(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim

(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐINH MAI HƯƠNG

NGHIÊN CỨU TỐI ƯU CÂN BẰNG DÂY CHUYỀN CÔNG NGHIỆP MAY SẢN PHẨM DỆT KIM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ DỆT, MAY

Hà Nội – 2022

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐINH MAI HƯƠNG

NGHIÊN CỨU TỐI ƯU CÂN BẰNG DÂY CHUYỀN CÔNG NGHIỆP MAY SẢN PHẨM DỆT KIM

Ngành: Công nghệ dệt, may

Mã số: 9540204

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CÔNG NGHỆ DỆT, MAY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 PGS TS Phan Thanh Thảo

Hà Nội - 2022

2 PGS TS Nguyễn Đức Nghĩa

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của chính tôi dưới sự hướng dẫn của tập thể cán bộ hướng dẫn Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày 6 tháng 2 năm 2022

Lời cảm ơn

Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Phan Thanh Thảo

động viên khích lệ, dành nhiều thời gian, tâm sức trao đổi góp ý cho tôi trong quá trình thực hiện luận án

Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô giáo thuộc Bộ môn Công nghệ May và Thời trang, Viện Dệt may - Da giầy và Thời trang, Phòng Đào tạo - Bộ phận đào tạo sau Đại học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án này

Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đỗ Phan Thuận đã dành nhiều thời gian, tâm sức trao đổi góp ý cho tôi trong quá trình thực hiện luận án Tôi xin chân thành cảm

ơn nhóm nghiên cứu Thuật toán, tổ hợp và đồ thị BKACG, phòng nghiên cứu Mô hình hóa, mô phỏng và tối ưu hóa MSOLab, các Thầy, Cô giáo thuộc Khoa Khoa học máy tính, Trường Công nghệ thông tin và truyền thông - Đại học Bách Khoa Hà Nội

đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình nghiên cứu thực hiện luận án

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội, tập thể cán bộ, giảng viên Khoa Công nghệ May và Thiết kế thời trang nơi tôi công tác đã tạo điều kiện, động viên và khích lệ tôi hoàn thành luận án

Tôi xin gửi lời cảm ơn Ban lãnh đạo, tập thể cán bộ kỹ thuật Nhà máy May Đồng Văn, Tổng công ty cổ phần Dệt May Hà Nội và Công ty TNHH May Đức Giang đã tạo điều kiện và hỗ trợ tôi trong quá trình khảo sát và nghiên cứu thực nghiệm Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình tôi, những người thân yêu nhất

đã cùng chia sẻ, gánh vác công việc để tôi yên tâm hoàn thành luận án

Tác giả

PGS TS Nguyễn Đức Nghĩa

MỤC LỤC

1.1 Dây chuyền may công nghiệp 4

Khái niệm 4

Một số đặc trưng cơ bản của dây chuyền may 4

1.2 Phương pháp cân bằng dây chuyền may công nghiệp 10

Khái niệm 10

Các phương pháp cân bằng dây chuyền may 11

Phương pháp tính toán 11

Phương pháp mô phỏng 13

Phương pháp khái quát 15

Phần mềm hỗ trợ cân bằng dây chuyền 16

1.3 Tối ưu cân bằng dây chuyền may công nghiệp 18

Bài toán tối ưu hóa 18

Một số loại thời gian tính của thuật toán 18

Lớp bài toán P và NP 18

Phân loại bài toán tối ưu cân bằng dây chuyền may 19

Các chỉ số đánh giá hiệu quả cân bằng dây chuyền may 23

Thuật toán giải bài toán tối ưu cân bằng dây chuyền 25

Thuật toán chính xác 25

Thuật toán Heuristic 26

Thuật toán Meta - Heuristic 33

1.4 Sản phẩm may bằng vải dệt kim trong công nghiệp 39

1.5 Kết luận chương 1 41

2.1 Đối tượng nghiên cứu 43

Dây chuyền may 43

Sản phẩm may 43

Thuật toán giải bài toán tối ưu cân bằng dây chuyền may 44

Bộ dữ liệu kiểm thử thuật toán cân bằng dây chuyền may 44

2.2 Nội dung nghiên cứu 45

2.3 Phương pháp nghiên cứu 46

Phương pháp nghiên cứu xác định thuật toán giải bài toán tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim 46

Phương pháp nghiên cứu xác định thuật toán giải bài toán tối ưu cân

bằng dây chuyền may theo công suất cho trước GALB-1 46

Phương pháp nghiên cứu xác định thuật toán giải bài toán cân bằng chuyền may theo số lượng công nhân cho trước (GALB-2) 56

Phương pháp nghiên cứu xác định thuật toán tìm nhịp dây chuyền để tối đa hiệu suất cân bằng (GALB-E) 57

Xây dựng phương pháp cân bằng dây chuyền may sản phẩm dệt kim 60

Phương pháp nghiên cứu xác định bộ dữ liệu phục vụ cân bằng dây chuyền may 60

Phương pháp xác định điều kiện tổ chức cân bằng dây chuyền may 66

ghiên cứu thiết lập phần mềm cân bằng dây chuyền may ALBS V1.0 68

Phương pháp tổ chức cân bằng dây chuyền may sản phẩm Polo-Shirt71 2.4 Kết luận chương 2 73

3.1 Kết quả nghiên cứu xác định thuật toán giải bài toán tối ưu cân bằng dây chuyền công nghiệp may sản phẩm dệt kim 74

Kết quả nghiên cứu xác định thuật toán giải bài toán cân bằng dây chuyền may theo công suất cho trước (GALB-1) 74

Mô hình bài toán 74

Thuật toán đề xuất 75

Kiểm thử các thuật toán giải bài toán GALB-1 80

Kết quả nghiên cứu xác định thuật toán giải bài toán cân bằng dây chuyền may theo số công nhân cho trước (GALB-2) 89

Mô hình bài toán 89

Thuật toán đề xuất 89

Kiểm thử thuật toán đề xuất 92

Kết quả nghiên cứu xác định thuật toán giải bài toán tìm nhịp dây chuyền để tối đa hiệu suất cân bằng (GALB-E) 99

Mô hình hóa bài toán 99

Thuật toán chung xác định nhịp dây chuyền R để tối đa hiệu suất cân bằng H (GALB-E) 100

Áp dụng thuật toán Luyện kim giải bài toán con GALB_maxH-minN 102 Áp dụng thuật toán Di truyền cho hàm GALB_maxH-minN 102

Kiểm thử thuật toán đề xuất 105

3.2 Kết quả xây dựng phương pháp cân bằng dây chuyền may sản phẩm dệt kim 108

Kết quả xác định bộ dữ liệu phục vụ cân bằng dây chuyền may 108

Xác định thời gian may hợp lý của nguyên công may sản phẩm Polo-Shirt 108

Kết quả thiết lập quy trình công nghệ hợp lý may sản phẩm Polo-Shirt 117

Kết quả xác định điều kiện tổ chức cân bằng dây chuyền may 120 Kết quả xác định khoảng cách đặt bán thành phẩm và số lớp trong tập bán thành phẩm để tối ưu thời gian trung bình may một chi tiết 120

Kết quả thiết lập sơ đồ bố trí vị trí làm việc và tối ưu đường đi của bán thành phẩm trên dây chuyền may 122 Kết quả thiết lập phần mềm cân bằng dây chuyền may sản phẩm dệt kim ALBS V1.0 126

Nhập dữ liệu đầu vào 126

Mô đun GALB-1 tối ưu số lượng công nhân khi cân bằng dây chuyền theo công suất cho trước 128

Mô đun GALB-2 tối ưu nhịp dây chuyền khi cân bằng dây chuyền theo

số công nhân cho trước 128

Mô đun GALB-E tìm nhịp dây chuyển để tối ưu hiệu suất cân bằng 129 Kết quả xây dựng quy trình thực hiện cân bằng dây chuyền may sản phẩm dệt kim trên cơ sở thuật toán và phần mềm thiết lập 129

Sơ đồ quy trình thực hiện cân bằng dây chuyền may 129 Nội dung và trình tự thực hiện cân bằng dây chuyền may 130 Kết quả ứng dụng phương pháp cân bằng chuyền tổ chức cân bằng dây chuyền may sản phẩm dệt kim 131

Ứng dụng phần mềm cân bằng dây chuyền may ALBS V1.0 tối ưu cân bằng dây chuyền may 131

Kết quả triển khai thực nghiệm phương pháp cân bằng chuyền may sản phẩm Polo-Shirt với sự hỗ trợ của phầm mềm thiết lập 135

3.3 Kết luận chương 3 137

DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt

SA Simulated Annealing Algorithm Thuật toán Luyện kim

GA Genetic Algorithm Thuật toán Di truyền

ALBP Assembly Line Balancing

SALB Simple Assembly Line Balancing Cân bằng dây chuyền đơn giản GALB General Assembly Line

SMD Single Model Deterministic Mô hình đơn sản phẩm xác định SMS Single Model Stochastic Mô hình đơn sản phẩm ngẫu

nhiên MMD Multi/Mixed Model Deterministic Mô hình nhóm sản phẩm/ kết

hợp sản phẩm xác định MMS Multi/Mixed Model Stochastic Mô hình nhóm sản phẩm/ kết

hợp sản phẩm ngẫu nhiên MALBP Mixed - Model Assembly Line

Balancing Problem

Cân bằng dây chuyền mô hình kết hợp sản phẩm

UALBP U-Line Assembly Line Balancing

ANOVA Analysis of Varian Phân tích phương sai

NP Nondeterministic Polynomial

GSD General Sewing Data Hệ thống thời gian định trước

GSD TMIS Time Management Intergrated

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

MỞ ĐẦU

I TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trong những năm qua, ngành dệt may Việt Nam có sự tăng trưởng về số lượng, theo thống kê của Tổng cục Hải quan tổng giá trị xuất khẩu năm 2019 đạt khoảng 32.85 tỷ USD tăng 7,8% so với năm 2018 Tuy nhiên, năng suất lao động của ngành dệt may Việt Nam so với các nước trong khu vực còn thấp, do đó cần phải áp dụng các giải pháp nhằm nâng cao năng suất lao động để nâng cao hiệu quả của quá trình sản xuất Một số giải pháp để tăng năng suất lao động như ứng dụng công nghệ tiên tiến vào sản xuất, nâng cao công tác quản lý sản xuất, đào tạo công nhân có tay nghề cao, hợp lý hóa thao tác lao động, tối ưu cân bằng dây chuyền…Trong đó việc ứng dụng công nghệ tiên tiến cân bằng dây chuyền sản xuất nhằm tiết kiệm thời gian, chi phí nhằm nâng cao năng suất và chất lượng là những giải pháp có ý nghĩa quan trọng đối với ngành công nghiệp may trong thời đại 4.0

Cân bằng dây chuyền sản xuất là kỹ thuật tính toán, phân chia khối lượng công

việc của quy trình công nghệ may sản phẩm cho công nhân làm việc trên dây chuyền một cách đồng đều, đồng thời đảm bảo một số nguyên tắc nhất định tùy theo điều kiện thực tế của dây chuyền [1-6] Dây chuyền cân bằng về phụ tải sẽ loại bỏ được các nguyên công bị quá tải dẫn đến công việc bị đình trệ, ùn tắc cũng như các nguyên công non tải gây lãng phí thời gian do phải dừng chờ việc trên dây chuyền, giảm thiểu tối đa bán thành phẩm tồn trên dây truyền, chuyên môn hóa công việc của công nhân, tăng năng suất lao động, kiểm soát được quá trình sản xuất Dây chuyền cân bằng phụ tải sẽ hoạt động nhịp nhàng, đường đi của bán thành phẩm trên dây chuyền xuôi dòng

và ngắn nhất, khai thác tối đa khả năng lao động của công nhân và các điều kiện sản xuất.

Các sản phẩm may có đặc thù là kiểu dáng thường xuyên thay đổi, quy trình công nghệ thay đổi theo do đó việc cân bằng dây chuyền là công việc cần thiết và phải kịp thời Các doanh nghiệp sản xuất sản phẩm may Việt Nam chủ yếu thực hiện cân bằng dây chuyền may một cách thủ công với công cụ Excel, bằng kinh nghiệm sản xuất của đơn hàng trước đó Một số ít doanh nghiệp sử dụng một số phần mềm quản lý sản xuất hiển thị năng suất của các vị trí làm việc, người sử dụng sẽ phải chủ động phối hợp các nguyên công, các phương pháp này chưa có căn cứ khoa học và mất rất nhiều thời gian và công sức thực hiện Các phần mềm cân bằng dây chuyền may không có nhiều, các nhà sản xuất phần mềm thường bảo mật thông tin về các thuật toán trong đó Hơn nữa đầu tư một phần mềm cân bằng dây chuyền khá tốn kém trong khi các phần mềm đó chưa thực sự phù hợp với điều kiện sản xuất công nghiệp may tại Việt Nam

Đã có nhiều công trình nghiên cứu cân bằng dây chuyền sản xuất nói chung và cân bằng dây chuyền may công nghiệp nói riêng Các công trình nghiên cứu này đã xây dựng các bài toán với các điều kiện lý thuyết chưa phù hợp với điều kiện sản xuất của ngành công nghiệp may Việt Nam, các ràng buộc trong các bài toán thường là mỗi nguyên công sản xuất chỉ có một công nhân thực hiện, thời gian của các nguyên công không được lớn hơn nhịp dây chuyền hoặc chỉ xét đến điều kiện ràng buộc trình

tự thực hiện mà không xét đến điều kiện phối hợp các thiết bị trong mỗi nguyên công sản xuất Mỗi bài toán có một mục tiêu khác nhau tùy thuộc vào dữ liệu đầu vào nhưng chưa có sự so sánh đánh giá cụ thể về hiệu quả các mục tiêu

SALBP là lớp bài toán cân bằng dây chuyền đơn cho các dây chuyền có hình thức bố trí thiết bị theo hàng, gồm có điều kiện ràng buộc về trình tự thực hiện của các nguyên công [51]

- SALB-1 là bài toán cân bằng chuyền khi cho trước nhịp dây chuyền với mục tiêu tối đa hóa vị trí làm việc trên dây chuyền [51]

- SALBP-2 là bài toán cân bằng chuyền khi cho trước số lượng vị trí làm việc với mục tiêu tối thiểu hóa nhịp dây chuyền [51]

- SALBP-E là bài toán tổng quát với mục tiêu tối đa hóa hiệu suất dây chuyền trên cơ sở đồng thời tối thiểu hóa nhịp dây chuyền và số lượng vị trí làm việc

- SALBP-F là bài toán xem xét tính khả thi cân bằng dây chuyền khi cố định nhịp dây chuyền và số lượng vị trí làm việc [51]

GALBP là lớp bài toán cân bằng dây chuyền tổng quát, khi bỏ một số giả định của bài toán cân bằng dây chuyền cơ bản SALBP Lớp bài toán này bao gồm cân bằng dây chuyền chữ U, mô hình hỗn hợp (UALBP và MALBP) và các vấn đề trong thực tế [3]

- MALBP là bài toán cân bằng chuyền mô hình kết hợp, trên dây chuyền sản xuất nhiều loại sản phẩm

- UALBP là bài toán cân bằng chuyền chữ U, các vị trí làm việc được sắp xếp theo hình chữ U, công nhân được phép làm việc ở hai bên của U, do đó công nhân có thể thực hiện đồng thời các nhiệm vụ không liên tiếp nhau [3]

Tác giả Y K Kim [52] đã phân loại bài toán cân bằng dây chuyền theo năm mục tiêu tối ưu, ngoài mục tiêu loại 1 và 2 còn phân theo mục tiêu loại 3 là tối ưu hóa cân bằng khối lượng công việc giữa các vị trí làm việc, loại 4 là tối đa quan hệ trình

tự thực hiện, các nguyên công liên quan được gán cho cùng một vị trí làm việc, loại

5 là kết hợp của mục tiêu tối ưu loại 3 và 4

Theo thống kê của các tác giả Ghosh [49] và Pianthong [50] bài toán cân bằng dây chuyền đơn thẳng SALBP được nghiên cứu nhiều nhất Trong đó đa phần là các nghiên cứu về mục tiêu tối ưu số lượng vị trí làm việc của lớp bài toán SALB-1 [53] còn lớp bài toán SALBP-E và F phức tạp hơn nhưng ít được quan tâm [54]

Bài toán cân bằng dây chuyền SALBP thường có các giả định sau [4,51,55,56]:

- Dây chuyền sản xuất hàng loạt một loại sản phẩm đồng nhất

- Dây chuyền có cấu trúc thẳng (theo hàng), các vị trí làm việc được bố trí dọc theo dây chuyền

- Quy trình công nghệ gia công sản phẩm được cho trước

- Trình tự thực hiện của các nguyên công được cho trước

- Nhịp dây chuyền cho trước, nhịp dây chuyền được xác định thông qua công suất

- Thời gian của các nguyên công trong quy trình công nghệ gia công sản phẩm xác định

- Thời gian lớn nhất của nguyên công công nghệ nhỏ hơn hoặc bằng nhịp dây chuyền, không có nguyên công sản xuất bội (không có nguyên công sản xuất có từ hai công nhân trở lên)

Trong một số bài toán giả định thời gian lớn nhất của nguyên công thường là nhỏ hơn nhịp dây chuyền, mỗi nguyên công chỉ gán cho một vị trí làm việc [57] Khi giả định thời gian lớn nhất của nguyên công nhỏ hơn nhịp dây chuyền thì tốc độ sản xuất của dây chuyền bị giới hạn bởi thời gian lớn nhất của nguyên công Vấn đề này

được giải quyết bằng cách tạo ra các vị trí làm việc song song, nó gồm hai hoặc nhiều bản sao của các vị trí làm việc cùng thực hiện một nhóm công việc giống nhau trường hợp này được gọi là nguyên công sản xuất bội [58] Mục đích hình thành các nguyên công sản xuất bội để tăng tốc độ sản xuất, cân bằng tải giữa các vị trí làm việc, giảm

độ trễ của dây chuyền Tuy nhiên khi đó người công nhân phải thực hiện nhiều công việc hơn, đòi hỏi kỹ năng của công nhân cao hơn Để kiểm soát quá trình này, trong một số nghiên cứu đã đặt ra các điều kiện khi tạo thành nguyên công sản xuất bội Tác giả Sarker và Shantikumar [59] đã giới hạn nguyên công bội ba là tối đa Tác giả Buxey [58] giới hạn số lượng nguyên công của mỗi vị trí làm việc McMullen và cộng sự [60] cho phép hình thành các nguyên công bội miễn là đạt được nhịp của dây chuyền Tác giả Vilarinho và Simaria [61] đã cho phép tạo thành nguyên công bội khi thời gian của nguyên công lớn hơn nhịp dây chuyền, đồng thời quy định khi xây dựng quy trình công nghệ thì thời gian dài nhất của nguyên công không quá hai lần nhịp, không có nguyên công bội lớn hơn hai Tác giả Kamarudin [53] xây dựng mô hình toán học cho bài toán cân bằng chuyền loại 1 với nhiều ràng buộc để tối thiểu đồng thời số vị trí làm việc, số lượng thiết bị và số lượng công nhân

Qua nghiên cứu cho thấy bài toán cân bằng dây chuyền có thể phân làm ba nhóm cơ bản là: Theo mục tiêu tối ưu như tối ưu số công nhân, tối ưu nhịp dây chuyền, tối ưu hiệu quả cân bằng (loại 1, 2, E), theo cấu trúc của dây chuyền (dây chuyền đơn thẳng, dây chuyền chữ , …) và theo vấn đề đơn giản và vấn đề tổng quát Cùng với sự phát triển các các dây chuyền may, nhiều nghiên cứu đã phát triển hỗ trợ các nhà quản lý sản xuất một cách hiệu quả Các mục tiêu cân bằng dây chuyền không dừng lại ở các mục tiêu cơ bản, nó ngày càng được phát triển trên cơ sở kết hợp nhiều mục tiêu và các ràng buộc phù hợp với điều kiện sản xuất thực tế

Các chỉ số đánh giá hiệu quả cân bằng dây chuyền may

Các chỉ số cân bằng dây chuyền được xây dựng để đánh giá hiệu quả của các thuật toán cân bằng dây chuyền Tùy từng mục tiêu, điều kiện của bài toán các nghiên cứu đã thiết lập các mục tiêu đánh giá khác nhau

Tác giả Grzechca [62] đã xây dựng mô hình bài toán cân bằng dây chuyền đơn thẳng và dây chuyền chữ U Giả định của bài toán là chỉ có một loại sản phẩm được sản xuất trên dây chuyền, thời gian của nguyên công là xác định và cho trước, các nguyên công thực hiện theo trình tự nhất định, thời gian lớn nhất của nguyên công nhỏ hơn nhịp dây chuyền Để đánh giá chất lượng kết quả cân bằng dây chuyền, tác

giả sử dụng ba chỉ số: Hiệu suất dây chuyền Le, chỉ số trơn SI và thời gian sản xuất trên dây chuyền LT:

- Hiệu suất dây chuyền (Le) đánh giá mức độ phần trăm sử dụng thời gian lao

động trên dây chuyền, hiệu suất dây chuyền còn thể hiện tính hiệu quả của dây chuyền sản xuất:

𝐿𝑒 = ∑𝐾𝑖=1𝑆𝑇𝑖

Trong đó: ST i là thời gian của vị trí làm việc thứ i, C là nhịp dây chuyền, K là

tổng số vị trí làm việc trên dây chuyền

- Chỉ số trơn SI mô tả sự cân bằng tương đối của dây chuyền, khi chỉ số SI bằng

không được gọi là sự cân bằng hoàn hảo, chỉ số trơn được xác định theo công thức sau:

𝑆𝐼 = √∑𝐾 (𝑆𝑇𝑚𝑎𝑥 − 𝑆𝑇𝑖)2

Trong đó: ST max là thời gian lớn nhất của vị trí làm việc, ST i là thời gian của vị

trí làm việc thứ i

- Thời gian sản xuất trên dây chuyền (LT) mô tả khoảng thời gian cần thiết để

sản phẩm được hoàn thành trên dây chuyền:

LT= C(K - 1)+T K (giây) (1.5) Trong đó: C là nhịp của dây chuyền, K là tổng số vị trí làm việc trên dây chuyền,

T K là thời gian của vị trí làm việc cuối cùng

Tác giả M Azizoglu [63] đã cân bằng dây chuyền theo số lượng công nhân và nhịp dây chuyền cố định, mục tiêu bài toán là tối thiểu tổng độ lệch bình phương của tải tại mỗi vị trí làm việc và nhịp dây chuyền theo công thức:

𝑍 = ∑𝐾𝑖=1(𝐶 − 𝑊𝑘)2 (giây) (1.6) Trong đó C là nhịp dây chuyền, W k là tải của vị trí làm việc bằng tổng thời gian của các nguyên công phân cho vị trí làm việc đó

Chỉ số mất cân bằng BL cũng được sử dụng để đánh giá mức độ cân bằng dây chuyền, chỉ số BL được xác định như sau [64]:

dây chuyền Tối đa hóa cân bằng khối lượng công việc tương đương với việc tối thiểu

phương sai khối lượng công việc WV

Tác giả P K Agarawal [66] đã phát triển một quy tắc phân công lao động để chuyên môn hóa công việc bằng cách tối đa hóa số nguyên công có ràng buộc trình

tự nối tiếp phân bổ cùng một vị trí làm việc Dựa trên mục tiêu đó, tác giả Y K Kim

và cộng sự [67] phát triển chỉ số liên quan công việc IWR để làm thước đo đánh giá

định lượng sự liên quan như sau:

Trong đó n là số vị trí làm việc tìm được, SN j số nhóm nguyên công nối tiếp có

trong vị trí làm việc j, chỉ số IWR là thước đo tương đối nhận giá trị trong khoảng 0

< IWS ≤ 1

Tác giả Zhang và cộng sự [68] xây dựng mô hình bài toán cân bằng chuyền loại

1 sử dụng hai hàm mục tiêu là f 1 để tối thiểu hóa vị trí làm việc và f 2 là chỉ số trơn:

𝑓2 = 𝑆𝐼 = √ 1

𝑚−1∑𝑚 (𝐶 − 𝑆𝑇𝑖)2

Hàm mục tiêu chung là : minf = w 1 *f 1 + w 2 *f 2 (1.12)

minf = w 1 *f 1 + w 2 *√ 1

𝑚−1∑𝑚 (𝐶 − 𝑆𝑇𝑖)2

Trong đó: m là số vị trí làm việc, C là nhịp dây chuyền, ST i là thời gian của vị

trí làm việc thứ i, w 1 và w 2 là các trọng số của hàm mục tiêu tương ứng

Tùy thuộc vào đặc trưng và hình thức tổ chức sản xuất trên dây chuyền, các bài toán cân bằng dây chuyền được thiết lập với các chỉ tiêu đo lường hiệu quả của các phương pháp cân bằng dây chuyền khác nhau Chỉ tiêu đúng với điều kiện tổ chức dây chuyền này nhưng không đúng với dây chuyền khác Do vậy phải cân nhắc lựa chọn, áp dụng hoặc thiết lập chỉ tiêu đánh giá phù hợp với điều kiện cụ thể tổ chức sản xuất trên dây chuyền, hoặc có thể kết hợp nhiều chỉ tiêu để đánh giá nhưng phải

có thứ tự ưu tiên cho phù hợp

Thuật toán giải bài toán tối ưu cân bằng dây chuyền

Giải bài toán tối ưu là việc tìm kiếm phương án để hàm mục tiêu đạt giá trị nhỏ nhất (hoặc lớn nhất) Các chiến lược tìm kiếm khác nhau sẽ tạo nên những thuật toán khác nhau, có những cách tìm lời giải chính xác nhưng đòi hỏi thời gian tính toán lớn,

có những cách tìm ra phương án gần đúng nhưng thời gian tính toán chấp nhận được

Để có được lời giải cho bài toán cân bằng dây chuyền, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu phương pháp giải bài toán cân bằng chuyền được thực hiện Có thể phân loại các thuật toán giải bài toán cân bằng dây chuyền như sau:

- Thuật toán chính xác

- Thuật toán Heuristic

- Thuật toán Meta- Heuristic

Thuật toán chính xác

Thuật toán giải chính xác cho phép tìm lời giải tối ưu toàn cục bằng cách tìm tất

cả các nghiệm khả thi của bài toán sau đó kiểm tra xem lời giải nào cho giá trị tối ưu

Ưu điểm lớn nhất của thuật toán chính xác là luôn tìm ra nghiệm chính xác bởi nó xét hết mọi khả năng có thể, tức là toàn bộ không gian lời giải được khám phá [40, 41, 69]

Tác giả P Brucker và cộng sự [70] đã áp dụng thuật toán nhánh cận để giải bài

toán lập lịch cho dây chuyền may Bài toán của tác giả gồm n công việc cần phải phân cho m vị trí làm việc và không vi phạm trình tự thực hiện của các công việc, mục tiêu

của bài toán là thời gian thực hiện tại các vị trí làm việc là nhỏ nhất Mỗi nguyên công

là một đỉnh trên sơ đồ trình tự công nghệ, thứ tự công việc được mô hình hóa là các cạnh có hướng nối các đỉnh đó, trọng số các đỉnh là thời gian thực hiện của nguyên công

Hình 1.19 Phân nhánh trên sơ đồ trình tự công nghệ [70]

Sơ đồ trình tự thực hiện gồm các nhánh, mỗi nhánh gồm các nguyên công kế tiếp nhau và gán cho các vị trí làm việc, ví dụ sơ đồ hình 1.19 được chia làm bốn nhánh và gán cho bốn vị trí làm việc Sau khi tìm được phương án đầu tiên, bằng phương pháp duyệt, từ mỗi đỉnh trên sơ đồ trình tự thực hiện tìm các đỉnh liên quan

để tạo thành các nhánh mới và gán cho các vị trí làm việc mới, từ đó tạo thành phương

án khác nhau Các phương án này được so sánh để tìm ra phương án tối ưu

Tìm toàn bộ không gian nghiệm được đánh giá là khó thực hiện ngay cả trên các máy tính hiện đại nhất do phải thực hiện các tổ hợp Thuật toán chính xác thường chỉ phù hợp với các bài toán dữ liệu vừa và nhỏ, bài toán cân bằng dây chuyền may

là một bài toán lớn, phức tạp cần phải có thuật toán phù hợp cho kết quả tốt nhất trong thời gian hợp lý

Thuật toán Heuristic

Khi bài toán cân bằng dây chuyền (ALBP) rơi vào lớp bài toán NP-khó của vấn

đề tối ưu hóa tổ hợp [71], các thuật toán liên tục được phát triển để tìm giải pháp tối

ưu Bài toán NP-khó là bài toán hiện nay chưa có thuật toán thời gian tính đa thức để giải, mà chỉ có các thuật toán giải trong thời gian hàm mũ Thuật toán gần đúng giải bài toán tối ưu được đưa ra để khắc phục các hạn chế khi không gian tìm kiếm nghiệm quá lớn và kích thước dữ liệu đầu vào tăng lên Mục đích của lớp thuật toán này là tìm ra lời giải gần tối ưu trong thời gian chấp nhận được Các thuật toán gần đúng bao gồm các thuật toán Heuristic và Meta-Heuristic

Nhiều nhà nghiên cứu đã nỗ lực phát triển các phương pháp tiếp cận Heuristic, đây là phương pháp giải gần đúng được phát triển như Hoffman [72], Kilbridge-Wester [73], Moodie-Young [74], Helgeson-Birnie [45], El-Sayed, Boucher [75], … Tác giả Mücella và cộng sự [76] đã áp dụng năm phương pháp Heuristic để cân bằng dây chuyền may sản phẩm T-Shirt nữ, quy trình công nghệ gia công sản phẩm gồm mười nguyên công Các phương pháp cân bằng dây chuyền áp dụng bao gồm:

Thời gian gia công lớn nhất, thời gian gia công nhỏ nhất, nguyên công theo sau nhiều nhất, nguyên công theo sau ít nhất và phương pháp xếp hạng trọng số vị trí Năm

phương pháp cân bằng dây chuyền được so sánh với phương pháp cải tiến của tác giả

theo chỉ số hiệu suất dây chuyền Le Phương pháp cải tiến của nhóm tác giả phát triển

từ phương pháp thời gian gia công lớn nhất, khi phối hợp các NCCN được phép hình thành nguyên công sản xuất bội Kết quả của nghiên cứu cho thấy năm phương pháp cân bằng dây chuyền Heuristic có cùng giá trị hiệu suất dây chuyền nhưng thấp hơn phương pháp cải tiến

Phương pháp thời gian gia công lớn nhất là một kỹ thuật cân bằng dây chuyền

sản xuất dựa trên nguyên tắc nguyên công nào có thời gian gia công lớn nhất sẽ được

ưu tiên chọn trước để gán cho các vị trí làm việc, khi gán các nguyên công cho các vị trí làm việc phải đảm bảo trình tự thực hiện của các nguyên công Đặc điểm của phương pháp thời gian gia công lớn nhất là: Các nguyên công được sắp xếp theo thời gian gia công từ cao đến thấp, ưu tiên chọn các nguyên công mà không có nguyên công thực hiện trước để gán cho các vị trí làm việc, thời gian của của mỗi vị trí làm việc không được lớn hơn nhịp dây chuyền [1, 76, 77]

Phương pháp thời gian gia công nhỏ nhất được thực hiện tương tự như phương

pháp thời gian gia công dài nhất Điểm khác biệt giữa hai phương pháp là các nguyên công được sắp xếp theo thời gian gia công từ thấp đến cao [76]