Ứng dụng mô hình job shop linh động để hỗ trợ lập lịch sản xuất cho một công ty

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG *** NGUYỄN HỮU THIÊN ÂN ỨNG DỤNG MÔ HÌNH JOB-SHOP LINH ĐỘNG ĐỂ HỖ TRỢ LẬP LỊCH SẢN XUẤT CHO MỘT CÔNG TY Chuyên ngành Công Nghệ Thông Tin Mã số: 60.48.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Giáo viên hướng dẫn: PGS. TS. Trần Văn Lăng Đồng Nai, Năm 2012 LỜI CẢM ƠN Viết một luận văn là một trong những việc khó nhất mà em phải hoàn thành từ trước đến nay. Trong quá trình thực hiện luận văn em đã gặp rất nhiều khó khăn và bở ngỡ. Nếu không có những sự giúp đỡ và động viên của quý thầy cô thì có lẽ em đã không hoàn thành luận văn này. Xin chân thành cảm ơn Phó Giáo Sư Tiến sĩ: Trần Văn Lăng đã tận tình hướng dẫn và quý thầy cô khoa công nghệ thông tin, khoa sau đại học đã truyền dạy những kiến thức quý báu trong chương trình cao học và giúp đỡ kinh nghiệm cho luận văn hoàn thành được thuận lợi. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức kinh điển, nghiên cứu khảo sát tình hình thực tiễn và dưới sự hướng dẫn khoa học của Phó Giáo sư Tiến sĩ: Trần Văn Lăng. Các số liệu, mô hình toán và những kết quả trong luận văn là trung thực, các chiến lược đưa ra xuất phát từ thực tiễn và kinh nghiệm, chưa từng được công bố dưới bất cứ hình thức nào trước khi trình, bảo vệ và công nhận bởi “ Hội Đồng đánh giá luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ công nghệ thông tin ”. Một lần nữa, tôi xin khẳng định về sự trung thực của lời cam kết trên. MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỒNG QUAN 1 1.1. Tổng quan về bài toán lập lịch: 1 1.1.1. Bài toán lập lịch Job shop: . 1 1.1.2. Phân loại các vấn đề lập kế hoạch: 3 1.2. Giới thiệu về luận văn: . 5 1.2.1. Mục tiêu của luận văn: . 6 1.2.2. Nội dung trình bày luận văn: . 6 1.2.3. Các công việc cần thực hiện: 6 i. Giai đoạn đầu tiên: 7 ii. Giai đoạn thứ 2: . 7 iii. Giai đoạn thứ 3: . 8 CHƯƠNG 2:MỘT SỐ VẤN ĐỀ HỖ TRỢ LẬP LỊCH TRONG SẢN XUẤT . 10 2.1. Ý nghĩa lập kế hoạch sản xuất: 10 2.2. Mô hình dữ liệu: . 13 2.3. Mô hình sản xuất: . 15 2.3.1. Phân loại theo hình thức tổ chức sản xuất: . 16 a. Sản xuất liên tục (Flow shop): . 16 b. Sản xuất gián đoạn (Job shop): . 16 c. Sản xuất theo dự án: (Open shop) . 17 2.3.2. Phương pháp quản lý sản xuất: . 18 2.4. Cấu trúc hệ thống: 19 2.5. Mô hình toán học và các giải thuật: . 19 2.5.1. Các phương pháp Metaheuristics: . 20 2.5.1.1. Phương pháp lai metaheuristics (Hybrid metaheuristics): . 20 2.5.1.2. Phương pháp tìm kiếm địa phương (Local search): 21 2.5.1.3. Lặp lại tìm kiếm địa phương (Iterated local search): 23 2.5.2. Các luật phân phối Heuristics: . 24 2.5.3. Thuật toán di truyền (Genetic algorithms): 25 2.5.4. Thuật toán tìm kiếm Tabu (Tabu search): 28 2.5.5. Thuật toán mô phỏng luyện kim (Simulated Annealing): 29 2.5.6. Thuật toán tối ưu hóa thuộc địa đàn kiến (Ant Colony Optimization) : . 30 2.5.6.1. Nguồn gốc thuật toán: . 30 2.5.6.2. Miêu tả thuật toán ACO: 33 2.5.7. Thuật toán hệ thống đẩy (push system): . 37 CHƯƠNG 3:HỆ THỐNG LẬP LỊCH TRONG SẢN XUẤT 39 3.1. Mô hình sản xuất: . 39 3.1.1. Mô hình sản xuất của ngành công nghiệp dược phẩm: 39 3.1.2. Mô hình phương pháp quản lý sản xuất tại công ty BV Pharma: . 40 3.1.3. Quy trình sản xuất: 42 3.1.3.1. Giai đoạn chuẩn bị: . 42 3.1.3.2. Giai đoạn pha chế: 42 3.1.3.3. Giai đoạn dập viên: . 43 3.1.3.4. Giai đoạn bao phim: . 43 3.1.3.5. Giai đoạn ép vĩ hay vô chai: . 43 3.1.3.6. Giai đoạn đóng gói: . 43 3.1.4. Các yêu cầu đặt cho hệ thống lập lịch : . 43 3.2. Mô hình dữ liệu : 47 3.3. Thuật toán lập lịch: 47 3.3.1. Thuật toán Jopshop: . 48 3.3.2. Thuật toán lập kế hoạch đẩy: . 52 3.3.3. Thuật toán tối ưu hóa thuộc địa đàn kiến (Ant Colony Optimization): 55 3.4. Cấu trúc phần mềm: 58 3.4.1. Cập nhật cơ sở dữ liệu và tạo ra một lịch trình mặc định: . 58 3.4.2. Tối ưu hóa kết quả lập kế hoạch thông qua ACO: . 59 3.4.3. Sửa đổi kết quả lựa chọn tối ưu hóa: . 60 CHƯƠNG 4:CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 62 4.1. Cấu trúc hệ thống: 62 4.2. Cơ sở dữ liệu: 62 4.3. Giao diện: 63 4.3.1. Màn hình đăng nhập: . 63 4.3.2. Màn hình cập nhật thông tin đơn đặt hàng: . 64 4.3.3. Màn hình cập nhật thông tin sản phẩm: . 65 4.3.4. Màn hình cập nhật thông tin máy: 65 4.3.5. Màn hình cập nhật thông tin khách hàng: 66 4.3.6. Màn hình thông tin ngày nghỉ: 66 4.3.7. Màn hình thông tin tăng ca: . 67 4.4. Thử nghiệm: . 67 4.4.1. Hệ thống tính toán thời gian sản xuất thực tế: 68 4.4.1.1. Thời gian tiêu chuẩn của mỗi sản phẩm trên mỗi máy trạm: . 69 4.4.1.2. Thời gian chờ đợi trên mỗi máy trạm: . 70 4.4.1.3. Thời gian cài đặt máy: 70 4.4.1.4. Xét thời gian thực hiện trên các máy trạm: . 71 4.4.2. Kết quả hoán vị của thuật toán ACO: . 78 4.4.3. So sánh kết quả lập kế hoạch mặc định với kết quả của thuật toán ACO: 81 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nguyên văn Ý nghĩa ADI Advance demand information Thông tin nhu cầu ứng trước ACO Ant Colony Optimization Tối ưu hóa thuộc địa đàn kiến MPCS manufacturing planning and control systems Lập kế hoạch sản xuất và hệ thống kiểm soát MRP material requirement plan Nguyên liệu yêu cầu cho kế hoạch PICS production and inventory control system Sản xuất và hệ thống kiểm soát hàng tồn kho SA Simulated Annealing Thuật toán mô phỏng luyện kim TS Tabu search Thuật toán tìm kiếm Tabu DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1.1. Thể hiện công việc trên các máy theo thuật toán Job-shop . 4 Bảng 2.1. Các nhiễu loạn trong nhà máy 15 Bảng 3.1. Thể hiện tiến trình tuần tự các 3 công việc trên 6 công đoạn làm việc 49 Bảng 4.1. Dữ liệu đặt hàng tháng 7/2012[4] 67 Bảng 4.2. Mô tả thời gian tiêu chuẩn sản xuất ra sản phẩm của các máy trạm khác nhau của mỗi sản phẩm sản xuất trong công ty. . 69 Bảng 4.3. Mô tả thời gian chờ đợi sản phẩm cần thiết trên máy trạm khác nhau. . 70 Bảng 4.4. Mô tả thời gian thiết lập cần thiết trên máy trạm mỗi khi hoàn tất một sản phẩm. 70 Bảng 4.5. Mô tả thời gian biểu được tạo ra từ hệ thống lập kế hoạch. 71 Bảng 4.6. Mô tả thời gian bắt đầu và thời gian kết thúc cho tất cả các sản phẩm. . 73 Bảng 4.7. Mô tả thời gian bắt đầu và thời gian kết thúc cho tất cả các sản phẩm. . 74 Bảng 4.8. Mô tả thời gian bắt đầu và thời gian kết thúc cho tất cả các sản phẩm. . 75 Bảng 4.9. Mô tả thời gian bắt đầu và thời gian kết thúc cho tất cả các sản phẩm. . 75 Bảng 4.10. Mô tả thời gian bắt đầu và thời gian kết thúc cho tất cả các sản phẩm. . 76 Bảng 4.11. So sánh lịch trình mặc định với lịch trình tối ưu . 81 Bảng 4.12. So sánh lịch trình mặc định của tháng 4,5,6,7 với lịch trình tối ưu tháng 4,5,6,7 . 82 DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1. Một thể hiện cho bài toán Job-shop 5 Hình 1.2. Sơ đồ giai đoạn thứ 1. 7 Hình 1.3. Sơ đồ giai đoạn thứ 2 . 8 Hình 2.1. Mô hình tiến trình xây dựng hệ thống lập lịch sản xuất 13 Hình 2.4. Sơ đồ của một công việc sản sản xuất dây chuyền 17 Hình 2.5. Sơ đồ một dây chuyền sản xuất của Open shop 18 Hình 2.3. Cấu trúc hệ thống lập lịch. . 19 Hình 2.4. Hoán chuyển vùng lân cận. 22 Hình 2.5. Thay đổi vùng lân cận 22 Hình 2.6. Chèn vào vùng lân cận . 23 Hình 2.7. Tóm tắt của ILS . 23 Hình 2.8: Chu kỳ sinh sản trong một giải thuật di truyền . 26 Hình 2.9. Minh họa của cây cầu nhị phân đối xứng . 31 Hình 2.10: Minh họa của cây cầu nhị phân không đối xứng . 33 Hình 2.11. Mô tả việc lựa chọn đường mòn pheromone của kiến. 34 Hình 3.1. Mô tả tiến độ sản xuất theo đơn đặt hàng . 41 Hình 3.2. Thể hiện thời gian chờ khác nhau ở một máy trạm . 45 Hình 3.3. Mô hình biểu hiện lập kế hoạch sản xuất 46 Hình 3.4. Mô hình biểu hiện dữ liệu sản xuất . 47 Hình 3.5. Mô hình xử lý n công việc trên m máy trạm theo thuật toán Jobshop . 51 Hình 3.6. Mô hình lập lịch đẩy trong dây chuyền sản xuất . 52 Hình 3.7. Mô hình xử lý n công việc trên m máy trạm theo thuật toán đẩy 54 Hình 3.8. Mô hình tối ưu hóa thuộc địa đàn kiến . 57 Hình 3.9. Mô hình hiển thị biểu đồ dòng chảy của thủ tục đầu tiên vận hành hệ thống lập kế hoạch: 59 Hình 3.10. Mô hình hiển thị biểu đồ lưu lượng của kết quả thông qua việc tối ưu hóa bằng phương pháp ACO. 60 Hình 3.11. Một biểu đồ lưu lượng tổng thể đơn giản hóa thủ tục hoạt động hệ thống lập kế hoạch. . 61 Hình 4.1. Mô hình cơ sở dữ liệu 63 Hình 4.2. Màn hình đăng nhập . 64 Hình 4.3. Màn hình thông tin đơn đặt hàng. . 64 Hình 4.5. Màn hình thông tin máy . 65 Hình 4.6. Màn hình thông tin khách hàng. . 66 Hình 4.7. Màn hình thông tin ngày nghỉ. . 66 Hình 4.8. Màn hình thông tin tăng ca. 67 Hình 4.9. Màn hình sơ đồ Gantt mặc định . 78 Hình 4.10. Màn hình các giải pháp của thuật toán ACO 79 Hình 4.11. Bố trí lại kết quả từ ACO . 80 Hình 4.12. Kết quả tối ưu của thuật toán ACO . 81 . ÂN ỨNG DỤNG MÔ HÌNH JOB- SHOP LINH ĐỘNG ĐỂ HỖ TRỢ LẬP LỊCH SẢN XUẤT CHO MỘT CÔNG TY Chuyên ngành Công Nghệ Thông Tin Mã số: 60.48.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG. tại cho sản xuất. Trong chương này sẽ trình bày tập trung vào các mô hình và thuật toán hỗ trợ cho việc lập lịch sản xuất để từng bước xây dựng một mô hình