Luận văn thạc sĩ về điều độ sản xuất động và đa mục tiêu trong môi trường job shop linh hoạt

Luận văn thạc sĩ về kỹ thuật công nghiệp, điều độ sản xuất động và đa mục tiêu trong môi trường job shop linh hoạt. Tìm hiểu và áp dụng.

• Tác giả: Trần Võ Thảo Hương
• Người hướng dẫn: PGS. Lê Ngọc Quỳnh Lam
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Công nghiệp
• Đề tài: Điều Độ Sản Xuất Động Và Đa Mục Tiêu Trong Môi Trường Job Shop Linh Hoạt
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về điều độ sản xuất

Trong bối cảnh công nghiệp hiện đại, điều độ sản xuất đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất. Đặc biệt, trong môi trường job shop linh hoạt, việc quản lý và điều phối các nguồn lực trở nên phức tạp hơn do sự đa dạng của các công đoạn và máy móc. Mục tiêu chính của việc điều độ là giảm thiểu thời gian hoàn thành công việc (makespan) và thời gian trễ lớn nhất của các công việc. Các phương pháp điều độ hiện tại thường gặp phải những thách thức từ các yếu tố bất định như hỏng hóc máy móc hoặc thay đổi yêu cầu sản xuất. Do đó, việc phát triển một mô hình điều độ phù hợp với đa mục tiêu và có khả năng phản ứng với các sự kiện không mong muốn là rất cần thiết.

1.1 Mô hình bài toán điều độ sản xuất

Mô hình bài toán điều độ sản xuất trong môi trường job shop linh hoạt được xây dựng dựa trên các yếu tố như thời gian xử lý, thứ tự thực hiện công việc và các ràng buộc về thời gian. Mô hình này không chỉ giúp xác định lịch trình sản xuất mà còn phải đáp ứng các mục tiêu về hiệu suất, bao gồm việc tối ưu hóa thời gian hoàn thành và giảm thiểu thời gian trễ. Việc áp dụng các thuật toán tối ưu hóa, như thuật toán heuristic, giúp rút ngắn thời gian tính toán và nâng cao hiệu quả trong việc xây dựng lịch trình.

II. Phương pháp điều độ dự đoán và phản ứng

Phương pháp điều độ dự đoán và phản ứng là một trong những chiến lược hiệu quả để giải quyết các vấn đề trong môi trường job shop linh hoạt. Đầu tiên, một lịch trình dự đoán được xây dựng dựa trên dữ liệu đầu vào có sẵn. Tuy nhiên, trong thực tế, việc triển khai lịch trình này thường gặp phải các yếu tố bất định. Do đó, một chiến lược tái điều độ được áp dụng để điều chỉnh lịch trình khi có sự cố xảy ra. Chiến lược này không chỉ giúp giảm thiểu tác động tiêu cực mà còn giữ cho quá trình sản xuất ổn định.

2.1 Chiến lược tái điều độ

Chiến lược tái điều độ được thiết kế để ứng phó với các sự kiện không mong muốn trong quá trình sản xuất. Các sự kiện này có thể bao gồm hỏng hóc máy móc, thay đổi yêu cầu sản xuất hoặc thời gian xử lý không chính xác. Việc phân loại các sự kiện và xác định thời điểm tái điều độ là rất quan trọng trong việc duy trì hiệu suất sản xuất. Phương pháp kết hợp giữa tái điều độ theo sự kiện và tái điều độ theo chu kỳ đã được chứng minh là có hiệu quả cao trong việc giảm thiểu thời gian gián đoạn và duy trì tính ổn định của lịch trình.

III. Đánh giá hiệu quả và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu này không chỉ cung cấp một cái nhìn sâu sắc về điều độ sản xuất trong môi trường job shop linh hoạt mà còn đề xuất các giải pháp thực tiễn cho các doanh nghiệp. Các kết quả tính toán cho thấy rằng các thuật toán đề xuất có khả năng đáp ứng tốt các mục tiêu đã đặt ra, bao gồm việc tối ưu hóa thời gian hoàn thành và giảm thiểu thời gian trễ. Điều này cho thấy giá trị thực tiễn của nghiên cứu trong việc cải thiện hiệu suất sản xuất và khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp.

3.1 Ứng dụng trong doanh nghiệp

Các giải pháp được đề xuất trong nghiên cứu có thể được áp dụng rộng rãi trong các doanh nghiệp sản xuất, đặc biệt là trong ngành công nghiệp chế tạo. Việc áp dụng các phương pháp điều độ dự đoán và phản ứng không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn nâng cao khả năng ứng phó với các tình huống bất ngờ, từ đó tạo ra lợi thế cạnh tranh bền vững cho doanh nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

i ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ---------------o0o--------------- TRẦN VÕ THẢO HƯƠNG ĐIỀU ĐỘ SẢN XUẤT ĐỘNG VÀ ĐA MỤC TIÊU TRONG MÔI TRƯỜNG JOB SHOP LINH HOẠT Chuyên ngành: Kỹ thuật Công nghiệp Mã số: 8520117 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2020 ii VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY - HO CHI MINH CITY HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY ---------------o0o--------------- TRẦN VÕ THẢO HƯƠNG MULTI-OBJECTIVE PREDICTIVE-REACTIVE PRODUCTION SCHEDULING IN DYNAMIC FLEXIBLE JOB SHOP ENVIRONMENT Major: Industrial Engineering Major Index: 8520117 MASTER’S THESIS HO CHI MINH CITY, January 2020 iii Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. Lê Ngọc Quỳnh Lam Chữ ký: Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Đường Võ Hùng Chữ ký: Cán bộ chấm nhận xét 2: TS.

Nguyễn Hữu Thọ Chữ ký: Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh ngày 05 tháng 01 năm 2020. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: 1. Chủ tịch hội đồng: TS. Nguyễn Vạng Phúc Nguyên 2.

Thư ký hội đồng: TS. Ủy viên Phản biện 1: TS. Ủy viên Phản biện 2: TS. Nguyễn Hữu Thọ 5.

Ủy viên hội đồng: PGS. Đỗ Ngọc Hiền Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa. CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ TS. Nguyễn Vạng Phúc Nguyên PGS.

Nguyễn Hữu Lộc iv ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ---------------------------- ------------------------------------ NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN VÕ THẢO HƯƠNG MSHV: 1870027 Ngày, tháng, năm sinh: 02/08/1995 Nơi sinh: TP.HCM Chuyên ngành: Kỹ thuật Công nghiệp Mã số: 8520117 I. TÊN ĐỀ TÀI: - Tiếng Việt: Điều độ sản xuất động và đa mục tiêu trong môi trường Job shop linh hoạt. - Tiếng Anh: Multi-Objective Predictive-Reactive Production Scheduling in Dynamic Flexible Job Shop Environment. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Xây dựng mô hình bài toán điều độ sản xuất trong môi trường Job shop linh hoạt.

- Đề xuất giải pháp cho bài toán để thỏa mãn các mục tiêu đặt ra ban đầu. - Đánh giá giải pháp đã đề xuất. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày 11 tháng 02 năm 2019 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 08 tháng 12 năm 2019 V.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. LÊ NGỌC QUỲNH LAM Tp. HCM, ngày 05 tháng 02 năm 2020 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO PGS. Lê Ngọc Quỳnh Lam PGS.

Đỗ Ngọc Hiền TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ PGS. Nguyễn Hữu Lộc v ACKNOWLEDGEMENTS I would like to express my special deep and sincere gratitude to my research advisor Assoc. PhD Le Ngoc Quynh Lam and my lecturer Assoc. PhD Do Ngoc Hien, Head of Department of Industrial Systems Engineering, Ho Chi Minh city University of Technology for giving me the opportunity to pursue Master degree and providing in time and invaluable support throughout this research.

Their guidance and constructive suggestions during planning and development process helped me to go on the right direction toward completion of research. I am also particularly grateful to all academic staff of Department of Industrial Systems Engineering and members of Faculty of Mechanical Engineering for their kind and understanding spirit and their encouragement in carrying out this research. Last but not the least, my sincere thank goes to my family for supporting me spiritually throughout my academic path as well as my life. TRẦN VÕ THẢO HƯƠNG vi TÓM TẮT Sự phát triển nhanh của các ngành công nghiệp sản xuất trong thời đại ngày nay và đặc biệt dưới ảnh hưởng của cuộc Cách mạng Công nghiệp 4.0, dẫn đến việc tổ chức sản xuất của các doanh nghiệp ngày càng hệ thống, tinh gọn, hiệu quả hơn và trở thành một trong những yếu tố quyết định để tạo được lợi thế cạnh tranh trên thị trường.

Trong sự phát triển đó, điều độ sản xuất đã và đang trở thành một trong những chức năng quan trọng giúp phân bổ hiệu quả các nguồn lực của tổ chức trong quá trình sản xuất đồng thời rút ngắn thời gian sản xuất, đảm bảo thời hạn đã cam kết với khách hàng. Nghiên cứu đặt ra trong luận văn này hướng đến việc đề ra một giải pháp thích hợp để giải quyết vấn đề điều độ sản xuất trong môi trường Job shop linh hoạt dưới sự ảnh hưởng của các yếu tố ngẫu nhiên, bất định. Hai mục tiêu giải pháp cần hướng đến đồng thời bao gồm cực tiểu thời gian hoàn thành tất cả các công việc (makespan) và cực tiểu thời gian trễ lớn nhất của các công việc. Để giải quyết được vấn đề, phương pháp điều độ predictive-reactive đã được sử dụng.

Đầu tiên bài điều độ tĩnh được xem xét nhằm đưa ra một lịch điều độ cụ thể với các điều kiện đầu vào có sẵn. Nếu chỉ dừng lại ở bước này, lịch điều độ đã tạo ra khi được triển khai tại xưởng sản xuất có thể sẽ bị gián đoạn hoặc trở nên không còn khả thi với sự xuất hiện của các yếu tố bất định như biến thiên về thời gian thực hiện các công đoạn hay những sự kiện bất ngờ như thêm công việc mới, hư hỏng máy, nguyên vật liệu cung cấp trễ. Vì vậy, một chiến lược tái điều độ được đề xuất giúp làm giảm bớt ảnh hưởng của các yếu tố này lên lịch điều độ, đồng thời vẫn phải giữ cho việc sản xuất được ổn định, tránh thay đổi liên tục. Các kết quả tính toán cho thấy giải thuật điều độ tĩnh cùng chiến lược tái điều độ đã đề xuất đáp ứng được các mục tiêu đã đề ra, có tính hiệu quả cao và có thể áp dụng cho các doanh nghiệp trong thực tế.

Từ khóa: Điều độ sản xuất, Job shop linh hoạt động, đa mục tiêu, điều độ predictive- reactive, tái điều độ theo sự kiện, tái điều độ theo chu kì. vii ABSTRACT These days, production scheduling becomes one of the most crucial functions in the production organizations with its supports in effectively resource consuming as well as completion time minimization. This thesis focuses mainly on finding out a predictive- reactive solution for the flexible job shop problem in a dynamic manufacturing environment. Two objectives considered simultaneously during the scheduling process are minimizing completion time and the maximal tardiness.

Firstly, a heuristic algorithm is proposed in order to generate a predictive schedule with using all the on-hand input information. In the real-world manufacturing, when implementing the predictive schedule in the shop floor, uncertain elements and unexpected events are unavoidable, cause disruptions and impact on the schedule performance. Therefore, a rescheduling strategy is mentioned in the reactive scheduling stage to help reduce the negative impacts and remain the shop floor stability. The hybrid method combining between event-driven rescheduling and periodic rescheduling is used in order to deal with the critical problem in this stage that is defining the time to reschedule.

The computational results indicate that the heuristic algorithm proposed for predictive scheduling and the rescheduling strategy proposed for reactive process are satisfied with research objectives, gives the high effectiveness and can be applied to real organizations of production field. Keywords: Production scheduling, flexible job shop environment, multi-objective problem, uncertainties, unexpected event, predictive-reactive scheduling, rescheduling. viii REASSURANCE I hereby declare that this is my own research. All the data and the results used in this research is honest and has not been published in other studies.

I will be totally responsible for my research if it is incorrect as mentioned above. The research’s author TRẦN VÕ THẢO HƯƠNG ix TABLE OF CONTENTS ACKNOWLEDGEMENTS. vii TABLE OF CONTENTS .ix LIST OF TABLES. xii LIST OF FIGURES.

xiii LIST OF NOTATIONS .1 Background and Motivation.1 Formulating the problem model .2 Proposing the algorithm for the predictive scheduling problem .3 Proposing the algorithm for the reactive scheduling problem .4 Evaluation and revision .6 Organization of the Thesis .1 Production Scheduling Overview .2 Production Scheduling Problem Model .2 Processing Characteristics and Constraints .3 Deterministic scheduling algorithm .4 Predictive-reactive scheduling. DETERMINISTIC PROBLEM FORMULATION .2 Mathematical model formulation .1 Proposed heuristic algorithm .1 The main procedure of proposed algorithm .2 Operation selection rule .3 Machine selection rule.2 Comparison of dispatching rules.3 The detailed steps of proposed algorithm .1 Defining the latest completion time of operation .2 Event classification method .3 Example on each type of event .1 Design of experiments. CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS. 55 REFFERENCES APPENDIX A APPENDIX B APPENDIX C xii LIST OF TABLES Table 4.1 The results of combinations of OR and MR .2 The objective function values and RPDs of combinations .3 Computational time of the proposed algorithm.4 Numerical example – The input data .5 Numerical example – The initial status .6 Numerical example – The status at t = 2 .7 Numerical example – The status at t =3 .8 Numerical example – The result .1 Common types of event and their impacts .2 Defining successors of each operation .3 Defining critical operations .4 Event classification’s criteria .5 Processing time variations .6 Information of the new arrival job .2 The results of experiments.

53 xiii LIST OF FIGURES Figure 1.1 Four main stages of the research’s methodology .1 Diagram of information flow in a production system [1] .2 Types of scheduling algorithm .1 The mathematic model of researched problem .1 The main procedure of proposed algorithm .2 The RPDs of rule combinations .3 Box-plot diagram depicts the comparison of rule combinations .4 Numerical example – The Gantt chart .2 The AON network of the numerical example .3 Critical operations of the numerical example .5 Machine breakdown example .6 Delay in arrival example .7 Processing time variation example .1 RPD comparison between three rescheduling policies .2 The number of rescheduling times comparison between policies. 54 xiv LIST OF NOTATIONS FJSS Flexible Job Shop Scheduling problem ODD Operation Due time LC Latest Completion time of operation CPM Critical Path Method BP Backward Pass WINQ Total Work-content of jobs in Queue RPT Remaining Processing Time of machine PT Processing Time of operation AON Activity-on-node Network RSR Right-Shift Rescheduling 1 CHAPTER 1.1 Background and Motivation Nowadays, using effectively the workforce, making the most use of resources, minimizing the completion time of products… become the significant factors which help businesses gain the competitive advantages, especially in mold producing industry. Therefore, to achieve all of those elements, companies have been working and investing in production planning and scheduling. In addition, with the continuous improve of automated systems, it is strongly necessary to have effective schedules which support to reduce the production completion time and the delay of products.

Consequently, the field of production scheduling in various production environments have attracted a lot of researchers all over the world, in that Flexible Job Shop Scheduling Problem (FJSS) is the most complexible and attractive. FJSS aims to assign jobs on machines in order to achieve one or more production objectives. Like traditional Job shop scheduling, every job has various operations with its own predefined processing order. But in Flexible Job shop environment, each operation of a job can be processed on a set of machines instead of only one machine.

Therefore, solving the problem can be divided into two parts: choosing the machine that will process each operation and arranging the order of operations assigned on each machine.