Ứng dụng giải thuật hệ thống miễn dịch nhân tạo (artificial immune systems) cho bài toán điều độ flow shop tại xí nghiệp garmex an nhơn công ty cổ phần sản xuất thương mại may sài gòn

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------

NGUYỄN THỊ MAI TRÂM

ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT HỆ THỐNG MIỄN DỊCH NHÂN TẠO
(ARTIFICIAL IMMUNE SYSTEMS) CHO BÀI TOÁN ĐIỀU ĐỘ
FLOW SHOP TẠI XÍ NGHIỆP GARMEX AN NHƠN – CƠNG TY
CỔ PHẦN SẢN XUẤT THƯƠNG MẠI MAY SÀI GÒN
Chuyên ngành: KỸ THUẬT HỆ THỐNG CÔNG NGHIỆP
Mã số ngành : 60.55.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. Hồ Chí Minh, Tháng 09 năm 2008


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

i

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: ....................................................................

.....................................................................................................................
.....................................................................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 1: ...........................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2: ...........................................................................
.....................................................................................................................
.....................................................................................................................

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 2008


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

ii

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH
____________

ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC
________________

Tp.HCM, ngày……….tháng………năm 2008

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN THỊ MAI TRÂM
Ngày, tháng, năm sinh: 09 – 02 -1981
Chuyên ngành: KỸ THUẬT HỆ THỐNG CÔNG NGHIỆP

Phái: Nữ
Nơi sinh: Tây Ninh
MSHV: 02706651

I. TÊN ĐỀ TÀI:
ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT HỆ THỐNG MIỄN DỊCH NHÂN TẠO (ARTIFICIAL
IMMUNE SYSTEMS) CHO BÀI TỐN ĐIỀU ĐỘ FLOW SHOP TẠI XÍ NGHIỆP
GARMEX AN NHƠN – CÔNG TY CỔ PHẦN SẢN XUẤT THƯƠNG MẠI MAY SÀI
GÒN
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

− Xác định bài tốn điều độ thực tế tại xí nghiệp may An Nhơn.
− Tìm hiểu về kỹ thuật điều độ flowshop.
− Lựa chọn giải thuật để giải bài toán điều độ flowshop.
− Thiết lập mơ hình tốn.

− Thu thập và chuẩn hố số liệu theo u cầu của mơ hình.
− Xây dựng chương trình máy tính hỗ trợ cơng tác điều độ tại xí nghiệp
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 01- 03 - 2008
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30 – 06 - 2008
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. NGUYỄN VĂN HỢP
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CN BỘ MÔN
QL CHUYÊN NGÀNH

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chuyên ngành thơng qua.
Ngày……….tháng……….năm 2008
TRƯỞNG PHỊNG ĐT - SĐH
TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

iii

LỜI CÁM ƠN

Luận văn thạc sĩ này được hoàn thành khơng những nhờ vào nổ lực bản thân
của mà cịn nhờ vào sự hướng dẫn nhiệt tình của Quý thầy cơ, đồng nghiệp và bạn
bè thân hữu.
Xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành nhất đến Thầy TS. Nguyễn Văn Hợp đã
giúp đỡ, chỉ dẫn cặn kẽ trong thời gian thực hiện luận văn, giúp cho tơi có được
những kiến thức hữu ích, làm nền tảng cho việc học tập và công việc sau này.
Xin chân thành cám ơn Quý thầy cô ngành Kỹ Thuật Hệ Thống Công
Nghiệp đã nhiệt tình dạy bảo chúng em trong thời gian qua.
Đồng thời, tơi cũng xin cám ơn Ban lãnh đạo Xí nghiệp Garmex An NhơnCông ty Cổ phần Sản xuất Thương mại May Sài Gịn và đặc biệt là Ơng Nhữ Hồng
Thanh – Phó Tổng giám đốc cơng ty đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi
nghiên cứu, thu thập số liệu phục vụ cho đề tài này.
Cuối cùng, xin cám ơn gia đình và bạn bè đã động viên, giúp đỡ tôi trong
thời gian học tập và làm luận văn này.

Học viên

Nguyễn Thị Mai Trâm


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

iv

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Trong bối cảnh hội nhập và cạnh tranh khốc liệt như hiện nay, mở ra những cơ hội
và thử thách mới cho các doanh nghiệp mà đặc biệt là các doanh nghiệp trong nước
nói chung và các doanh nghiệp trong ngành may nói riêng. Là một cơng ty hoạt
động trong lĩnh vực may mặc, xí nghiệp may An Nhơn – Công ty Cổ phần Sản xuất
Thương mại May Sài Gòn đang phải đối mặt với những thách thức chung đó, cạnh
tranh về giá, chất lượng đảm bảo và giữ vững uy tín với khách hàng, đối tác. Để góp
phần vào việc thực hiện mục tiêu chung, nâng cao khả năng cạnh tranh của công ty,
việc cân đối và tiết giảm các chi phí khơng phù hợp trong sản xuất là một vấn đề
đang được xem xét tại xí nghiệp.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, đề tài này đã được hình thành. Nội dung chính của
luận văn là xây dựng một chương trình điều độ sản xuất dựa trên cơ sở giải thuật
“Hệ thống miễn dịch nhân tạo – AIS” để giải bài toán điều độ flow shop tại xí
nghiệp với mục tiêu là cực tiểu tổng chi phí tồn kho và chi phí phạt.


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

v

MỤC LỤC

ĐỀ MỤC

Trang

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ....................................................................ii
LỜI CÁM ƠN.................................................................................................... iii
TĨM TẮT LUẬN VĂN......................................................................................iv
DANH SÁCH HÌNH VẼ ..................................................................................viii
DANH SÁCH BẢNG BIỂU ...............................................................................ix
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU .......................................................................................1
1.1

Lý do hình thành đề tài .............................................................................1

1.2

Đặt vấn đề.................................................................................................2

1.3

Mục tiêu của đề tài....................................................................................2

1.4

Phạm vi và giới hạn của đề tài...................................................................3

1.5

Bố cục của luận văn ..................................................................................3

CHƯƠNG 2: NHỮNG NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN .......................................5
2.1

Kiến thức cơ bản về điều độ trong sản xuất...............................................5

2.1.1

Một số ký hiệu ..........................................................................................6

2.1.2

Các hàm mục tiêu trong điều độ sản xuất ..................................................6

2.1.3

Các mô hình sản xuất................................................................................8

2.1.4

Các mơ hình thiết bị..................................................................................8

2.1.5

Các đặc điểm của quá trình và các ràng buộc trong điều độ.....................10

2.1.6

Các luật phân việc...................................................................................11

2.1.7

Các giải thuật..........................................................................................12

2.2

Các nghiên cứu nước ngoài.....................................................................16

2.3

Các nghiên cứu trong nước .....................................................................17

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP LUẬN ............................................................20
3.1

Điều độ flow shop...................................................................................20

3.2

Giải thuật “ Hệ thống miễn dịch nhân tạo”..............................................22

3.2.1

Giới thiệu hệ thống miễn dịch của động vật có xương sống ....................23

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

vi

3.2.1.1 Nguyên tắc miễn dịch thể dịch ................................................................24
3.2.1.2 Cơ chế miễn dịch tế bào..........................................................................25
3.2.2

Phương pháp hệ thống miễn dịch nhân tạo..............................................25

3.2.2.1 Giải thuật ................................................................................................25
3.2.2.2 Ứng dụng nguyên tắc miễn dịch thể dịch trong AIS ................................27
3.2.2.3 Ứng dụng nguyên tắc miễn dịch tế bào trong AIS ...................................28
3.2.3

Phương pháp chọn thông số tối ưu cho AIS ............................................29

CHƯƠNG 4: BÀI TOÁN ĐIỀU ĐỘ FLOW SHOP CỦA XÍ NGHIỆP MAY
AN NHƠN..........................................................................................................31
4.1

Giới thiệu Xí nghiệp Garmex An Nhơn – Công ty Cổ phần Sản xuất

Thương mại may Sài Gòn ...................................................................................31
4.1.1

Lĩnh vực hoạt động, ngành nghề kinh doanh ...........................................31

4.1.2

Cơ cấu tổ chức công ty............................................................................31

4.1.3

Sơ lược về xí nghiệp may An Nhơn ........................................................33

4.1.3.1 Cơ cấu tổ chức của xí nghiệp .................................................................33
4.1.3.2 Quy trình sản xuất sản phẩm ...................................................................33
4.2

Cơng tác lập kế hoạch và điều độ tại xí nghiệp may An Nhơn.................35

4.3

Mơ hình tốn và các thơng số liên quan ..................................................37

4.3.1

Giả định..................................................................................................37

4.3.2

Phát biểu hàm mục tiêu của bài tốn .......................................................38

4.3.3

Định nghĩa các chỉ số..............................................................................38

4.3.4

Các thơng số đầu vào ..............................................................................38

4.3.5

Các biến quyết định ................................................................................39

4.3.6

Mơ hình tốn ..........................................................................................39

4.4

Các bước giải bài tốn theo giải thuật AIS ..............................................40

4.4.1

Mã hố ...................................................................................................40

4.4.2

Tìm lời giải tốt nhất ................................................................................40

4.4.2.1 Phát ra quần thể kháng thể ban đầu .........................................................40
4.4.2.2 Xác định giá trị hàm mục tiêu và xác suất chọn lọc của từng kháng thể ..40


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

vii

4.4.2.3 Phát ra các tế bào nhân bản vơ tính (bản sao) của các kháng thể trong quần
thể ban đầu ..........................................................................................................41
4.4.2.4 Thực hiện cơ chế miễn dịch tế bào ..........................................................41
4.4.2.5 Thực hiện quá trình chọn lọc...................................................................42
4.4.3

Điều kiện dừng .......................................................................................42

4.5

Dữ liệu đầu vào.......................................................................................42

4.6

Áp dụng giải thuật AIS giải bài toán điều độ 4 công việc trên 4 máy.......43

CHƯƠNG 5: CH ƯƠNG TRÌNH ĐIỀU ĐỘ SẢN XUẤT...............................50
5.1

Giới thiệu chương trình điều độ sản xuất.................................................50

5.1.1

Giao diện chính.......................................................................................50

5.1.2

Nhập số liệu đầu vào...............................................................................51

5.1.3

Giải bài tốn và xuất kết quả...................................................................52

5.2

Kết quả thực nghiệm ...............................................................................53

5.2.1

Các thông số tối ưu dùng trong giải thuật AIS cho bài toán thực tế .........53

5.2.1.1 Q trình tìm thơng số tối ưu ..................................................................53
5.2.1.2 Phân tích ảnh hưởng của các thơng số đến kết quả bài toán.....................57
5.2.2

So sánh kết quả bài toán khi giải bằng giải thuật AIS với lời giải khi sử
dụng điều độ hoán vị...............................................................................62

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................65
6.1

Kết luận ..................................................................................................65

6.2

Kiến nghị ................................................................................................65

6.2.1

Đối với Xí nghiệp May An Nhơn – Công ty Cổ phần Sản xuất Thương mại

May Sài Gòn .......................................................................................................65
6.2.2

Đối với hướng phát triển của đề tài .........................................................66

TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................68
PHỤ LỤC A: Code chương trình .................................................................... A1
PHỤ LỤC B: Dữ liệu đầu vào – đầu ra ........................................................... B1
PHỤ LỤC C: Kết quả của phương pháp MSEDA.......................................... C1
PHỤ LỤC D: Kết quả phân nhánh của SRLP ................................................ D1
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

viii

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 2.1: Đồ thị dịng thơng tin trong một hệ thống sản xuất
Hình 2.2: Các loại hình sản xuất
Hình 2.3: Bài tốn máy đơn
Hình 2.4: Bài tốn máy song song
Hình 2.5: Bài tốn flow shop
Hình 2.6: Bài tốn job shop
Hình 2.7: Ràng buộc trước sau

Hình 3.1: Sơ đồ Gantt của điều độ flowshop
Hình 3.2:Các phương pháp giải bài tốn điều độ flow shop đơn mục tiêu
Hình 3.3: Ngun tắc miễn dịch thể dịch
Hình 3.4: Một ví dụ về thủ tục SRLP
Hình 4.1: Sơ đồ tổ chức của công ty Cổ phần Sản xuất Thương mại May Sài Gịn
Hình 4.2: Cơ cấu tổ chức của xí nghiệp may An Nhơn
Hình 4.3: Sơ đồ qui trình sản xuất
Hình 4.4: Sơ đồ các trạm làm việc
Hình 5.2: Đồ thị biểu diễn giá trị của hàm mục tiêu ứng với các bộ thơng số
Hình 5.3: Đồ thị biểu diễn sự ảnh hưởng của các thông số lên giá trị hàm mục tiêu


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

ix

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Giá trị makespan thu được từ các giải thuật cho cùng một bài toán
Bảng 3.1: 8 bộ số liệu về cấp độ cho thực nghiệm
Bảng 3.2: Phạm vi của các thông số
Bảng 4.1: Tỷ trọng hàng tồn kho/ tổng tài sản qua các năm
Bảng 5.1: Các trường hợp xảy ra của 3 thông số
Bảng 5.2: Giá trị của các thông số ở bước 1
Bảng 5.3: Giá trị hàm mục tiêu ở bước 1
Bảng 5.4: Kết quả thực hiện MSEDA cho bài tốn 30 cơng việc x 4 máy
Bảng 5.5: Tập các thông số tốt nhất ở mỗi bước cho bài toán 30 x 4 theo MSEDA
Bảng 5.6: Kết quả hàm mục tiêu khi thay đổi A
Bảng 5.7: Kết quả hàm mục tiêu khi thay đổi B

Bảng 5.8: Kết quả hàm mục tiêu khi thay đổi C
Bảng 5.9: So sánh kết quả của các phương pháp giải
Bảng 5.10: Kết quả so sánh giữa AIS và hoán vị trên các bài toán khác nhau


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

x


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

1

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1 Lý do hình thành đề tài
Hiệp định thương mại dệt may Việt Mỹ năm 2003, EU xoá bỏ chế độ hạn ngạch đối
với hàng dệt may Việt Nam năm 2005 và Việt Nam chính thức gia nhập WTO vào
tháng 11 năm 2006 đã mở ra những cơ hội kinh doanh mới cho các doanh nghiệp
ngành dệt may – Tự do hố thương mại dệt may tồn cầu. Đồng thời, các sự kiện
trên đã thúc đẩy các nhà đầu tư nước ngoài tham gia đầu tư vào Việt Nam, trong đó
có ngành cung ứng nguyên phụ liệu, thúc đẩy các công ty dệt may trong nước phát
triển phương thức FOB với tỷ lệ cao góp phần nâng cao hiệu quả kinh doanh và
tăng lợi thế cạnh tranh. Tuy nhiên, bên cạnh những thuận lợi và cơ hội nêu trên thì
các doanh nghiệp phải đối mặt với những khó khăn do khơng cịn được bảo trợ như
trước đây, mà phải tự lực để tồn tại và phát triển như các ngành khác. Và sự phát
triển tăng tốc của ngành may đã thúc đẩy nhiều công ty, cá nhân đầu tư vào ngành

này dẫn đến sự cạnh tranh gay gắt về giá, lao động thường xuyên biến động ảnh
hưởng đến hiệu quả sản xuất của các công ty. Đặc biệt là áp lực cạnh tranh từ các
cơng ty có vốn đầu tư nước ngoài tại Việt Nam và chi phí sản xuất của ngành may
Việt Nam vẫn cịn cao hơn 15% đến 20% so với Trung Quốc, Ấn Độ và Banlades.
Trong bối cảnh hội nhập này, đảm bảo về chất lượng, cạnh tranh về giá cả, giao
hàng đúng hạn, tạo uy tín với khách hàng là vấn đề sống cịn của các doanh nghiệp.
Vì vậy các doanh nghiệp phải có sự điều phối đơn hàng, tổ chức sản xuất hợp lý,
tránh các chi phí gia tăng do tăng ca, thời gian nhàn rỗi … nhưng vẫn đảm bảo được
thời gian giao hàng.
Là một doanh nghiệp trong ngành dệt may, Cơng Ty Cổ Phần Sản Xuất Thương
Mại May Sài Gịn (GARMEX SAIGON JS) cũng gặp phải những trở ngại và khó
khăn chung đó. Do đó, hiện nay cơng ty rất chú trọng đến công tác điều độ sản xuất
nhưng kết quả vẫn cịn xảy ra tình trạng chờ việc, tăng ca và cịn những đơn hàng bị
trễ. Ngồi những ngun nhân như thiết bị hỏng hóc, biến động về nhân sự, nguyên
phụ liệu không đáp ứng kịp thời nhu cầu sản xuất cịn do cơng tác điều độ hiện nay


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

2

chủ yếu dựa vào kinh nghiệm, tính tốn thủ cơng nên gặp nhiều khó khăn với số
lượng đơn hàng lớn và số phương án tìm được để chọn ra lời giải tối ưu bị hạn chế.
Ngoài ra, việc điều phối đơn hàng chỉ dựa vào thời gian giao hàng, chưa giải quyết
được các mục tiêu khác của công ty như cực tiểu chi phí lưu kho khi sản xuất sớm
so với ngày giao hàng và chi phí hụt hàng …
Trước vấn đề nêu trên, tôi mong muốn mang những kiến thức đã được trang bị về
lĩnh vực quản lý sản xuất mà cụ thể là “Kỹ Thuật Điều Độ Sản Xuất” để giải quyết
bài tốn thực tế tại xí nghiệp Garmex An Nhơn - Công Ty Cổ Phần Sản Xuất

Thương Mại May Sài Gịn. Đó là lý do tơi chọn “ Ứng dụng giải thuật Hệ Thống
Miễn Dịch Nhân Tạo (Artificial Immune Systems) cho bài tốn điều độ
flowshop tại xí nghiệp Garmex An Nhơn - Công Ty Cổ Phần Sản Xuất Thương
Mại May Sài Gòn” làm đề tài luận văn thạc sĩ.

1.2 Đặt vấn đề
Xuất phát từ lý do nêu trên, đề tài này ứng dụng giải thuật “Hệ Thống Miễn Dịch
Nhân Tạo” để thiết lập một chương trình máy tính hỗ trợ cho cơng tác điều độ tại xí
nghiệp Garmex An Nhơn – Công Ty Cổ Phần Sản Xuất Thương Mại May Sài Gòn.
Lời giải đạt được là thứ tự thực hiện các đơn hàng với mục tiêu: tổng chi phí thực
hiện sớm và thực hiện trễ đơn hàng là nhỏ nhất (Minimize the sum of the earliness
and tardiness costs).
Mục tiêu này được chọn nhằm hướng đến chính sách của công ty là: “Giao hàng
đúng hạn, giá cả cạnh tranh”.

1.3 Mục tiêu của đề tài
Ứng dụng đề tài này có thể cải thiện được cơng tác điều độ tại xí nghiệp đồng thời
qua đó thu được:
− Lời giải tốt hơn cho bài tốn.
− Tìm hiểu một phương pháp giải mới
− Rút ra được ưu và nhược điểm của phương pháp giải.


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

3

1.4 Phạm vi và giới hạn của đề tài
− Chỉ ứng dụng cho xưởng 1, chuyên sản xuất hàng thun, nĩ.

− Dữ liệu lấy từ tháng 01/2007 – tháng 10/2007.
− Thời gian gia công tại các công đoạn dựa vào định mức của công ty (xem như tất
định).
− Công tác cân bằng chuyền đã được thực hiện.
− Giả định máy móc và nhân cơng là ổn định, ở trạng thái hoạt động.
− Chỉ tập trung vào vấn đề điều độ, giả thiết là các công tác liên quan như : hoạch
định nhu cầu vật tư, hoạch định nguồn nhân lực, …đã được chuẩn bị tốt.

1.5 Bố cục của luận văn
Chương 1: Mở đầu
Trong chương này trình bày lý do hình thành đề tài, mục tiêu, phạm vi và giới hạn
của đề tài cũng như giới thiệu sơ lược về nội dung và bố cục, các bước thực hiện
luận văn.
Chương 2: Những nghiên cứu liên quan
Trình bày kiến thức cơ bản về điều độ cùng với các giải thuật tương ứng và phân
tích các cơng trình nghiên cứu đã có của các tác giả trong cũng như ngoài nước liên
quan mật thiết đến đề tài.
Chương 3: Phương pháp luận
Trình bày cơ sở lý thuyết về:
− Kỹ thuật điều độ flowshop.
− Giải thuật Hệ Thống Miễn Dịch Nhân Tạo (Artificial Immune Systems) và
phương pháp tìm các thơng số tối ưu liên quan, được ứng dụng để giải quyết bài
toán đặt ra trong luận văn.
Chương 4: Bài tốn điều độ flowshop của xí nghiệp may An Nhơn
− Giới thiệu tổng quan về Công ty Cổ phần Sản xuất Thương mại May Sài Gòn và
xí nghiệp may An Nhơn cũng như hiện trạng của công tác điều độ tại xi nghiệp này.


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

4

− Thiết lập mơ hình tốn cho vấn đề thực tế và ứng dụng giải thuật AIS để giải bài
toán
Chương 5: Chương trình điều độ sản xuất
− Giới thiệu chương trình điều độ sản xuất được xây dựng theo giải thuật Hệ Thống
Miễn Dịch Nhân Tạo (Artificial Immune Systems).
− Phân tích, đánh giá kết quả thu được từ chương trình.
− Đánh giá tính hiệu quả và khả thi của chương trình.
Chương 6: Kết luận và kiến nghị
− Đưa ra kết luận về đề tài luận văn.
− Kiến nghị những cải tiến cho xí nghiệp may An Nhơn và hướng phát triển tiếp
theo của đề tài.


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

5

CHƯƠNG 2: NHỮNG NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN

2.1 Kiến thức cơ bản về điều độ trong sản xuất
Điều độ là một q trình ra quyết định đóng vai trị rất quan trọng trong hầu hết các
hoạt động, các ngành công nghiệp sản xuất và dịch vụ. Chức năng của điều độ trong
một cơng ty là sử dụng các kỹ thuật tốn học hay một số phương pháp định lượng
khác để phân phối hợp lý các nguồn tài nguyên có hạn phục vụ cơng việc. Sự phân
phối tài ngun thích hợp sẽ cho phép công ty đạt được mục tiêu tối ưu mong
muốn.

Hoạch định sản xuất,
Điều độ tổng thể
Tình trạng
năng suất

Các ràng
buộc điều độ

Thực
hiện điều
độ

Các đơn đặt hàng,
dự báo nhu cầu

Sản lượng, ngày tới hạn
Các yêu cầu vật liệu,
Các yêu cầu về
lập kế hoạch,
vật tư
Hoạch định năng
suất
Đơn đặt hàng của xưởng, ngày xuất xưởng
Điều độ
và tái điều độ
Điều độ

Điều độ
chi tiết

Phân việc
Tình trạng
phân xưởng

Quản lý phân xưởng

Thu thập dữ liệu

Giao công việc

Phân xưởng
Hình 2.1: Đồ thị dịng thơng tin trong một hệ thống sản xuất
(Nguồn: [3])


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

6

2.1.1 Một số ký hiệu
− n: số lượng các công việc.
− m: số lượng thiết bị.
− j: công việc thứ j; i: thiết bị thứ i.
− pij: thời gian gia công công việc j trên máy i (processing time)
− q j = 1/pj: tốc độ sản xuất của sản phẩm j.
− rj: ngày bắt đầu sản xuất (release date, ready date).
− d j: ngày tới hạn (due date): là ngày cơng việc j cần phải hồn tất, là ngày phải
giao hàng cho khách.
− wj: trọng số (weight) : Trọng số wj của công việc j là một hệ số ưu tiên biểu thị

mức độ quan trọng của của công việc j so với các công việc khác.
− Cij: thời gian hồn thành cơng việc j trên máy i (completion time).
− Fj: thời gian trong hệ thống (flow time), là thời gian mà cơng việc j cịn ở trong
hệ thống Fj = Cj – rj
− Lj: thời gian trễ đại số (lateness) Lj = Cj – dj . Lj sẽ mang giá trị dương nếu công
việc thật sự trễ và giá trị âm nếu công việc được thực hiện sớm hơn ngày tới hạn.
− Tj: thời gian trễ (tardiness) Tj = max (0, Lj ). Tj do vậy chỉ mang giá trị dương
hoặc zero nhằm xác định cơng việc nào đó trễ hay đúng hạn.

2.1.2 Các hàm mục tiêu trong điều độ sản xuất
Hàm mục tiêu tổng quát bao gồm nhiều hàm mục tiêu cơ bản:
− Hàm mục tiêu về năng suất và thời gian hồn thành các cơng việc: Cực tiểu thời
gian hồn thành cơng việc
Min Cmax = max(C1, C2 … Cn)

(2.1)

− Hàm mục tiêu liên quan đến ngày tới hạn:
+ Đầu tiên các nhà điều độ thường quan tâm đến mục tiêu cực tiểu các khoảng thời
gian trễ đại số lớn nhất: tương đương với việc cực tiểu tình huống thực thi xấu nhất
của việc điều độ


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

7

Min Lmax = max(L1, L2 … Ln)

(2.2)

Lj = Cj - dj

(2.3)

Với:

Lj > 0: Công việc thật sự bị trễ , Lj = 0: cơng việc hồn tất đúng hạn, Lj < 0: cơng
việc hồn tất trước thời hạn.
+ Cực tiểu tổng số công việc bị trễ hạn: hàm mục tiêu này không quan tâm đến một
công việc bị trễ như thế nào mà chỉ quan tâm đến việc có trễ hay khơng
+ Cực tiểu thời gian trễ trung bình:
n

Min

∑T
j =1

(2.4)

j

Với:

Tj = max (Cj – dj, 0)

(2.5)

Nếu có trọng số cho mỗi cơng việc thì hàm mục tiêu sẽ là:
n

Min

∑w T
j =1

j

(2.6)

j

− Cực tiểu hố chi phí chuẩn bị
− Chi phí tồn kho bán thành phẩm: mục tiêu quan trọng là cực tiểu hoá lượng tồn

kho bán thành phẩm (WIP) và một chỉ tiêu đo lường có thể dùng thay thế cho WIP
là thời gian thông qua sản xuất. Cực tiểu hố tổng thời gian hồn tất có trọng số sẽ
cực tiểu hố WIP:
n

Min

∑w C
j =1

j

j

− Cực tiểu chi phí tồn kho thành phẩm
− Cực tiểu chi phí nhân sự

(2.7)


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

8

2.1.3 Các mơ hình sản xuất
Độ tiêu chuẩn
Sản xuất liên tục
(Continuous
Production)
Sản xuất loạt lớn
(Mass Production)
Sản xuất loạt nhỏ
(Batch
Production)
Dự án
(Project)

Sản lượng
Hình 2.2: Các loại hình sản xuất
(Nguồn: [3])

− Mơ hình điều độ dự án (project scheduling)

− Mơ hình điều độ job shop (job shop scheduling)
− Mơ hình điều độ hệ thống sản xuất với việc nâng chuyển vật liệu tự động (System
with automated material handling)
− Mơ hình điều độ theo loạt (lot scheduling)
− Hệ thống đặt chỗ trước (reservation system) và mơ hình lập thời gian biểu
(timetabling model)
− Mơ hình điều độ nguồn nhân lực (workforce scheduling model)
2.1.4 Các mơ hình thiết bị
− Mơ hình một máy (Single machine model)

Việc
4

Việc
3

Việc
2

Máy

Hình 2.3: Bài toán máy đơn

Việc
1


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

9

− Mơ hình máy song song (Parallel machine model)

Việc
5

Việc
4

Máy

Việc
1

Máy

Việc
2

Việc
3

Hình 2.4: Bài tốn máy song song
− Mơ hình flow shop (Flow shop model)

m3
A

m6

m1

m4
B
C

m10

m7

m2
m8
m5
m9
Hình 2.5: Bài tốn flow shop

m11


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

10

− Mơ hình job shop (Job shop model)

C

m3

A

m6

m1

B

m4
B

A

m2
m5

C
Hình 2.6: Bài tốn job shop

2.1.5 Các đặc điểm của q trình và các ràng buộc trong điều độ
− Các ràng buộc trước sau: một cơng việc chỉ có thể bắt đầu khi các cơng việc trước
nó đã hồn thành.

(a) dạng chuỗi

(b) dạng cây

Hình 2.7: Ràng buộc trước sau

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

11

− Các ràng buộc về lộ trình: chỉ rõ đường đi của công việc qua một hệ thống
− Các ràng buộc về nâng chuyển vật liệu: Hệ thống nâng chuyển vật liệu phụ thuộc
chặt chẽ vào thời gian bắt đầu và thời gian hồn thành của các cơng việc trước nó,
giới hạn số lượng khơng gian đệm.
− Sự ưu tiên trong điều độ: có 2 dạng là quyền ưu tiên phục hồi và ưu tiên lặp lại.
− Các ràng buộc về thời gian chờ và không gian lưu kho
− Sản xuất tồn kho hay sản xuất theo đơn đặt hàng
− Các ràng buộc về tiêu chuẩn chọn máy móc
− Các ràng buộc về dụng cụ và tài nguyên
− Các ràng buộc về nguồn nhân lực.

2.1.6 Các luật phân việc
a. Các luật phân việc cơ bản
− Thực hiện theo thứ tự ngẫu nhiên (SIRO): Khi nào máy rỗi thì cơng việc kế tiếp
được chọn ngẫu nhiên để thực hiện.
− Thực hiện theo cơng việc có thời gian sẳn sàng sớm nhất (ERD)
− Thực hiện theo cơng việc có thời gian tới hạn sớm nhất (EDD)
− Thực hiện theo cơng việc có thời gian dư nhỏ nhất (MS):
Thời gian dư = (d j – pj – t)

(2.8)

− Thực hiện theo công việc có thời gian gia cơng nhỏ nhất có trọng số (WSPT):
cơng việc có tỷ số (wj/pj) lớn nhất được thực hiện trước nhất.
− Thực hiện theo cơng việc có thời gian gia công nhỏ nhất (SPT)

− Thực hiện theo công việc có thời gian gia cơng dài nhất (LPT)
− Thực hiện theo cơng việc có thời gian chuẩn bị nhỏ nhất (SST)
− Thực hiện theo cơng việc có độ linh hoạt ít nhất (LFJ)
− Thực hiện theo cơng việc trên đường tới hạn (CP)
− Thực hiện theo cơng việc có số việc theo sau nhiều nhất (LNS)


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

12

− Thực hiện theo cơng việc có hàng đợi ngắn nhất ở thao tác kế tiếp (SQNO)
b. Luật phân việc phức hợp
Các luật phân việc cơ bản ở trên chỉ ứng dụng cho các bài toán đơn mục tiêu và kết
quả đạt được là lời giải chấp nhận được chứ không phải tối ưu. Trong trường hợp đa
mục tiêu hay mục tiêu tương đối phức tạp, phải sử dụng luật phân việc phức hơp là
sự kết hợp các luật cơ bản, có 2 dạng luật phân việc phức hợp:
− Chi phí trễ rõ ràng (ATC): là qui luật điều độ được kết hợp từ WSPT và MS. Mỗi
khi máy rỗi sẽ tính chỉ số xếp hạng cho các cơng việc chưa được điều độ, cơng việc
nào có chỉ số cao nhất sẽ được chọn để thực hiện
I j (t ) =

 max( d j − p j − t,0) 

exp  −
pj
Kp



wj

(2.9)

Với:
K: hệ số điều chỉnh (xác định từ thực nghiệm).
p : trung bình thời gian thực hiện các cơng việc chưa điều độ.

− Chi phí trễ rõ ràng có tính đến chi phí chuẩn bị (ATCS): Độ ưu tiên của bất kỳ
công việc j nào cũng đều phụ thuộc vào cơng việc mới hồn thành l
I j (t, l) =

 max(d j − p j − t,0 
 s 
 exp − lj 
exp −
pj
K1 p


 K2s 

wj

(2.10)

Với:
s : trung bình thời gian chuẩn bị của các cơng việc chưa được điều độ

K1: tham số tỷ lệ liên quan đến ngày tới hạn
K2: tham số đo lường liên quan đến thời gian chuẩn bị
Sij: thời gian chuẩn bị cho công việc j được thực hiện ngay sau công việc l.

2.1.7 Các giải thuật
Các luật phân việc trên chỉ được ứng dụng trong mơ hình một máy, quy mơ nhỏ,
khơng giải quyết được các bài tốn có quy mơ lớn, trên nhiều máy. Khi đó các giải
thuật kinh nghiệm và siêu kinh nghiệm được áp dụng, các giải thuật được phân
thành 2 nhóm chính:


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

13

a. Các giải thuật xây dựng
− Giải thuật chia nhánh và chặn (Branch and bound): là một phương pháp liệt kê,
trong đó một loạt bảng điều độ bị loại bỏ đi bằng cách chỉ ra các trị mục tiêu của tất
cả những kế hoạch điều độ này cao hơn một cận dưới, mà cận dưới đó lớn hơn hoặc
bằng giá trị mục tiêu của một kế hoạch đã đạt được trước đó.
Giải thuật được thiết lập như sau: Tại mức 0, có một nút bắt đầu và tại đây chưa có
cơng việc nào được đưa vào trình tự điều độ. Ở mức 1 có n nút nối với nút bắt đầu
qua n nhánh, mỗi nút ứng với một phần của bảng điều độ với 1 công việc cụ thể
được đưa vào vị trí đầu tiên. Tương tự, ở nút thứ k sẽ có n!(n-k)! nút. Q trình
phân nhánh tiếp tục đến khi liệt kê hết các trường hợp.
Giải thuật Branch and bound có ưu điểm chính là sau khi đánh giá tất cả các nút thì
kết quả thu được chắc chắn là giá trị tối ưu. Tuy nhiên nó có nhược điểm là mất rất
nhiều thời gian vì số lượng các nút thường rất lớn.
− Giải thuật tìm kiếm tia (Beam search): là một biến thể của branch and bound, nó

chỉ xét những nút có triển vọng tại mức k, những nút khác ở mức này sẽ bị loại bỏ.
Số lượng nút được giữ lại được gọi là độ rộng tìm kiếm của tia (beam width of
search).
Quá trình xác định những nút giữ lại là bước mang tính quyết định của giải thuật
này. Trước tiên, các nút phát sinh ở mức k sẽ được đánh giá sơ bộ, từ đó chọn ra
những nút để đánh giá toàn bộ. Những nút được đánh giá toàn bộ là chiều rộng của
bộ lọc (filter width), sau khi đánh giá toàn bộ tiến hành lựa chọn tập con cho các nút
đã qua giai đoạn lọc, số lượng nút trong tập con bằng với độ rộng tia. Từ đây, các
nhánh sẽ phát xuống mức kế tiếp.
Giải thuật Beam search có cải tiến so với Branch and Bound là giới hạn số lượng
nhánh nên đòi hỏi ít thời gian tính tốn hơn, nhưng đồng thời nó cũng có nhược
điểm là có thể khơng đảm bảo giải pháp tối ưu.


Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
For evaluation only.

14

b. Các giải thuật cải tiến
− Giải thuật Simulated annealing (SA): Dựa trên ý tưởng cơ bản là mô phỏng lại
hiện tượng sắp xếp tinh thể kim loại khi nhiệt độ giảm trong vật lý:
Gọi bảng điều độ tốt nhất hiện tại là S0, tương ứng hàm mục tiêu G(S0)
Tại bước lặp k , bảng điều độ Sk sẽ cho giá trị hàm mục tiêu G(Sk), G(Sk) > G(S0)
Tại bước lặp k +1 , bảng điều độ mới được chọn ngẫu nhiên từ lân cận Sk, gọi là Sc:
+ Nếu G(Sk) ≥ G(Sc), thực hiện một dịch chuyển đến Sc, đặt Sk+1 = Sc. Nếu G(Sc) ≤
G(S0) thì đặt S0 = Sc, ngược lại vẫn giữ nguyên S0.
+ Nếu G(Sc) ≥ G(Sk) thì vẫn dịch chuyển đến Sc với xác suất:
 G ( S k ) − G( S c ) 


P( S k , S c ) = exp 
β
k



(2.11)

Với
β1 ≥ β2 ≥ …>0 được gọi là tham số làm nguội. Thường chọn βk = αk, α ∈ (0,1)
Giải thuật Simulated Annealing có ưu điểm là cung cấp phương pháp để thực hiện
“bước nhảy” thoát khỏi vùng tối ưu cục bộ. Tuy nhiên, cũng có nhược điểm là các
lân cận có thể bị lặp lại trong q trình tìm kiếm và nó chỉ có thể đưa ra lời giải tốt
hơn chứ không đưa ra lời giải tối ưu.
− Giải thuật tìm kiếm vùng cấm (Tabu search): Ý tưởng chính của giải thuật này là
dùng phương pháp “kề tốt nhất” với khả năng chấp nhận kế hoạch điều độ xấu hơn
để thoát khỏi tối ưu cục bộ với điều kiện là kế hoạch đó khơng thuộc danh sách
cấm. Danh sách cấm có chiều dài là một hằng số trong khoảng [5,9] dùng để lưu
các cặp ngun cơng được hốn chuyển trong việc tạo ra các lân cận được chọn làm
lời giải cho bước sau.
Thuật tốn Tabu Search có thể tóm tắt như sau:
+ Bước 1:
Đặt k = 1
Chọn chuỗi ban đầu S1 bằng giải thuật kinh nghiệm
Đặt S0 = S1