مهندسی صنایع چیست؟

در بازار رقابتی امروز، شرکت ها و سازمان ها برای بقا و رسیدن به اهداف خود باید از منابع موجود خود اعم از مالی و غیرمالی به صورت بهینه استفاده کنند تا هزینه های خود را به حداقل برسانند. علاوه بر این موارد تلاش در جهت افزایش کیفیت محصولات و خدمات در کنار بکارگیری نوآوری های مختلف، در موفقیت آنها بسیار موثر است. مهندسی صنایع ابزاری اساسی و موثر است که به مدیران و صاحبان شرکت ها و سازمان ها در انجام موارد فوق یاری می رساند.

مهندسی صنایع به طراحی، پیاده سازی و بهبود سیستم‌های یکپارچه‌ای از انسان، مواد، اطلاعات، تجهیزات و انرژی می پردازد. حوزه مهندسی صنایع به دنبال حذف و کاهش منابع تلف شده، از قبیل زمان، پول، مواد اولیه و انرژی می باشد.

مهندس صنایع راه های جلوگیری از هدر رفتن مواد، تجهیزات و ماشین آلات در فرآیند تولید را یافته و پیاده سازی می کند. او بیشتر درگیر افزایش بهره وری در مدیریت منابع انسانی، روشها و تکنولوژی می باشد. مهندس صنایع در خصوص راه های استفاده موثر و کارا از نیروی کار، ماشین آلات، مواد، اطلاعات و انرژی برای تولید محصول یا ارائه خدمات به مدیران صنایع مشاوره می دهد.در واقع مهندس صنایع پلی میان مدیران سازمان و سایر عوامل از جمله سیستم ها و کارکنان آن است. کار مهندس صنایع تنها به بخش صنعت محدود نبوده و بخش های خدماتی، تجاری و هر جایی که نیاز به برنامه ریزی، هدایت، مدیریت و ارتقا بهره وری دارد را در بر می گیرد.

در پروژه های مختلف، مهندسان صنایع بر چگونگی انجام کارها به صورت کارآتر و موثرتر و ایجاد تعادل بین عوامل مختلف از جمله زمان، تعداد کارکنان مورد نیاز، کاری که باید انجام دهند، دستیابی به نتایج بدون خطا، تکنولوژی مورد نیاز، ایمنی کارکنان، محیط و هزینه تمرکز دارند. برای یافتن راه های کاهش ضایعات و بهبود عملکرد، مهندسان صنایع تجهیزات تولید را به دقت بررسی می کنند و از مدل ها و روش های ریاضی برای طراحی سیستم های اطلاعاتی و تولیدی به منظور افزایش کارآیی تولید استفاده می کنند. “آیا این بهترین روش است؟” این سوالی است که فکر یکمهندس صنایع را دائماً به خود مشغول می کند تا به این وسیله بهترین راه را برای تولید محصول و حل مسایل و مشکلات یک واحد صنعتی یا خدماتی پیدا کند.

مهندس صنایع کیست؟

حوزه کاری مهندس صنایع تلفیقی از مدیریت و مهندسی است. از مهم ترین زمینه های کاری که مهندس صنایع با آن درگیر است می توان به موارد زیر اشاره کرد :

• مدیریت تولید : مهندسان تولید در راستای کسب مزیت هایی در رقابت های جهانی از مهندسی شیمی، مهندسی مکانیک و اقتصاد همراه با مهندسی صنایع بهره می گیرند تا مسایل طراحی توسعه و اجرای عملیات سیستمهای تولیدی پیشرفته را به طور موثر حل کنند.

• سیستم های تولیدی : این زمینه بر روی طراحی وکنترل تولید، توزیع وسیستم های خدماتی تاکید دارد و شامل طراحی کارخانه، طراحی حمل ونقل، برنامه ریزی تولید و کنترل موجودی می باشد.

• مهندسی مالی : مهندسی مالی برای کسانی که مایل به کار بانکداری، مدیریت مالی و امور مشاوه ای مالی هستند طراحی شده است. آموزش در این زمینه شامل فرایندهای احتمالی بهینه سازی، محاسبات و بازارهای مالی و کاربرد آنها می باشد.

• مهندسی کیفیت : به دلیل رقابت روز افزون بین المللی که توجه به بهبود کیفیت محصولات و خدمات را اجتناب ناپذیر ساخته است و به دلیل پیچیدگی روزافزون سیستم های تولیدی و خدماتی کنونی، امروزه به مهندسانی نیاز است که بتوانند با مفاهیم و ابزارهای فنی و مدیریتی، سیستم های کیفیت را اجرا و هدایت کنند. گرایش مهندسی کیفیت در مهندسی صنایع تلاش درجهت تربیت چنین افرادی دارد. آموزش در این زمینه بر بهبود کیفیت استراتژی های کیفیت سازمانی و روشهای آماری تاکید دارد.

• مدیریت مهندسی : در چند دهه اخیر این زمینه پیشرفت زیادی صورت گرفته است. دلیل این پیشرفت را در سه سطح می توان دید. درسطح ملی تلاش برای رهبری تکنولوژیکی که از کمبود مواد اولیه، بهره وری پایین و افزایش رقابت بین المللی ناشی می شود، توسعه تکنولوژی های جدید و مدیریت سیستم های تکنولوژی را ایجاب می کند. در سطح صنعت مدیریت بدون مهندسی با مشکل روبرو شده است و نقش مهم مهارت های مهندسی واطلاعات در مدیریت سیستم های مهندسی مشهود است. در سطح فردی مهندسانی که در نتیجه موفقیتهای فنی شان به مدیریت کشیده می شوند، هر چقدر هم ازنظر فنی قوی باشند، برای رویارویی با پیچیدگی های مسئولیت های مدیریتی آماده نیستند.

• مهندسی سیستم های اطلاعاتی : این گرایش برای کسانی طراحی شده است که مایل به یادگیری مهارت های مهندسی و مدیریتی با تاکید بر سیستم های اطلاعاتی ومحاسباتی هستند. علاقه مندان به این گرایش با توانایی های نظیر برنامه نویسی کامپیوتر ومهارت های مربوط به سیستم های اطلاعاتی و آشنایی با نرم افزارهای متفاوت، قادرند سیستمهای اطلاعاتی را برای کنترل زنجیره عرضه تولید و تجارت طراحی کنند.

• مدیریت پروژه (کنترل پروژه) : فرآیندی است در جهت حفظ مسیر پروژه برای دستیابی به یک تعادل اقتصادی موجه بین سه عامل هزینه، زمان و کیفیت در حین اجرای پروژه، که از ابزار و تکنیک های خاص خود در انجام این مهم کمک می گیرد. در واقع کنترل اجزای دقیق و کامل برنامه تدوین شده برای پروژه است، به طوری که هنگام خروج از برنامه بتوان با تشخیص علل و طرح اقتصادی ترین فعالیتها، پروژه را به نزدیک ترین حالت ممکن در مسیر اولیه و اصلی خود بازگرداند.

محل کار مهندس صنایع

محل کار مهندس صنایع بسته به نوع شغل، می تواند در دفاتر کاری و یا محیط کارخانه ها باشد. او تقریبا به صورت مداوم با سرپرستان، مدیران و کارگران در ارتباط است. بنابراین باید از مهارت های ارتباطی و کلامی خوبی برخوردار باشد.

کار و وظایف مهندس صنایع

• تحلیل و بررسی سیستم های موجود، بازنگری جدول زمانبندی تولید، مشخصات فنی، جریان کار تولید و سایر اطلاعات برای درک روش ها و فعالیت های بخش تولید یا خدمات

• سنجش چگونگی تولید محصولات یا ارائه خدمات با حداکثر کارآیی

• توسعه سیستم های کنترل مدیریت برای برنامه ریزی مالی و تحلیل هزینه ها به شکل موثرتر

• پیاده سازی روش های کنترل کیفیت برای حل مشکلات تولید و کاهش هزینه ها

• همکاری با مشتریان و مدیریت برای توسعه استانداردهای طراحی و تولید

• طراحی سیستم های کنترلی برای هماهنگی فعالیت ها و برنامه ریزی تولید برای اطمینان از کیفیت مناسب محصولات

• آموزش مدیران، سرپرستان و کارگران در صورت نیاز

• رعایت کلیه اصول ایمنی در کار

اين مدل‌ها حالت پيچيده‌تر مدل‌هاي مکان‌يابي تسهيل بدون محدوديت ظرفيت مي‌باشد و در ادبيات موضوع در دو حالت تک‌محصولي و چند‌محصولي مورد مطالعه قرار گرفته است. در اين مدل‌ها تقاضاي مشتريان مي‌تواند يا از طريق چند منبع تأمين شود يا اينکه تنها يک منبع، تقاضاي آنها را تأمين کند که در اين حالت حل مسئله دشوارتر خواهد بود.

گئوفرين و گريوز(Geoffrion & Graves, 1974)، حالت چندمحصولي مسئله استقرار مراکز توزيع را با محدوديت ظرفيت، مورد بررسي قرار دادند. آنها فرض کردند که هر مشتري، تمامي محصولات موردنياز خود را از يک مرکز توزيع مشترک و يا به طور مشترک از يک واحد نگهداري موجودي، تأمين مي‌نمايد. کِلي و خوماوالا (Kelly & Khumawala, 1982) يک مدل برنامه‌ريزي خطي عددصحيح آميخته براي مسئله مکان‌يابي انبار ارائه کردند و يک الگوريتم تکرارشونده براي يافتن حداقل هزينه طراحي سيستم انبار که در آن انبارها ظرفيت محدود دارند، ارائه کردند. نتايج محاسباتي نشان داد که رويکرد ارائه شده، براي حل مسائل بزرگ مناسب مي‌باشد. بورنستين و کامپلو(Bornstein & Campêlo, 2004) مسئله مکان‌يابي تجهيزات با محدوديت ظرفيت و با هزينه‌هاي حمل‌و‌نقل و با هزينه‌هاي حمل‌و‌نقل خطي را در نظر گرفتند و براي گشايش يا بستن تجهيزات، قوانين دقيق و ابتکاري ارائه کردند. آنها يک الگوريتم ابتکاري بر مبناي استراتژي ADD/DROP براي حل مسئله پيشنهاد کردند.

باراهانا و چوداک(Barahona & Chudak, 2005)، مسائل مکان‌يابي تجهيزات با محدوديت ظرفيت و بدون محدوديت ظرفيت را مورد بررسي قرار دادند. آنها از روش‌هاي ابتکاري براي بدست آوردن يک جواب شدني عددصحيح و از رويکرد آزادسازي لاگرانژي براي محاسبه حد پايين مسئله، استفاده کردند. همچنين يکسري روش‌هاي ابتکاري ارائه کردند که فاصله جواب‌هاي آنها از مقدار بهينه کمتر از 1% بود و توانستند مسائل بدون محدوديت ظرفيت را تا 3000 تجهيز و 3000 مشتري و مسائل با محدوديت ظرفيت را تا 1000 تجهيز و 1000 مشتري حل کنند. ملو و همکاران(Melo, Nickel, & Gama, 2005) مسئله طراحي شبکه زنجيره تأمين را در سطح استراتژيک مورد بررسي قرار دادند و مواردي همچون: دوره برنامه‌ريزي پويا، وجود تقاضاي خارج از زنجيره براي محصولات، توزيع محصولات و محدوديت ظرفيت در نگهداري محصولات را در مدل رياضي خود در نظر گرفتند.

اميري(Amiri, 2006) مسئله طراحي شبکه توزيع را مورد بررسي قرار داد که شامل مکان‌يابي کارخانه‌هاي توليدي و انبارهاي توزيع بود. هدف، تعيين تعداد، مکان و ظرفيت بهينه براي کارخانه‌هاي توليدي و انبارها به منظور برآورده کردن نياز مشتري با حداقل هزينه در داخل شبکه توزيع بود. در اين مقاله، يک مدل برنامه‌ريزي عدد صحيح آميخته و يک رويکرد حل بر پايه آزادسازي لاگرانژي براي مسئله موردنظر پيشنهاد و نتايج محاسباتي براي مسائل نمونه با حداکثر 500 مشتري، 30 انبار و 20 کارخانه گزارش شده است. بهمردي و لي(Behmardi & Lee, 2008) مسئله مکان‌يابي تسهيلات با محدوديت ظرفيت را در زنجيره تأمين پوياي چندمحصولي مورد بررسي قرار دادند و يک مدل برنامه‌ريزي عددصحيح آميخته براي آن ارائه کردند. آنها نشان دادند که مکان‌يابي مجدد تسهيلات و تغيير دادن ظرفيت آنها در طول دوره‌هاي زماني مختلف، باعث صرفه‌جويي در زمان و منابع مي‌شود و لزوماً نيازي به استفاده از تسهيلات با حداکثر ظرفيت نيست. هدف، ماکزيمم کردن سود خالص در طول دوره برنامه‌ريزي بود که از کم کردن تمامي هزينه‌هاي مربوط به توليد، حمل‌و‌نقل،موجودي، کمبود و تغيير دادن ظرفيت، از درآمد حاصل از فروش محصولات به مشتريان بدست مي‌آيد. پاکسوي و همکاران(Paksoy, Özceylan, & Weber, 2009) يک مدل برنامه‌ريزي غيرخطي عددصحيح آميخته براي طراحي شبکه زنجيره تأمين چندسطحي ارائه کردند. مدل شامل سه تابع هدف مختلف بود: تابع هدف اول، هزينه حمل‌و‌نقل بين سطوح زنجيره را حداقل مي‌کند. تابع هدف دوم، هزينه‌هاي نگهداري و سفارش‌دهي موجودي را در مراکز توزيع حداقل مي‌کند و تابع هدف سوم، ظرفيت استفاده نشده در کارخانه‌ها و مراکز توزيع را با کاهش واريانس مقادير حمل شده بين سطوح، حداقل مي‌کند.

 

تارخ و همکاران (تارخ & ناصري, 1391) شبکه توزيع براي زنجيره تأمين چندسطحي را مورد مطالعه قرار دادند. محصولات در کارخانجات توليد و از طريق انبارها و مراکز توزيع بر اساس تقاضاهاي معين به مشتريان ارسال ميشوند. در همين راستا مدلي طراحي شده است که هزينه هاي شبکه توزيع را در زنجيره تأمين چندسطحي حداقل کند. در اين مقاله يک برنامه ريزي عدد صحيح مختلط براي مدل فرموله شده است.

مازولا و نيبه(Mazzola & Neebe, 1999) يک رويکرد حل دقيق (شاخه ‌و‌کران) و يک رويکرد ابتکاري براي مسئله مکان‌يابي تسهيلات با محدوديت ظرفيت ارائه کردند که در آن تقاضا براي محصولات مختلف، بايد توسط تسهيلات موردنظر برآورده شود و براي هر تسهيل، يک سطح مناسب از سطوح ظرفيت موجود انتخاب شود. نتايج محاسباتي نشان‌دهنده کارايي بالاي رويکرد حل ارائه شده مي‌باشد. پيرکول و جايارامان(Pirkul & Jayaraman, 1998) يک مدل برنامه‌ريزي عددصحيح آميخته براي مسئله طراحي زنجيره تأمين چندمحصولي، چندسايته، چندسطحي و با محدوديت ظرفيت در مراکز توليد و محدوديت ظرفيت در نگهداري محصولات در مراکز توزيع، ارائه کردند. هدف از طراحي اين مدل عبارت بود از تعيين تعداد و مکان مراکز توليد و انبارها از بين مجموعه نقاط بالقوه، به‌گونه‌اي که هزينه کل سيستم حداقل شود و نيز با توجه به محدوديت‌هاي موجود، تقاضاي مشتريان برآورده شود. آنها همچنين يک رويکرد حل بر اساس آزادسازي لاگرانژي براي مسئله موردنظر ارائه کردند و براي بدست‌ آوردن جواب شدني کارا، يک رويکرد ابتکاري پيشنهاد دادند.

جايارامان و پيرکول(Jayaraman & Pirkul, 2001) کار قبلي خود را با در نظر گرفتن چند فروشنده مواد خام به منظور تأمين نياز کارخانجات با هدف حداقل کردن هزينه‌هاي عملياتي مراکز توزيع توسعه دادند هر چند که تصميمات مربوط به مکان‌يابي را در اين سطح در نظر نگرفتند. آنها يک مدل برنامه‌ريزي عددصحيح آميخته براي اين مسئله ارائه کردند و براي حل مسئله از يک رويکرد حل ابتکاري بر پايه آزادسازي لاگرانژي استفاده کردند و توانستند مسائلي با حداکثر 150 مشتري، 30 انبار، 10 کارخانه، 3 محصول، 2 فروشنده و 3 ماده خام را با استفاده از اين روش حل کنند.

جايارامان و رُس(Jayaraman & Ross, 2003) يک شبکه توزيع چندمحصولي طراحي کردند که شامل کارخانه‌هاي مرکزي توليد، چندين مرکز توزيع و چندين خرده‌فروش است و خرده‌فروشان تقاضاي متفاوتي براي محصولات مختلف دارند. سيستمي که آنها طراحي کردند، در دو فاز تمرکز مي‌کند: فاز استراتژيک که در ارتباط با فرآيندهاي مربوط به تعيين بهترين مکان براي مراکز توزيع است و فاز عملياتي که مربوط به فرآيندهاي تصميم‌گيري است. در فاز دوم در مورد ميزان محصول موردنياز که بايد از کارخانجات به مراکز توزيع و سپس به خرده‌فروشان حمل شود، تصميم‌گيري مي‌شود. آنها از رويکرد فراابتکاري شبيه‌سازي تبريد براي حل مسئله استفاده کردند.

شن(Shen, 2005)، مسئله طراحي زنجيره تأمين چند محصولي را مورد بررسي قرار داد و يک مدل برنامه‌ريزي غيرخطي عددصحيح براي آن ارائه داد. هدف از طراحي اين مدل عبارت بود از تعيين مکان تسهيلات و نيز تعيين نحوه تخصيص مشتريان به تسهيلات موردنظر‌، به گونه‌اي که هزينه کل زنجيره حداقل شود. شن در اين مقاله از يک رويکرد مبتني بر آزادسازي لاگرانژي براي حل مسئله استفاده کرد و با بررسي و مقايسه حالات خاص مدل پيشنهادي با ساير مطالعات مشابه، کارايي الگوريتم پيشنهادي را نشان داد. کشين و يوستر(Keskin & Uster, 2007) مسئله طراحي سيستم توليد- توزيع دومرحله‌اي و چندمحصولي را مورد مطالعه قرار دادند. آنها يک مدل برنامه‌ريزي عدد صحيح آميخته و يک رويکرد حل کارا براي مسئله موردنظر ارائه کردند. نتايج محاسباتي نشان‌دهنده کارايي بالاي رويکرد ارائه شده بود. اين رويکرد حتي براي مسائل در ابعاد بزرگ، کمتر از يک درصد خطا داشت. چاکير(Çakır, 2009) مسئله طراحي شبکه توزيع چند‌حالته^[1]و چندمحصولي را در سطح تصميم‌گيري تاکتيکي مورد بررسي قرار داد و يک مدل برنامه‌ريزي عدد صحيح آميخته و يک رويکرد حل بر پايه الگوريتم بندرز^[2] براي مسئله موردنظر ارائه کرد.

 

[1] Multi mode

[2] Benders algorithm

مسائل موجودي- مسيريابي مربوط به نگهداري و توزيع محصولات از کارخانه‌ها به مشتريان در طول دوره برنامه‌ريزي موردنظر مي‌باشد و از اوايل سال 1980 مورد مطالعه قرار گرفتند(Ahmadi-Javid & Seddighi, 2012). در اينگونه مسائل، با توجه به محدوديت ظرفيت براي وسيله نقليه و مقدار محصول موردنياز مشتريان، علاوه بر مقدار کالايي که در هر دوره به مشتري تحويل داده مي‌شود، مسيرهاي شدني براي تحويل اين مقادير نيز بايد به گونه‌اي تعيين شوند که هزينه کل حمل‌و‌نقل و موجودي حداقل شود. با اين وجود با توجه به پيچيدگي زياد اين مسائل، توسعه يک الگوريتم دقيق براي حل مسائل در ابعاد بزرگ و در زمان قابل‌قبول، بسيار دشوار است(Yu, Chen, & Chu, 2008).

آقزاف و همکاران(Aghezzaf, Raa, & Landeghem, 2006) يک مدل برنامه‌ريزي عددصحيح آميخته براي مسئله موجودي- مسيريابي در زنجيره تأمين محصولات پر مصرف، در دوره زماني بلند مدت ارائه و از سياست مقدار سفارش اقتصادي براي مديريت موجودي در مراکز فروش استفاده کردند. هدف از طراحي مدل عبارت بود از تعيين مسير حرکت وسايل نقليه، به‌گونه‌اي که هزينه کل توزيع و نگهداري موجودي حداقل شود و در طول دوره برنامه‌ريزي، در هيچ يک از نقاط فروش کمبودي مشاهده نشود. آنها براي حل مدل يک رويکرد تقريبي بر پايه توليد ستوني پيشنهاد دادند.

يو و همکاران(Yu et al., 2008) مسئله موجودي- مسيريابي را با فرض تحويل تکه‌اي^[1] بررسي و يک رويکرد تقريبي بر پايه آزادسازي لاگرانژي براي حل مسئله پيشنهاد دادند. در اين رويکرد، به منظور ساده سازي، مسئله به دو زيرمسئله موجودي و زيرمسئله مسيريابي تقسيم مي‌شود که اولي با الگوريتم برنامه‌ريزي خطي و دومي با الگوريتم حداقل جريان هزينه^[2]، حل مي‌شود. نتايج محاسباتي نشان داد که رويکرد تقريبي پيشنهادي، قادر به يافتن جواب‌هاي نزديک به بهينه در زمان قابل‌قبول و حداکثر تا 200 مشتري مي‌باشد.

ژائو و همکاران(Zhao, Chen, & Zang, 2008)، مسئله يکپارچه موجودي- مسيريابي را در سيستم لجستيک سه سطحي بررسي کردند که به علت پيچيدگي زياد، قبلاًحل نشده بود. اين سيستم شامل يک تأمين‌کننده، يک انبار مرکزي و گروهي از خرده‌فروشان است. آنها تصميمات مربوط به موجودي و مسيريابي را به طور همزمان در نظر گرفته و از يک استراتژي به نام FP-POT[3] براي بررسي مسئله موردنظر استفاده کردند. همچنين يک الگوريتم جستجوي همسايگي متغير در ابعاد بزرگ^[4] (VLNS) که حالت خاصي از الگوريتم جستجوي همسايگي متغير است را پيشنهاد دادند. هدف آنها، حداقل کردن هزينه‌ کل سيستم بود. نتايج محاسباتي و مقايسه آن با حد پايين، نشان‌دهنده کارايي بالاي الگوريتم ارائه شده در سيستم لجستيک دو سطحي بود.

زاچارياديس و همکاران(Zachariadis, Tarantilis, & Kiranoudis, 2009) مدل موجودي- مسيريابي را با تقاضاي قطعي در يک دوره زماني محدود، مورد بررسي قرار دادند. تقاضاي مشتريان توسط مجموعه وسايل نقليه موجود در انبار مرکزي برآورده مي‌شود. هدف، تعيين مسير وسايل نقليه و زمان و اندازه هر سرويس مي‌باشد به گونه‌اي که هزينه کل حمل‌و‌نقل و نگهداري موجودي در سيستم حداقل شود. آنها يک رويکرد حل بر پايه جستجوي همسايگي ارائه و به منظور کاهش بيشتر هزينه حمل‌و‌نقل، از رويکرد جستجوي ممنوع استفاده کردند.

 

[1] Split delivery

[2] Minimum cost flow algorithm

[3] Fixed partition and power-of-two

[4] Variable large neighborhood search algorithm

اخيراً مسائل چند سطحي و چند تسهيلي در مديريت زنجيره تأمين به صورت گسترده مورد توجه قرار گرفته است. نکته قابل توجه، وابستگي بين تصميمات مربوط به مکان‌يابي تسهيلات و تخصيص تسهيلات با مسيريابي وسايل نقليه مي‌باشد. هر کدام از مسائل مکان‌يابي و مسير‌يابي، به کلاس مسائل NP-hard تعلق دارند و ترکيب آنها با يکديگر ميزان پيچيدگي را افزايش مي‌دهد(Lashine, Fattouh, & Issa, 2006). اين مسائل از مسائل يکپارچه قديمي مي‌باشند که از اواسط 1970 مورد مطالعه قرار گرفته‌اند(Ahmadi-Javid & Seddighi, 2012).

وو و همکاران(Wu, Low, & Bai, 2002) يک مدل برنامه‌ريزي خطي عدد صحيح آميخته براي مسئله مکان‌يابي- مسيريابي چندانباره ارائه و با توجه به پيچيدگي زياد مسئله، آن را به دو زيرمسئله مکان‌يابي- تخصيص و زيرمسئله مسيريابي خودرو تقسيم کردند و پس از حل آنها، با استفاده از الگوريتم شبيه‌سازي تبريد، يک رويکرد حل کلي براي مسئله موردنظر ارائه کردند. نتايج محاسباتي نشاندهنده کارايي بالاي رويکرد ارائه شده بود. شريف و همکاران(Lashine et al., 2006) يک مدل يکپارچه به منظور طراحي شبکه زنجيره تأمين با هدف مکان‌يابي انبارها، تخصيص مشتريان به انبارها، يافتن تعداد وسيله نقليه موردنياز براي پاسخگويي به تقاضا و مسيريابي وسايل نقليه به منظور حداقل کردن هزينه‌هاي حمل‌و‌نقل، هزينه‌هاي ثابت، عملياتي و هزينه‌هاي مسيريابي ارائه کردند. آنها مدل را به صورت يک مدل برنامه‌ريزي عددصحيح آميخته خطي فرمول‌بندي کردند و سپس از روش آزادسازي لاگرانژي و جستجوي sub-gradient براي قسمت مکان‌يابي- تخصيص و از روش فروشنده دوره‌گرد براي قسمت‌ مسيريابي استفاده کردند. نتايج محاسباتي حاکي از کارايي بالاي الگوريتم ارائه شده براي مسئله مي­باشد.

لي و همکاران(Lee, Moon, & Park, 2010) مسئله طراحي شبکه زنجيره تأمين چند سطحي را مورد بررسي قرار دادند که شامل مکان‌يابي و تخصيص تسهيلات و تصميمات مربوط به مسيريابي بود. هدف اين تحقيق، تعيين مکان بهينه تسهيلات و مسيريابي با حداقل هزينه در شبکه بود. آنها دو مدل برنامه‌ريزي عدد صحيح آميخته پيشنهاد دادند که در مدل اول تصميمات مربوط به مسيريابي لحاظ نشده است ولي مدل دوم از ترکيب مسئله مکان‌يابي- تخصيص^[1] (LAP) با مسئله مسيريابي خودرو چندانباره^[2] (MDVRP) بدست آمده است. آنها همچنين يک الگوريتم ابتکاري بر پايه آزادسازي LP براي حل مدل ارائه کردند.

 

[1] Location-allocation problem

[2] Multi Depot Vehicle Routing Problem

تحقيقات مرتبط با نظريه موجودي تمايل دارند که روي توسعه و ارزيابي سياست‌هايي براي پاسخگويي به سفارشات خرده‌فروشان و سياست‌هايي براي تأمين مراکز توزيع، تمرکز کنند. اين سياست‌ها بر اساس هزينه‌هاي انتقال، نگهداري موجودي و کمبود ارزيابي مي‌شوند. ازسوي ديگر پژوهش‌هاي مرتبط با نظريه مکان‌يابي تمايل دارند که روي توسعه مدل‌هايي براي تعيين تعداد مراکز توزيع و مکان‌يابي آنها تمرکز کنند. اين تصميمات بر اساس هزينه‌هاي حمل‌و‌نقل (عملياتي) و هزينه‌هاي مکان‌يابي (استراتژيک) گرفته مي‌شوند(Shen, Coullard, & Daskin, 2003).

بنابراين تحقيقات مرتبط با موجودي، تصميمات استراتژيک مکان‌يابي و هزينه‌هاي مرتبط با آن را ناديده گرفته، در حاليکه پژوهش‌هاي مرتبط با مکان‌يابي، تصميمات تاکتيکي مربوط به مديريت موجودي و انبارداري را ناديده مي‌گيرند. اين دو تصميم به هم وابسته‌اند چرا که هر گونه تغيير در تعداد و مکان مراکز توزيع، روي زمان تحويل محصول بين تسهيلات تأثير مي‌گذارد. بنابراين روي هزينه‌هاي مرتبط با موجودي نيز تأثيرگذار خواهد بود و به همين صورت، هرگونه تغيير در سياست موجودي مراکز توزيع و خرده‌فروشان، روي تصميمات مربوط به نحوه تخصيص مراکز توزيع به خرده‌فروشان اثر مي‌گذارد و همين امر باعث تغيير در تصميمات مربوط به مکان‌يابي تسهيلات مي‌شود. علاوه ‌بر اين، هرگونه تغيير در مکان تسهيلات، نحوه سرويس‌دهي شرکت به مشتري را نيز تحت تأثير قرار خواهد داد(Diabat & Richard, 2009).

اِرلباچر و ملر(Erlebacher & Meller, 2000) از يک روش تقريب پيوسته^[1] ابتکاري براي حل مدل برنامه‌ريزي غيرخطي عددصحيح مربوط به طراحي شبکه توزيع زنجيره تأمين، استفاده کردند. هدف از طراحي مدل، حداقل کردن هزينه‌هاي مکان‌يابي و موجودي در مراکز توزيع و هزينه‌هاي حمل‌و‌نقل بين واحدهاي توليدي، مراکز توزيع و خرده‌فروشان بود. رومين و همکاران(Romeijn, Shu, & Teo, 2007) چارچوبي براي طراحي زنجيره تأمين دوسطحي، تک محصولي و تک منبعي ارائه کردند که تصميمات مربوط به مکان‌يابي و موجودي را با هم در نظر مي‌گيرد. آنها يک مدل پوشش مجموعه^[2] براي مسئله موردنظر ارائه کردند و براي حل آن، رويکرد توليد ستوني^[3] را پيشنهاد دادند و توانستند با استفاده از اين روش، مسائل با حداکثر 20 مرکز توزيع و 70 مشتري را در زمان قابل قبول حل کنند. هدف از طراحي اين مدل، تعيين تعداد و مکان مراکز توزيع، نحوه تخصيص مشتريان به مراکز توزيع و تعيين سياست‌هاي موجودي در مراکز توزيع و تقاضا (مشتريان) به منظور حداقل کردن هزينه‌هاي مکان‌يابي و حمل‌و‌نقل در نظر گرفته شده بود.

ديابت و ريچارد(Diabat & Richard, 2009) يک مدل برنامه‌ريزي غير‌خطي عددصحيح آميخته را به منظور طراحي شبکه زنجيره تأمين چند‌سطحي، تک‌محصولي و تک‌منبعي که به طور همزمان تصميمات مربوط به مکان‌يابي و موجودي را در نظر مي‌گيرد، ارائه کردند. هدف اين مدل، تعيين تعداد و مکان مراکز توزيع جهت تأسيس، نحوه تخصيص خرده‌فروشان به مراکز توزيع و مقدار و زمان انجام هر بار سفارش در مراکز توزيع بود به گونه‌اي که مجموع هزينه‌هاي مکان‌يابي، موجودي، سفارش‌دهي و حمل‌و‌نقل حداقل شود و تقاضاي مشتريان نيز برآورده شود. آنها در مطالعه بعدي خود(Diabat, Richard, & Codrington, 2011)، همان مدل برنامه‌ريزي غير‌خطي عددصحيح آميخته ارائه شده در سال 2009 را با رويکرد آزادسازي لاگرانژي حل کردند.

افشاري و همکاران(Hamid Afshari, Amin-Nayeri, & Ardestanijaafari, 2010)، يک مدل برنامه‌ريزي عدد صحيح آميخته به منظور طراحي شبکه توزيع زنجيره تأمين تک‌دوره‌اي و چندمحصولي ارائه کردند که هدف آن حداقل کردن هزينه‌هاي مکان‌يابي، حمل‌و‌نقل و موجودي بود به گونه‌اي که نياز مشتريان برآورده شود. آنها در تحقيق بعدي‌شان(H. Afshari, Nayeri, & Jaafari, 2010)، هدف دومي را تحت عنوان "ماکزيمم کردن سطح رضايت مشتري" به مدل قبلي اضافه کردند. سجادي و داوودپور(Sadjady & Davoudpour, 2012) مسئله مکان‌يابي تسهيل با محدوديت ظرفيت، چند محصولي، تک‌دوره‌اي و دو سطحي را درحالت قطعي در نظر گرفتند. مسئله شامل برنامه‌ريزي زنجيره تأمين هم در ميان‌مدت و هم در بلند‌مدت بود. هدف اين مسئله، تعيين تعداد و مکان کارخانه‌ها و انبارهاي توزيع، تخصيص تقاضاي مشتريان به انبارها و انبارها به کارخانجات به همراه انتخاب مُد حمل‌و‌نقل در نظر گرفته شده بود، به گونه‌اي که هزينه کل شبکه شامل هزينه حمل‌و‌نقل، زمان‌هاي تحويل، هزينه نگهداري موجودي و هزينه راه‌اندازي تسهيلات، حداقل شود و تقاضاي مشتريان نيز برآورده شود. مسئله به صورت برنامه‌ريزي عدد صحيح آميخته فرمول‌بندي و براي حل آن يک رويکرد حل ابتکاري بر اساس روش آزادسازي لاگرانژي براي حل مسئله در ابعاد واقعي و در زمان منطقي توسعه داده شد.

 

[1] Continues approximation

[2] Set- covering

[3] Column generation

در اين بخش به بررسي مرور ادبيات مديريت زنجيره تامين پرداخته مي­شود. تصميمات مربوط به مکان‌يابي تسهيلات، تصميمات مربوط به مديريت موجودي و تعيين استراتژي‌هاي مربوط به حمل‌و‌نقل (طرح توزيع)، سه تصميم مهم در طراحي کارا و يکپارچه زنجيره تأمين مي‌باشند. واضح است که اين سه تصميم کليدي زنجيره تأمين بسيار به هم وابسته‌اند. به عنوان مثال يک طرح توزيع کارا، به مکان تجهيزات وابسته بوده و يک طرح مديريت موجودي خوب، وابسته به طرح حمل‌و‌نقل کارا مي‌باشد(Shen, 2007b). به خاطر وابستگي زياد اين مسائل به يکديگر، بيشتر مطالعات انجام شده در اين زمينه، دو مسئله از سه مسئله فوق را مورد توجه قرار داده‌اند.

لحاظ کردن برخي از فرضيات و ويژگي‌هاي موجود در مسائل طراحي شبکه توزيع و مسائل مکان‌يابي تجهيزات، باعث شکل‌گيري مدل‌هاي مختلفي مي‌شود. بر اساس مطالعه انجام شده توسط رِويل(ReVelle, Eiselt, & Daskin, 2008)، فرم‌هاي مختلف مدل‌هاي مکان‌يابي را مي‌توان در چهار گروه مدل‌هاي تحليلي، مدل‌هاي پيوسته، مدل‌هاي مکان‌‌يابي بر روي شبکه و مدل‌هاي مکان‌يابي گسسته دسته‌بندي کرد. با وجود تفاوتي که بين اين مدل‌ها وجود دارد، همه آنها از يک ويژگي اصلي برخوردار هستند. همه اين مدل‌ها شامل مجموعه‌اي از مشتريان هستند که مکان آنها معلوم بوده و در يک منطقه مشخصي پراکنده شده‌اند و مجموعه‌اي از تسهيلات (تجهيزات) به منظور خدمت‌دهي به آنها بايد مکان‌يابي شوند. از بين دسته‌هاي معرفي شده براي مدل‌هاي مکان‌يابي تسهيلات، مدل‌هاي گسسته به منظور طراحي شبکه توزيع مناسبتر مي‌باشند(Sadjady & Davoudpour, 2012).

مطالعات انجام شده دز زمينه طراحي زنجيره تامين به 6 دسته تقسيم بندي شده­اند. مطالعات در زمينه­هاي طراحي مدل‌هاي مکان‌يابي- مسيريابي^[1](LRP)، مدل‌هاي مسيريابي- موجودي^[2](IRP)، مدل‌هاي مکان‌يابي- موجودي^[3] (LIP) و مدل‌هاي مکان‌يابي- مسيريابي- موجودي^[4] (LRIP)، مدل هاي چند محصولي طراحي زنجيره تامين و مدل هاب مکانيابي تسهيلات با محدوديت ظرفيت مورد بررسي قرار گرفته­اند.

 

[1] Location-Routing Problem

[2] Inventory-Routing Problem

[3] Location-Inventory Problem

[4] Location-Routing- Inventory Problem

مسئله زمان­بندی جریان کاری^[1] (FSS) بدین صورت است که مجموعه­ای از کارها وجود دارد که بایستی بر روی مجموعه­ای­ از ماشین­ها پردازش شوند. در این مسئله m ماشین به صورت سری پشت سر هم قرار دارند که هر یک از کارها باید به ترتیب بر روی این ماشین­ها پردازش شوند. ترتیب پردازش کارها به گونه­ای است که ابتدا بایستی بر روی ماشین شماره 1، سپس بر روی ماشین شماره 2 و در نهایت بر روی ماشین آخر m پردازش شود. هر یک از کارها بایستی عمل پردازشی خود را بر روی هر یک از ماشین­های پردازشی جهت تکمیل کار به اتمام برساند.

مسئله جريان کاري جايگشتي بدون بيکاري^[2] (NPFSP) توسعه­ای از مسئله جریان کاری جایگشتی است که به هر ماشين اجازه بيکاري از زمان شروع به پردازش اولين کار، تا اتمام پردازش آخرين کار اختصاص داده شده، داده نمي شود. بنابراين در اين مسئله زمان هاي شروع کارها بايستي به صورتي تاخير بيافتد تا محدوديت مرتبط با بيکاري هر يک از ماشين ها يعني زمان بيکاري صفر تضمين شود.

مسئله جريان کاري غیرجايگشتي بدون بيکاري^[3] (NNPFSP) توسعه ای از مسئله در حالت جایگشتی است. در حالت جايگشتي ترتيب پردازش کارها بر همه ماشين ها يکسان است اما در حالت غير جايگشتي ترتيب پردازش کارها بر روي هر يک از ماشين ها مي تواند متفاوت باشد. حالت جايگشتي محدوديتي است که در آن خروج کالا از انبارهاي مياني بر اساس قاعده FIFO يا به عبارتي زودترين ورود و زودترين خروج مي باشد که اين فرض باعث مي شود تا کارها با يک ترتيب مشابه بر روي هر يک از ماشين ها پردازش شوند. اما در حالت غير جايگشتي چنين محدوديتي وجود ندارد و ترتيب پردازش کارها بر روي ماشين­ها مي­تواند متفاوت باشد.

 

مسئله مورد بررسی طبق نماد گذاری گراهام و همکاران به صورت نمایش داده می­شود. تابع هدف در نظر گرفته شده برای مسئله مورد بررسی، کمینه سازی بیشینه زمان تکمیل کارها بر روی ماشین­ها در نظر گرفته شده است.

از جمله مهمترین فرضیات در نظر گرفته شده برای مسئله می­توان به موارد زیر اشاره کرد:

ü مدت زمان بيکاری ماشین آلات برابر با صفر در نظر گرفته شده است.

ü حالت غیر جایگشتی برای پردازش کارها بر روی ماشین­ها در نظر گرفته شده است.

ü همزمان دو عمل از يک کار قابل انجام نيست.

ü انقطاع^[4]وجود ندارد، يعني يک کار تا زمان تکميل شدن پردازش خود بر روي ماشين مربوطه باقي مي‌ماند.

ü در هنگام انجام کارها انصراف^[5] وجود ندارد، بدین معنی که اگر یک عملیات از کاری مورد پردازش قرار گرفت، عملیات­های بعدی کار نیز حتماً می بایستی پردازش شوند.

ü مدت زمان پردازش هر کار مستقل از ترتيب انجام کارها است.

ü مدت زمان آماده سازي^[6] مستقل از ترتيب انجام کارها است و در مدت زمان پردازش کارها در نظر گرفته شده است.

ü مدت زمان حمل و نقل بين ماشين‌ها ناچيز است.

ü هر ماشين بیش از یک کار را به طور همزمان پردازش نمی­کند.

ü محدوديت‌هاي فني شناخته شده‌اند و تغيير ناپذیرند.

ü حالت تصادفي وجود ندارد. بدين معنی که زمان‌هاي پردازش، زمان‌هاي آماده سازي، زمان‌هاي ورود قطعات و تعدادکارها مقاديری قطعي دارند.

ü ماشين‌ها در دوره برنامه‌ريزي پيوسته در دسترس هستند.

این مساله برای اولین بار توسط نویسنده سایت مدلسازی و حل شده است. جهت اطلاع بیشتر در تماس باشید.

[1] Flow Shop Scheduling

[2]No-idle Permutation Flow Shop Problem (NPFSP)

[3]No-idle Non-Permutation Flow Shop Problem (NNPFSP)

[4] Preemption

[5] Cancellation

[6] Setup Time

1-1-1 فرضيات عمومي مسائل زمان­بندي

فرضيات عمومي که در مسائل زمان‌بندي در نظر گرفته مي‌شوند، به شرح زير مي‌باشند. اين فرضيات در مسائل زمان‌بندي صادق هستند، مگر آن که در تعريف مسئله با وضوح نقض شوند. با نقض هر يک از فرضيات زير مسئله جديدي از مسئله زمان­بندي مورد بحث به وجود خواهد آمد.

- هم‌زمان دو عمل از يک کار قابل انجام نيست.

- انقطاع^[1]وجود ندارد، يعني يک کار تا زمان تکميل شدن پردازش خود بر روي ماشين مربوطه باقي مي‌ماند.

- هر کار چند عمل دارد و هر عمل از آن بر روي يک ماشين انجام مي‌شود.

- در هنگام انجام کارها انصراف^[2] وجود ندارد.

- مدت زمان پردازش هر کار مستقل از ترتيب انجام کارها است.

- مدت زمان آماده سازي^[3] مستقل از ترتيب انجام کارها است.

- مدت زمان حمل بين ماشين‌ها ناچيز است.

- موجودي در جريان ساخت^[4] وجود دارد.

- ماشين‌ها ممکن است بيکاري^[5] داشته باشند (در اين پايان نامه بيکاري ماشين­آلات صفر است).

- هر ماشين در هر لحظه بيش از يک عمل انجام نمي‌دهد.

- محدوديت‌هاي فني شناخته شده‌اند و تغيير نمي‌کنند.

- حالت تصادفي وجود ندارد. بدين معني که زمان‌هاي پردازش، زمان‌هاي آماده سازي، زمان‌هاي ورود قطعات و تعداد کارها مقادير قطعي هستند.

- ماشين‌ها در دوره برنامه‌ريزي پيوسته در دسترس هستند.

 

[1] Preemption

[2] Cancellation

[3] Setup time

[4] Work in process

[5] Idle

1-1تقسيم­بندي مسائل زمانبندي

مسائل زمان‌بندي بر اساس عوامل متعددي تقسيم مي‌شوند که بعضي از عوامل تقسيم‌بندي مسائل به صورت زير است:

وضعيت کارگاه:تک ماشين^[1]، ماشين‌هاي موازي^[2]، جريان کاري^[3]، جريان کاري انعطاف پذير^[4]، زمان‌بندي کارکارگاهي^[5]، زمان بندي کارکارگاهي انعطاف پذير^[6]، زمان بندي کارگاهي باز^[7]، سيستم توليد انعطاف‌پذير^[8]، توليد سلولي^[9] و خط مونتاژ^[10]

قطعيت داده‌ها:دسته ديگر مي‌تواند بر اساس قطعي و احتمالي بودن پارامترهاي مسئله باشد. اگر کليه پارامترهاي مسئله به صورت قطعي در دسترس باشند، مسئله قطعي و اگر حداقل مقدار يک پارامتر به صورت احتمالي يا فازي تعيين شود، مسئله غيرقطعي ناميده مي‌شود. مسائل غيرقطعي شامل مسائل احتمالي و فازي مي‌باشد.

روش‌هاي حل:روش‌هاي دقيق (مدل‌سازي رياضي^[11]، برنامه‌ريزي پويا^[12] و شاخه و کران^[13]) و روش‌هاي غير دقيق (الگوريتم‌هاي تقريب^[14] ، قوانين ارسال^[15]، روش‌هاي ابتکاري و فرا ابتکاري^[16])

سيستم ورود قطعات: بر خط و برون خط

بر اساس مطالب گفته شده به‌طورکلي مي‌توان تقسيم‌بندي مسائل زمان‌بندي را به‌صورت جدول 2-1 نمايش داد.

جدول 2- 1: تقسيم­بندي مسائل زمان­بندي

نوع کارگاه	قطعيت داده‌ها	نوع ورود قطعات	روش‌هاي حل
تک ماشين ماشين‌هاي موازي جريان کاري کار کارگاهي کارگاهي باز توليد انعطاف‌پذير توليد سلولي خط مونتاژ	قطعي غيرقطعي احتمالي فازي	سيستم ايستا سيستم پويا برون خط بر خط	روش‌­هاي دقيق برنامه‌ريزي رياضي برنامه ريزي پويا شاخه و کران روش‌هاي غير دقيق الگوريتم‌هاي تقريب رويه‌هاي ابتکاري قوانين ارسال رويه‌هاي فرا ابتکاري

 

[1] Single machine

[2] Parallel

[3] Flow shop

[4] Flexible flow shop

[5] Job shop

[6] Flexible job shop

[7] Open shop

[8] Flexible Manufacturing Systems

[9] Cellular manufacturing

[10]Assembly line

[11] Mathematical modeling

[12] Dynamic Programming

[13] Branch and Bound

[14] Approximation algorithm

[15] Dispatching roles

[16] Meta-heuristics

1-1طبقه­ بندي[1] مسائل زنجيره تأمين

هوانگ و همکاران (Huang, Lau, & Mak, 2003) به بررسي اطلاعات مشترک در يک زنجيره تأمين پرداخته و پس از انجام مطالعات، چهار معيار را براي طبقه ­بندي ارائه نموده­اند که اين معيارها عبارتند از: ساختار زنجيره تأمين، سطح تصميم، رويکرد مدلسازي و اطلاعات اشتراکي. معيارهاي فوق، به­ طور مختصر در زير توضيح داده مي‌شود­:

الف) ساختار زنجيره تأمين­

اين معيار، شيوه چيدمان سازمانها درون يک زنجيره تأمين و همچنين چگونگي ارتباط هر يک از آنها را با يکديگر تعريف مي­کند. نحوه ارتباط اين سازمان‌ها، به نوع سياست‌هاي استراتژيک و فعاليتهاي کل زنجيره تأمين بستگي دارد و شبکه زنجيره را تشکيل مي‌دهد. ساختارهاي ترتيبي، توزيع (واگرا)، مونتاژ (همگرا) و ترکيبي، انواع مختلف نحوه ارتباط اجزاي زنجيره به يکديگر مي‌باشند. بيامون و چن(Beamon & Chen, 2001) ­ساختار زنجيره تأمين را به چهار نوع عمده دسته­ بندي کردند:

• همگرا­ : هر گره در زنجيره حداقل يک پس­ نياز و همچنين چندين پيش ­نياز دارد.
• واگرا­ : هر گره در زنجيره حداقل يک پيش­ نياز و همچنين چندين پس ­نياز دارد.
• زوجي ­: ترکيبي از يک زنجيره همگرا و يک زنجيره واگرا.
• شبکه : اين نوع از ساختار زنجيره، بصورت انواع قبلي طبقه­ بندي نمي­شوند و از سه نوع قبلي پيچيده ­تر هستند.

البته اکثر تحقيقات انجام­ شده تا به امروز، داراي ساختارهاي از نوع شبکه مي­باشند و عمدتاً مراکز توزيع و توليد را شامل مي­شوند و گاهي ­اوقات تأمین ­کنندگان و خرده­ فروشان را نيز در بر مي­گيرند.

ب) سطح تصميم­

سه سطح تصميم­ گيري استراتژيک[2]، تاکتيکي[3] و عملياتي[4] در تصميمات اعمال شده در زنجيره تأمين مي­تواند اتخاذ گردد که البته سطوح مذکور با سه دوره زماني بلندمدت، ميان­ مدت و کوتاه ­مدت متناظر مي­باشند. سطوح تصميم بطور عمده به واسطه­ ي مقدار يا اثر تصميم گرفته شده، برحسب زمان دسته ­بندي مي­شود. براي نمونه، هوانگ و همکاران(Huang et al., 2003) تصميماتي را که منجر به انتخاب مکان­هاي توزيع، انبار و توليد مي­شود، در سطح استراتژيک در نظر گرفتند و همچنين قسمت­ هايي از توليد را که باعث کمينه­ سازي هزينه­ هاي سراسري مي­شود، بطور قراردادي در اين سطح لحاظ کردند. در سطح تاکتيکي نيز، آنها جنبه­ هايي مانند برنامه­ ريزي توزيع و توليد، تخصيص ­دادن ظرفيت­هاي حمل و توليد، موجودي­ها و مديريت­ کردن ذخاير اطمينان را در اين سطح معرفي کردند و نهايتاً عمليات دريافت کالا را در سطح عملياتي قرار دادند. تنها زنجيره‌هاي تأميني مي‌توانند به فعاليت خود در بازار ادامه دهند که بتوانند سطوح تصميم‌گيري را در شرايط مختلف، يکپارچه کنند(Diabat & Richard, 2009).

سطوح مختلف تصميم‌گيري همراه با نمونه‌هايي از هر سطح و طول دوره زماني مربوطه در جدول 2- 1 آورده شده است:

جدول 2- 1: سطوح تصميم‌گيري(Huang et al., 2003)

نوع تصميم‌گيري	مدت زمان	سطح تصميم‌گيري
- تعيين تعداد و مکان مراکز توليد، توزيع و انبارها و ظرفيت‌يابي آنها	3 تا 10 سال	استراتژيک
- تعيين و انتخاب تأمين‌کنندگان
- انتخاب نوع محصول و وسيله حمل‌و‌نقل
- انتخاب تکنولوژي توليد
- تعيين سياست‌هاي نگهداري موجودي در انبارها و مراکز توزيع	3 ماه تا 2 سال	تاکتيکي
- تعيين نحوه انتقال مواد و محصولات بين سايت‌هاي مختلف شبکه
- اتخاذ سياست‌هاي مناسب توليد و توزيع
- اتخاذ سياست‌هاي مناسب خريد
- تخصيص موجودي به سفارشات	روزانه	عملياتي
- زمان‌بندي و تعيين توالي توليد
- تهيه ليست اقلام در انبار
- تعيين برنامه بازبيني موجودي

اکثر تحقيقات انجام شده تاکنون، در سطح تصميم تاکتيکي بوده، ضمن آنکه برخي از تحقيقات انجام شده نيز بيش از يک سطح را در بر مي­گيرند.

ج) رويکرد مدلسازي زنجيره تأمين­

رويکرد مدلسازي شامل نوع نمايش، روابط رياضي و جنبه­ هاي در نظر گرفته شده براي طراحي زنجيره تأمين مي‌باشد. شايان ذکر است که مدل­هاي مذکور همه از نوع مدل­هاي رياضي مي­باشند.

• برنامه ­ريزي خطي: اين بخش شامل برنامه­ ريزي خطي و برنامه­ ريزي خطي عدد صحيح/ آميخته مي­باشد.
• برنامه­ ريزي غيرخطي­: اين بخش شامل برنامه ­ريزي غيرخطي­ و برنامه­ ريزي غيرخطي عدد صحيح/ آميخته مي­باشد.
• برنامه ­ريزي چندهدفه­: اين بخش شامل برنامه­ ريزي خطي چندهدفه،برنامه ­ريزي خطي عدد صحيح چندهدفه،برنامه­ ريزي غيرخطي چندهدفه، برنامه ­ريزي عدد صحيح غيرخطي چندهدفه مي­باشد.
• برنامه ­ريزي رياضي فازي
• برنامه ­ريزي احتمالي
• الگوريتم ­هاي ابتکاري و فراابتکاري
• مدل­هاي ترکيبي

د) اطلاعات اشتراکي­

اين معيار شامل اطلاعات به اشتراک گذاشته شده بين هر گره از شبکه مي­باشد که اين گره­ها توسط مدل مشخص مي­شوند. فرآيند اطلاعات اشتراکي، نقشي حياتي در برنامه ­ريزي زنجيره تأمين کارا ايفا مي‌کند. هوانگ و همکاران معتقدند که عامل اطلاعات اشتراکي را مي­توان به شش دسته مختلف توليد، فرآيند، منابع، موجودي، سفارش­ها و برنامه­ ريزي طبقه­ بندي کرد.

مولا وهمکاران (Mula, Peidro, Diaz-Madronero, & Vicens, 2010) چهار معيار ديگر را به طبقه بندي هوانگ و همکاران اضافه کردند که به صورت مختصر در زير توضيح داده شده است:

ه) هدف

در اکثر تحقيقات انجام شده، هدف، کمينه سازي کل هزينه‌هاي سيستم مي‌باشد.

و) محدوديت‌ها

شناسايي اين ويژگي‌ها، مدل را محدود مي‌کند تا براي محيط‌هاي معيني به‌کار برده شود. برخي از محدوديت‌هاي زنجيره تأمين، به گره‌هاي خاص (خرده‌فروش‌ها، انبارها و ...) و عدم وجود آنها در مدل مربوط مي‌شود و يا اينکه ناشي از طرح توليدي زنجيره تأمين مي‌باشد که عمليات آن را محدود مي‌کند.

ز) نوآوري

اين قسمت در بر گيرنده تازگي و نوآوري تحقيق بوده و شامل قسمت‌هايي مي‌شود که محقق، خود دانشي را به مسئله اضافه مي‌کند.

ي) کاربرد عملي

اين بخش شامل کاربردهاي عملي، مطالعات موردي و نيز مثال‌هاي عددي به منظور اعتبارسنجي مدل‌هاي ارائه شده و اهداف تحقيقات مي‌باشد.

 

[1] Taxonomy

[2] Strategic

[3] Tactical

[4] Operational

مسئله جريان کاري يکي از معروف ترين مسائل در حوزه زمان بندي با مصداق هاي علمي فراوان است که حدود يک چهارم سيستم هاي توليدي و خطوط مونتاژ را در بر مي گيرد. در مسئله جريان کاري فرض بر اين است که m ماشين به صورت سري پشت سر هم قرار دارند و هر کار بايستي بر روي هر يک از ماشين ها از اولين ماشين تا mامين ماشين مورد پردازش قرار گيرند يا بعبارتي هر کار ابتدا بر روي ماشين 1، سپس بر روي ماشين 2 و به همين ترتيب در نهايت بر روي ماشين آخر مورد پردازش قرار مي گيرد. مسئله جريان کاري با توجه به نوع ترتيب پردازش کارها بر روي ماشين ها به دو دسته جایگشتی^[1] و غیر جایگشتی^[2] تقسيم مي شوند. مسئله زمان بندی جریان کاری با فرض وجود جایگشت با نام مسئله زمان­بندی جریان کارگاهی جایگشتی^[3](PFSS) شناخته می­شود. در حالت جايگشتي ترتيب پردازش کارها بر همه ماشين ها يکسان است اما در حالت غير جايگشتي ترتيب پردازش کارها بر روي هر يک از ماشين ها مي تواند متفاوت باشد. حالت جايگشتي محدوديتي است که در آن خروج کالا از انبارهاي مياني بر اساس قاعده FIFO يا به عبارتي زودترين ورود و زودترين خروج مي باشد که اين فرض باعث مي شود تا کارها با يک ترتيب مشابه بر روي هر يک از ماشين ها پردازش شوند. اما در حالت غير جايگشتي چنين محدوديتي وجود ندارد و ترتيب پردازش کارها بر روي ماشين ها مي تواند متفاوت باشد.

از جمله مهمترين فرضياتي که براي مسئله جريان کاري در نظر گرفته مي شود مي توان به موارد زير اشاره نمود:

- يک کار نمي تواند به طور همزمان بر روي دو ماشين پردازش شود.

- هر ماشين بيش از يک کار را به طور همزمان پردازش نمي کند.

- مدت زمان پردازش کارها مستقل از توالي پردازش است.

- بين ماشين ها انبار نامحدود وجود دارد.

- خرابي وجود ندارد و ماشين­ها همواره در دسترس هستند.

- داده­ها حالت قطعي و از پيش تعيين شده دارند.

 

[1] Permutation

[2] No-permutation

[3] Permutation Flow Shop Scheduling

با توجه به شرايط رقابتي موجود در بازار، سازمان‌ها موظفند محصولات متنوع را با توجه به درخواست مشتري، در دسترس وي قرار دهند. تمايل مشتري بر كيفيت بالا و خدمت‌رساني سريع، موجب افزايش فشارهايي شده است كه قبلاً وجود نداشته است، در نتيجه سازمان‌ها بيش از اين نمي‌توانند به تنهايي از عهده تمامي كارها برآيند. بر اين اساس، فعاليت­‌هايي نظير برنامه­ريزي عرضه و تقاضا، تهيه مواد، توليد و برنامه­ريزي محصول، نگهداري كالا، كنترل موجودي، توزيع، تحويل و خدمت‌رساني به مشتري كه قبلاً همگي در سطح شركت انجام مي‌شد، اينك به سطح زنجيره تأمين انتقال پيدا كرده است. بنابراين طراحي زنجيره تأمين مناسب و کارا با در نظر گرفتن اين مطلب که امروزه استراتژي توليد و توزيع براي مشتري بسيار مورد توجه قرار گرفته است، از اهميت زيادي برخوردار مي‌باشد.

مديريت زنجيره تأمين شامل مديريت مواد از تأمين مواد اوليه گرفته تا محصول نهايي است و تمرکز آن بر اين است که چگونه شرکتها از فرآيندها، تکنولوژي و توانايي تأمين کنندگان در جهت بهبود مزاياي رقابتي استفاده مي کنند. مديريت زنجيره تأمين يک فلسفه مديريتي است که شرکاي تجاري را در کنار هم قرار داده و فعاليتهاي سنتي داخل سازماني هر يک را در جهت هدف مشترک بهينه سازي و افزايش کارايي گسترش مي دهد.

مديريت زنجيره تأمين، رويکردي يکپارچه براي برنامه ريزي و کنترل جريان مواد از تأمين کنندگان به مصرف کنندگان نهايي است. در زنجيره تأمين شبکه اي از سازمانها با ارتباط بالا دستي و پايين دستي با يکديگر شريک هستند و در انجام فرآيندها و فعاليتهاي مختلف براي رسيدن محصولات و خدمات به دست مشتري نهايي ايجاد ارزش مي کنند. زنجيره تأمين مجموعه­اي از موجوديتها شامل تأمين کنندگان، ارائه دهندگان خدمات لجستيکي، توليد کنندگان، توزيع کنندگان و فروشندگان با جريان مواد، محصولات و اطلاعات بين آنها مي باشد. بنابراين از تأمين کنندگان شروع شده و به مشتريان ختم مي شود و شامل توليد و تحويل کالا و خدمات است.

زنجيره تأمين عبارت است از شبکه‌اي از تأمين کنندگان، توليد کنندگان، انبارها و توزيع کنندگان که در تهيه مواد اوليه، تبديل مواد اوليه به محصولات نهايي و انتقال محصول به مشتري نهايي به صورت سازمان يافته فعاليت مي‌کند (Chopra & Meindl, 2007). طراحي شبکه زنجيره تأمين به گونه‌اي که اهداف کليه اجزاي زنجيره را برآورده کند، همواره يکي از موضوعات مورد توجه سازمان‌ها بوده است. اين طراحي شامل بخش‌هاي مختلفي همچون مکان‌يابي تسهيلات جديد، توسعه تسهيلات موجود، انتخاب تأمين کنندگان، تعيين نوع و ميزان توليد در تسهيلات توليدي، تعيين نحوه تأمين نيازهاي بازارهاي مختلف و ... است. يکي از نکات مهم در طراحي شبکه زنجيره تأمين، تلاش براي نزديک کردن مدل‌هاي تصميم‌گيري به شرايط دنياي واقعي است. با توجه به اينکه در دنياي واقعي، همواره اهداف گوناگوني مد نظر تصميم‌گيران قرار مي‌گيرند، طراحي شبکه زنجيره تأمين با در نظر گرفتن معيارهاي چندگانه منجر به افزايش کارايي مي شود. هدف از طراحي و بهينه سازي زنجيره کاهش هزينه هاي کل زنجيره تامين است.

1-1 روش‌هاي حل

روش‌هاي حل مسئله رامي‌توان به دو دسته کلي روش­هاي بهينه‌سازي و روش­هاي تقريبي تقسيم کرد. روش‌هاي بهينه‌سازي[1] منجر به پيدا کردن جواب بهينه مسئله مي‌شوند اما در مقابل در روش‌هاي تقريبي[2] جواب بدست آمده جوابي بهينه يا نزديک به بهينه مي‌باشد.

1-1-1 روش‌هاي بهينه‌سازي

در روش‌هاي بهينه‌سازي يا دقيق زمان مورد نياز براي حل با افزايش خطي ابعاد مسئله به‌صورت نمايي يا به‌صورت چند جمله‌اي با درجات خيلي بالا افزايش پيدا مي‌کند. اين افزايش زمان حل براي مسئله FJSP از شدت بيشتري برخوردار مي‌باشد. از جمله روش‌هاي بهينه‌سازي مي‌توان به موارد زير اشاره نمود:

• الگوريتم­هاي کارا[3]: الگوريتم­هاي کارا مسئله داده شده را به‌صورت بهينه در يک زمان چند جمله‌اي با توجه به ابعاد مسئله حل مي‌کنند. اين روش‌ها به سادگي جواب بهينه مسئله را از داده‌هاي اوليه و با به کار‌گيري مجموعه‌اي از قوانين ساده بدست مي­آورند.
• فرمول­بندي­هاي رياضي[4]: بسياري از محققان تاييد کرده‌اند که مسائل زمان­بندي مي‌توانند توسط روش‌هاي برنامه ريزي رياضي به‌صورت بهينه حل شوند. از جمله برنامه ريزي رياضي­هاي متداول براي حل مسئله FJSPمي­توان به برنامه­ريزي خطي عدد صحيح مختلط[5] (MILP) و برنامه­ريزي غيرخطي عدد صحيح مختلط[6] (MINLP) اشاره نمود.
• روش شاخه و کران[7]: يک روش مفيد براي حل مسئله استراتژي شمارش محدود جواب است که شاخه و کران ناميده مي‌شود. اين روش شامل دو مرحله اساسي مي‌باشد؛ شاخه[8] که عبارت است از تقسيم يک مسئله بزرگ به دو يا چند مسئله فرعي، و ديگري کران[9] مي‌باشد که محاسبه يک کران پايين براي جواب بهينه هر مسئله فرعي است. اين روش در نهايت منجر به پيدا کردن جواب بهينه مسئله در زماني کمتر از روش رياضي خواهد شد.

1-1-2 روش‌هاي تقريبي

روش‌هاي تقريبي براي مسائل با ابعاد بزرگ مناسب هستند. اگرچه اين روش‌ها رسيدن به جواب بهينه را تضمين نمي‌کنند، اما قادر به پيدا کردن جواب نزديک به بهينه در يک زمان محاسباتي متوسط را دارا مي‌باشند. از جمله روش‌هاي تقريبي مي‌توان به موارد زير اشاره نمود:

- قوانين ارسال[10] - روش ابتکاري انتقال ايستگاه گلوگاه[11](SBH) - هوش مصنوعي[12](AI) - روش‌هاي جستجوي محلي و فرا‌ابتکاري[13]

قوانين ارسال

قوانين ارسال به علت به‌کارگيري آسان و زمان محاسباتي کم يکي از روش‌هاي رايج براي حل سريع مسائل زمان‌بندي هستند. در اين روش از بين عمل‌هاي باقي مانده براي زمان­بندي بر روي يک ماشين عملي انتخاب مي‌شود که داراي بالاترين اولويت نسبت به بقيه است.

روش ابتکاري انتقال ايستگاه گلوگاه

روش SBH اولين بار توسط آدامز و همکاران در سال 1988 براي مسئله JSP توسعه داده شد که يکي از رويکردهاي ابتکاري موفق در مسئله JSP است. اين روش مسئله را به چندين زير مسئله تک ماشينه تجزيه مي‌کند و زمان‌بندي نهايي را با ثابت نگه‌داشتن تک تک ماشين‌ها بدست مي‌آورد. در اين روش در هر تکرار يک ماشين گلوگاه (بحراني) از بين ماشين‌هايي که هنوز زمان‌بندي نشده‌اند انتخاب شده و سپس زمان‌بندي اين ماشين با ثابت نگه‌داشتن کمان‌هاي فصلي[14] در گراف فصلي[15]انجام مي‌شود. 

هوش مصنوعي

هوش مصنوعي شاخه‌اي از علوم كامپيوتر است. هوش مصنوعي كامپيوترها را قادر مي‌سازد تا قابليت هوشمندانه انسان‌ها نظير ادراك، يادگيري، حل مسائل هوشمند، استدلال و... را داشته باشند. از روش­هاي هوش مصنوعي که براي حل مسئله بکار مي­روند مي­توان به شبکه­هاي عصبي[17]، سيستم­هاي خبره[18] و ارضاي محدوديت[19] اشاره نمود.

 

 

[1] optimization methods

[2] approximation methods

[3] efficient algorithms

[4] mathematical formulations

[5]Mixed IntegerLinear Programming (MILP)

[6]Mixed Integer Non-Linear Programming (MINLP)

[7] branch and bound techniques

[8]branch

[9]bound

[10] dispatching rules

[11] Shifting Bottleneck Heuristic(SBH)

[12] Artificial Intelligence (AI)

[13] local search methods and meta-heuristics

[14]conjuctive graph

[15]Disjunctive graph

[16]critical machine

[17]neural network

[18]expert system

[19]constraint satisfaction

روش‌هاي جستجوي محلي و فرا ابتکاري

از جمله روش­هاي جستجوي محلي و فرا ابتکاري براي حل مسئله مي‌توان به موارد زير اشاره کرد:

-جستجوي محلي[1](LS) -جستجوي شعاعي[2](BS) -جستجوي تصادفي حريصانه[3] -جستجوي همسايگي متغير[4](VNS) -جستجوي ممنوعه[5](TS)

-شبيه سازي تبريد[6](SA) -الگوريتم ژنتيک[7](GA) -بهينه‌سازي انبوه ذرات[8](PSO) -الگوريتم مورچگان[9](ACO) -و ...

 

[1] Local Search (LS)

[2] Beam Search(BS)

[3] greedy random search

[4] Variable Neighborhood Search(VNS)

[5] Tabu Search(TS)

[6] Simulated Annealing(SA)

[7] Genetic Algorithm(GA)

[8]Particle Swarm Optimization(PSO)

[9] Ant Colony Optimization(ACO)

1-1-1 مسئله زمان‌بندي کارکارگاهي انعطاف‌پذير

مسئله زمان‌بندي کارکارگاهي انعطاف‌پذير[1] (FJSP) يک تعميم از مسئله JSP مي‌باشد. مسئله FJSP اولين بار توسط براکر و اسچلاي [7] در سال 1990 مورد بررسي قرار گرفت. آن‌ها براي مسئله با دو کار، يک الگوريتم چند جمله‌اي ارائه دادند.گسترش سريع تکنولوژي‌هاي توليد در سال‌هاي اخير باعث شده تا مسئله زمان‌بندي کارکارگاهي انعطاف‌پذير به طور چشم‌گيري اهميت پيدا کند. در اين مسئله فرض بر اين است n کار وجود دارد که بايد توسط m ايستگاه کاري پردازش شود. در هر ايستگاه‌کاري تعدادي ماشين بسته به نوع انعطاف‌پذيري وجود دارد. کليه کارهاي تخصيص يافته به اين ايستگاه­ها توسط ماشين‌هايي پردازش مي­شوند که در آن‌ها وجود دارد. ماشين‌هاي هر ايستگاه مي‌توانند کاملاً از لحاظ سرعت با يکديگر مشابه يا متفاوت باشند. هر کار مسير پردازش خود را در کارگاه طي مي‌کند و اگر يک کار احتياج به پردازش در يک ايستگاه کاري داشته باشد، تنها مي‌تواند بر روي يکي از ماشين‌هاي موازي موجود در آن ايستگاه‌کاري پردازش ­شود، اين در حالي است که تمام ماشين‌هاي ايستگاه قادر به انجام چنين عملي مي‌باشند.

1-2 انواع انعطاف‌پذيري

با توجه به بررسي­هاي صورت گرفته بر روي مسئله FJSP، انواع انعطاف‌پذيري‌ها را مي‌توان به دو دسته کلي انعطاف‌پذيري در مسير پردازش[2] و انعطاف‌پذيري در عمليات[3] تقسيم نمود. لحاظ نمودن انواع انعطاف‌پذيري‌ها در مسئله FJSP، منجر به رفع مشکلات گلوگاهي، افزايش نرخ توليد، بهبود عملکرد سيستم و ايجاد مزيت رقابتي مي‌شود اما در مقابل، باعث افزايش حجم سرمايه‌گذاري و پيچيدگي اين دسته از مسائل مي‌شود به طوري که حتي يافتن جواب‌هاي نزديک به بهينه را نيز به طور چشم­گيري دشوار مي‌سازد. در ادامه توضيحاتي در مورد اين دسته‌ها ارائه خواهد شد.

1-2-1 انعطاف‌پذيري در مسير پردازش

همان‌طور که بيان شد، يکي از انواع انعطاف‌پذيري، انعطاف‌پذيري در مسير پردازش کارها مي‌باشد. در اين نوع انعطاف‌پذيري براي هر کار چند مسير پردازش متفاوت وجود دارد. هر کدام از آن‌ها با انتخاب يکي از چند برنامه پردازش پيشنهادي[4] تکميل خواهد شد. از جمله اهداف مسئله FJSP در اين حالت را مي­توان به موارد زير اشاره کرد:

- براي هر کار تنها يک برنامه پردازش از بين برنامه‌هاي پردازش پيشنهادي انتخاب شود.

- هر عمل تنها به يکي از ماشين‌هاي پيشنهادي تخصيص يابد.

- عمل‌هاي تخصيص يافته به هر ماشين زمان‌بندي شوند.

1-2-2 انعطاف‌پذيري در عمليات

انعطاف‌پذيري در نوع عمليات را مي­توان به دو دسته انعطاف‌پذيري با ماشين‌ها چندمنظوره[5] و انعطاف‌پذيري با ماشين‌هاي موازي تقسيم نمود. از جمله اهداف براي مسئله FJSP با حالت انعطاف‌پذيري در عمليات مي‌توان به موارد زير اشاره کرد:

- هر عمل تنها به يکي از ماشين‌هاي پيشنهادي تخصيص يابد.

- عمل‌هاي تخصيص يافته به هر ماشين زمان‌بندي شوند.

انعطاف‌پذيري با ماشين‌هاي چندمنظوره

در اين نوع انعطاف‌پذيري، ماشين­ها چندمنظوره بوده و قادر به پردازش دو يا چند عمل متفاوت هستند. در اين نوع براي هر عمل از يک کار، مجموعه­اي از ماشين‌ها وجود دارند که قادر به انجام چنين عملي مي‌باشند.

انعطاف‌پذيري با ماشين‌هاي موازي

در اين نوع انعطاف‌پذيري، در هر ايستگاه‌کاري چند ماشين موازي براي پردازش کارها قرار داشته و هر کار در هر کدام از ايستگاه‌کاري يکي از ماشين‌ها را براي پردازش انتخاب مي­کند. در اين حالت مسئله FJSP ترکيبي از مسئله‌هاي JSP و ماشين‌هاي موازي است. محيط کارگاه به­جاي m ماشين، از m ايستگاه‌کاري تشکيل شده که در هر يک از ايستگاه­ها تعدادي ماشين موازي يکسان وجود دارد.

در ادبيات موضوع مسئله FJSP، تقسيم‌بندي ديگري براي انعطاف‌پذيري در عمليات ارائه شده است که آن را به دو دسته کلي انعطاف‌پذيري کلي[6] و انعطاف‌پذيري جزئي[7] تقسيم شده است.

در انعطاف‌پذيري کلي، فرض بر اين است همه ماشين­ها در محيط کارگاه چندمنظوره بوده و هر عمل مي‌تواند بر روي هر يک از ماشين‌ها انجام شود، اما سرعت پردازش ماشين‌ها براي هر عمل با يکديگر متفاوت است. در انعطاف پذيري جزئي نيز همه ماشين‌ها مي‌توانند چندمنظوره باشند، با اين تفاوت که هر عمل تنها بر روي زير مجموعه­اي از ماشين‌ها قادر به پردازش مي‌باشد.

 

[1]Flexible Job Shop scheduling Problem(FJSP)

[2]routing process flexibility

[3]operation flexibility

[4] alternative process plan

[5] multi-purpose machine

[6] total flexibility

[7] partial flexibility