Nghiên cứu sử dụng giải thuật di truyền xác định lời giải bài toán điều độ job shop một trường hợp điển hình

Hiện nay, các loại đơn hàng trong nước và ngoài nước của công ty ngày càng gia tăng nên công tác lập kế hoạch điều độ sản xuất cho công ty được chú trọng nhằm đáp ứng nhu cầu của các khá

i

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ii

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS Đỗ Ngọc Hiền và PGS.TS Lê Ngọc Quỳnh Lam

Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS Đỗ Thành Lưu

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS Nguyễn Vạng Phúc Nguyên

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 31 tháng 01 năm 2021

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

3 TS Nguyễn Vạng Phúc Nguyên - Ủy viên Phản biện 1

5 PGS.TS Đỗ Ngọc Hiền - Ủy viên hội đồng

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

iii

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Họ và tên học viên: ĐINH NGỌC BẢO MSHV: 1970236

Ngày, tháng, năm sinh: 17/11/1991 Nơi sinh: TP.HCM Chuyên ngành: KỸ THUẬT HỆ THỐNG CÔNG NGHIỆP Mã số: 8520117

I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN XÁC

ĐỊNH LỜI GIẢI BÀI TOÁN ĐIỀU ĐỘ JOB SHOP: MỘT TRƯỜNG HỢP

ĐIỂN HÌNH

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

¨ Tìm hiểu tình hình hoạt động sản xuất cũng như thực trạng quá trình hoạch định sản xuất tại Nhà máy gia công của công ty Cơ Khí Đại Nam Phát

¨ Xác định mô hình điều độ trong công ty và thu thập số liệu

¨ Xây dựng hàm mục tiêu trong bài toán điều độ job shop

¨ Lập trình tự áp dụng các bước giải thuật di truyền cho bài toán điều độ job shop

¨ Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình Python, dùng phần mềm Pycharm lập trình giải thuật di truyền để giải hàm mục tiêu cho bài toán điều độ trên

¨ Phân tích, đánh giá kết quả và kiểm tra

¨ Kết luận và kiến nghị

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/09/2020

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 15/1/2021

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Đỗ Ngọc Hiền và PGS.TS Lê Ngọc Quỳnh Lam

Tp.HCM, Ngày tháng 02 năm 2021

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA CƠ KHÍ

iv

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp, tôi đã được hỗ trợ và hướng dẫn tích cực từ quý Thầy / Cô Bộ môn Kỹ Thuật Hệ Công Nghiệp – Khoa Cơ Khí, trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM và Ban Giám Đốc Công Ty Cơ Khí Đại Nam Phát

Tôi xin chân thành cảm ơn:

¨ Ban giám đốc và những người chịu trách nhiệm liên quan đến bộ phận sản xuất, quản lý sản xuất, bộ phận kỹ thuật của nhà máy đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi tìm hiểu tình hình hoạt động sản xuất và cung cấp số liệu, thông tin quý giá tại xưởng gia công

¨ Xin chân thành cảm ơn quý Thầy / Cô Bộ môn Kỹ Thuật Hệ Thống Công Nghiệp – Khoa Cơ Khí – trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM đã hướng dẫn và truyền đạt cho tôi những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp Đặc biệt, tôi chân thành cảm ơn thầy Đỗ Ngọc Hiền và cô Lê Ngọc Quỳnh Lam, những người đã trực tiếp hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp

¨ Và sau cùng, tôi xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên và giúp đỡ tôi trong thời gian học tập vừa qua

Tp.HCM, tháng 12 năm 2020

v

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đặt vấn đề: Công ty TNHH Đại Nam Phát là chuyên gia công và sản xuất các linh

kiện trong lĩnh vực cơ khí trong và ngoài nước Hiện nay, các loại đơn hàng trong nước và ngoài nước của công ty ngày càng gia tăng nên công tác lập kế hoạch điều

độ sản xuất cho công ty được chú trọng nhằm đáp ứng nhu cầu của các khách hàng đồng thời lường trước được những tình huống có thể xảy ra đối với sự thay đổi của các đơn hàng

Mục tiêu nghiên cứu: Đưa ra phương pháp áp dụng giải thuật di truyền cho việc

lập kế hoạch điều độ sản xuất trong công ty, giải thuật này được viết bằng ngôn ngữ Python trên phần mềm Pycharm với mục tiêu là cực tiểu thời gian hoàn thành cực đại của một nhóm đơn hàng (Cmax)

Nội dung: Dựa vào lý thuyết trình tự thực hiện của giải thuật di truyền, thực hiện

từng bước áp dụng giải thuật di truyền cho bài toán điều độ trong mô hình job shop

để

cho ra mục tiêu kết quả Nội dung luận văn gồm năm chương:

Chương 1: Giới thiệu

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Phân tích hiện trạng

Chương 4: Mô hình hoá giải thuật di truyền

Chương 5: Kết luận

Kết quả và kết luận: Sau khi đã giải ra kết quả, căn cứ vào kết quả đó sẽ hỗ trợ

cho người quản lý sản xuất ra quyết định điều độ thứ tự các đơn hàng Để chứng minh cho bài toán là hợp lý, một mô hình điều độ nhỏ được giải và kiểm tra bằng thủ công

vi

ABTRACT

Problem: Dai Nam Phat Co., Ltd is an expert in processing and manufacturing mechanical components in the domestic and foreign fields Currently, the types of orders at home and abroad of the company are increasing, so the planning of production for the company is focused to meet the needs of customers and anticipate the circumstances may occur with respect to a change of orders

Research objective: Propose a method of applying genetic algorithm for production scheduling in the company, this algorithm is written in Python on Pycharm software with the goal of minimizing the completion time to the maximum of an order group (Cmax)

Content: Based on the theory of sequencing of genetic algorithms, step by step applying the genetic algorithm to the moderation problem in the job shop model to target results The thesis content consists of five chapters:

Chapter 1: Introduction

Chapter 2: Theoretical basis

Chapter 3: Situation Analysis

Chapter 4: Modeling genetic algorithms

Chapter 5: Conclusion

Results and conclusions: After solving the results, based on the results, the production manager will assist the production manager to make a decision to regulate the order of orders To prove that the problem is reasonable, a small modulation model is solved and checked manually

vii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề được sử dụng để báo vệ một học vị nào Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ

rõ nguồn gốc rõ ràng và được phép công bố

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 1 năm 2021

Học viên thực hiện

Đinh Ngọc Bảo

viii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN IV TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ V LỜI CAM ĐOAN VII DANH SÁCH HÌNH VẼ X DANH SÁCH BẢNG BIỂU XI DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT / THUẬT NGỮ XII

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2.MỤC TIÊU LUẬN VĂN 1

1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu 1

1.2.2 Mục tiêu của luận văn 1

1.3.PHẠM VI 2

1.3.1 Phạm vi quy trình và sản phẩm 2

1.3.2 Phạm vi công cụ 2

1.3.3 Phạm vi công việc 2

1.4.NỘI DUNG 2

1.4.1 Tìm hiểu đối tượng 2

1.4.2 Tìm hiểu các nghiên cứu liên quan 3

1.4.3 Lập mô hình, thu thập và xử lý số liệu 3

1.4.4 Sử dụng phần mềm hỗ trợ 3

1.4.5 Ứng dụng, phân tích, đánh giá phần mềm hỗ trợ 3

1.4.6 Nghiên cứu và mở rộng 3

1.4.7 Kết luận và kiến nghị 3

1.5.CẤU TRÚC LUẬN VĂN 3

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN 5

2.1.CƠSỞLÝTHUYẾT 5

2.1.1 Lý thuyết điều độ cơ bản 5

ix

2.1.2 Lý thuyết giải thuật di truyền 6

2.2.NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN LĨNH VỰC ĐIỀU ĐỘ TRONG LUẬN VĂN 8

2.3.PHƯƠNG PHÁP LUẬN 9

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG 12

3.1.THÔNG TIN CƠ BẢN 12

3.2.PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG 16

3.2.1 Đặc điểm khách hàng của các đơn hàng 16

3.2.2 Tiếp cận vấn đề 17

CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH HOÁ BÀI TOÁN 22

4.1.TỔNG HỢP CÁC THAM SỐ CẦN THIẾT 22

4.2.CÁC BƯỚC MÔ HÌNH HOÁ BÀI TOÁN ĐIỀU ĐỘ VÀO GIẢI THUẬT DI TRUYỀN (CHI TIẾT ĐẦY ĐỦ ĐOẠN CODE TRONG PHẦN PHỤ LỤC) 29

4.2.1 Chuẩn hoá định dạng dữ liêu 29

4.2.2 Khởi tạo quần thể đầu tiên (initial population) 30

4.2.3 Lai ghép và Đột biến (Crossover and mutation) 31

4.2.5 Xác định giá trị bằng hàm Fitness 33

4.2.6 Chọn lọc và so sánh 33

4.3.KIỂM TRA MÔ HÌNH 35

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 37

5.1 K ẾT QUẢ 37

5.2 Đ ÁNH GIÁ 37

5.3 K IẾN NGHỊ 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 39

PHỤ LỤC A: LỜI GIẢI BAN ĐẦU 40

PHỤ LỤC B: ĐOẠN CODE TRONG PYCHARM 41

PHỤ LỤC C: KẾT QUẢ THỨ TỰ CÔNG VIỆC ĐƯỢC ĐIỀU ĐỘ 45

PHỤ LỤC D: BẢNG ĐIỀU ĐỘ 46

x

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 2.1: Mô hình job shop 6

Hình 2.2: Sơ đồ giải thuật di truyền 8

Hình 3.1 Sơ đồ tổ chức công ty 13

Hình 3.2 Quy trình điều độ của công ty 14

Hình 4.1 Quy trình chạy của mô hình toán 29

Hình 4.2 Bảng minh hoạ các thông số khi nhập vào Excel trong mô hình toán 30

Hình 4.3: Cách thức tạo lời giải ban đầu 31

Hình 4.4: Cách thực chọn parent 1 và parent2 32

Hình 4.5: Cách thức chọn 2 điểm crossover point 1 và 2 32

Hình 4.6: Chọn hai điểm để đột biến bất kỳ 33

Hình 4.7: Giao diện kết quả sau khi chạy ra lời giải 34

Hình 4.8: Biểu đồ giữa makespan và số lần khởi tạo 34

Hình 4.9 Biểu đồ gant (Biểu đồ đầy đủ ở phần phụ lục) 35

Hình 4.10 Giao diện kết quả sau khi kiểm tra mô hình 36

Hình 4.11 Biểu đồ Gantt 36

xi

DANH SÁCH BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Bảng kế hoạch dự kiến tháng 7 17

Bảng 3.2 Bảng tiêu chuẩn giờ công 18

Bảng 3.3 Bảng theo dõi sản xuất của bộ phận TCD 19

Bảng 3.4 Tiến độ giao hàng 20

Bảng 4.1 Bảng ngày giao hàng trong mô hình toán 23

Bảng 4.2 Bảng tên công đoạn của đơn hàng 24

Bảng 4.3 Bảng quy trình các đơn hàng trong mô hình toán 25

Bảng 4.4 Thời gian gia công tính bằng ngày trong mô hình toán 26

Bảng 4.5 Quy ước ký hiệu đơn hàng và công đoạn trong mô hình toán 27

Bảng 4.6 Thời gian gia công tính bằng ngày trong mô hình toán sau khi chuyển đổi 28 Bảng 4.7: Công việc tương ứng với từng công đoạn và máy 35

Bảng 4.8: Thời gian gia công của từng công việc tương ứng vơi từng công đoạn 35

ty phải thiết kế hệ thống sản xuất hiệu quả Mỗi một quy trình tồn tại cần tổ chức tốt hoạt động quản lý sản xuất để cho ra được sản phẩm kinh tế nhất Quản lý sản xuất

có nghĩa là lên kế hoạch và kiểm soát nguồn lực sử dụng như: nhân công, vốn và nguyên vật liệu Kiểm soát nguồn lực sản xuất thể hiện hiệu suất sản xuất Đúng nguyên vật liệu, đúng số lượng và đúng thời điểm mới có thể thực hiện sản xuất Nếu một trong ba nhân tố trên không được đáp ứng thì không thể thực hiện được việc sản xuất Nhân công và máy móc không phát huy được tối đa năng lực, lợi nhuận công ty sẽ bị đe dọa

Việc lập kế hoạch sản xuất nói chung và điều độ sản xuất đặc biệt là trong gia công kim loại nói riêng đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu của khách hàng, đồng thời duy trì lòng tin đối với khách hàng cũ, cũng như thu hút thêm nhiều khách hàng mới tìm năng Nhiệm vụ cực tiểu thời gian hoàn thành dài nhất của các đơn hàng (Cmax) trong sản xuất là cần thiết để giúp doanh nghiệp tiết kiệm chi phí vận hành, định lượng được thời gian đáp ứng nhu cầu của khách hàng

1.2 Mục tiêu luận văn

1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng giải thuật di truyền xác định lời giải tốt hơn của mục tiêu cực tiểu thời gian hoàn thành cho bài toán điều độ job shop

1.2.2 Mục tiêu của luận văn

• Xây dựng bài toán điều độ job shop

• Phát triển chương trình điều độ

• Ứng dụng cho trường hợp thực tế vào chương trình điều độ

đó

1.3.2 Phạm vi công cụ

Các công cụ được sử dụng trong luận văn bao gồm:

- Dùng giải thuật di truyền (Genetic Algorithm) để phân công các đơn hàng cho

các trạm làm việc

- Các bước lập trình giải thuật di truyền được lập trình bằng ngôn ngữ Python

thông qua giao diện Pycharm

- Dùng phần mềm Excel cho việc nhập và xuất dữ liệu cần thiết

1.3.3 Phạm vi công việc

Phạm vi của đề tài, các số liệu liên quan nằm trong phạm vi bộ phận quản lý sản xuất, kế hoạch sản xuất, bộ phận kỹ thuật

1.4 Nội dung

1.4.1 Tìm hiểu đối tượng

Tìm hiểu, xác định việc lập kế hoạch sản xuất tại công ty Xem xét khả năng ứng dụng của hệ thống hiện tại với lý thuyết và các nghiên cứu liên quan Các bước thực hiện như sau:

- Tìm hiểu tổng quát về vấn đề cần nghiên cứu

- Xác định hiện trạng của vấn đề:

•Tìm hiểu Công ty TNHH Đại Nam Phát

•Xác định và tìm hiểu vấn đề hiện trạng tại công ty

•Thu thập các thông tin liên quan

•Phân tích dữ liệu

•Tham khảo các ý kiến của chuyên gia

3

1.4.2 Tìm hiểu các nghiên cứu liên quan

- Tham khảo các luận văn khóa trước

- Các tài liệu, bài báo nghiên cứu từ internet

1.4.3 Lập mô hình, thu thập và xử lý số liệu

Xác định mô hình điều độ tương ứng với hiện trạng của công ty Lập hàm mục tiêu với cực tiểu thời gian hoàn thành cực đại Mô hình bài toán điều độ đơn hàng với các mục tiêu trên được đưa vào giải thuật di truyền để tìm ra kết quả

1.4.4 Sử dụng phần mềm hỗ trợ

Sử dụng phần mềm Pycharm lập trình các bước giải thuật của giải thuật di truyền để giải bài toán điều độ trong việc cực tiểu thời gian hoàn thành cực đại trong mô hình job shop

1.4.5 Ứng dụng, phân tích, đánh giá phần mềm hỗ trợ

- Nhập các thông số cần thiết trên Exel, liên kết file Excel với mô hình giải thuật

- Đưa dữ liệu vào mô hình giải thuật di truyền trên phần mềm Pycharm

- Chạy Pycharm để ra được kết quả

1.5 Cấu trúc luận văn

- Chương 1: Đặt vấn đề Là phần giới thiệu sơ lược về vấn đề bao gồm đặt vấn đề,

mục tiêu của luận văn, phạm vi giới hạn của luận văn, nội dung luận văn, các nghiên cứu liên quan đến đề tài và cuối cùng là phần cấu trúc tổng quát của luận văn

4

- Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chương này sẽ trình bày về các khái niệm, lý thuyết

cơ sở liên quan đến đề tài nghiên cứu với các nội dung nghiên cứu Trong luận văn này, tôi xin trình bày 2 lý thuyết liên quan đó là:

• Điều độ cơ bản trong mô hình job shop

• Dùng giải thuật di truyền để giải bài toán mục tiêu cực tiểu thời gian hoàn thành cực đại trong môi trường job shop

- Chương 3: Phân tích hiện trạng và xác định vấn đề Đây là chương trọng tâm

của luận văn Phân tích việc điều độ thông qua các dữ liệu thu thập như số lượng, đơn hàng, máy móc và nhận xét

- Chương 4: Áp dụng giải thuật di truyền cho bài toán điều độ trong mô hình job

shop Trong chương này sẽ trọng tâm xây dựng lời giải hàm mục tiêu và các

biến vào giải thuật di truyền

- Chương 5: Kết luận Chương này sẽ tổng kết lại các kết quả mà luận văn đã

thực hiện được và phương hướng mở rộng

5

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN

2.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1.1 Lý thuyết điều độ cơ bản

Nguồn tài nguyên thường được đề cập trong điều độ sản xuất là máy móc Một máy móc có thể diễn tả bằng một phòng khách sạn hay một chiếc xe hơi, vv… Mỗi thực thể được gia công trên một máy gọi là công việc (job) Một công việc có thể là một thao tác riêng biệt hay là một tập hợp các thao tác trong quá trình sản xuất

Trong điều độ có sáu loại mô hình như sau là:

- Mô hình điều độ dự án

- Mô hình điều độ job shop

- Mô hình hệ thống sản xuất nâng chuyển tự động

- Mô hình điều độ hàng theo loạt

- Mô hình hệ thống đặt chỗ trước và lập thời gian biểu

- Mô hình điều độ nguồn nhân lực

Trong đó có bốn loại hình điều độ cơ bản nhất là:

- Mô hình một máy

- Mô hình máy song song

- Mô hình hình flow shop

- Mô hình job shop

[1] Mô hình job shop là mô hình sản xuất / dịch vụ mà mỗi công việc có một đường

đi riêng biệt qua những máy hoặc thiết bị khác nhau như hình 2.1 Job shop là tổng quát hoá của flow shop, một flow shop là một job shop mà trong đó mỗi công việc

có một đường đi riêng

Một bài toán điều độ job shop tổng quát với n công việc và m máy Mỗi công việc được thực hiện bởi một số máy cho trước và không chu trình Mục tiêu của bài toán

là cực tiểu makespan (Cmax)

6

Hình 2.1: Mô hình job shop

2.1.2 Lý thuyết giải thuật di truyền

Thuật toán di truyền gồm có bốn quy luật cơ bản là:

- Lai ghép

- Đột biến

- Sinh sản

- Chọn lọc tự nhiên

Quy trình lai ghép (phép lai):

Quá trình này diễn ra bằng cách ghép một hay nhiều đoạn gen từ hai nhiễm sắc thể cha-mẹ để hình thành nhiễm sắc thể mới mang đặc tính của cả cha lẫn mẹ Phép lai này có thể mô tả như sau:

- Chọn ngẫu nhiên hai hay nhiều cá thể trong quần thể Giả sử chuỗi nhiễm sắc thể

của cha và mẹ đều có chiều dài là m

- Tìm điểm lai bằng cách tạo ngẫu nhiên một con số từ 1 đến m-1 Như vậy, điểm

lai này sẽ chia hai chuỗi nhiễm sắc thể cha-mẹ thành hai nhóm nhiễm sắc thể con

là m1 và m2 Hai chuỗi nhiễm sắc thể con lúc này sẽ là m11+m22 và m21+m12

- Đưa hai chuỗi nhiễm sắc thể con vào quần thể để tiếp tục tham gia quá trình tiến

hóa

- Quá trình đột biến (phép đột biến)

Quá trình tiến hóa được gọi là quá trình đột biến khi một hoặc một số tính trạng của con không được thừa hưởng từ hai chuỗi nhiễm sắc thể cha-mẹ Phép đột biến xảy

7

ra với xác suất thấp hơn rất nhiều lần so với xác suất xảy ra phép lai Phép đột biến

có thể mô tả như sau:

- Chọn ngẫu nhiên một số k từ khoảng 1 ≥ k ≥ m

- Thay đổi giá trị của gen thứ k

- Đưa nhiễm sắc thể con vào quần thể để tham gia quá trình tiến hóa tiếp theo

Quá trình sinh sản và chọn lọc (phép tái sinh và phép chọn)

Phép tái sinh: là quá trình các cá thể được sao chép dựa trên độ thích nghi của nó

Độ thích nghi là một hàm được gán các giá trị thực cho các cá thể trong quần thể của nó Phép tái sinh có thể mô phỏng như sau:

- Tính độ thích nghi của từng cá thể trong quần thể, lập bảng cộng dồn các giá trị

thích nghi đó (theo thứ tự gán cho từng cá thể) ta được tổng độ thích nghi Giả sử quần thể có n cá thể Gọi độ thích nghi của cá thể thứ i là Fi, tổng dồn thứ i là Ft Tổng độ thích nghi là Fm

- Tạo số ngẫu nhiên F có giá trị trong đoạn từ 0 đến Fm

- Chọn cá thể k đầu tiên thỏa mãn F ≥ Ft đưa vào quần thể của thế hệ mới

- Phép chọn: là quá trình loại bỏ các cá thể xấu và để lại những cá thể tốt Phép

chọn được mô tả như sau:

Sắp xếp quần thể theo thứ tự độ thích nghi giảm dần

Loại bỏ các cá thể cuối dãy, chỉ để lại n cá thể tốt nhất

Tổng hợp lại các bước áp dụng giải thuật di truyền như sau:

8

Hình 2.2: Sơ đồ giải thuật di truyền

2.2 Nghiên cứu liên quan lĩnh vực điều độ trong luận văn

Điều độ nói chung và điều độ trong mô hình job shop nói riêng được xem là một vấn đề khó trong việc tìm ra các lời giải tối ưu trong điều kiện thế giới thực Trong điều độ có n công việc hữu hạn và m tập hợp máy và được xử lý theo thời gian và thứ tự nhất định, mục tiêu là giảm thiểu tổng thời gian cần thiết để hoàn thành cho tất cả công việc

Đã có nhiều nghiên cứu về các giải thuật với mục đích để giải bài toán này Những giải thuật đó là giải thuật tabu search, giải thuật tối ưu hoá đàn kiến (Ant colony optimization), giải thuật đàn ong nhân tạo (Artificial bee colony)…Mỗi giải thuật đều có ưu điểm và nhược điểm riêng, tuỳ vào vấn đề hiện tại cũng như yêu cầu của người giải quyết vấn đề mà ta sẽ sử dụng giải thuật thích hợp Trong phạm vi luận văn này, vì giải thuật di truyền được dùng để tiếp cận vấn đề này nên ta chỉ tập trung các đề tài nghiên cứu về giải thuật di truyền

Thông thường trong bài toán điều độ, mục tiêu là giảm thời gian của toàn bộ chương trình sản xuất, giảm thiểu độ trễ trung bình, tối đa hóa tải trọng của máy móc, hoặc trung bình có trọng số của nhiều tiêu chí tương tự [2] Trong vô số các vấn đề về lập kế hoạch sản xuất, vấn đề tổng quát về mô hình job shop là vấn đề có

9

nhiều nghiên cứu và nó khó giải quyết Bài toán điều độ job shop cổ điển có thể được phát biểu như sau: có m máy khác nhau và n công việc khác nhau được lên lịch Mỗi công việc bao gồm một tập hợp các thao tác và thứ tự vận hành trên máy được xác định trước Mỗi hoạt động được đặc trưng bởi máy yêu cầu và thời gian

xử lý cố định Có một số giả định được đưa ra khi giải quyết các vấn đề về lập lịch trình của cửa hàng việc làm, chẳng hạn như [3]: (1) mỗi máy là một thực thể riêng; (2) không cho phép ưu tiên; (3) chỉ có một trong mỗi loại máy; (4) các ràng buộc về công nghệ đã được biết trước và là bất biến; và (5) không có ngẫu nhiên, tất cả dữ liệu đều được biết và cố định Và có một số ràng buộc đối với các công việc và máy móc, như sau [4]: (1) một công việc không truy cập cùng một máy hai lần, (2) không có ràng buộc ưu tiên giữa các hoạt động của các công việc khác nhau, (3) một hoạt động không thể bị gián đoạn, (4) mỗi máy chỉ có thể xử lý một công việc tại một thời điểm, (5) không xác định thời gian phát hành cũng như ngày đến hạn Vấn đề là xác định trình tự hoạt động trên ứng dụng của thuật toán di truyền cho các vấn đề lập lịch cho mô hình job shop được các nhà nghiên cứu Yamada và Nakano báo cáo [5, 6] Các công trình cụ thể về việc sử dụng thuật toán di truyền cho các vấn đề lập lịch điều độ trong môi trường job shop dựa trên quy trình sản xuất đã được trình bày bởi Fang và cộng sự [7] và Gen et al [8] Trong [9] của đồng tác giả Yong Ming Wang và Hong Li Yin đã giới thiệu cách để mã hoá các chuỗi gen để tính toán hàm mục tiêu cực tiểu thời gian trễ cực đại trong mô hình job shop Tác giả Brahtiba [10] đã dùng phương pháp chọn lọc Roulette Wheel Section để chọn ra các lời giải sau khi các lời giải đã được xác định bằng hàm Fitness Brucker và Kampmeyer [11] đã trình bày một khuôn khổ chung để mô hình hóa và giải quyết các vấn đề lập lịch theo chu kỳ

Hiểu rõ các đối tượng nghiên cứu: thời gian bắt đầu, thời gian gia công, số lượng của đơn hàng và quy trình gia công, ngày giao hàng

10

tượng

Phương pháp

Quan sát và thu thập số liệu: xuống xưởng sản xuất trực tiếp quan sát sản phẩm và các trạm gia công, đồng thời hỏi ý kiến chuyên gia và xem xét số liệu từ các bộ phân liên quan là quản lý sản xuất, kế hoạch sản xuất, bộ phận kỹ thuật, bộ phận xuất hàng

Đầu ra Thông tin đối tượng nghiên cứu: thời gian bắt đầu, thời gian gia công, số lượng của đơn hàng và quy trình gia

công của từng đơn hàng, chi phí sản xuất của đơn hàng

Phương pháp

Trao đổi, thảo luận với các bộ phận liên quan để lấy số liệu gồm: Bảng kiểm kê cuối tháng, bảng kế hoạch

Đầu ra Thời gian hoàn thành các đơn hàng

Phương pháp

Xem xét các mô hình điều độ đã được học để xác định

mô hình hiện tại trong công ty

Đầu ra Xác định được những nhân tố cụ thể ảnh hưởng đến mô hình là thời gian gia công của trạm, quy trình sản xuất,

thời hạn giao hàng, thời gian hoàn thành đơn hàng

Cục tiểu thời gian hoàn thành của các đơn hàng

Phương pháp

Dùng giải thuật di truyền (GA) đề phân bổ các đơn hàng được đánh số ưu tiên vào các máy nhằm cực tiểu thời gian hoàn thành của toàn bộ số đơn hàng trên

Đầu ra Thứ tự điều độ công việc trên các trạm gia công Chi phí tiêu tốn cho đơn hàng sớm và đơn hàng trễ Kiểm

giá kết Đánh giá Mục đích Đánh giá kết quả giải pháp sau khi đã giải ra bài toán

11

quả kết

quả Phương pháp So sánh kết quả của việc trước và sau khi áp dụng giải thuật

Đầu ra Kết quả đánh giá

12

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG 3.1 Thông tin cơ bản

a) Giới thiệu về Công ty

Công ty Đại Nam Phát là một trong những công ty chuyên gia công, sản xuất cơ khí chính xác như xe trượt tuyết, xe máy, xe điện, linh kiện điện tử Công ty có nhiều chủng loại đơn hàng khác nhau trong đó được phân làm hai loại đơn hàng: loại đơn hàng sản xuất để bán và đơn hàng gia công

b) Các bộ phận của công ty

! Bộ phận kế toán:liên quan đến tài chính kế toán

! Bộ phận nhân sự: chịu trách nhiệm về nhân sự

! Bộ phận kinh doanh: có chức năng tiếp nhận đơn hàng và kết hợp với bộ phận

quản lý sản xuất để đáp ứng nhu cầu của khách hàng, dự báo thị trường đối với sản phẩm sản xuất để bán

! Bộ phận quản lý sản xuất: có nhiệm vụ dựa trên nhu cầu của khách hàng

thông qua bộ phận kinh doanh, bàn bạc với bộ phận kinh doanh để điều phối sản xuất

! Bộ phận vật tư: có nhiệm vụ quản lý vật tư tồn kho và xuất hàng

! Bộ phận sản xuất: gồm có 4 bộ phận nhỏ là cắt, dập, tiện, khoan

! Bộ phận chất lượng: quản lý, kiểm soát chất lượng

! Bộ phận bảo trì: có nhiệm vụ bảo trì và cải tiến năng suất của máy móc,

những vấn đề liên quan đến kỹ thuật và lập quy trình cho sản phẩm

13

- Sơ đồ cơ cấu hiện tại của công ty phận

Hình 3.1 Sơ đồ tổ chức công ty

Hội động quản trị

Ban giám đốc

Bộ

phận kế

toán

Bộ phận nhân

Bộ phận chất lượng

Bộ phận bảo trì

Bộ phận sản

Bộ phận kinh doanh

Bộ phận vật tư

Bộ phận quản lý sx

14

Hình 3.2 Quy trình điều độ của công ty

15

- Giải thích quy trình điều độ sản xuất

Bộ phận kinh doanh có nhiệm vụ tiếp nhận đơn hàng từ khách hàng, trong khi

đó bộ phận kỹ thuật sẽ dựa vào các yêu cầu kỹ thuật của khách hàng để sản xuất thử, sau đó lập ra quy trình sản xuất chính thức cho đơn hàng

Sau khi đã có quy trình sản xuất của dòng sản phẩm từ bộ phận kỹ thuật cũng như số lượng cần và ngày giao từ bộ phận kinh doanh Bộ phận quản lý sản xuất sẽ liên lạc với bộ phận vật tư để chuẩn bị vật liệu và phụ kiện đối với đơn hàng sản xuất Còn đối với đơn hàng gia công thì bộ phận vật tư sẽ nhập vật liệu từ khách hàng Dựa vào ba yếu tố số lượng, quy trình sản xuất và vật tư,

bộ phận quản lý sản xuất sẽ xem xét năng lực sản xuất và thời gian đáp ứng sau đó đưa xuống bộ phận sản xuất

Bộ phận quản lý sản xuất sẽ chuyển kế hoạch đến bộ phận sản xuất để cho máy móc chạy Nếu trong quá trình sản xuất không có vấn đề gì sẽ cho xuất hàng Nếu có sẽ phản hồi lại bộ phận quản lý sản xuất để điều chỉnh kế hoạch Hiện tại, kế hoạch sản xuất chung tại công ty Đại Nam Phát đang được lập theo hai mức:

- Kế hoạch tổng hợp bao gồm thông tin của sản phẩm tiêu thụ và số lượng đặt

hàng tổng quát của khách hàng

- Kế hoạch tuần bao gồm thông tin của sản phẩm sẽ được sản xuất, số lượng các

đơn hàng chi tiết trên các máy cụ thể, ngày bắt đầu sản xuất, ngày hoàn thành sản xuất

Kế hoạch tổng hợp được lập vào giữa tháng trước dựa trên kế hoạch tiêu thụ sản

phẩm và đặt hàng tổng quát của khách hàng trong tháng, năng lực sản xuất của nhà máy và lượng tồn kho vật liêu

Kế hoạch kỳ: là kế hoạch sản xuất tuần gồm 3 tuần, mỗi tuần gồm 10 ngày Được

lập dựa trên kế hoạch tiêu thụ và đặt hàng cụ thể từ khách hàng, năng lực sản xuất của các phân xưởng và lượng tồn kho vật liệu Kế hoạch tuần chính là kế hoạch tác nghiệp và là cơ sở để điều độ sản xuất

16

3.2 Phân tích hiện trạng

3.2.1 Đặc điểm khách hàng của các đơn hàng

Vì là công ty gia công cơ khí chính xác nên công ty có nhiều khách hàng khác nhau trong nước lẫn nước ngoài Tuy nhiên, chủ yếu có hai loại khách hàng: loại khách hàng đặt hàng thường xuyên và loại khách hàng đặt hàng theo mùa vụ

Đặc điểm khách hàng đặt hàng dài hạn:

- Đã ký hợp đồng dài hạn với số lượng lớn sản phẩm với công ty

- Tháng nào cũng đều phải sản xuất để giao với số lượng theo yêu cầu của khách

hàng

- Số lượng sản phẩm trong đơn hàng mỗi tháng hầu như không biến động lớn

- Quy trình gia công của các sản phẩm của các đơn hàng này hầu như không thay

đổi hoặc thay đổi không đáng kể (như đóng gói, màu sắc)

- Có thể sản xuất dư, số lượng dư được tồn kho hay sản xuất thiếu, có thể bù lại

cho các đợt sau

Đặc điểm khách hàng đặt hàng ngắn hạn (theo mùa vụ):

- Ký hợp đồng ngắn hạn với số lượng vừa và nhỏ với công ty

- Các đơn hàng của khách hàng này kết thúc vài tuần hoặc vài tháng

- Số lượng sản phẩm tuỳ vào khách hàng đặt

- Quy trình của mỗi khách hàng loại này là khác nhau, quy trình gia công phải thay

đổi tuỳ từng lúc đặt hàng của khách hàng để phù hợp với yêu cầu về kỹ thuật của khách hàng

- Không được sản xuất dư nhiều vì mỗi đơn hàng tương ứng với các thông số kỹ

Bảng 3.1 Bảng kế hoạch dự kiến tháng 7

Trước khi quyết định sản xuất chính thức, bộ phận kỹ thuật có nhiệm vụ tạo mẫu để đảm bảo các thông số kỹ thuật đúng theo yêu cầu của khách hàng Trong quá trình tạo mẫu của từng đơn hàng, Bộ phận kỹ thuật sẽ lập ra các công đoạn cho từng mã hàng khác nhau đồng thời ghi lại thời gian sản xuất của từng công đoạn chạy mẫu,

để bộ phận sản xuất dựa vào đó định mức thời gian gia công thực tế

Với những công đoạn đã được lập nên theo từng mã công đoạn, sau khi sản xuất thử

mà đúng với yêu cầu kỹ thuật của khách hàng, bộ phận kỹ thuật sẽ chứng nhận đơn

18

hàng có thể sản xuất theo quy trình đã lập, sau đó chuyển quy trình sản xuất và định mức thời gian chạy mẫu xuống cho bộ phận sản xuất, mỗi công đoạn tương ứng với từng trạm được như bảng 3.2

Bảng 3.2 bao gồm các thông tin sau:

- Mã công đoạn, mã linh kiện, tên công đoạn: Mỗi linh kiện đều có một đường đi

gia công riêng của nó, các công đoạn có thể trùng tên với nhau nhưng do yêu cầu kỹ thuật khác nhau, nên người ta quản lý thứ tự công đoạn bằng mã công đoạn tương ứng để dễ phân biệt Ví dụ như linh kiện 33600020A có công đoạn 1 được ký hiệu

là A0020A0404K14 tương ứng với tên công đoạn là khoan lỗ

- Mã thiết bị: là các máy sẽ phải gia công

- Tiêu chuẩn giờ công: Dựa vào trung bình giờ công (pcs/giây), hệ số giờ công, tiêu chuẩn sản lượng được tính với ba mức là 1 tiếng, 8 tiếng và 11 tiếng Tương đương với sản lượng pcs sẽ được làm ra trong khoảng thời gian đó

Thời gian chạy mẫu hầu như nhỏ hơn thời gian sản xuất thực tế, tuỳ vào từng đơn hàng mà dựa vào kinh nghiệm của bộ phận sản xuất, họ có thể xác định lại thời gian gia công thực tế là lớn hơn theo tỷ lệ phần trăm nhất định

Bảng 3.2 Bảng tiêu chuẩn giờ công

1h 100%

8h 100%

11h 100%

1314 50622b6K01 50622-VVB-3000 Taro K01 10.00 1.15 11.50 313 2,296 3,000

1124 A0020A0404K12 33600020A Khoan lỗ 20/02/2016 K12 39.00 1.11 43.29 83 610 797 Cải tiến thao tác

879 A0020A0404K15 33600020A Khoan lỗ 09/08/2016 Tham khảo K15 35.00 1.11 38.85 93 680 888 Lập mới

188 A0020A0404K17 33600020A Khoan lỗ 15/01/2016 18/01/2016 K17 30.80 1.11 34.19 105 772 1,009 Lập mới

1 A0020A0404K18-01 33600020A Khoan lỗ 01/07/2016 11/07/2016 K18 26.30 1.13 29.72 121 888 1,161 01 Cải tiến tốc độ A0020A0404K19 33600020A Khoan lỗ 06/06/2014 06/07/2014 K19 29.30 1.13 33.11 109 797 1,042 Lập mới

594 A0020A0404K20 33600020A Khoan lỗ 26/01/2016 30/01/2016 K20 31.50 1.11 34.97 103 755 987 Lập mới A0020A0404K22 33600020A Khoan lỗ 04/06/2014 06/06/2014 K22 33.70 1.11 37.41 96 706 922 Lập mới

457 A0020A0404K23 33600020A Khoan lỗ 27/01/2015 26/01/2015 K23 31.00 1.11 34.41 105 767 1,003 Lập mới

702 A0020A0404K37 33600020A Khoan lỗ 28/05/2015 tham khảo K37 41.00 1.11 45.51 79 580 758 Lập mới

509 A0023A0305K04 33600023A Khoan trở đầu 28/03/2014 K04 32.00 1.11 35.52 101 743 971 Lập mới

BẢNG TIÊU CHUẨN GIỜ CÔNG

Bộ phận: Khoan + TCD Ngày cập nhật: 04/09/2017

STT Mã công đoạn Mã số linh kiện Tên công đoạn

Tiêu chuẩn sản lượng Lần

sửa đổi

Lý do sửa đổi

Hệ số TCGC

Tiêu chuẩn giờ công (pcs/

Ngày phát hành Mã thiết

bị

Trung bình giờ công (pcs/giây) Ngày áp

dụng