Ứng dụng giải thuật di truyền và quy hoạch mục tiêu cho bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu mặt bằng nhà máy áp dụng cho công ty tnhh schaeffler việt nam
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.83 MB, 167 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------
NGUYỄN PHẠM VÂN HÀ
ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN VÀ QUY
HOẠCH MỤC TIÊU CHO BÀI TOÁN TỐI ƯU HĨA ĐA
MỤC TIÊU MẶT BẰNG NHÀ MÁY. ÁP DỤNG CHO
CƠNG TY TNHH SCHAEFFLER VIỆT NAM
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT HỆ THỐNG CƠNG NGHIỆP
MÃ SỐ NGÀNH: 60.52.06
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 NĂM 2009
i
Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------
NGUYỄN PHẠM VÂN HÀ
ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN VÀ QUY
HOẠCH MỤC TIÊU CHO BÀI TỐN TỐI ƯU HĨA ĐA
MỤC TIÊU MẶT BẰNG NHÀ MÁY. ÁP DỤNG CHO
CÔNG TY TNHH SCHAEFFLER VIỆT NAM
Chuyên ngành : KỸ THUẬT HỆ THỐNG CƠNG NGHIỆP
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2009.
ii
CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học :.............................................................................
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1 : ...................................................................................
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2 : ...................................................................................
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .
iii
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ
-------------------
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày 03 tháng 07 năm 2009
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên:
NGUYỄN PHẠM VÂN HÀ
Phái: Nữ
Ngày, tháng, năm sinh:
18 – 09 – 1983
Nơi sinh: Tp. Hồ Chí Minh
Chun ngành:
KỸ THUẬT HỆ THỐNG CƠNG NGHIỆP
MSHV:
02707238
1- TÊN ĐỀ TÀI:
ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN VÀ QUY HOẠCH MỤC TIÊU CHO BÀI
TOÁN TỐI ƯU HOÁ ĐA MỤC TIÊU MẶT BẰNG NHÀ MÁY. ÁP DỤNG CHO CÔNG
TY TNHH SCHAEFFLER VIỆT NAM.
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
Nghiên cứu vấn đề chi phí của nhà máy và các yếu tố then chốt ảnh hưởng.
Nghiên cứu hiện trạng mặt bằng nhà máy và quy trình sản xuất tại cơng ty TNHH
Schaeffler Việt Nam.
Tìm hiểu các lý thuyết về thiết kế mới, cải tiến và tối ưu hóa mặt bằng như giải
thuật TWOWAYX, giải thuật di truyền, các phương pháp giải bài toán đa mục tiêu như
phương pháp mục tiêu toàn cục, quy hoạch mục tiêu, các kỹ thuật ra quyết định.
Xây dựng mô hình mặt bằng nhà máy hiện trạng.
Thu thập số liệu để đánh giá mơ hình mặt bằng hiện trạng.
Ứng dụng các kỹ thuật mặt bằng và lý thuyết tối ưu để giải quyết vấn đề mặt bằng
nhà máy.
So sánh, đánh giá và ra quyết định lựa chọn phương án.
Phân tích kết quả, kết luận và kiến nghị.
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
02/02/2009
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
03/07/2009
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
PGS.TS HỒ THANH PHONG
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thơng qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CHỦ NHIỆM BỘ MƠN
(Họ tên và chữ ký)
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)
PGS. TS Hồ Thanh Phong
ThS. Nguyễn Như Phong
KHOA QL CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)
iv
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên cho em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến với tất cả các Thầy
Cô trường Đại học Bách Khoa TP.HCM đã tận tâm giảng dạy và hướng dẫn cho
em trong suốt thời gian học tập vừa qua.
Em xin gửi lòng biết ơn sâu sắc đến với Thầy PGS.TS Hồ Thanh Phong đã
luôn truyền đạt kiến thức, chỉ bảo và tận tâm hướng dẫn em trong quá trình học tập
và thực hiện đề tài.
Lời cảm ơn của em xin gửi đến tất cả các Thầy Cô Bộ môn Kỹ thuật Hệ
thống Công nghiệp đã cho em những kiến thức thật hữu ích.
Cảm ơn Ban giám đốc công ty TNHH Schaeffler Việt Nam đã tạo điều kiện
cho tơi được tìm hiểu thực tế và thu thập số liệu để thực hiện luận văn.
Cảm ơn những người bạn đã luôn động viên, giúp đỡ tôi.
Con xin cảm ơn ba mẹ đã nuôi dưỡng, quan tâm, lo lắng và động viên con
trong học tập học cũng như trong cuộc sống vào những lúc khó khăn nhất.
Cảm ơn tất cả sự quan tâm hỗ trợ của mọi người đã giúp tơi hồn thành luận
văn này.
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2009
Nguyễn Phạm Vân Hà
v
TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Vấn đề chi phí ln chiếm vai trò quan trọng trong hoạt động của bất cứ một
tổ chức lợi nhuận hay phi lợi nhuận nào, đặc biệt là trong nhà máy sản xuất. Mặt
bằng là yếu tố cần được xem xét và đánh giá ngay từ giai đoạn ban đầu trước khi
lắp đặt thiết bị và vận hành vì nó có ảnh hưởng to lớn đến chi phí vận hành hệ
thống. Tuy nhiên thực tế khơng ngừng biến đổi, ln ln có những phát sinh ảnh
hưởng đến hiệu quả của thiết kế mặt bằng ban đầu. Vì vậy việc xây dựng các mơ
hình đánh giá hiệu quả mặt bằng và cải tiến mặt bằng linh động, phù hợp luôn là
yêu cầu không thể thiếu trong quá trình vận hành một tổ chức sản xuất.
vi
MỤC LỤC
Đề mục
Trang
Trang bìa ....................................................................................................................i
Cơng trình hồn thành ...............................................................................................ii
Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ ........................................................................................iii
Lời cảm ơn ................................................................................................................iv
Tóm tắt luận văn thạc sĩ .............................................................................................v
Mục lục .....................................................................................................................vi
Danh sách hình vẽ .....................................................................................................x
Danh sách bảng biểu ................................................................................................xii
Chương 1. GIỚI THIỆU .........................................................................................1
1.1.
Lý do hình thành đề tài ...................................................................................1
1.2.
Mục tiêu luận văn và nội dung thực hiện .......................................................5
1.2.1. Mục tiêu luận văn ................................................................................5
1.2.2. Nội dung thực hiện ..............................................................................5
1.3.
Bố cục luận văn ..............................................................................................5
1.4.
Phạm vi và giới hạn đề tài ..............................................................................6
1.5.
Phương pháp nghiên cứu ................................................................................6
Chương 2. CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN .....................................................7
2.1.
Luận văn tiến sĩ: “Integrating Multiobjective Optimization into A simulation
environment: An application in factory layout” – Tích hợp tối ưu đa mục tiêu vào
mơi trường mơ phỏng.” ..............................................................................................7
2.2.
Bài báo “Solving Facility Layout problem using genetic programming” –
“Giải quyết bài toán mặt bằng thiết bị sử dụng giải thuật di truyền.” ........................8
2.3.
Bài báo “The use of simulation in facility layout design: A practical
consulting experience” – “Ứng dụng mô phỏng trong thiết kế mặt bằng: Một kinh
nghiệm tư vấn thực tế.” ..............................................................................................9
vii
2.4.
Luận văn tiến sĩ “Facility design considering risk for single-period and multi-
period cases” – “Thiết kế mặt bằng thiết bị xem xét rủi ro cho các trường hợp một
giai đoạn và đa giai đoạn.” .......................................................................................10
Chương 3. PHƯƠNG PHÁP LUẬN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................15
3.1.
Phương pháp luận .........................................................................................15
3.2.
Thiết kế mặt bằng ..........................................................................................18
3.2.1. Giới thiệu chung .................................................................................18
3.2.2. Bài toán mặt bằng nhà máy ................................................................18
3.3.
Qui hoạch mục tiêu .......................................................................................22
3.3.1. Định nghĩa ..........................................................................................22
3.3.2. Thiết lập bài tốn, mơ hình qui hoạch mục tiêu .................................22
3.3.3. Sự khác nhau giữa qui hoạch tuyến tính và qui hoạch mục tiêu ........23
3.3.4. Phương pháp giải bài toán qui hoạch mục tiêu ..................................25
3.4.
Phương pháp mục tiêu toàn cục ....................................................................25
3.4.1. Định nghĩa và mơ hình .......................................................................25
3.4.2. Giải bài tốn bằng phương pháp mục tiêu toàn cục ...........................27
3.5.
Giải thuật di truyển .......................................................................................27
3.5.1. Giới thiệu chung ................................................................................27
3.5.2. So sánh giải thuật di truyển với giải thuật truyền thống khác ...........27
3.5.3. Đặc điểm của giải thuật di truyền .....................................................28
3.5.4. Các bước giải bài tốn di truyền .......................................................28
Chương 4. XÂY DỰNG CÁC MƠ HÌNH BÀI TỐN MẶT BẰNG ỨNG
DỤNG .....................................................................................................................31
4.1.
Mơ hình mặt bằng ứng dụng giải thuật cải tiến TWOWAY-X ....................38
4.1.1. Cơ sở hình thành mơ hình ..................................................................38
4.1.2. Xây dựng mơ hình .............................................................................39
4.1.3. Phạm vi ứng dụng và hạn chế ............................................................41
4.1.4. Phần mềm hỗ trợ tính tốn .................................................................42
4.2.
Mơ hình mặt bằng ứng dụng qui hoạch mục tiêu .........................................42
viii
4.2.1. Cơ sở hình thành mơ hình ..................................................................42
4.2.2. Xây dựng mơ hình .............................................................................42
4.2.3. Phạm vi ứng dụng và hạn chế ............................................................48
4.2.4. Phần mềm hỗ trợ tính tốn .................................................................48
4.3.
Mơ hình mặt bằng ứng dụng giải thuật di truyền ..........................................49
4.3.1. Cơ sở hình thành mơ hình ..................................................................49
4.3.2. Xây dựng mơ hình .............................................................................49
4.3.3. Phạm vi ứng dụng và hạn chế ............................................................59
4.3.4. Phần mềm hỗ trợ tính tốn .................................................................59
Chương 5. ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MẶT BẰNG CHO CÔNG TY TNHH
SCHAEFFLER VIỆT NAM .................................................................................60
5.1.
Giới thiệu chung về công ty ..........................................................................60
5.2.
Vấn đề mặt bằng hiện trạng của cơng ty .......................................................60
5.2.1. Qui trình sản xuất ...............................................................................60
5.2.2. Phân tích mặt bằng hiện trạng ............................................................64
5.3.
Ứng dụng các mơ hình mặt bằng để giải quyết vấn đề mặt bằng cho cơng ty
TNHH Schaeffler Việt Nam ....................................................................................88
5.3.1. Ứng dụng mơ hình thứ nhất – Giải thuật cải tiến TWOWAYX ........88
5.3.2. Ứng dụng mơ hình thứ hai – Qui hoạch mục tiêu ..............................95
5.3.3. Ứng dụng mơ hình thứ ba – Giải thuật di truyền .............................101
5.3.4. So sánh kết quả đạt được từ các phương án khác nhau ...................109
5.4.
Dự báo những rủi ro khi đưa phương án mặt bằng lý thuyết vào ứng dụng
vận hành trong mơi trường thực tế .........................................................................110
5.4.1. Vai trị của việc dự báo rủi ro ..........................................................110
5.4.2. Các kỹ thuật và phương pháp đánh giá, đo lường mức độ rủi ro khi
đưa mơ hình lý thuyết vào vận hành trong thực tế .................................................110
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHN ..........................................................112
6.1.
Kết luận .......................................................................................................112
6.2.
Kiến nghị .....................................................................................................112
ix
Tài liệu tham khảo.
Phụ lục A.
Hướng dẫn sử dụng phần mềm hỗ trợ giải bài tốn tối ưu hóa mặt
bằng nhà máy.
Phụ lục B.
Mã code chương trình.
Phụ lục C.
Các dịng di chuyển nguyên vật liệu trên mặt bằng.
Phụ lục D.
Các đối tượng mặt bằng.
Phụ lục E.
Ma trận quan hệ gần kề giữa các đối tượng.
Phụ lục F.
Điều kiện biên của các ô mặt bằng khi đặt đối tượng vào các ô mặt
bằng tương ứng.
Phụ lục G.
Kết quả giải bài toán mặt bằng ứng dụng giải thuật cải tiến
TWOWAYX, qui hoạch mục tiêu, giải thuật di truyền.
Phụ lục H.
Khoảng cách rectilinear của phương án hiện trạng.
x
DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1. Biểu đồ so sánh tỉ lệ chi phí ảnh hưởng đến giá thành sản phNm ..............2
Hình 1.2. Biểu đồ so sánh các thành phần chi phí sản xuất .......................................3
Hình 3.1. N gun nhân đặc biệt và nguyên nhân hệ thống .....................................15
Hình 3.2. Biểu đồ kiểm sốt để kiểm sốt chi phí sản phNm ...................................16
Hình 3.3. Biểu đồ xương cá phân tích chi phí sản phNm .........................................17
Hình 3.4. Qui trình lập kế hoạch mặt bằng có hệ thống ..........................................19
Hình 3.5. Sơ đồ quan hệ hoạt động ..........................................................................20
Hình 3.6. Minh họa cho khái niệm hiệu quả ............................................................26
Hình 3.7. Sơ đồ các bước cơ bản của một giải thuật di truyền đơn giản .................29
Hình 4.1. Biểu diễn tọa độ và kích thước của một cặp đối tượng trong mặt phẳng tọa
độ OXY ....................................................................................................................33
Hình 4.2. Ràng buộc điều kiện biên về khoảng cách tương đối của hai đối tượng
theo phương X ..........................................................................................................34
Hình 4.3. Ràng buộc điều kiện biên về khoảng cách tương đối của hai đối tượng
theo phương Y ..........................................................................................................35
Hình 4.4. Ràng buộc về điều kiện biên về khoảng cách tọa độ tâm so với biên ô mặt
bằng theo phương X .................................................................................................36
Hình 4.5. Ràng buộc về điều kiện biên về khoảng cách tọa độ tâm so với biên ô mặt
bằng theo phương Y .................................................................................................37
Hình 4.6. Mã hóa các biến quyết định trong bài tốn mặt bằng ..............................50
Hình 4.7. Phương pháp lai ghép hai cá thể của bài toán mặt bằng ..........................56
Hình 4.8. Thao tác biến dị xảy ra trên cá thể của bài tốn mặt bằng .......................57
Hình 4.9. Thao tác đảo ngược xảy ra trên cá thể của bài tốn mặt bằng .................58
Hình 5.1. Qui trình mài vịng trong và vịng ngồi bạc đạn cơn ..............................61
Hình 5.2. Qui trình sản xuất lắp ráp bạc đạn cơn .....................................................62
Hình 5.3. Mặt bằng tổng thể tồn bộ diện tích nhà máy ..........................................72
Hình 5.4. Mặt bằng hiện trạng của 123 đối tượng mặt bằng ....................................77
xi
Hình 5.5. Bảng tính Excel khoảng cách Rectilinear của các đối tượng mặt bằng ...80
Hình 5.6. Bản vẽ chi tiết mặt bằng hiện trạng ..........................................................87
Hình 5.7. Bản vẽ mặt bằng phương án đề xuất 1 theo TWOWAYX .......................92
Hình 5.8. Bản vẽ mặt bằng phương án đề xuất 2 theo TWOWAYX .......................93
Hình 5.9. Bản vẽ mặt bằng phương án đề xuất 3 theo TWOWAYX .......................94
Hình 5.10. Bản vẽ mặt bằng phương án đề xuất 1 của bài toán mặt bằng ứng dụng
quy hoạch mục tiêu ..................................................................................................98
Hình 5.11. Bản vẽ mặt bằng phương án đề xuất 2 của bài toán mặt bằng ứng dụng
quy hoạch mục tiêu ..................................................................................................99
Hình 5.12. Bản vẽ mặt bằng phương án đề xuất 3 của bài toán mặt bằng ứng dụng
quy hoạch mục tiêu ................................................................................................100
Hình 5.13. Bản vẽ mặt bằng phương án đề xuất 1 của bài toán mặt bằng ứng dụng
giải thuật di truyền .................................................................................................104
Hình 5.14. Bản vẽ mặt bằng phương án đề xuất 2 của bài tốn mặt bằng ứng dụng
giải thuật di truyền .................................................................................................105
Hình 5.15. Bản vẽ mặt bằng phương án đề xuất 3 của bài tốn mặt bằng ứng dụng
giải thuật di truyền .................................................................................................106
Hình 5.16. Bản vẽ mặt bằng phương án đề xuất 4 của bài toán mặt bằng ứng dụng
giải thuật di truyền .................................................................................................107
Hình 5.17. Bản vẽ mặt bằng phương án đề xuất 5 của bài toán mặt bằng ứng dụng
giải thuật di truyền .................................................................................................108
xii
DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Bảng so sánh tỉ lệ các chi phí ảnh hưởng đến giá thành sản phNm ............1
Bảng 1.2. Bảng phân tích chi phí sản xuất .................................................................3
Bảng 3.1. Định nghĩa các mức độ kế cận trong biểu đồ quan hệ .............................20
Bảng 3.2. Thành lập các biểu thức mục tiêu ............................................................22
Bảng 3.3. Bảng so sánh qui hoạch tuyến tính và qui hoạch mục tiêu ......................23
Bảng 4.1. Bảng giá trị các quan hệ gần kề và ý nghĩa của quan hệ .........................37
Bảng 5.1. Cấu tạo sản phNm bạc đạn cơn 518772A .................................................63
Bảng 5.2. Dịng ngun vật liệu vịng trong ............................................................64
Bảng 5.3. Bảng dữ liệu kích thước, tọa độ của các ô mặt bằng ...............................73
Bảng 5.4. Các đối tượng của mặt bằng thuộc nhóm văn phịng ..............................75
Bảng 5.5. Các đối tượng của mặt bằng thuộc nhóm kho .........................................76
Bảng 5.6. Bảng quan hệ gần kề giữa nhóm WH và nhóm OFF ...............................79
Bảng 5.7. Bảng quan hệ gần kề giữa nhóm IN C và nhóm OFF ..............................79
Bảng 5.8. Kết quả giá trị hàm mục tiêu của phương án hiện trạng ..........................81
Bảng 5.9. Điều kiện biên của các ô mặt bằng khi đặt đối tượng vào các ô mặt bằng
tương ứng – N hóm OFF và WH ..............................................................................83
Bảng 5.10. So sánh kết quả các lời giải bằng phương pháp TWOWAYX ..............90
Bảng 5.11. Kết quả lời giải bài toán mặt bằng ứng dụng quy hoạch mục tiêu ........96
Bảng 5.12. Kết quả lời giải bài toán mặt bằng ứng dụng giải thuật di truyền........102
Bảng 5.13. Bảng tổng hợp so sánh kết quả đạt được từ các mơ hình ứng dụng ....109
1
CHƯƠNG 1.
1.1.
GIỚI THIỆU
Lý do hình thành đề tài
N gày nay, vấn đề sản xuất kinh doanh của mỗi doanh nghiệp luôn phải ở
trong tư thế cạnh tranh khốc liệt để có thể tồn tại và phát triển. Lợi nhuận bằng
doanh thu trừ chi phí. Chi phí càng thấp thì lợi nhuận mang về sẽ càng tăng lên.
Việc phân loại chi phí góp phần kiểm sốt hoạt động trong các doanh nghiệp. Chi
phí là vấn đề được quan tâm hàng đầu vì nó đóng vai trị quan trọng quyết định lợi
nhuận của doanh nghiệp, duy trì hoạt động của doanh nghiệp. Vì thế, mọi chi phí
của bất cứ nhà máy sản xuất nào cũng phải được tính tốn cNn thận, cực tiểu hoá để
đạt được lợi nhuận cao nhất từ doanh số bán hàng hằng năm.
Các loại chi phí chính yếu ảnh hưởng đến hoạt động của nhà máy như sau:
o Chi phí nguyên vật liệu trực tiếp
o Chi phí nguyên vật liệu gián tiếp
o Chi phí sản xuất
o Chi phí tồn kho
Bảng 1.1. Bảng so sánh tỉ lệ các chi phí ảnh hưởng đến giá thành sản
phẩm
Bảng so sánh tỉ lệ chi phí
Căn cứ theo cách tính giá thành sản phẩm
(SQV)
Các loại chi phí
Chi phí nguyên vật liệu trực tiếp
Chi phí nguyên vật liệu gián tiếp
Chi phí sản xuất
Chi phí nhân cơng trực tiếp
Chi phí máy móc thiết bị
Chi phí cơng cụ, khn mẫu sản xuất
Chi phí quản lý
Chi phí vận hành sản xuất (thao tác, qui trình,
mặt bằng)
Chi phí chất lượng
Chi phí hệ thống phụ trợ
Chi phí tồn kho (nguyên liệu, thành phẩm)
%
50%
10%
35%
3%
7%
5%
5%
8%
4%
3%
5%
100%
2
Hình 1.1. Biểu đồ so sánh tỉ lệ chi phí ảnh hưởng đến giá thành sản phẩm
Trong biểu đồ chi phí bên trên ta thấy chi phí cho nguyên liệu trực tiếp và
gián tiếp chiếm tỉ trọng khá cao trong kết cấu giá thành sản phNm. Và chi phí loại
này chỉ có thể được điều chỉnh bởi việc thương lượng với nhà cung cấp hoặc tìm
nhà cung cấp thay thế có giá thành rẻ hơn nhưng chất lượng khơng kém. Cơng việc
này chịu tác động khách quan bên ngồi, khơng do nhân tố bên trong sản xuất quyết
định và được thực hiện bởi bộ phận mua hàng – hậu cần.
Và ta thấy chi phí sản xuất cũng chiếm phần lớn chi phí sản phNm. Để giảm
chi phí sản phNm ta cần giảm được chi phí sản xuất. Xem xét kết cấu chi phí sản
xuất, chi phí vận hành sản xuất chiếm tỉ trọng cao nhất và cũng chỉ có chi phí này
tác động trực tiếp bởi sự sắp xếp trong sản xuất. Chi phí nhân cơng và chi phí quản
lý cũng có thể được cắt giảm nếu có sự tái sắp xếp tốt hơn. Tuy nhiên, chi phí máy
móc, cơng cụ và hệ thống phụ trợ là chi phí cố định khơng thể thay đổi được. Cịn
chi phí chất lượng có thể được cắt giảm nếu như sản phNm sản xuất đạt chất lượng
tốt hơn, ít phế phNm và hàng gia cơng lại. N hìn chung nếu như chúng ta có thể sắp
xếp lại sản xuất hợp lí hơn, tốt hơn các khía cạnh như qui trình sản xuất, mặt bằng
sản xuất ảnh hưởng đến nhân lực cần thiết cho sản xuất, ảnh hưởng đến chất lượng
3
sản phNm. Do đó qui trình sản xuất và mặt bằng là hai yếu tố chính quyết định chi
phí sản xuất.
Bảng 1.2. Bảng phân tích chi phí sản xuất
Chi phí sản xuất
Chi phí nhân cơng trực tiếp
Chi phí máy móc thiết bị
Chi phí cơng cụ, khn mẫu sản
xuất
Chi phí quản lý
Chi phí vận hành sản xuất (thao tác,
qui trình, mặt bằng)
Chi phí chất lượng
Chi phí hệ thống phụ trợ
100%
9%
20%
14%
14%
23%
11%
9%
Hình 1.2. Biểu đồ so sánh các thành phần chi phí sản xuất
Qui trình sản xuất cơ bản hiện tại là khơng đổi đối với từng chủng loại sản
phNm. Tuy nhiên ta vẫn có thề cải tiến quy trình sản xuất này song song với giải
quyết vấn đề mặt bằng, lựa chọn phương án sắp xếp, bố trí tốt nhất phù hợp qui
trình sản xuất để có được chi phí vận hành sản xuất thấp.
Chi phí kho tuy chiếm tỉ lệ nhỏ trong phân tich chi phí nhưng nếu có sự xem
xét tính tốn hợp lý hơn cũng mang lại sự hiệu quả về chi phí. Và chi phí tồn kho
phụ thuộc vào hai yếu tố chính đó là chính sách tồn kho của công ty và mặt bằng
lưu trữ ở kho, mặt bằng lưu trữ bán thành phNm của hiện trường sản xuất.
4
Từ những phân tích bên trên, để chi phí vận hành sản xuất là giảm thấp nhất
thì cần phải thực hiện được những vấn đề sau đây:
o
Xem xét mục tiêu, nhiệm vụ theo từng giai đoạn phát triển của công
ty, của sản xuất.
o
Kiểm tra lại tính hiệu quả của mặt bằng sản xuất theo thời gian.
o
Kiểm tra lại tính hiệu quả của qui trình sản xuất
o
Đưa ra được mặt bằng thiết kế hiệu quả cho từng giai đoạn phát triển
của sản xuất cùng với qui trình sản xuất hợp lí.
Việc thiết kế mặt bằng hợp lý kết hợp với một qui trình sản xuất hợp lý sẽ
mang lại hiệu quả khá cao về chi phí.
Đặc điểm mong đợi của qui trình sản xuất là tốc độ sản xuất cao nhất, khơng
có điểm tắc nghẽn trong qui trình. Tối ưu hố qui trình sản xuất là ưu tiên số một
trước khi cải tiến hay tái thiết kế mặt bằng. Và một mặt bằng không hiệu quả tức là
không phù hợp với quy trình sản xuất sẽ làm tăng chi phí vận hành của hệ thống và
có nguy cơ dẫn đến hệ thống bị tắt nghẽn. Vì vậy một thiết kế mặt bằng tối ưu luôn
là vấn đề cấp bách cần được quan và điều chỉnh.
Đặc điểm mong đợi nhất của mặt bằng thiết bị là duy trì tính hiệu quả của
mặt bằng theo thời gian trong khi phải đối đầu với các yếu tố biến đổi trong môi
trường bất định. Đánh giá rủi ro gắn với mặt bằng giúp xây dựng một mặt bằng cực
tiểu rủi ro.
Xuất phát từ tình hình thực tế bên trên, đề tài luận văn mà tôi chọn là:
“Ứng dụng giải thuật di truyền và quy hoạch mục tiêu cho bài tốn tối ưu
hóa đa mục tiêu mặt bằng nhà máy. Áp dụng cho công ty TNHH Schaeffler Việt
Nam .”.
5
1.2.
Mục tiêu luận văn và nội dung thực hiện
1.2.1. Mục tiêu luận văn
¾
Xác định mặt bằng tối ưu cho cơng ty TN HH Schaeffler Việt N am
bằng giải thuật di truyền kết hợp với kỹ thuật qui hoạch mục tiêu.
¾
Luận văn hướng đến một phần mềm hỗ trợ cho người thiết kế nhằm
xác định mặt bằng tối ưu trên cơ sở hai mục tiêu là cực tiểu tổng
khoảng cách di chuyển và cực đại tổng điểm quan hệ gần kề.
1.2.2. Nội dung thực hiện
9
N ghiên cứu vấn đề chi phí của nhà máy và các yếu tố then chốt ảnh
hưởng.
9
N ghiên cứu hiện trạng mặt bằng nhà máy và quy trình sản xuất tại
cơng ty TN HH Schaeffler Việt N am.
9
Tìm hiểu các lý thuyết về thiết kế mới, cải tiến và tối ưu hóa mặt bằng
như giải thuật TWOWAYX, giải thuật di truyền, các phương pháp
giải bài toán đa mục tiêu như phương pháp mục tiêu toàn cục, quy
hoạch mục tiêu, các kỹ thuật ra quyết định.
9
Xây dựng mô hình mặt bằng nhà máy hiện trạng.
9
Thu thập số liệu để đánh giá mơ hình mặt bằng hiện trạng.
9
Ứng dụng các kỹ thuật mặt bằng và lý thuyết tối ưu để giải quyết vấn
đề mặt bằng nhà máy.
1.3.
9
Đánh giá rủi ro khi đưa phương án vào vận hành trong thực tế.
9
Phân tích kết quả, kết luận và kiến nghị.
Bố cục luận văn
N ội dung luận văn thực hiện bao gồm 7 chương được phân theo bố cục như
sau:
Chương 1: Giới thiệu.
Chương 2: Các nghiên cứu liên quan.
Chương 3: Phương pháp luận và cơ sở lý thuyết.
6
Chương 4: Xây dựng các mơ hình bài tốn mặt bằng ứng dụng.
Chương 5: Ứng dụng các mơ hình mặt bằng cho công ty TN HH
Schaeffler Việt N am.
Chương 6: Kết luận và kiến nghị
1.4.
Phạm vi và giới hạn đề tài
¾
Thời gian quan sát và thu thập thơng tin là 2 tháng: tháng 2, 3/ 2009.
¾
Phạm vi quan sát là mặt bằng tổng thể nhà máy công ty TN HH
Schaeffler Việt N am bao gồm khu vực nhà xưởng, khu vực kho và
khu vực văn phịng.
¾
Chỉ xét khoảng cách tuyến tính ngang dọc giữa các đối tượng mặt
bằng.
¾
Kích thước các đối tượng được phân thành nhiều ô đơn vị mặt bằng
hình chữ nhật.
1.5.
Phương pháp nghiên cứu
Tiếp cận vấn đề, mục tiêu của luận văn bằng phương pháp diễn dịch.
Quan sát thực tế, hiện trạng, xác định vấn đề cốt lõi, nghiên cứu, tìm hiểu các
kỹ thuật, phương pháp để giải quyết vấn đề. Từ kết quả đạt được tối ưu theo
lý thuyết, ta tiến hành so sánh, đánh giá khả năng vận hành hay vận dụng
trong môi trường thực tế luôn biến đổi. Vấn đề ở đây là mặt bằng, phương
pháp giải quyết vấn đề là kỹ thuật tối ưu, đưa vào vận hành thử và đánh giá
bằng phân tích thứ bậc dựa trên kinh nghiệm.
7
CHƯƠNG 2.
2.1.
CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN
Luận văn tiến sĩ: “Integrating Multiobjective Optimization into A
simulation environment: An application in factory layout” – “Tích hợp tối ưu
đa mục tiêu vào mơi trường mô phỏng”.
Tác giả: Hồ Thanh Phong (12/1997), Học viện Công nghệ Á Châu, Bangkok,
Thái Lan.
Luận văn xây dựng một hệ thống tích hợp tối ưu đa mục tiêu vào mơi trường
mô phỏng. Việc nghiên cứu tập trung vào các mục tiêu:
o
Xem xét bài toán mặt bằng nhà máy và xác định các vấn đề liên quan
ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống sản xuất.
o
Mơ hình hóa bài tốn mặt bằng tối ưu hóa đa mục tiêu với các giải
thuật hiệu quả để đưa ra lời giải.
o
Sử dụng cách tiếp cận mô phỏng để hiểu hành vi của vấn đề mặt bằng
nhà máy, chọn cơng cụ mơ phỏng thích hợp.
o
Phát triển giải pháp tích hợp sử dụng cả tối ưu hóa đa mục tiêu và mơ
phỏng để mơ tả hành vi của bài toán mặt bằng linh hoạt để đưa ra một
thiết kế mặt bằng linh hoạt tốt hơn.
o
Ứng dụng phương pháp tích hợp vào hệ thống sản xuất thực tế.
o
Cơ sở lý thuyết ứng dụng:
Tối ưu hóa phi tuyến đa mục tiêu: Phát ra tập các lời giải
không bị trội, Quy hoạch mục tiêu phi tuyến đa mục tiêu
(phương pháp đơn hình và phương pháp tìm kiếm trực tiếp).
Mơ phỏng trong hệ thống sản xuất.
Tối ưu hóa trong mơ phỏng: tối ưu hóa các tham số mơ hình,
tối ưu hóa các cấu trúc mơ hình (mặt bằng).
8
2.2.
Bài báo “Solving Facility Layout problem using genetic programming” –
“Giải quyết bài toán mặt bằng thiết bị sử dụng giải thuật di truyền”
Tác giả: Jaime Garces – Perez, Dale A.Schoenefeld, Roger L.Wainwright,
Khoa Khoa học máy tính và tốn học, Đại học Tulsa, Tulsa.
o
N ghiên cứu ứng dụng “Qui hoạch di truyền” cho bài toán mặt bằng
thiết bị.
o
Mặt bằng thiết bị là một tập hợp các khối hình chữ nhật sử dụng cấu
trúc cây trượt (STS).
o
Ở đây sử dụng qui hoạch di truyền đa mục tiêu để tạo ra cây trượt
(slice tree) được biến đổi thành các lời giải ứng viên cho bài toán mặt bằng thiết bị.
o
Phương pháp “Qui hoạch di truyền” thì tốt hơn bất cứ các giải thuật di
truyền và kỹ thuật ủ kim loại nào trước đó. Giải thuật di truyền trước đó sử dụng tối
ưu hố hai giai đoạn. Giai đoạn một sử dụng kỹ thuật phân cụm để xác định cấu trúc
cây cố định gần tối ưu chính là nhiễm sắc thể trong giải thuật di truyền. Giai đoạn
hai là tối ưu hoá việc đặt các thiết bị có liên quan đến nhau.
o
Kỹ thuật qui hoạch di truyền là chiến lược tối ưu hố tồn cục một
giai đoạn và đã cho ra kết quả rất tốt. Qui hoạch di truyền là sự mở rộng của giải
thuật di truyền mà trong đó các cá thể là các cây biểu thức (các qui hoạch).
o
Kết quả nghiên cứu: tìm ra lời giải tối ưu và gần tối ưu cho bài toán
mặt bằng thiết bị bằng ứng dụng kỹ thuật “Qui hoạch di truyền” chuNn cho cấu trúc
cây trượt (STS). Và chiến lược qui hoạch di truyền có ích hơn chiến lược giải thuật
di truyền.
9
2.3.
Bài báo “The use of simulation in facility layout design: A practical
consulting experience” – “Ứng dụng mô phỏng trong thiết kế mặt bằng: Một
kinh nghiệm tư vấn thực tế.”.
Tác giả: Emmanuel S.Eneyo, Bộ mơn Cơ khí và Kỹ thuật cơng nghiệp, Khoa
Kỹ thuật công nghiệp, Đại học Nam Illinois University ở Edwardsville,
Edwardsville, Illinois 62026-1805, USA; Gertrude P. Pannirselvam, Bộ môn Quản
lí, Đại học Nam Illinois ở Edwardsville, Edwardsville, Illinois 2026-1100, USA.
o
Vấn đề trong công nghiệp mở rộng mặt bằng thiết bị bằng cách bố trí
lại mặt bằng hiện tại theo mặt bằng mới được đề xuất.
o
Ứng dụng tại một công ty cỡ trung ở vùng Trung Tây của nước Mỹ.
o
Yêu cầu phân tích xuyên suốt các hoạt động thao tác sản xuất để cải
thiện năng suất toàn diện của quá trình sản xuất.
o
N ghiên cứu mơ phỏng tồn diện được thực hiện để xác định các ràng
buộc vốn có và các cơng đoạn tắt nghẽn trong q trình sản xuất.
o
Các đại lượng đo lường hoạt động liên quan từ kết quả mô phỏng
cùng với những yếu tố như yêu cầu không gian cho mỗi trang thiết bị và kỳ vọng
mục tiêu sản xuất của thiết bị mới được phân tích để đưa ra các phương án thiết kế
mặt bằng cho thiết bị mới. Kết quả đầu ra mô phỏng được ban quản lí tiếp nhận và
các đề xuất được ứng dụng.
o
Vấn đề: Công ty XYZ nằm ở vùng Trung Tây của nước Mỹ sản xuất
tấm đệm đầu trục ghế ngồi liệu pháp và định vị sử dụng cho ghế bành và đệm
giường. Khách hàng của công ty là bệnh viện và những người tàn tật. Cơng ty có
hai nhà máy sản xuất và lắp ráp đặt cách nhau 30 dặm. Khoảng cách giữa hai nhà
máy làm phát sinh vấn đề về chất lượng và kế hoạch điều độ. Để tăng lợi thế cạnh
tranh, công ty quyết định di chuyển nhà máy sản xuất về gần các công đoạn lắp ráp.
o
Mục tiêu: phân tích mặt bằng sản xuất, thiết kế mặt bằng mới đề xuất
để làm hài hoà giữa sản xuất và lắp ráp.
10
o
Phương pháp luận trong mô phỏng: bốn giai đoạn là (1) thu thập dữ
liệu và phân tích, (2) mơ hình hố mơ phỏng hệ thống sản xuất hiện tại, (3) phân
tích mơ phỏng về các chọn lựa mở rộng năng lực sản xuất và (4) các phát triển mặt
bằng về thiết bị mới đề xuất.
o
Thiết kế mặt bằng cho nhà máy XYZ: xác định vị trí các máy, các
trạm làm việc và các thiết bị khác để đạt được các mục tiêu như (a) cực tiểu chi phí
vận chuyển nguyên vật liệu, (b) làm cho các dịng lưu thơng dễ dàng, (c) cung cấp
không gian làm việc cho nhân viên giúp nâng cao tinh thần, (d) cực tiểu rủi ro cho
nhân viên và các hư hỏng tài sản của họ, (e) giám sát và giao tiếp trực tiếp mặt đối
mặt.
o
Khó khăn: các viện sĩ hàn lâm gặp khó khăn trong vấn đề giao tiếp do
các cụm từ kỹ thuật và các biệt ngữ liên quan chủ đề và phần mềm có thể khơng có
ý nghĩa gì đối với các giám đốc trong cơng nghiệp. Một vấn đề khác có thể dẫn đến
thất bại là lượng thời gian giới hạn và nổ lực từ phía khách hàng, vì vậy cần phải có
sự gắn bó chặt chẽ giữa các giám đốc khách hàng và kỹ sư đối với dự án.
o
Kết quả: dự án tư vấn thành cơng vì khách hàng đánh giá cao sự nổ
lực của nhà tư vấn và các đề xuất được thực hiện, áp dụng cho nhà máy.
2.4.
Luận văn tiến sĩ “Facility layout design considering risk for single-
period and multi-period cases” – “Thiết kế mặt bằng thiết bị xem xét rủi ro
cho các trường hợp một giai đoạn và đa giai đoạn.”.
Tác giả: Id Jithavech (5/2008), Đại học Bang Wichita, USA.
o
Thủ tục đánh giá rủi ro mặt bằng:
Xác định các dòng quan trọng.
Đánh giá mức độ gia tăng tương đối của cường độ dịng:
phương pháp mơ hình tốn.
11
Đánh giá mức độ gia tăng tương đối của cường độ dịng:
phương pháp mơ phỏng.
o
Tính tốn rủi ro mặt bằng
Xếp hạng rủi ro
Phương pháp tiếp cận mặt bằng thiết bị dựa trên rủi ro cho bài toán
một giai đoạn:
phương pháp này dùng để định lượng sự tác động ảnh hưởng
của nhu cầu không chắc chắn đến hiệu suất của mặt bằng thiết
bị hay chính là rủi ro. N ếu như một rủi ro có thể đo lường
được, nó có thể được tích hợp với qui trình thiết kế mặt bằng.
Mục tiêu: cực tiểu rủi ro hay cực tiểu sự gia tăng cực đại trong
chi phí vận chuyển ngun vật liệu.
Mơ hình tốn
N −1
MinZ = ∑
1
N
P
p
∑∑∑ F CD X X
j =i +1 p =1 q =1
ij
pq
ip
jq
(2.1)
Ràng buộc:
⎛ N
⎞
⎜ ∑ X ip = 1⎟∀p
⎝ i =1
⎠
(2.2)
⎛ P
⎞
⎜ ∑ X ip = 1⎟∀i
⎜
⎟
⎝ p =1
⎠
(2.3)
{i = 1...N − 1, j = i + 1...N , p = 1...P, va#q = 1...P}
Các kí hiệu:
Z : Chi phí vận chuyển nguyên vật liệu của mặt bằng dựa trên giá trị nhu cầu
dự án;
12
P : Tổng số vị trí trong mặt bằng; p = 1... P và q = 1...P;
N : Tổng số bộ phận trong mặt bằng, trong đó i và j là các chỉ số của các bộ
phận;
R : Rủi ro của mặt bằng thiết bị;
Dpq : Khoảng cách giữa hai vị trí bất kì p và q
Xip : Các biến nhị phân, là 1 nếu như bộ phận i được đặt vào p hay p được
dành để đặt bộ phận i, là 0 nếu như không quan tâm đến rủi ro;
Y : Kích thước đám đơng giải thuật di truyền;
G : Số thế hệ di truyền
Dpg* : Khoảng cách giữa hai vị trí p và q cho mặt bằng dựa trên rủi ro;
Xip* : Biến nhị phân, là 1 nếu như bộ phận i được đặt vào vị trí p được dành để
đặt vào đó bộ phận i, là 0 nếu như ngược lại đối với mặt bằng dựa trên rủi ro;
Ygst : đám đông thứ y của thế hệ thứ g của rủi ro thứ s trong thời đoạn thứ t;
Ygt : đám đông thứ y của thế hệ thứ g trong thời đoạn tứ t; y= 1 ... Y;
gst : thế hệ thứ g của rủi ro thứ s trong thời đoạn thứ t;
gt : thế hệ thứ g của thời đoạn t; g = 1... G;
Zi : Chi phí của lời giải tốt nhất trong đám đơng thứ i;
Z* : Chi phí của lời giải tốt nhất trong đám đơng bất kì;
Ri : Rủi ro của lời giải tốt nhất trong đám đông thứ i;
R* : Rủi ro của lời giải tốt nhất trong đám đông bất kì;
Fij : Cường độ dự tính ngân sách giữa hai bộ phận i và j;
Fij* : Cường độ thấp giữa hai bộ phận i và j có quan tâm đến rủi ro;
o
giai đoạn:
Phương pháp tiếp cận mặt bằng thiết bị dựa trên rủi ro cho bài toán đa
