بسیاری از آنها هدف­ ها را ترکیب می­کردند و مسائل را با رویکرد تک هدفه حل می­کردند. البته بعضی از محققان الگوریتم­های پارتویی به کار می­برند. در این تحقیق یک برنامه ریزی ماشین­های موازی نامرتبط با زمان آماده سازی وابسته به توالی، زمان دسترسی پویا به کارها، زمان تحویل متفاوت کارها و محدودیت مجموعه پردازشی نشان داده شده است. توابع هدف مورد نظر، مجموع وزنی زمانهای زودکرد و دیرکرد کارها و همچنین مجموع زمان تکمیل کارها را کمینه می­کنند. برای حل مدل و اعتبار سنجی آن از الگوریتم­ مجموع وزنی و الگوریتم محدودیت اپسیلون استفاده شده است. همچنین نشان داده شده است که الگوریتم­هایی که از روش شاخه و کران برای حل استفاده می­کنند قادر به حل مسائل بزرگ در زمان معقول نمی­باشند. بنابراین برای حل این مسئله برنامه ریزی چند معیاره که از نوع چند جمله­ای سخت (NP-Hard) می­باشد الگوربتم فراابتکاری (CENSGA)معرفی شده است. الگوریتم ارائه شده را با استفاده از شاخص­های آماری با الگوریتم فراابتکاری (NSGA-II) مورد مقایسه و تحلیل قرار داده شده است که نتایج نشان دهنده کارایی بهتر الگوریتم فراابتکاری (CENSGA) می­باشد.

کلمات کلیدی: تولید بهنگام; زمان آماده­سازی وابسته به توالی; کنترل نخبه­گرایی; بهینه سازی چند هدفه; الگوریتم مرتب سازی نامغلوب.

 

فهرست

فصل اول مقدمه و کلیات.. 1
1-1.        مقدمه. 2

1-2. تعریف مسأله زمانبندی.. 5

1-3. ضرورت انجام تحقیق.. 7

1-4. اهداف تحقیق.. 8

1-5. مفروضات مسئله. 9

1-6. جنبه های نوآوری تحقیق.. 10

1-7. محتوای تحقیق.. 10

فصل دوم ادبیات و پیشینه تحقیق.. 11
2-1. مقدمه. 12

2-2. طبقه بندی محیط های زمانبندی.. 15

2-3. مسائل ماشینهای موازی.. 19

2-3-1. زمان نصب و آماده سازی.. 20

2-3-2. دسترسی محدود به ماشینها 26

2-3-3. زمان دسترسی متفاوت به کارها 27

2-4. مسائل با تمرکز بر موعد تحویل برای کارها 27

2-4-1. زمان تکمیل کارها 29

2-4-2. زمانهای زودکرد و دیرکرد. 29

2-5. مروری بر رویکرد و اصول سیستم تولیدی بهنگام. 31

2-6. توالی ماشینﻫای موازی با معیارهای زودکرد و دیرکرد. 33

2-7. جمع بندی.. 34

فصل سوم مدل ریاضی و بهینه سازی چند هدفه. 36
3-1. مقدمه. 37

3-2. تعریف مسئله. 37

3-2-1. مفروضات مسئله. 39

3-3. مدل پیشنهادی.. 39

3-3-1.نمادها، تعاریف، پارامترها و متغیر های تصمیم. 40

3-3-2. پارامترهای ورودی.. 40

3-3-3. توابع هدف.. 41

3-3-4. محدودیتها 41

3-4. اعتبارسنجی مدل. 43

3-5. پیچیدگی مسئله. 45

3-6 بهینه سازی چند معیاره. 47

3-6-1. ارتباط غالب.. 47

3-6-2. نقاط بهینه موضعی.. 48

3-6-3. نقاط بهینه سراسری.. 48

3-6-4. مرز بهینه. 48

3-7. روشهای بهینه سازی.. 49

 

3-7-1. روشهای اسکالر. 49

3-7-2. روش مجموع وزنی.. 51

3-7-2-1. طراحی روش مجموع وزنی برای حل مسأله مورد نظر. 54

3-7-3. روش محدودیت- . 55

3-7-3-1. طراحی روش محدودیت – برای حل مسأله. 57

3-7-4. روشهای عکس العملی.. 57

3-7-5. روش های مبتنی بر منطق فازی.. 58

3-7-6. روش های فرا ابتکاری.. 59

3-7-7. الگوریتم NSGA-II. 60

3-7-7-1. مرتب سازی سریع. 61

3-7-7-2. عملگر گزینش تورنمنت تراکمی.. 63

3-7-7-3. فاصله تراکمی.. 63

3-7-8. طراحی روش فراابتکاری NSGA-II برای حل مسأله. 65

3-7-9. طراحی روش فراابتکاری CENSGA برای حل مسأله. 70

3-8. مقایسه روش های بهینه سازی چند هدفه. 71

3-8-1. شاخص متوسط فاصله از نقطه ایدهآل. 73

3-8-2. شاخص نرخ دستیابی به توابع هدف.. 74

3-8-3. شاخص گستردگی جواب های غیر مغلوب (SNS) 74

3-8-4. شاخص یکنواختی فضا 74

3-9. جمعﺑندی.. 75

فصل چهارم محاسبات و نتایج تحقیق.. 77
4‐1. مقدمه. 78

4‐2. تنطیمات پارامترها و شرایط اجرای الگوریتم ها 79

4-3. الگوریتمهای NSGA-II,CENSGA.. 80

4-4. روش مجموع وزنی.. 80

4-5. روش محدودیت- . 81

4‐6. ساختار مسائل.. 82

4‐7. معیارهای ارزیابی الگوریتمها 83

4‐8. مسائل با ابعاد کوچک و متوسط.. 83

4-8-1. نتایج آزمایشات مسائل کوچک و متوسط.. 83

4‐9. مسائل با ابعاد بزرگ.. 90

4‐10. نتایج محاسباتی.. 90

4‐11. جمعﺑندی.. 96

فصل پنجم نتیجه گیری و پیشنهادات.. 97
5‐1. مقدمه. 98

5‐2. نتیجهﮔیری.. 99

5‐3. پیشنهادهای آتی.. 100

فهرست منابع و مراجع. 102

..

فهرست جداول

جدول 2-1. محیط­های کارگاهی (نماد α) 13

جدول 2-2. توابع هدف رایج در ادبیات 15

جدول 3-1. زمان­های پردازش،موعدهای تحویل و زمان دسترسی44

جدول 3-2. زمان نصب ماشین یک و دو برای کارهای مختلف 44

جدول 4-1. حدهای بالا برای مسائل مختلف 82

جدول 4-2. جوابهای نامغلوب مربوط به مسأله 5j2m به تفکیک روش ها84

جدول 4-3. ارزیابی روشهای حل مسئله با شاخصهای کمی برای 5j2m 85

جدول 4-4. جوابهای نامغلوب مربوط به مسأله 5j3m به تفکیک روش ها85

جدول 4-5. ارزیابی روشهای حل مسئله با شاخصهای کمی برای 5j3m 86

جدول 4-6. جوابهای نامغلوب مربوط به مسأله 8j2m به تفکیک روش ها87

جدول 4-7. ارزیابی روشهای حل مسئله با شاخصهای کمی برای 8j2m88

جدول 4-8 . جوابهای نامغلوب مربوط به مسأله 8j3m به تفکیک روش ها 89

جدول 4-9. ارزیابی روشهای حل مسئله با شاخصهای کمی برای 8j3m 90

جدول 4-10 نتایج شاخص­های متریک برای الگوریتم CENSGAوNSGA-II 91

جدول 4- 11. ارزیابی آماری الگوریتم­های فراابتکاری بکار گرفته شده 94

فهرست شکل­ها و نمودارها

شکل 2-1. دسته بندی مسائل زمانبندی بر اساس مسیر تولید 19

شکل 3-1. سلسله­مراتب پیچیدگی محیط­های کارگاهی در مسائل زمان­بندی46

شکل 3-2. سلسله­مراتب پیچیدگی توابع هدف در مسائل زمان­بندی46

شکل 3-3. نقاط بهینه موضعی 48

شکل 3-4. رابطه فضای جواب و ارتباط غالب 48

شکل 3-5. نمایش روش مجموع وزنی با مرز بهینه پارتو محدب 52

شکل 3-6. نمایش روش مجموع وزنی با مرز بهینه پارتو غیر محدب 54

شکل 3-7. روش محدودیت- 56

شکل 3-8. نمایش الگوریتم NSGAII61

شکل 3-9. محاسبه فاصله تراکمی 64

شکل 3-10. ساختار کروموزوم66

شکل 3-11. نحوه ایجاد جمعیت اولیه 67

شکل 3-12. نحوه عملکرد عملگر تقاطع 69

شکل 3-13. عملگر تقاطع تک نقطه ای با نقطه برش 369

شکل 3-14. نحوه عملکرد عملگر جهش 70

شکل 3-15. استراتژی انتخاب در الگوریتم CENSGA و NSGA-II 71

شکل 3-16. دو هدف در بهینه سازی چند هدفه72

شکل 3-17. یک مجموعه ایده آل از جواب های نامغلوب72

شکل 3-18. همگرائی خوب، اما تنوع ضعیف (الگوریتم 1)73

شکل 3-19. همگرائی ضعیف، اما تنوع خوب (الگوریتم 2)73

شکل 4-1. نمایش جوابهای نامغلوب ε-محدودیت مسأله 5j2m 84

شکل 4-2. نمایش جوابهای نامغلوب روش وزنی مسأله 5j2m 84

شکل 4-3. نمایش جوابهای نامغلوب روش وزنی مسأله 5j3m86

شکل 4-4. نمایش جوابهای نامغلوب روش محدودیت- مسأله 5j3m86

شکل 4-5 . نمایش جوابهای نامغلوب روش وزنی مسأله 8j2m88

شکل 4-6 . نمایش جوابهای نامغلوب روش محدودیت- مسأله 8j2m 88

شکل 4-7 . نمایش جوابهای نامغلوب روش وزنی مسأله 8j3m 89

شکل 4-8 . نمایش جوابهای نامغلوب روش محدودیت- مسأله 8j3m89

شکل 4- 9 نمودار نتایج محاسباتی شاخص های متریک در مسائل مختل92

شکل 4-10. نمودارجعبه ای (BoxPlot) نتایج ارزیابی الگوریتم­های CENSGA,NSGA-II 93

شکل 4-11. نمودار میانگین و فواصل اطمینان (سطح اطمینان 95%)نتایج ارزیابی الگوریتم ها 95

 

Article I.          فصل اول مقدمه و کلیات
 

1-1.          مقدمه
زمان­بندی[1]، فرایند تخصیص منابع به فعالیت­ها با درنظر گرفتن دوره­های زمانی مربوط به آنها به منظور بهینه­سازی یک یا چند هدف می­باشد. این فرایند به عنوان یک فرایند تصمیم­گیری مبنای کار بسیاری از صنایع تولیدی و خدماتی محسوب می­شود. زمان­بندی کارای فعالیت­ها زمینه­ساز بهبود عملکرد سیستم­های تولیدی می­باشد و ضرورتی برای بقا در فضای رقابتی بازار به ­شمار می­آید.

تئوری زمان­بندی در ارتباط با مدل­های ریاضی است که فرایند زمان­بندی را تشریح می­کنند. چشم­انداز تئوریک یک نگرش کمی برای بدست آوردن ساختار مسائل در چهارچوب مدل­های ریاضی به­دست می­دهد که این امر با تشریح منابع و فعالیت­ها و تبدیل اهداف تصمیم­گیری به یک تابع­ هدف، صورت می­پذیرد. عمل زمانبندی در یک سازمان از مدل ها و روش های ریاضی و یا روش های ابتکاری برای تخصیص منابع محدود به کارهای در حال جریان استفاده می کند. اهمیت توالی ماشین های موازی، با هدف متمرکز بر دیرکرد از آن جهت مورد توجه است که در محیط کسب و کار حاضر، رقابت شرکت های تولیدی از طریق قابلیت آنها برای پاسخگویی سریع به تغییرات سریع در زمینه تجارتی و تولید محصولات با کیفیت بالاتر و هزینه های کمتر تعیین می شود. در نتیجه، منابع، فعالیت­ها و توابع هدف عناصر کلیدی مدل­های زمان­بندی محسوب می­شوند.

منابع بر حسب قابلیت­های کمی و کیفی خود مشخص می­شوند، بطوریکه هر مدل نشان­ دهنده نوع و میزان منابع بکار رفته در آن می­باشد. از سوی دیگر، فعالیت­ها بر حسب اطلاعاتی از قبیل منابع مورد نیاز، مدت زمان انجام، زمان آغاز و زمان پایان آنها توصیف می­شوند. توابع هدف نیز دربرگیرنده هزینه­های سیستم برای اجرای تصمیمات مربوط به تخصیص منابع به فعالیت­ها می­باشند. تصمیمات عمده در فرایند زمان­بندی شامل بهره­برداری کارا از منابع، پاسخگویی سریع به تقاضا و انطباق دقیق زمان­های تحویل با موعد­های تحویل تعیین­شده می­شوند. شرکت های تولیدی در تلاش هستند تا این قابلیت ها را از طریق اتوماسیون و مفاهیم خلاق مانند تولید به موقع[2] (JIT) ، پاسخگوی سریع[3] (QR) ، تکنولوژی گروهی[4] (GT) و مدیریت کیفیت جامع[5] (TQM) بدست آورند[58].

این مفاهیم ( برای مثال JIT و GT ) به بسیاری از شرکت ها در بدست آوردن سود اقتصادی کمک کرده است. در سیسستم های JIT کار نباید نه زودتر و نه دیرتر تکمیل شود، که