Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật công nghiệp: Nghiên cứu ứng dụng giải thuật di truyền cho bài toán điều độ thang máy vận chuyển hàng tại một kho B2B

_

NGUYỄN PHƯỚC BẢO HẬU

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN CHO BÀI TOÁN ĐIỀU ĐỘ THANG MÁY VẬN CHUYỂN HÀNG TẠI

MỘT KHO B2B

Chuyên ngành: Kỹ thuật công nghiệp

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 Chủ tịch Hội đồng: TS Nguyễn Vạng Phúc Nguyên2 Thư ký Hội đồng: TS Nguyễn Văn Thành

3 Phản biện: TS Lê Đức Đạo 4 Phản biện: TS Dương Quốc Bửu 5 Ủy viên: PGS TS Đỗ Ngọc Hiền

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

_ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: NGUYỄN PHƯỚC BẢO HẬU MSHV: 2170619

Ngày, tháng, năm sinh: 16/09/1996 Nơi sinh: Tp Hồ Chí Minh Chuyên ngành: Kỹ thuật công nghiệp Mã số: 8520117

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

 Quan sát hiện trạng, xác định vấn đề, phân tích nguyên nhân của sự ùn ứ hàng ởkhu vực thang máy trong kho T&C;

 Nghiên cứu ứng dụng giải thuật dui truyền cho bài toán điều độ thang máy; Kiểm thử hiệu quả của giải thuật trên các tập dữ liệu.

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/02/2023

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 11/06/2023V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS Đỗ Ngọc Hiền

PGS TS Lê Ngọc Quỳnh Lam

(Họ tên và chữ ký)

LỜI CẢM ƠN

Em xin cảm ơn thầy PGS TS Đỗ Ngọc Hiền, cô PGS TS Lê Ngọc Quỳnh Lam đã luôn tận tình hướng dẫn và hỗ trợ em về cả kiến thức cũng như tinh thần, giúp em có được phương pháp suy luận logic và sự quyết tâm để hoàn thành luận văn đúng thời hạn Em xin cảm ơn các anh, chị đồng nghiệp ở công ty đã hỗ trợ nhiệt tình cho em Sự quan tâm của các anh, chị là những nguồn động lực quý giá giúp em nỗ lực hoàn thành luận văn này

Cuối cùng, nhưng vô cùng quan trọng, xin cảm ơn gia đình, đã luôn là hậu phương vững chắc về mặt tinh thần, để con đi đến cùng quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn Một lần nữa xin chân thành cảm ơn!

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Nhà kho ngày càng đóng vai trò quan trọng trong vận hành của một chuỗi cung ứng Trong những hoạt động của nhà kho, lấy hàng (order-picking) được đánh giá là quan trọng vì hoạt động này chiếm tỷ lệ lớn cả về chi phí và nhân lực trong tổng chi phí và nhận lực vận hành kho Vì vậy, nâng cao hiệu quả của hoạt động lấy hàng là một chủ dề luôn thu hút nhiều nhà nghiên cứu cũng như nhà quản lý

Ở kho T&C, lấy hàng là một hoạt động quan trọng trong quá trình xuất hàng (outbound) của kho Do đặc thù lưu trữ theo các tầng lầu, khoảng thời gian diễn ra (duration) của hoạt động lấy hàng ở kho T&C chịu ảnh hưởng đáng kể bởi kết quả điều độ sử dụng thang máy để vận chuyển hàng Hiện tại ở nhà kho nơi tác giả thực hiện nghiên cứu này, do tác động của các chương trình khuyến mãi của các khách hàng thương mại điện tử, khối lượng công việc của quá trình xuất hàng tăng nhanh chóng, đặc biệt vào các mùa kích cầu lớn trong năm (gọi là các “chiến dịch”) Tình trạng này dẫn đến xảy ra tranh chấp sử dụng nguồn lực thang máy giữa các nhóm xuất hàng phụ trách các danh sách hàng (list) khác nhau Kết quả là, thời gian của rất nhiều danh sách hàng bị kéo dài do thành phần thời gian ở thang máy lớn, ảnh hưởng cả chất lượng dịch vụ lưu kho và dịch vụ vận tải công ty Nhận thấy sự cấp thiết của một giải pháp cho vấn đề này, tác giả đã cố gắng xây dựng một giải thuật điều độ ở dạng giải thuật di truyền (genetics algorithm) nhằm cực tiểu hóa tổng thời gian trễ (tardiness) của các danh sách hàng, từ

ABSTRACT

Warehouses play an increasingly important role in the operation of a supply chain In warehouse operations, order-picking is considered important because this activity accounts for a large proportion of both cost and human resources in the total cost and receives the warehouse operation force Therefore, improving the efficiency of picking operations is a topic that always attracts many researchers as well as managers

In the T&C warehouse, picking is an important activity in the outbound process of the warehouse Due to the characteristics of storage by floors, the duration of picking activities at T&C warehouse is significantly affected by the results of dispatching using elevators to transport goods Currently in the warehouse where the author conducts this study, due to the impact of promotions of e-commerce customers, the workload of the shipping process increases rapidly, especially in the winter large demand stimulus during the year (called “campaigns”) This situation leads to a dispute about the use of elevator resources between the shipping groups in charge of different lists As a result, the lead times of many lists are lengthened due to the large elevator time component, affecting both the quality of the company's warehousing and transportation services Realizing the urgency of a solution to this problem, the author tried to build a moderation algorithm in the form of genetics algorithm to minimize the total delay time (tardiness) of the lists order book, thereby improving the efficiency of picking activities, contributing to improving the reputation of the company's service quality

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Tất cả các dữ liệu và kết quả sử dụng trong nghiên cứu này là trung thực và chưa được công bố trong các nghiên cứu khác Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình nếu không đúng như đã nêu trên

TÁC GIẢ

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN iii

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 2

1.3 Phạm vi và giới hạn nghiên cứu 3

1.4 Bố cục luận văn 3

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN 5

2.1 Cơ sở lý thuyết 5

2.1.1 Quá trình lấy hàng 5

2.1.2 Bài toán điều độ máy song song 6

2.1.3 Giải thuật di truyền 8

2.2 Các nghiên cứu liên quan 9

2.3 Phương pháp luận 10

Chương 3: PHÂN TÍCH ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT BIỂU VẤN ĐỀ 12

3.1 Giới thiệu công ty 12

3.2 Phân tích đối tượng nghiên cứu và xác định vấn đề 12

3.3 Xác định nguyên nhân và đề xuất giải pháp 17

4.4 Hàm mục tiêu, biến quyết định, ràng buộc 20

4.5 Cách xác định thời điểm hoàn thành danh sách hàng 22

Chương 5: ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN 24

Chương 6: KIỂM THỬ GIẢI PHÁP 37

6.1 Phương pháp kiểm thử giải pháp 37

6.2 Các tập dữ liệu đầu vào 37

6.3 Phương pháp chuẩn hóa dữ liệu đầu vào 38

6.4 Giải pháp kinh nghiệm 40

6.5 Các chỉ số đo lường hiệu quả của giải pháp 42

6.6 Xác định điều kiện dừng và số lần lặp 43

6.7 Kết quả kiểm thử giải pháp và phân tích 44

6.7.1 Kiểm thử với tập dữ liệu 1 44

6.7.2 Kiểm thử với tập dữ liệu 2 49

6.8 Kết luận về kết quả kiểm thử 55

Chương 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56

7.1 Kết luận 56

7.2 Kiến nghị 56

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

PHỤ LỤC A: DỮ LIỆU QUÁ TRÌNH LẤY HÀNG 61

PHỤ LỤC B: CÁC BẢNG DỮ LIỆU ĐẦU VÀO CHUẨN HÓA 80

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Bố cục của luận văn 3

Bảng 2.1 Các nghiên cứu ứng dụng điều độ máy song song trong nhà kho 7

Bảng 3.1 Dữ liệu lấy hàng thực tế 16

Bảng 5.1 Ví dụ về cơ chế mã hóa 26

Bảng 6.1 Tóm tắt thông tin các tập dữ liệu đầu vào 37

Bảng 6.2 Mẫu Bảng dữ liệu sản phẩm 39

Bảng 6.3 Mẫu Bảng dữ liệu về danh sách hàng 39

Bảng 6.4 Mẫu Bảng chứa dữ liệu chi tiết về hàng hóa trong danh sách hàng 39

Bảng 6.5 Bảng dữ liệu năng lực thang máy 39

Bảng 6.6 Trình tự điều độ khối hàng vào thang máy - tập dữ liệu 1 40

Bảng 6.7 Trình tự điều độ khối hàng vào thang máy - tập dữ liệu 2 40

Bảng 6.8 Tóm tắt xác định điều kiện dừng và số lần lặp 43

Bảng 6.9 Kết quả kiểm thử với tập dữ liệu 1 – giữa các lần lặp 45

Bảng 6.10 Kết quả kiểm thử với tập dữ liệu 1 - so sánh với giải pháp kinh nghiệm 46

Bảng 6.11 Trình tự điều độ khối hàng vào thang máy đề xuất cho tập dữ liệu 1 49

Bảng 6.12 Kết quả kiểm thử với tập dữ liệu 2 – giữa các lần lặp 50

Bảng 6.13 Kết quả kiểm thử với tập dữ liệu 2 - so sánh với giải pháp kinh nghiệm 50

Bảng 6.14 Trình tự điều độ khối hàng vào thang máy đề xuất cho tập dữ liệu 2 53

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Các chức năng cơ bản của một nhà kho 5

Hình 3.1 Quy trình xuất hàng 14

Hình 3.2 Tỷ lệ trung bình hai thành phần thời gian của quá trình lấy hàng 17

Hình 5.1 Lưu đồ Khối Mã hóa và Khởi tạo quần thể ban đầu 28

Hình 5.2 Lưu đồ Khối Chọn lọc 30

Hình 5.3 Ví dụ phương pháp order crossover 32

Hình 5.4 Lưu đồ Khối Trao đổi chéo 33

Hình 5.5 Lưu đồ Khối Đột biến 36

Hình 6.1 So sánh giá trị hàm mục tiêu giữa giải pháp của giải thuật và giải pháp kinh nghiệm – tập dữ liệu 1 47

Hình 6.2 So sánh giá trị độ thích nghi giữa giải pháp của giải thuật và giải pháp kinh nghiệm – tập dữ liệu 1 48

Hình 6.3 So sánh giá trị hàm mục tiêu giữa giải pháp của giải thuật và giải pháp kinh nghiệm – tập dữ liệu 2 52

Hình 6.4 So sánh giá trị độ thích nghi giữa giải pháp của giải thuật và giải pháp kinh nghiệm – tập dữ liệu 2 53

NST Nhiễm sắc thể Cấu trúc di truyền cơ bản trong giải thuật di truyền

SKU Stock-Keeping-Unit Đơn vị lưu trữ hàng hóa trong kho

SLA Service-Level-Agreement

Cách gọi văn bản hợp đồng quy định các điều khoản về dịch vụ giữa công ty nơi tác giả thực hiện luận văn và khách hàng của công ty

Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Theo nghiên cứu của [1], thuê ngoài (outsourcing) đã trở thành chiến lược kinh doanh quan trọng trên phạm vi toàn cầu trong những thập kỷ gần đây, và vai trò quan trọng của quản lý chuỗi cung ứng đã tăng lên đáng kể kể từ giữa những năm 1990 Theo nghiên cứu của [2], nhà kho nắm giữ những vai trò chiến lược như đạt được thời gian chu kỳ ngắn hơn, lượng tồn kho ít hơn, chi phí thấp hơn và dịch vụ khách hàng tốt hơn Như vậy, việc thuê kho ngoài để lưu trữ và quản lý vật tư là một xu hướng ngày càng trở nên quan trọng và phổ biến trong các hoạt động của chuỗi cung ứng toàn cầu

Nghiên cứu [3] chỉ ra rằng: quá trình lấy hàng (order-picking) chiếm khoảng 55% chi phí vận hành nhà kho Vì vậy, đây là một quá trình đáng quan tâm cải tiến để nâng cao hiệu quả vận hành của các kho thuê ngoài, vì chất lượng của quá trình lấy hàng sẽ ảnh hưởng lớn đến cạnh tranh về giá bán dịch vụ của các kho này Một trong những vấn đề phổ biến trong vận hành kho nói chung và quá trình lấy hàng nói riêng là tranh chấp sử dụng nguồn lực Kho Tây Nam (T&C) không nằm ngoài hiện trạng này Cụ thể, thời gian diễn ra quá trình lấy hàng ở kho T&C đang gặp phải vấn đề về tranh chấp sử dụng nguồn lực thang máy trong quá trình xuất hàng, đây chính là vấn đề sẽ được tập trung nghiên cứu trong luận văn

Điều độ công việc là một trong những yếu tố quan trọng quyết định đến khối lượng công việc cần phải làm Việc điều độ công việc sẽ quyết định các yếu tố công việc sẽ được làm vào lúc nào, với khối lượng công việc bao nhiêu, và sử dụng nguồn lực như thế nào Điều độ giúp giải quyết các vấn đề như giảm thiểu thời gian chờ đợi của khách hàng, thời gian vận hành, đồng thời sử dụng hiệu quả các nguồn lực của doanh nghiệp

Điều độ máy song song giải quyết việc gán từng hoạt động cho một trong các máy ứng viên và sau đó sắp xếp thứ tự các hoạt động được chỉ định trên từng máy Nhiều vấn đề trong cuộc sống thực có thể được mô phỏng như các vấn đề điều độ máy song song,

ví dụ: một trạm xăng có thể phục vụ nhiều xe cùng một lúc tại các trụ xăng và khu vực dịch vụ của ngân hàng có thể phục vụ nhiều khách hàng cùng một lúc Vấn đề tranh chấp sử dụng thang máy xảy ra ở kho T&C xảy ra trên các thang máy giống nhau và các thang máy này có thể cùng lúc vận chuyển hàng hóa, nên vấn đề hoàn toàn có thể quy về bài toán điều độ máy song song

Hiện tại ở nhà kho nơi tác giả thực hiện nghiên cứu này, do tác động của các chương trình khuyến mãi của các khách hàng thương mại điện tử, khối lượng công việc của quá trình xuất hàng tăng nhanh chóng, đặc biệt vào các mùa kích cầu lớn trong năm (gọi là các “chiến dịch”) Tình trạng này dẫn đến xảy ra tranh chấp sử dụng nguồn lực thang máy giữa các nhóm xuất hàng phụ trách các danh sách hàng (list) khác nhau Kết quả là, thời gian của rất nhiều danh sách hàng (định lượng cụ thể trong chương 3) bị kéo dài do thành phần thời gian ở thang máy lớn, ảnh hưởng cả chất lượng dịch vụ lưu kho và dịch vụ vận tải công ty Nhận thấy sự cấp thiết của một giải pháp cho vấn đề này, tác giả đã cố gắng xây dựng một giải thuật điều độ ở dạng giải thuật di truyền (genetics algorithm) nhằm cực tiểu hóa tổng thời gian trễ (tardiness) của các danh sách hàng, từ đó nâng cao uy tín chất lượng dịch vụ của công ty

Vì những lý do nêu trên, luận văn sẽ tập trung giải quyết vấn đề tranh chấp sử dụng nguồn lực thang máy ở kho bằng một giải thuật điều độ máy song song phù hợp, hướng đến cực tiểu thời gian trễ của quá trình lấy hàng sau khi áp dụng giải thuật vào thực tế

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Luận văn “Nghiên cứu ứng dụng giải thuật di truyền cho bài toán điều độ thang máy vận chuyển hàng tại một kho B2B” được thực hiện nhằm cực tiểu hóa tổng thời gian trễ tại thang máy của tất cả các danh sách hàng, góp phần vào việc giảm thời gian trễ của toàn bộ quá trình lấy hàng

1.3 PHẠM VI VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU

Luận văn được thực hiện trong phạm vi thành phần thời gian tại thang máy của quá trình lấy hàng ở một kho 3PL Luận văn này chưa xem xét đến các yếu tố ngẫu nhiên, bất định

1.4 BỐ CỤC LUẬN VĂN

Bố cục của luận văn như được trình bày trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Bố cục của luận văn

1 Giới thiệu

Sự cần thiết của đề tài luận văn đối với vận hành của doanh nghiệp, cũng như mục tiêu, phạm vi và giới hạn nghiên cứu và bố cục của luận văn

2 Cơ sở lý thuyết và phương pháp luận

Trình bày những cơ sở lý thuyết được sử dụng trong luận văn, điểm qua nghiên cứu có liên quan đến đề tài của luận văn và trình bày phương pháp luận của luận văn

3

Phân tích đối tượng nghiên cứu và phát biểu vấn đề

Giới thiệu doanh nghiệp, giới thiệu đối tượng nghiên cứu, phân tích hiện trạng của đối tượng nghiên cứu, xác định vấn đề, nguyên nhân gốc rễ, đề xuất giải pháp sơ bộ Từ đó phát biểu vấn đề

4 Mô hình hóa bài toán

Mô hình hóa bài toán cần giải quyết ở dạng mô tả bằng lời và dạng toán học

5 Ứng dụng giải thuật di truyền

Ứng dụng giải thuật di truyền vào giải quyết bài toán

CHƯƠNG TÊN CHƯƠNG NỘI DUNG CHƯƠNG

6 Kiểm thử giải pháp

Sử dụng các tập dữ liệu với các kích cỡ khác nhau để kiểm thử giải pháp, kết luận hiệu quả cải tiến của giải pháp

7 Kết luận và kiến nghị

Nêu lên những kết quả nổi bật của nghiên cứu, cũng như đưa ra một số kiến nghị của tác giả đối với các công ty liên quan đến giải pháp mà nghiên cứu đề xuất

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN 2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Hình 2.1 Các chức năng cơ bản của một nhà kho

(nguồn: [3])

Về mặt thông tin, trước quá trình lấy hàng, hệ thống thông tin quản lý kho (warehouse management system – WMS) đối chiếu lại với lượng tồn kho sẵn có và xác định các thiếu hụt nếu có Thêm vào đó, WMS sẽ tổ chức lại yêu cầu lấy hàng để phù hợp với mặt bằng Quá trình này bao gồm việc tạo ra các dòng lấy hàng (pick line) thể hiện rõ vị trí lấy hàng, số lượng cần lấy và đơn vị đo của sản phẩm, và gộp các dòng lấy hàng vào các danh sách lấy hàng (pick-list), tất cả phải đảm bảo người lấy hàng (picker) di chuyển một cách dễ dàng và tiết kiệm Sau khi diễn ra các giai đoạn trên, danh sách lấy hàng được gửi đến người lấy hàng [3]

[4] đã nêu ra những kiểu lấy hàng cơ bản:

 Lấy hàng rời rạc (discrete order picking): mỗi người lấy hàng lấy đầy đủ các sản phẩm của một đơn hàng trong mỗi hành trình

 Lấy hàng theo lô (batch picking): mỗi người lấy hàng lấy một nhóm nhiều đơn hàng cùng nằm trên một dãy kệ trong mỗi hành trình, những sản phẩm giống nhau giữa các đơn hàng sẽ được lũy tích số lượng và được chia lại vào các đơn hàng sau khi lấy hàng

 Lấy hàng theo khu vực (zone picking): tổng nhu cầu lấy hàng sẽ được phân chia vào các khu vực lưu trữ khác nhau, mỗi khu do một người lấy hàng phụ trách Người lấy hàng lấy tất cả những sản phẩm thuộc khu vực của mình, những sản phẩm sau đó sẽ được phân chia vào các đơn hàng theo đúng yêu cầu của khách hàng

 Lấy hàng theo lượt (wave picking): các đơn hàng được gộp thành các nhóm, mỗi nhóm sẽ được lấy vào một khung thời gian nhất định trong ngày, theo hình thức của phương pháp lấy hàng rời rạc

Bài toán được giải quyết trong luận văn có đối tượng nghiên cứu là một quá trình lấy hàng rời rạc

2.1.2 Bài toán điều độ máy song song

Bài toán điều độ máy song song thường có dạng: n công việc độc lập (1; 2; 3; …; n) được thực hiện trên m máy tương tự nhau (1; 2; 3; …; m) Hàm mục tiêu phổ biến

của bài toán này là thời gian trễ Thời gian trễ được định nghĩa như sau:

 Nếu công việc trễ thì thời gian trễ là độ vượt của thời điểm hoàn thành so với thời điểm tới hạn mong muốn;

 Nếu công việc không trễ thì thời gian trễ bằng 0

Tóm tắt một số nghiên cứu ứng dụng bài toán điều độ máy song song trong môi trường vận hành kho như ở Bảng 2.1

Bảng 2.1 Các nghiên cứu ứng dụng điều độ máy song song trong nhà kho NGHIÊN

CỨU

HÀM MỤC TIÊU

BIẾN QUYẾT

[5]

Tổng thời gian hoàn thành của các công việc

Chuỗi công việc trên các “máy”

Máy chưa sẵn sàng chưa đến khi hoàn thành thao tác unloading;

Mỗi công việc được điều độ duy nhất 1 lần;

Mỗi máy chỉ được thực hiện 1 công việc tại 1 thời điểm

[6]

Cực tiểu tổng thời gian trễ có trọng số và sự tiêu thụ năng lượng

Biến nhị phân gán công việc vào máy với tham số tốc độ chạy kèm theo Thời gian bắt đầu mỗi công việc trên máy

Mỗi công việc được điều độ duy nhất 1 lần;

Mỗi máy chỉ được thực hiện 1 công việc tại 1 thời điểm

[7] Cực tiểu tổng thời gian trễ

Chuỗi công việc trên các “máy”

Mỗi công việc được điều độ duy nhất 1 lần;

Mỗi máy chỉ được thực hiện 1 công việc tại 1 thời điểm

Dựa trên bảng 2.1, các bài toán ứng dụng điều độ máy song song trong nhà kho thường có:

 Hàm mục tiêu là cực tiểu tổng thời gian trễ hoặc tổng thời gian hoàn thành;  Biến quyết định là chuỗi công việc được thực hiện trên các “máy” hoặc

biến nhị phân gán công việc với “máy”;

 Ràng buộc đảm bảo tất cả công việc được điều độ, cũng như “máy” không thực hiện cùng lúc hai công việc

Các yếu tố thường gặp vừa nêu sẽ được áp dụng trong quá trình mô hình hóa bài toán của luận văn

2.1.3 Giải thuật di truyền

Theo nghiên [8], lý thuyết chọn lọc tự nhiên cho rằng những thực vật và động vật tồn tại ngày nay là kết quả của hàng triệu năm thích ứng với những nhu cầu của môi trường Tại những thời điểm nhất định, các loài khác nhau, cũng như các cá thể của cùng một loài, cùng tồn tại hoặc đấu tranh với nhau để tranh giành nguồn lực Những loài có khả năng thích nghi tốt hơn sẽ có được nguồn lực và tạo ra thế hệ con cháu cho tương lai Những loài không thích nghi đủ tốt sẽ giảm dần số lượng hoặc không có con cháu Những loài thích nghi tốt được gọi là những loài phù hợp (fit) hơn những loài còn lại Qua thời gian, toàn bộ hệ sinh thái tiến hóa để có được những loài, mà về trung bình, có độ phù hợp ở thế hệ sau cao hơn thế hệ trước, nhiều đặc trưng được tạo ra để đẩy mạnh sự sinh tồn Giải thuật di truyền hình thành dựa trên nền tảng này Lời giải cần phải được mã hóa thành các chuỗi mã thể hiện các nhiễm sắc thể (chromosome) – là cấu trúc tương ứng trong sinh học mang thông tin di truyền của cá thể và bao gồm nhiều gen Mỗi gen trên nhiễm sắc thể biểu diễn một đặc điểm của cá thể Quá trình hình thành quần thể mới xảy ra nhờ các toán tử sinh sản Toán tử sinh sản (reproduction operator) chủ yếu được dùng trong giải thuật di truyền là trao đổi chéo (crossover), khi con được tạo ra bằng cách trao đổi một hoặc nhiều đoạn con của hai nhiễm sắc thể bố mẹ Một toán tử di truyền khác là đột biến (mutation), khi một gen đơn lẻ trong nhiễm sắc thể được thay bằng một gen khác Chi tiết cách ứng dụng giải thuật di truyền trong luận văn này sẽ được trình bày ở chương 5

2.2 CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN

Chaudhry, I A., & Elbadawi, I A (2017) Minimisation of total tardiness for identical parallel machine scheduling using genetic algorithm Sādhanā, 42(1), 11-21

Bài báo này xem xét việc giảm thiểu tổng thời gian trễ cho một tập hợp công việc trên một tập hợp các máy song song Phương pháp tiếp cận được chọn là giải thuật di truyền (GA) Hai bài toán có 20 và 25 công việc, có số máy song song lần lượt bằng 2, 4, 6, 8 và 10 được giải theo cách tiếp cận đề xuất Mỗi tổ hợp số lượng công việc và máy móc bao gồm 125 bài toán được tạo ngẫu nhiên dựa trên mô hình toán

Sheremetov, L., Martínez-Muñoz, J., & Chi-Chim, M (2018) Two-stage genetic algorithm for parallel machines scheduling problem: Cyclic steam stimulation of high viscosity oil reservoirs Applied Soft Computing, 64, 317-330

Nghiên cứu [9] xem xét bài toán phân công tối ưu các máy phát hơi nước như một bài toán điều độ máy song song Tổng thời gian trễ được sử dụng làm mục tiêu Giải thuật được đề xuất là một dạng giải thuật di truyền và được thử nghiệm trên tập dữ liệu thực từ tài nguyên mỏ dầu nằm ở đầm lầy ven biển của Vịnh Mexico

Adan, J (2022) A hybrid genetic algorithm for parallel machine scheduling with setup times Journal of Intelligent Manufacturing, 33(7), 2059-2073

Nghiên cứu [10] đề xuất một giải thuật di truyền dạng lai mới để giải quyết vấn đề điều độ máy song song, với thời gian thiết lập phụ thuộc vào trình tự và máy, cũng như các ràng buộc về yêu cầu vận hành của máy Giải thuật di truyền được kết hợp với giải thuật tìm kiếm vùng cấm (tabu-search) Giải thuật được đánh giá trên 1200 kịch bản tham số và cho thấy hiệu quả giải quyết vấn đề

2.3 PHƯƠNG PHÁP LUẬN

Phương pháp luận của luận văn dựa trên phương pháp “CDIO”, được thực hiện lần đầu ở Viện Công nghệ Massachusets (Mỹ) vào đầu những năm 1990 Theo đó, phương pháp luận của luận văn sẽ bao gồm các giai đoạn chính:

 “C” = Conceive : Hình thành ý tưởng  “D” = Design : Thiết kế ý tưởng  “I” = Implement : Thực hiện

 “O” = Operation : Vận hành

Cụ thể, thiết kế chi tiết của phương pháp luận có tất cả 10 bước, phân chia vào các giai đoạn “C”, “D”, “I”, “O”, như trình bày sau đây

Giai đoạn “C” – Hình thành ý tưởng, gồm các bước:

1 Đặt vấn đề: Dẫn chứng những thông tin đáng tin cậy và lập luận để thể

hiện sự cần thiết của đề tài luận văn

2 Phân tích đối tượng nghiên cứu và xác định bài toán: Phân tích đối tượng

nghiên cứu, xác định vấn đề cần quan tâm theo quan điểm của các bên liên quan, xác định nguyên nhân gốc rễ của vấn đề và hình thành giải pháp sơ bộ cho bài toán

3 Phát biểu vấn đề: Phát biểu một cách đầy đủ về vấn đề, cung cấp một bức

tranh toàn diện về khoảng cách giữa trạng thái hiện tại (hiện trạng) và trạng thái mong muốn (kỳ vọng/ mục tiêu)

Giai đoạn “D” – Thiết kế ý tưởng:

4 Phát triển giải pháp: Dựa trên các nghiên cứu đáng tin cậy, căn cứ vào

quá trình quan sát thực tế vận hành tại kho, thực hiện phân tích và lựa chọn giữa nhiều phương án (nếu cần), xác định giải pháp phù hợp cho vấn đề đã phát biểu

Giai đoạn “I” – Thực hiện:

5 Hình thành mô hình toán: Mô hình toán được hình thành để phản ánh bài

toán thực tế, với những giả sử phù hợp

6 Nghiên cứu và lựa chọn giải thuật: Thực hiện nghiên cứu, phân tích, lựa

chọn giải thuật phù hợp với mô hình toán cũng như hoàn cảnh của đối tượng nghiên cứu

7 Thu thập và xử lý những dữ liệu liên quan: Dựa trên mô hình toán và

giải thuật, xác định các dữ liệu cần thiết, sau đó xử lý dữ liệu để đưa về dạng phù hợp (các “template”) nhằm tạo đầu vào tương thích với đoạn mã lập trình

8 Lập trình và kiểm tra: Sử dụng dữ liệu quá khứ để xây dựng và kiểm tra

đoạn mã lập trình thực thi giải thuật; và thực hiện hiệu chỉnh mô hình, giải thuật, hoặc đoạn mã lập trình nếu cần thiết cho đến khi đạt được các mục tiêu đề ra cũng như đảm bảo dữ liệu đầu ra phản ánh đúng thực tế vận hành

Giai đoạn “O” – Vận hành:

9 Đánh giá hiệu quả của giải pháp: Đánh giá xem giải pháp giúp cải thiện

tình trạng vận hành tốt đến mức độ nào thông qua một số chỉ số cụ thể, có

liên quan đến mục tiêu đã đặt ra

10 Kết luận và kiến nghị: Kết luận về kết quả đạt được, đưa ra những khuyến

nghị với phía công ty liên quan đến việc triển khai sử dụng giải pháp vào thực tế, cũng như đề xuất các hướng nghiên cứu kế tiếp

Chương 3: PHÂN TÍCH ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT BIỂU VẤN ĐỀ

3.1 GIỚI THIỆU CÔNG TY

T&C Logistics là đơn vị cung cấp dịch vụ xử lý và vận chuyển đơn hàng đa kênh, đa nền tảng T&C lưu kho, đóng gói và vận chuyển những đơn đặt hàng của các khách hàng thông qua mạng lưới kho bãi và đối tác giao nhận trên toàn quốc Lợi thế cạnh tranh mà công ty hướng tới là đáp ứng các chuẩn dịch vụ nghiêm ngặt đã cam kết với từ khách hàng

(Nguồn: dựa trên trang web công ty https://tnclog.vn/index.html)

3.2 PHÂN TÍCH ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ XÁC ĐỊNH VẤN ĐỀ

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là quá trình lấy hàng ở kho T&C Quá trình lấy hàng là một phần của quá trình xuất hàng (theo lưu đồ quy trình ở Hình 3.1) do Nhóm Tồn kho thực hiện Quá trình này bắt đầu bằng việc triển khai lấy hàng bởi các người lấy hàng (picker) dựa trên danh sách hàng (pick-list) mà Nhóm Dữ liệu đã ban hành trước đó Hàng hóa sau khi được lấy từ kệ hàng sẽ được vận chuyển đến trước thang máy và chờ di chuyển xuống lầu thấp bằng thang máy Điểm kết thúc của quá trình lấy hàng là khi hàng đến khu vực tập kết hàng Do thiết kế hạ tầng ở dạng các tầng lầu, nên hiệu quả của quá trình lấy hàng phụ thuộc rất lớn vào hiệu quả sử dụng thang máy để vận chuyển hàng giữa các tầng lầu Lưu đồ ở Hình 3.1 đã cho thấy rõ ràng rằng, thang máy được sử dụng càng hiệu quả, khả năng xuất hiện nút thắt cổ chai (bottle-neck) trong quá trình lấy hàng càng được cắt giảm, hiệu quả của quá trình lấy hàng cũng theo đó mà tăng lên

QUY TRÌNH XUẤT HÀNG

Khách hàngNhóm Dữ liệuNhóm Tồn khoNhóm Kiểm tra

Bắt đầu

Yêu cầu xuất hàng

Tạo lệnh xuất hàng

Hỗ trợ tạo lệnh xuất

Phiếu xuất kho

Tạo phân công lấy

Picking-list Triển khai

lấy hàng

Di chuyển hàng bằng thang máy

Tập kết hàngYêu cầu

dịch vụ (SLA)

Kiểm tra ngoại quan và kiểm đếm

Ghi nhận kết quả kiểm tra

Cho hàng lên xeLệnh

xuất hàng

Kết thúc

Hình 3.1 Quy trình xuất hàng

Khi phân tích ảnh hưởng thời gian của thời gian tại thang máy lên toàn bộ thời gian của quá trình xuất hàng (bao gồm không những quá trình lấy hàng của Nhóm Tồn kho mà cả quá trình xử lý dữ liệu của Nhóm Dữ liệu và quá trình kiểm đếm của Nhóm Kiểm tra), tác giả nhận thấy chỉ cần phân tích ảnh hưởng ở những danh sách hàng có tổng lượng hàng cần lấy lớn Nguyên nhân, dựa trên thực tế vận hành, là do với những danh sách hàng có tổng lượng hàng nhỏ, cho dù thời gian ở thang máy có lớn thì thời gian kiểm đếm của nhóm Kiểm tra lại rất nhỏ nên không có khả năng xảy ra vi phạm cam kết thời gian với khách hàng Như vậy, dữ liệu thời gian của những danh sách hàng có lượng hàng lớn sẽ được phân tích thay vì toàn bộ dữ liệu của các danh sách hàng Tác giả quy ước:

 Đối với hàng xuất nguyên kiện (gọi tắt là “hàng kiện”): danh sách hàng có lượng hàng lớn khi tổng lượng hàng từ 10 kiện trở lên;

 Đối với hàng xuất cần phải chia nhỏ (gọi tắt là “hàng xá”): danh sách hàng có lượng hàng lớn khi tổng lượng hàng từ 35 đơn vị lưu trữ (Stock-Keeping-Unit, hay gọi tắt là “SKU”) trở lên (cho dù SKU sử dụng đơn vị tính nào)

Để có một đánh giá định lượng về ảnh hưởng của thời gian tại thang máy lên tổng thời gian của quá trình lấy hàng của nhóm Tồn kho, xét trên mỗi danh sách hàng (thuộc nhóm danh sách hàng có lượng hàng lớn), tác giả thực hiện xác định tỷ lệ của các thành phần thời gian của quá trình lấy hàng trong kho T&C dựa trên dữ liệu lấy hàng thực tế (đã mã hóa để bảo mật cho công ty) Dữ liệu này được thu thập trong 2 tháng 9 và 10/2022 (dữ liệu tháng 11 cũng được thu thập nhưng chỉ có một danh sách hàng số lượng lớn nên xem như không đáng kể), các dữ liệu về mã đã được mã hóa để bảo mật thông tin cho công ty Dữ liệu bao gồm các trường thông tin như ở Bảng 3.1 Mô tả dữ liệu và cách xử lý dữ liệu với mỗi danh sách hàng như sau:

 Các dữ liệu gốc truy xuất từ WMS bao gồm: thời gian bắt đầu triển khai

lấy hàng ở cột ReadyToPickDate (DATA), thời gian hoàn thành triển khai lấy hàng ở cột PickedDate (DATA), thời gian hàng đến địa điểm tập kết sau khi ra khỏi thang máy ở cột CheckingDate (DATA);

 Cột Hàng kiện/xá thể hiện quy cách đóng gói của hàng hóa khi xuất theo

nguyên tắc đã nêu ở Chương 3 (“K” = hàng kiện, “X” = hàng xá”);

 Cột Tổng số lượng là tổng lượng hàng hóa của tất cả các SKU trong danh

sách hàng, tính theo đơn vị lưu trữ riêng của từng SKU;

 Cột Hàng kiện/xá và cột Tổng số lượng chứng minh các danh sách hàng

được chọn thuộc đúng nhóm đơn hàng có số lượng lớn theo mô tả ở chương 3;

 Giá trị ở cột Thời gian triển khai lấy hàng được tính bằng khoảng cách về thời gian tính bằng phút giữa giá trị ở cột ReadyToPickDate (DATA) và giá trị ở cột PickedDate (DATA);

 Giá trị ở cột Thời gian thang máy được tính bằng khoảng cách về thời gian tính bằng phút giữa giá trị ở cột PickedDate (DATA) và giá trị ở cột CheckingDate (DATA);

 Giá trị ở cột Tổng thời gian lấy hàng là tổng của giá trị ở cột Thời gian triển khai lấy hàng và Thời gian thang máy, dựa trên đó tỷ lệ % của các thành phần thời gian cũng được xác định ở cột % thời gian triển khai lấy hàng và % thời gian thang máy

Bảng 3.1 Dữ liệu lấy hàng thực tế

TT Mã danh sách hàng

PickedDate (DATA)

Thời gian triển khai lấy hàng (phút)

CheckingDate (DATA)

Thời gian thang

máy

(phút)

Tổng thời gian lấy hàng

(phút)

% thời gian triển khai lấy hàng

% thời gian thang

Kết quả thu được về tỷ lệ trung bình hai thành phần thời gian của quá trình lấy hàng như ở Hình 3.2

Hình 3.2 Tỷ lệ trung bình hai thành phần thời gian của quá trình lấy hàng

Dựa trên Hình 3.2, có thể thấy thời gian chờ đợi và vận chuyển tại thang máy chiếm tỷ trọng rất lớn trong thời gian lấy hàng (79.22%) Vì vậy, nếu thời gian chờ đợi và vận chuyển hàng tại thang máy được rút ngắn, thời gian lấy hàng sẽ được rút ngắn đáng kể, từ đó giảm tổng thời gian xuất hàng của các danh sách hàng có lượng hàng lớn, hạn chế việc vi phạm cam kết dịch vụ với phía khách hàng

3.3 XÁC ĐỊNH NGUYÊN NHÂN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP

Dựa trên thực tế vận hành mà tác giả đã quan sát được ở kho, có 3 nguyên nhân chính dẫn đến thời gian chờ đợi và vận chuyển tại thang máy lớn:

 [1] Thang máy hư đột ngột;

 [2] Chưa tối ưu được năng lực của thang máy;

 [3] Tranh chấp sử dụng thang máy giữa các nhóm xuất hàng do chưa có hướng dẫn về thứ tự đưa hàng vào thang máy

Thời gian triển khai lấy hàng Thời gian thang máy

Nguyên nhân [1] là nguyên nhân mang tính rủi ro, trong phạm vi hoạt động thường ngày của kho khó mà kiểm soát được Vì vậy, giải pháp được thiết kế trong luận văn này sẽ tập trung giải quyết các nguyên nhân [2] và [3] Thêm vào đó, do ưu tiên của giải pháp đang hướng đến cắt giảm thời gian của quá trình lấy hàng nhằm đáp ứng cam kết với phía khách hàng, nguyên nhân [3] sẽ được đặt ở ưu tiên cao hơn [2], ưu tiên [2] sẽ được đáp ứng dưới dạng một ràng buộc trong khi ưu tiên [3] sẽ đóng vai trò hàm mục tiêu

Theo đó, giải pháp được tác giả đề xuất là một lịch điều độ chi tiết việc sử dụng thang máy cho các khối hàng khác nhau của các danh sách hàng, có bao gồm cả trình tự các đợt vận chuyển hàng của thang máy, trong cùng một ca sao cho năng lực thang máy được khai thác tối ưu nhất có thể Hàm mục tiêu của giải pháp, áp dụng cơ sở lý thuyết về bài toán điều độ máy song song đã trình bày ở chương 2, là cực tiểu tổng thời gian trễ của tất cả các danh sách hàng

3.4 PHÁT BIỂU VẤN ĐỀ

Nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ ở khâu xuất hàng của một kho 3PL, thời gian lấy hàng được phân tích và kết quả là điểm nghẽn (bottle-neck) xuất hiện ở thành phần thời gian thang máy Nguyên nhân là do năng lực thang máy chưa được khai thác hợp lý cũng như các nhóm xuất hàng tranh chấp trong việc sử dụng thang máy Giải pháp được đề xuất là sử dụng một giải thuật điều độ phù hợp để đề xuất một lịch điều độ các khối hàng trong việc sử dụng thang máy, hướng đến cực tiểu hóa tổng thời gian trễ của tất cả các danh sách hàng trong cùng một ca làm việc

Chương 4: MÔ HÌNH HÓA BÀI TOÁN 4.1 CÁC ĐỊNH NGHĨA

Tác giả thực hiện mô hình hóa bài toán dựa trên một số định nghĩa sau:

 Khối hàng: là đơn vị nhỏ nhất để quản lý lượng hàng hóa di chuyển trong thang

máy trong luận văn này, khối hàng trong luận văn có thể đồng nhất với khối hàng thực tế ở kho hoặc không; mỗi khối hàng có thời điểm bắt đầu và thời điểm kết thúc quá trình di chuyển ở khu vực thang máy, và được quy định bởi 4 yếu tố:

o Danh sách hàng mà nó thuộc về; o SKU của khối hàng;

o Thang máy mà khối hàng được gán vào;

o Lần chạy thang máy mà khối hàng được gán vào sau khi đã được chỉ định thang máy;

 Lần chạy thang máy: là sự di chuyển giữa các tầng lầu trước khi việc chứa thêm một khối hàng làm cho thang máy t bị vượt quá năng lực về khối lượng hoặc thể tích, mỗi lần chạy thang máy đều có thời điểm bắt đầu và thời điểm kết thúc;  Thời điểm hoàn thành của danh sách hàng (hay giá trị “makespan” của danh

sách hàng): là thời điểm mà khối hàng cuối cùng có chứa hàng của một danh

sách hàng ra khỏi thang máy (nên cũng là thời điểm lần chạy thang máy cuối cùng chứa hàng của danh sách hàng đó kết thúc)

4.2 CÁC GIẢ SỬ

 Hàng luôn sẵn có ở khu vực thang máy;

 Thời gian di chuyển của một pallet hàng ở khu vực thang máy là như nhau cho mỗi khối hàng;

 Thời gian hành trình của thang máy là như nhau cho mỗi lần chạy thang máy

4.3 CÁC THAM SỐ, CHỈ SỐ VÀ TẬP HỢP

Các tham số, chỉ số và tập hợp được sử dụng trong mô hình của bài toán bao gồm:

 s: chỉ số của SKU;

 S: tập hợp các SKU trong kho;  l: chỉ số của danh sách hàng;  L: tập hợp các danh sách hàng  t: chỉ số thang máy;

 T: tập hợp các thang máy dùng vận chuyển hàng;  D: thời gian thang máy di chuyển giữa các tầng;  nt: thứ tự điều độ của khối hàng trong thang máy t;

 Nt: số lượng lần chạy của thang máy t trong ca;

 Dqls: số lượng yêu cầu của SKU s trên danh sách hàng l;  ms: trọng lượng của SKU s;

 vs: thể tích của SKU s;

 pkgs: hệ số quy cách đóng gói (khi xuất hàng) của SKU s dùng quy đổi từ số lượng

theo đơn vị trên danh sách hàng sang số lượng pallet hàng (vì hàng di chuyển vào thang máy theo pallet)

 Cmt, Cvt: năng lực trọng lượng, năng lực thể tích của thang máy t

4.4 HÀM MỤC TIÊU, BIẾN QUYẾT ĐỊNH, RÀNG BUỘC

Hàm mục tiêu của bài toán là: Cực tiểu Tổng thời gian trễ (Tardiness) của thành

phần thời gian tại thang máy của các danh sách hàng, được trình bày trong công thức

 Cách xác định thời điểm hoàn thành của danh sách hàng l (hay giá trị “makespan”)

sẽ được nêu chi tiết trong phần 4.5 Biến quyết định:

 : Biến thể hiện lượng hàng của một khối hàng

Ví dụ: Nếu thang máy 1 lần lượt vận chuyển các khối hàng sau trong lần chạy thang máy

1:

o 200 SKU 1 của danh sách hàng 1; o 50 SKU 2 của danh sách hàng 2; o 120 SKU 2 của danh sách hàng 3

thì các biến quyết định sẽ tương ứng nhận các giá trị là: o Q1111 = 200;

o Q1222 = 50; o Q1332 = 120

Ràng buộc:

 Với mỗi thang máy, tổng trọng lượng và thể tích hàng trong một lần chạy thang máy không vượt quá năng lực của thang máy Các ràng buộc về năng lực được thể hiện ở các công thức (4.2) và (4.3)

=

4.5 CÁCH XÁC ĐỊNH THỜI ĐIỂM HOÀN THÀNH DANH SÁCH HÀNG

Bước 1: Tính thời gian di chuyển đến thang máy của mỗi khối hàng dựa trên lượng hàng của khối hàng

Thời gian di chuyển đến thang máy của khối hàng được tính dựa trên lượng hàng của khối hàng và quy cách đóng gói (quy đổi lượng hàng về pallet hàng theo SKU) của khối hàng theo công thức (4.5)

(đơn vị: phút; trong đó 0.5 phút là thời gian không đổi để một pallet hàng di chuyển đến

thang máy, như đã trình bày trong giả sử)

Bước 2: Tính thời điểm bắt đầu và thời điểm kết thúc của lần chạy thang máy trên mỗi thang máy

 Tại thời điểm khối hàng đầu tiên k1 được gán vào thang máy t1 = 1, khối hàng này

thuộc về lần chạy nt11 = 1, đồng thời thời điểm của lần chạy thang máy đầu tiên

B11 và khối hàng đầu tiên B11ls được quy ước bằng 0, như trình bày ở công thức (4.6)

 Tại thời điểm các khối hàng k kế tiếp được gán vào thang máy t ở lần chạy thang máy thứ n, thời điểm bắt đầu của lần chạy thang máy nt, , cũng là thời điểm

kết thúc của lần chạy thang máy (nt – 1) ( ), được tính bằng cách lấy thời

điểm bắt đầu của lần chạy thang máy (nt – 1) cộng cho thời gian dài nhất trong

các khoảng thời gian di chuyển của các khối hàng đến thang máy, và sau đó cộng 2 lần hành trình thang máy, như trình bày ở công thức (4.7)

= ( )= ( )+ max

(đơn vị: phút; trong đó 0.75 phút thời gian không đổi của một hành trình thang máy, như

đã trình bày trong giả sử)

Bước 3: Gán thời điểm kết thúc của các khối hàng bằng chính thời điểm kết thúc của lần chạy thang máy của thang máy mà khối hàng đã được gán vào

Nếu khối hàng k được vận chuyển trong lần chạy thứ nt của thang máy t thì thời

điểm kết thúc lần chạy thang máy này cũng là thời điểm kết thúc của khối hàng k ở khu

vực thang máy, như trình bày ở công thức (4.8)

Vì với mỗi danh sách hàng, khối hàng được hoàn thành cuối cùng sẽ quy định thời điểm kết thúc của danh sách hàng, nên thời điểm kết thúc của danh sách sẽ được xác định theo công thức (4.9)

= max

(trong đó là tập hợp các khối hàng mang hàng hóa thuộc danh sách hàng l)

Chương 5: ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN

Theo [11], khi sử dụng GA, các thành phần cần xem xét bao gồm:  Cách khởi tạo quần thể ban đầu (initial population);

 Cơ chế chọn lọc (selection);

 Toán tử trao đổi chéo (cross-over);  Toán tử đột biến (mutation);  Điều kiện dừng (termination)

Tác giả sẽ dựa trên kết quả này để xây dựng các thành phần cho giải thuật di truyền được sử dụng trong luận văn Ngoài ra, một cơ chế mã hóa sẽ được thiết lập để bộ mã di truyền của toàn bộ giải thuật được thống nhất, và các thông tin trong mô hình toán ở chương 4 cũng sẽ được đảm bảo xuất hiện đầy đủ trong giải thuật ở chương 5

5.1 CƠ CHẾ MÃ HÓA

Thực tế vận hành ở kho sẽ được mã hóa theo cơ chế dưới đây để mô hình bài toán đã trình bày trong chương 4 có thể được chuyển đổi đầy đủ sang mô hình di truyền trong giải thuật di truyền:

 Mỗi lời giải trong mô hình toán sẽ được mã hóa thành một cá thể;

 Mỗi khối hàng sẽ được mã hóa thành một nhiễm sắc thể, như vậy đảm

bảo nhiễm sắc thể là đơn vị di truyền của cá thể;

 Mỗi khối hàng trong lời giải được đặc trưng bởi hai thông tin là lượng

hàng trong khối hàng và thang máy mà khối hàng được gán vào, mỗi

thông tin này được mã hóa thành một đoạn gen trên nhiễm sắc thể, như

vậy đảm bảo gen là một đoạn của nhiễm sắc thể chứa thông tin di truyền Ngoài ra, thông qua cơ chế kiểm soát tổng khối lượng và thể tích của các

khối hàng trong một lần thang máy di chuyển, một thông tin di truyền quan

trọng khác được hình thành, đó là lần chạy thang máy

5.2 MÃ HÓA VÀ KHỞI TẠO QUẦN THỂ BAN ĐẦU

Quần thể ban đầu sẽ được khởi tạo ngẫu nhiên với số lượng cá thể nhất định theo cơ chế mã hóa đã trình bày, dựa trên tham khảo phương pháp mã hóa trong nghiên cứu của Chaudhry và Elbadawi (2017), gồm các bước như sau:

 Bước 1: Xác định số lượng khối hàng Nk mà lượng hàng của một SKU s trong một danh sách hàng l có thể chia thành (dựa trên kinh nghiệm của người vận hành) Từ đó, với S là tập hợp các SKU có trong kho và L là tập

hợp các danh sách hàng trong ca, tổng số lượng khối hàng được tính theo công thức (5.1)

o Quá trình phát số ngẫu nhiên sẽ tuân theo phân bố phù hợp với thực

tế của quy cách đóng gói SKU: phân bố của hàng kiện sẽ là phân

bố rời rạc, phân bố của hàng xá sẽ là phân bố liên tục;

o Lượng hàng chứa trong mỗi khối được kiểm soát để dao động xung quanh giá trị nhỏ hơn của một trong hai giá trị là lượng hàng chưa phân bổ hiện tại và lượng hàng nhỏ nhất có thể phân bổ để cả năng lực thể tích và năng lực khối lượng đều không bị vi phạm, quá trình này diễn ra theo đúng phân bố của bộ phát số ngẫu nhiên đã chọn

(việc này được thực hiện nhằm giảm khả năng một khối hàng được phân bổ quá nhiều hoặc quá ít);

 Bước 3: Gán ngẫu nhiên một trong Nt thang máy cho mỗi khối hàng, nếu việc gán dẫn đến vi phạm về các ràng buộc năng lực (thể tích, khối lượng) thì gán khối hàng cho thang máy kế tiếp theo thứ tự Việc gán thang máy và kiểm tra năng lực cũng sẽ xác định lần chạy thang máy mà khối hàng tham gia theo đúng định nghĩa “lần chạy thang máy” đã trình bày ở chương 4

Ví dụ:

Trong ca có 2 danh sách hàng, thông tin trong 2 danh sách hàng này liên quan đến

2 SKU, Nk được chọn là 2, như vậy phương pháp mã hóa được thực hiện như sau:

 Bước 1: Tổng số khối hàng là: 2 x 2 x 2 = 8

 Bước 2: Giả sử danh sách hàng 1 yêu cầu 25 đơn vị SKU 1, còn danh sách

hàng 2 yêu cầu 100 SKU 1 và 10 SKU 2, kết quả phân chia ngẫu nhiên lượng hàng vào 8 khối hàng, hình thành đoạn gen chứa thông tin lượng hàng của NST, như ở cột “Lượng hàng” trong Bảng 5.1

 Bước 3: Gán ngẫu nhiên thang máy (sau khi đã kiểm tra các ràng buộc về

khối lượng và thể tích trong cùng một lần chạy thang máy) cho từng khối hàng, hình thành đoạn gen chứa thông tin thang máy của NST, như ở cột “Thang máy” của Bảng 5.1

Khối hàng/ NST (*) Giá trị gen Thang máy