Tiểu luận môn Thuật Toán và Phương Pháp Giải Quyết Vấn Đề Vấn đề lập lịch trình sản xuất

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÀI THU HOẠCH THUẬT TOÁN & PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ GVHD: PGS. TS. ĐỖ VĂN NHƠN HVTH: ĐOÀN VĂN HUYÊN CH1301091 TP HCM, tháng 10 năm 2014 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN VẤN ĐỀ LẬP LỊCH Vấn đề: lập lịch trình sản xuất CH1301091 – Đoàn Văn Huyên MỤC LỤC Lời mở đầu trang 4 Vấn đề lập lịch trình sản xuất trang 5 I. Đặt vấn đề trang 5 2 Vấn đề: lập lịch trình sản xuất CH1301091 – Đoàn Văn Huyên II. Xây dựng giải pháp trang 6 1. Mô hình hóa vấn đề trang 6 1.1. Vấn đề thực tế và vấn đề cần giải quyết trang 6 1.2. Xây dựng mô hình trang 8 2. Thiết kế thuật giải trang 11 II.1.Lựa chọn phương pháp trang 11 II.2.Ý tưởng cho thuật giải trang 12 II.3.Mô tả cụ thể trang 18 II.4.Thuật giải trang 19 3. Chứng minh tính hiệu quả trang 27 4. Kiểm chứng thực nghiệm trang 27 5. Những tồn tại và hướng cải tiến trang 29 III Kết luận trang 30 Tài liệu tham khảo trang 31 3 Vấn đề: lập lịch trình sản xuất CH1301091 – Đoàn Văn Huyên LỜI MỞ ĐẦU Trong cuộc sống, con người luôn gặp phải những vấn đề, những khó khăn, những vướng mắc cần phải giải quyết. Đôi khi những vấn đề ấy khá đơn giản và có thể giải quyết một cách dễ dàng. Nhưng vẫn tồn tại những vấn đề vô cùng phức tạp, muốn giải quyết được con người phải bỏ ra rất nhiều công sức và nguồn lực. Với sự tiến bộ khoa học, kỹ thuật đặc biệt là trong khoa học máy tính, đã mang lại cho con người rất nhiều công cụ, ứng dụng hữu ích. Những công cụ ấy giúp con người giải quyết được rất nhiều vấn đề từ đơn giản đến phức tạp, từ nhỏ đến lớn. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều vấn đề vô cùng phức tạp từ cuộc sống đang thách thức các nhà khoa học máy tính tìm tòi, nghiên cứu các phương pháp mới, thuật toán mới, thuật giải mới, để giải quyết chúng. 4 Vấn đề: lập lịch trình sản xuất CH1301091 – Đoàn Văn Huyên VẤN ĐỀ LẬP LỊCH TRÌNH SẢN XUẤT I. Đặt vấn đề Tại một công ty sản xuất hàng may mặc, có nhiều phân xưởng sản xuất và mỗi phân xưởng đảm nhiệm một vai trò nhất định trong quá trình sản xuất ra thành phẩm. Trong đó có thể chia ra hai bộ phận chính: - Cắt: từ bảng thiết kế một mặt hàng và nguyên vật liệu sẳn có, các công nhân sẽ cắt nguyên vật liệu ra thành những phần khác nhau của mặt hàng, tạo ra những bán thành phẩm chờ thực hiện tiếp ở bước tiếp theo. - Ráp: từ những bán thành phẩm (bộ phận đã được cắt), các công nhân may chúng lại với nhau để được một thành phẩm hoàn chỉnh chờ kiểm nghiệm và giao cho khách hàng. Ngoài ra còn những bộ phận khác như: thu mua nguyên vật liệu, kiểm tra chất lượng thành phẩm, tính toán giá thành thành phẩm, kinh doanh,… Vấn đề được đặt ra ở đây là làm sao tối ưu quá trình sản xuất, giảm thiểu chi phí, tăng năng suất sản xuất để kinh doanh đạt hiệu quả và thu được lợi nhuận cao. Đòi hỏi nhà quản trị, điều hành phải biết sắp xếp lịch trình sản xuất một cách khoa học, hợp lý và chặt chẽ. Lập lịch trình sản xuất phải đảm bảo cho các công việc được thực hiện một cách hiệu quả, với các yêu cầu: - Đáp ứng thời gian giao hàng cho khách hàng - Giảm thiểu việc trễ hạn - Giảm thiểu thời gian rỗi của các phân xưởng - Giảm thiểu nguyên vật liệu tồn kho dở dang, chỉ thu mua nguyên vật liệu khi cần, và không xảy ra tình trạng thiếu nguyên vật liệu - Tăng cường năng suất lao động của công nhân hoặc máy móc - Giảm thiểu thời gian hoàn thành một đơn hàng Cần phải có một hệ thống lập lịch trình sản xuất nhằm mục tiêu điều hành và nâng cao hiệu quả sản xuất, cũng như có phương án tối ưu cho việc thu mua nguyên vật liệu, lập kế hoạch giao hàng cho khách hàng. 5 Vấn đề: lập lịch trình sản xuất CH1301091 – Đoàn Văn Huyên II. Xây dựng giải pháp 1. Mô hình hóa vấn đề 1.1. Vấn đề thực tế và vấn đề cần giải quyết a. Khảo xác và thu thập dữ liệu, thông tin và tri thức - Lấy thông tin các phân xưởng sản xuất và chức năng của các phân xưởng đó (cắt hay ráp) - Lấy thông tin năng suất làm việc của mỗi phân xưởng, mỗi ngày làm ra được bao nhiêu thành phẩm, bán thành phẩm,… kể cả thông tin số lượng thành phẩm lỗi, không sử dụng được,… - Lấy thông tin các đơn hàng (số lượng mặt hàng, thời gian giao hàng,…) - Lấy thông tin các ca làm việc chính thức và tăng ca, thời gian tăng ca tối đa b. Chọn lọc, chuẩn hóa, xác định cơ sở cho dữ liệu, thông tin và tri thức - Phân xưởng: loại phân xưởng, năng suất sản xuất - Đơn hàng: số lượng mặt hàng, hạn giao hàng c. Phạm vi, giới hạn - Lập ra lịch trình sản xuất, tối ưu vấn đề phân bổ thời gian làm việc cho các phân xưởng, đáp ứng tiến độ giao hàng - Có thể chậm trễ tiến độ giao hàng nhưng phải tối ưu nhất (thời gian chậm trễ là thấp nhất) - Đề xuất được phương án tăng ca trong giới hạn cho phép để đẩy nhanh tiến độ khi cần thiết - Chỉ lập lịch sản xuất, tăng ca, không lập lịch thu mua nguyên vật liệu, lịch giao hàng, lịch kiểm tra thành phẩm,… d. Giả thiết của vấn đề - Thời gian sản xuất một mặt hàng là như nhau - Năng suất sản xuất của một phân xưởng là cố định - Bỏ qua các thành phẩm lỗi, xem như đã tính toán vào năng suất cố định cho mỗi phân xưởng, được tính theo công thức: Năng suất = số lượng sản xuất thực tế - số lượng lỗi - Thời gian giao hàng được tính ra trước (ngày thứ bao nhiêu kể từ lúc bắt đầu lịch trình), được tính theo công thức: 6 Vấn đề: lập lịch trình sản xuất CH1301091 – Đoàn Văn Huyên Thời gian giao = ngày dự kiến giao – ngày bắt đầu lịch trình - Ngày bắt đầu lịch trình luôn là ngày thứ hai của tuần - Số đơn hàng là cố định từ lúc bắt đầu đến lúc kết thúc lịch trình - Một tuần làm việc 6 ngày, mỗi ngày làm 8 giờ ứng với 100% năng suất làm việc, được chia làm 2 ca (sáng và chiều) mỗi ca là 50% năng suất. - Thời gian tối thiếu giao bán thành phẩm sau khi cắt là 1 ca e. Mục tiêu của vấn đề Đề xuất một hoặc một vài lịch trình sản xuất đáp ứng mục tiêu tối ưu quá trình sản xuất, đúng tiến độ giao hàng. f. Các ràng buộc - Để hoàn thành sản phẩm phải trải qua hai công đoạn là cắt và ráp. Công đoạn cắt phải được thực hiện trước, sau đó mới thực hiện công đoạn ráp. Ví dụ: sản xuất 100 thành phẩm cần phải cắt 100 bán thành phẩm sau đó ráp 100 bán thành phẩm đó lại. - Nếu có tăng ca thì tại mỗi phân xưởng, mỗi ngày tăng ca không quá 2 giờ (25% năng xuất làm việc) và một tuần không quá 4 lần tăng ca. - Tất cả các phân xưởng điều phải làm việc, nếu có trống thì không được vượt quá 4 giờ/ngày (1 ca). - Tổng dòng thời gian hoàn thành tất cả đơn hàng là nhỏ nhất có thể, Tổng dòng thời gian = tổng thời gian sản xuất + tổng thời gian chờ đợi - Tổng thời gian tăng ca là thấp nhất có thể Tổng thời gian tăng ca = sum(thời gian tăng ca của tất cả phân xưởng) - Tổng thời gian trống là thấp nhất có thể Thời gian trống (trên mỗi ca, chỉ tính trên ca chính) = (năng suất – số lượng phân công) / 4 (giờ) Tổng thời gian trống = sum(thời gian trống) (giờ) - Tổng thời gian trễ hạn giao hàng trên từng đơn hàng là thấp nhất có thể Nếu ngày hoàn thành đơn hàng > hạn giao hàng 7 Vấn đề: lập lịch trình sản xuất CH1301091 – Đoàn Văn Huyên Thời gian trễ hạn = ngày hoàn thành đơn hàng – hạn giao hàng (ngày) Nếu ngày hoàn thành đơn hàng <= hạn giao hàng Thời gian trễ hạn = 0 (ngày) Tổng thời gian trễ hạn = sum(thời gian trễ hạn trên từng đơn hàng) (ngày) 1.2. Xây dựng mô hình a. Mô hình cho dữ liệu, thông tin và tri thức: Được mô hình hóa dưới dạng các đối tượng - Phân xưởng: Mã phân xưởng, Loại phân xưởng, Năng suất + Mã phân xưởng: duy nhất cho một phân xưởng + Loại phân xưởng: phân theo chức năng của phân xưởng, được quy định: 0  phân xưởng cắt; 1  phân xưởng ráp - Đơn hàng: Mã đơn hàng, Số lượng, Hạn giao hàng + Mã đơn hàng: mã đơn hàng duy nhất cho mỗi đơn hàng + Số lượng: số lượng hàng hóa đã đặt + Hạn giao hàng: thời hạn hàng hóa phải giao đủ số lượng b. Mô hình cho giả thiết - Input: danh sách phân xưởng, danh sách đơn hàng Bảng 1.2.1: Mô hình danh sách phân xưởng Mã phân xưởng Loại phân xưởng Năng suất (sản phẩm) PX1 0 100 PX2 0 160 PX3 1 120 PX4 1 100 8 Vấn đề: lập lịch trình sản xuất CH1301091 – Đoàn Văn Huyên Bảng 1.2.2: Mô hình danh sách đơn hàng Mã đơn hàng Số lượng (sản phẩm) Hạn giao (Ngày thứ…) DH1 1000 8 DH2 1200 13 DH3 950 17 DH4 800 15 DH5 1500 20 - Output: lịch trình cho tất cả phân xưởng để sản xuất cho tất cả các đơn hàng. c. Mô hình cho mục tiêu - Lịch trình: Ngày, Phân xưởng, Ca, Đơn hàng, Số lượng + Ngày: ngày làm việc bắt đầu từ ngày bắt đầu lịch trình, ngày bắt đầu lịch trình là ngày 1. + Phân xưởng: mã phân xưởng được phân công + Ca: 1, 2 hoặc 3 (Ca 1: buổi sáng, Ca 2: buổi chiều, Ca 3: tăng ca) + Đơn hàng: mã đơn hàng sẽ sản xuất trong 1 ca của một phân xưởng + Số lượng: số lượng sẽ sản xuất trong 1 ca của 1 phân xưởng Bảng 1.2.3: Mô hình lịch trình sản xuất Ngày Phân xưởng Ca Đơn hàng Số lượng 1 PX1 1 DH1 50 1 PX1 2 DH1 50 1 PX1 3 DH1 25 1 PX2 1 DH1 75 1 PX2 2 DH1 75 2 PX3 1 DH1 60 2 PX3 2 DH2 60 d. Mô hình cho điều kiện và các ràng buộc - Thiết lập một danh sách tạm để kiểm tra các điều kiện ràng buộc cho mỗi phân xưởng trong 1 ngày, bằng cách gán số lượng tối đa có thể sản xuất của phân xưởng đó – năng suất tối đa: Năng suất tối đa: Mã phân xưởng, Số lượng ca chính (ca 1, ca 2), Số lượng tăng ca. 9 Vấn đề: lập lịch trình sản xuất CH1301091 – Đoàn Văn Huyên Bảng 1.2.4: Mô hình danh sách năng suất tối đa Phân xưởng Số lượng Ca 1 Số lượng Ca 2 Số lượng tăng ca PX1 50 50 25 PX2 80 80 40 PX3 50 50 25 PX4 60 60 30 - Thiết lập danh sách số lần tăng ca cho mỗi phân xưởng để kiểm tra số lần tăng ca tối đa trong tuần, 1 tuần được xác định trong khung 7 ngày kể từ ngày bắt đầu lịch trình được tính bằng công thức: Tuần thứ = ngày / 7 (chia lấy phần nguyên) Bảng 1.2.5: Mô hình danh sách số lần tăng ca trong tuần Phân xưởng Số lần tăng ca còn lại PX1 4 PX2 4 PX3 4 PX4 4 Khi có tăng ca cho 1 phân xưởng thì giảm số lần tăng ca còn lại xuống một, nếu không còn lần tăng ca nào thì không cho phép tăng ca trong tuần đó, của phân xưởng đó. Sau khi kết thúc một tuần thì số lần tăng ca còn lại được trả về số lần tăng ca tối đa 2. Thiết kế thuật giải 2.1. Lựa chọn phương pháp - Quy trình sản xuất gồm hai công đoạn là cắt và ráp, trong đó ráp phải thực hiện khi công đoạn cắt đã hoàn thành. Có thể thấy công đoạn cắt phải kế thừa từ kết quả đã hoàn thành từ công đoạn cắt. Vì thế ta có thể tách hai công đoạn ra riêng biệt để xử lý. - Trước tiên là hoàn thành lịch trình cho công đoạn cắt sao cho thỏa các điều kiện, ràng buộc. - Sau đó dựa vào kết quả đã đạt được ở công đoạn cắt phân lịch trình cho công đoạn ráp. 10 [...]... Metaheuristic là một trong những hướng tiếp cận hiệu quả cho những bài toán khó với yêu cầu tối ưu một phương diện nào đó 27 Vấn đề: lập lịch trình sản xuất CH1301091 – Đoàn Văn Huyên TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Tài liệu thuật toán và phương pháp giải quyết vấn đề, PGS TS Đỗ Văn Nhơn 2 Lê Đức Tâm, Giáo trình quản trị sản xuất – chương 5: Lập lịch trình sản xuất, ĐH Xây dựng Miền Trung, 04/2012 28 .. .Vấn đề: lập lịch trình sản xuất CH1301091 – Đoàn Văn Huyên - Tổng thời gian sản xuất sẽ là thời gian kết thúc công đoạn ráp cuối cùng trong lịch trình Và thời gian giao hàng cho mỗi đơn hàng là thời gian hoàn thành công đoạn ráp cuối cùng cho mặt - hàng cuối cùng của một đơn hàng Có nhiều phương pháp có thể sử dụng để giải quyết vấn đề lập lịch này Từ vét cạn đến các phương pháp heuristic Có một phương. .. cách thực hiện các bước trong phương pháp giải quyết vấn đề, mọi vấn đề, bài toán dù có phức tạp, khó khăn đều có thể giải quyết một cách tối ưu - theo yêu cầu Từ bài toán phân công – một dạng bài toán khó – trong trường hợp cụ thể là phân công lịch trình sản xuất, với các giới hạn và yêu cầu cụ thể ta có thể chuyển nó thành một bài toán đơn giản hơn rất nhiều chỉ với phương pháp - xếp thứ tự Metaheuristic... khác nhằm cho ra lời giải tối ưu hơn, một trong những hướng tiếp cận khá tối ưu là heuristic, trong đó thuật giải di truyền là một trong những giải pháp rất hiệu quả cho bài toán phân công, lập lịch III Kết luận - Trong những trường hợp cụ thể của một vấn đề, một bài toán, ta có thể vận dụng các phương pháp khác nhau nhằm đơn giản hóa vấn đề, tạo tiền đề cho - việc giải quyết vấn đề một cách hiệu quả... break; } 23 Vấn đề: lập lịch trình sản xuất CH1301091 – Đoàn Văn Huyên } if (isAdd) { DSPC.Add(new DonHang() { MaDH = lt.MaDH, SoLuong = lt.SoLuong }); } for (int i = DSPC.Count - 1; i >= 0; i ) { if (DSPC[i].SoLuong . cứu các phương pháp mới, thuật toán mới, thuật giải mới, để giải quyết chúng. 4 Vấn đề: lập lịch trình sản xuất CH1301091 – Đoàn Văn Huyên VẤN ĐỀ LẬP LỊCH TRÌNH SẢN XUẤT I. Đặt vấn đề Tại một. lập lịch trình sản xuất CH1301091 – Đoàn Văn Huyên MỤC LỤC Lời mở đầu trang 4 Vấn đề lập lịch trình sản xuất trang 5 I. Đặt vấn đề trang 5 2 Vấn đề: lập lịch. hàng. - Có nhiều phương pháp có thể sử dụng để giải quyết vấn đề lập lịch này. Từ vét cạn đến các phương pháp heuristic. Có một phương pháp khá đơn giản để giải quyết vấn đề này là dựa vào nguyên