت موازی وارد ماشینها می‌شوند و یک کارگر نیزنیاز است یکی از محصولات پایانی از دسته خارج می شود و به اندازه یک دسته محصول زمان نیاز است تا کارگر با کار دستگاه آشنا شده (در پایین ببینید).

کارگر فقط در بازه های زمانی(۱۰۰و۰) و (۴۰و۳۰) و (۷۰و۶۰) در دسترس می باشد. زمان بندی برنامه ریزی تولید از زمان ۰ آغاز شده و به طریقی پیش می رود که در زمان ۲۰، ۵ قلم از محصول آماده باشد و در پایان در زمان۱۰۰ ، ۲۵ قلم محصول آماده باشد. همانطور که در مثال بالا می بینیم هدف سیستم برآورده کردن تولید مقدار دسته هایی است که تقاضای آن محصول را توسط خریدار پاسخ داده (برنامه‌ریزی) در ضمن اینکه منابع در دسترس برای تولید این دسته‌ها موجود باشد(زمان بندی). یک برنامه زمان برای یک دوره‌ی زمانی مشخص به کاربر واگذار می شود.