فصل 3 مدلسازی و تعریف مسأله. 30

3-1 مقدمه. 51

3-2 بیان مسأله. 51

3-3 رویکرداستراتژیک-عملیاتی.. 52

3-3-1 فاز اول: فاز استراتژیک(طراحی). 53

3-3-1-3 مدل پیشنهادی برای فاز استراتژیک(طراحی). 58

3-4 فازدوم: فاز عملیاتی.. 62

3-5 روش پیشنهادی برای اجرای فاز عملیاتی.. 63

3-5-1 قابلیت اطمینان.. 64

3-5-2 مدلسازی ریاضی برای فاز عملیاتی.. 69

فصل 4 رویکردهای حل.. 72

4-1 مقدمه. 73

4-2 روش حل فاز استراتژیک(برنامه ریزی دوهدفه) 73

4-2-1 روش Ɛ-محدودیت… 75

4-3 روشه­ای تکاملی.. 76

4-3-1 ساختار جواب برای الگوریتم ژنتیک…. 76

4-3-2 الگوریتم ژنتیک…. 80

4-3-3 الگوریتم جستجوی فاخته. 86

4-4 تنظیم پارامترها برای الگوریتم­های فراابتکاری با استفاده از روش تاگوچی.. 91

4-5 جمع­بندی.. 93

فصل 5 تحلیل نتایج.. 95

5-1 مقدمه. 96

5-2 نتایج بدست آمده از فاز اول: فاز استراتژیک(طراحی) 96

5-2-1 تخمین سناریو زمان انجام عمل جراحی.. 98

5-2-2 حل دقیق با رویکرد -محدودیت و استفاده از نرمافزار GAMS IDE/Cplex. 99

5-3 نتایج بدست آمده از فاز دوم: فاز عملیاتی.. 106

5-4 تنظیم پارامترهای الگوریتم ژنتیک با استفاده از روش تاگوچی.. 109

5-5 مسائل با ابعاد کوچک.. 112

5-5-1 نتایج حاصل از حل دقیق مسائل کوچک و تحلیل آن.. 116

5-5-2 نتایج حاصل از حل مسائل کوچک با الگوریتم های فرا ابتکاری و مقایسه آن با حل دقیق.. 119

5-6 مسائل با ابعاد متوسط.. 125

5-6-1 نتایج حاصل از حل دقیق مسائل متوسط و تحلیل آن.. 127

5-6-2 نتایج حاصل از حل مسائل متوسط با الگوریتم های فرا ابتکاری و مقایسه آن با حل دقیق.. 130

5-7 نتایج حاصل از حل مسائل بزرگ با الگوریتم های فرا ابتکاری و مقایسه آن با حل دقیق.. 135

5-8 جمع­بندی.. 136

فصل 6 نتیجه­گیری و پیشنهاد برای تحقیقات آتی.. 109

6-1مقدمه. 138

6-2 نتیجه­گیری.. 139

6-3 پیشنهاد برای تحقیقات آتی.. 140

فهرست منابع. 142

پیوست الف داده­های استفاده شده در این تحقیق.. 148

واژه نامه فارسی به انگلیسی.. 156

واژه نامه انگلیسی به فارسی.. 157

فهرست جدول­ها

جدول 2-1 برخی از مسائل زمانبندی جریان کارگاهی انعطاف پذیر. 13

جدول 2-2 دسته بندی مطالعات بر روی زمان­بندی FFS تحت عدم قطعیت 21

جدول 5-1 زمان انجام یک عمل جراحی خاص توسط تیم اول در یک ماه گذشته مرتب شده به صورت صعودی 78

جدول 5-2 جراحی­های درنظر گرفته شده در فاز طراحی و تعداد تیم موجود در هر حوزه. 80

جدول 5-3 هزینه­های بکارگیری هر تیم با واحد قرار دادن هزینه تیم اول بیهوشی.. 81

جدول 5-4 تعداد تیم­های انتخاب شده با توجه به تخصص مربوطه 85

جدول 5-5 نحوه شماره­گذاری تیم­ها در مرحله بعد(فاز عملیاتی) به صورت جدول زیر می­باشد. 85

جدول 5-6 میانگین زمان انجام عمل­های جراحی و بیهوشی.. 87

جدول 5-7 سطح­های درنظر گرفته شده برای پارامترهای الگوریتم ژنتیک 90

جدول 5-8 حالت های پیشنهادی روش تاگوچی.. 91

جدول 5-9 ابعاد مسائل نمونه با سایز کوچک… 94

جدول 5-10 ابعاد مسائل نمونه با سایز کوچک تعداد جراحی­هایی که در یک روز باید انجام شود. 95

جدول 5-11 نتایج به­دست آمده از حل دقیق مسائل در ابعاد کوچک… 96

جدول 5-12 نتایج حل مسائل نمونه با سایز کوچک توسط الگوریتم­های فرا ابتکاری و مقایسه آن با نتایج حل دقیق 100

جدول 5-13 ابعاد مسائل نمونه با سایز متوسط.. 105

جدول 5-14 ابعاد مسائل نمونه با سایز متوسط تعداد جراحی­هایی که در یک روز باید انجام شود. 106

جدول 5-15 نتایج حاصل از حل مسائل معرفی شده در ابعاد متوسط.. 107

جدول 5-16 نتایج حل مسائل نمونه با سایز متوسط توسط الگوریتم­های فراابتکاری و مقایسه آن با نتایج حل دقیق 111

جدول5-17 مقایسه عملکرد الگوریتم فراابتکاری با روش حل دقیق در راستای بهینگی جواب­ها و زمان حل مسائل با سایز بزرگ.. 116

فهرست شکل­ها

شکل 1-1 نمودار جریان بیماران 6

شکل 2-1 ساختار کلی مسأله جریان کارگاهی انعطاف­پذیر. 11

شکل 2-2 توزیع معیارهای بکار گرفته شده در زمان­بندی جریان کارگاهی انعطاف پذیر 15

شکل 4-1 ساختار کلی جواب.. 57

شکل 4-2 ساختار جواب برای سه تیم بیهوشی و پنج تیم جراحی.. 58

شکل 4-3 مثالی عددی ساختار جواب برای سه تیم بیهوشی و پنج تیم جراحی 58

شکل 4-4 تعداد جواب­های مشابه برای سطر مربوط به بیهوشی برای حالت سه تیم بیهوشی.. 59

شکل 4-5 ساختارجواب­ برای سطر مربوط به بیهوشی برای حالت چهار تیم بیهوشی.. 59

شکل 4-6 تعداد جواب­های مشابه برای سطر مربوط به بیهوشی برای حالت چهار تیم بیهوشی.. 60

شکل 4-7 شبه کد ارائه شده برای الگوریتم ژنتیک… 61

شکل 4-8 مثالی برای نشان دادن نحوه عملکرد عملگرها 62

شکل 4-9 نحوه کارکرد عملگر تقاطع الگوریتم ژنتیک و جواب بدست آمده از عملگر تقاطع. 62

شکل 4-10 فرزندهای حاصله و عمل موجه سازی.. 64

شکل 4-11 نحوه عملکرد عملگر جهش… 65

شکل 4-12 شبه کد ارائه شده در برای الگوریتم جستجوی فاخته. 68

شکل 4-13 یک جواب اولیه برای نمایش نحوه عملکرد عملگرها 69

شکل 4-14 نحوه عملگر پرواز لووی.. 69

شکل 4-15 فرآیند موجه سازی جواب.. 70

شکل 5-1 مرز پارتو با استفاده از حل دقیق دو هدفه فاز یک… 82

شکل 5-2 توالی انجام هر کار بر روی هر تیم جراحی و بیهوشی بعد از حل فاز اول (طراحی) 84

شکل 5-3 فاکتورهای کنترلی بر پایه نرخ (S/N) 92

شکل 5-4 ترکیب بهینه سطوح پارامترها 92

شکل 5-5 نمودار تغیرات f1* با حل دقیق مسائل با اندازه کوچک… 97

شکل 5-6 نمودار تغیراتf2* با حل دقیق مسائل با اندازه کوچک… 97

شکل 5-7 نمودار تغیراتf3* با حل دقیق مسائل با اندازه کوچک… 98

شکل 5-8 نمودار تغیراتz* با حل دقیق مسائل با اندازه کوچک… 98

شکل 5-9 نمودار تغیرات زمان اجرا با حل دقیق مسائل با اندازه کوچک… 99

شکل 5-10 تغیرات تابع هدف با استفاده از روش های مختلف.. 101

شکل 5-11 نمودار تغییرات زمان اجرا با در نظر گرفتن روش های مختلف.. 101

شکل 5-12 روند بهینگی نسبی جواب­های به دست آمده و زمان حل.. 102

شکل 5-13 نمودار تغیرات f1* با حل دقیق مسائل با اندازه متوسط.. 108

شکل 5-14 نمودار تغیرات f2* با حل دقیق مسائل با اندازه متوسط.. 108

شکل 5-15 نمودار تغیرات f3* با حل دقیق مسائل با اندازه متوسط.. 109

شکل 5-16 نمودار تغیراتz* با حل دقیق مسائل با اندازه متوسط.. 109

شکل 5-17 نمودار تغیرات زمان اجرا با حل دقیق مسائل با اندازه متوسط.. 110

شکل 5-18 تغیرات تابع هدف با استفاده از روش های مختلف.. 112

شکل 5-19 نمودار تغییرات زمان اجرا با در نظر گرفتن روش های مختلف.. 113

شکل 5-20 مقایسه عملکرد الگوریتم­های فراابتکاری و حل دقیق.. 114

شکل 5-21 نمودار تابع هدف-زمان الگوریتم جستجوی فاخته برای مسأله m43 115

چکیده
زمان­بندی جریان کارگاهی انعطاف پذیر یکی از مسائلی است که به شرایط دنیای واقعی بسیار نزدیک است و در دهه گذشته مطالعات زیادی را به خود اختصاص داده است. در این تحقیق هدف استفاده از یک سیستم جریان کارگاهی انعطاف پذیر برای طراحی یک مکانیزم عمل جراحی و همچنین تعین توالی بیماران استفاده شده است. این تحقیق شامل دو فاز است که فاز اول با نام فاز استراتژیک یا طراحی و فاز دوم با نام فاز عملیاتی یا برنامه­ریزی عنوان شده اند. در مرحله اول هدف انتخاب تیم­های مناسب برای سیستمی که قرار است پیاده سازی شود و مرحله دوم با استفاده از اطلاعات و نتایج بدست آمده در فاز اول به برنامه­ریزی بیمارانی که قرار است جراحی شوند می­پردازد. فاز اول که یک مدل برنامه­ریزی عدد صحیح مختلط دو هدفه است در یکی از دو معیار پارامتر زمان، غیر قطعی در نظر گرفته می­شود و به همین خاطر از زمان­بندی استوار برای فرموله کردن تابع هدف مربوط به زمان استفاده شده است. حل مدل دوهدفه فاز اول با استفاده از رویکرد -محدودیت صورت پذیرفته است.. در فاز دوم نیز از رویکردی بر مبنای قابلیت اطمینان استفاده شده است که برای نیل به این به این هدف سه معیار در تابع هدف بکار برده شده است. برای حل فاز دوم چون مسأله حالت NP-hard دارد برای مسائل بزرگ دو الگوریتم فرا ابتکاری معرفی شده است. در ابتدا نتایج حاصل از حل دقیق مسائل کوچک و متوسط با استفاده از نرم­افزار GAMS و الگوریتم­های فرا ابتکاری معرفی شده با هم مقایسه شده است. نتایج حاصله نشان می­دهد که که نتایج حاصل ازاعتبار سنجیآن­ها رضایت بخش است به این صورت که الگوریتم­های فرا ابتکاری در کمتر از نصف زمان حل دقیق به جواب بالاتر از 90 درصد نزدیک به جواب بهینه می­رسند. همچنین الگوریتم جستجوی فاخته نیز نسبت به الگوریتم ژنتیک از کارایی بیشتری در این مسائل برخوردار است.

مقدمه

در دنیای امروز با توجه به پیشرفت سریع تکنولوژی، سازمان ها از حالت انحصاری بیرون آمده و نیاز به رقابت در آن ها شدیدا احساس می شود. در این میان یکی از عواملی که می تواند یک سازمان را در عرصه رقابت مطرح سازد، توانایی آن در فراهم کردن محصولی با کیفیت، در کوتاه ترین زمان و با کمترین هزینه­ی ممکن است. برای باقی ماندن در بازارهای بسیار رقابتی جهانی که به سرعت در حال تغییر و پیشرفت است، شرکت­های تولیدی باید برای دستیابی به سیستم هوشمندتر و چابک بسیار تلاش کنند. بنابراین ،با توجه به عواملی چون رقابت و نوسانات تقاضا، چگونگی آماده کردن محصول دارای اهمیت ویژه­ای است. محصولات یک کارخانه با توجه به سیستم برنامه­ریزی تولید آن، یا به شیوه ی مستقیم درون کارخانه تولید می­شوند و یا برون سپاری می­شوند. در این سیستم، برنامه ریزی در شرایط عدم قطعیت، مانند خرابی دستگاه­ها و زمان پردازش تصادفی، حیاتی و کارا به نظر می رسد. تولیدات داخلی کارخانه ،با توجه به نیازهای متنوع مشتریان، عموما دارای مسیر های کاری متفاوت هستند و در واقع مسأله جریان کارگاهی انعطاف پذیر[1] در حالت عدم قطعیت بیشتر به شرایط واقعی دنیای امروزه شباهت دارد و حل بهینه ی این مسأله از دیدگاه کمینه سازی معیارهایی چون دامنه عملیات، میزان تأخیر کارها و بیشترین استفاده از ماشین آلات، بسیار حائز اهمیت است.

زمان­بندی محصول یک فرآیند تصمیم گیری برای تخصیص منابع محدود مانند ماشین ها، تجهیزات حمل مواد، اپراتور ها، و ابزارها به کار ها برای رسیدن به یک هدف معین می باشد. مطالعات گذشته در این زمینه عموما در فضای ایستا با تعداد کارهای ثابت، زمان پردازش قطعی، در نظر نگرفتن حوادث غیر مترقبه که می­تواند بر روی انجام کار ها تاثیر بگذارد، می­باشد. در شرایط واقعی تولید، فضا پویا است و حالت های غیر قطعی و احتمالی مانند خرابی ماشین، زمان­های پردازش احتمالی، هجوم سفارشات و غیره وجود دارد. بنابراین زمانبندی محصول تحت عدم قطعیت در سال های اخیر توجه زیادی را به خود جلب کرده است. مسأله زمان بندی جریان کارگاهی در مطالعات گذشته به صورت تک هدفه در حالت قطعی در نظر گرفته می شد. در حالی که این مسائل در ذات خود به صورت چند هدفه می باشد و محدوده وسیعی از عدم قطعیت را در بر می­گیرد. مسأله جریان کارگاهی انعطاف پذیر نیز مانند جریان کارگاهی باید به صورت چند هدفه و در حالت عدم قطعیت در نظر گرفته شود.

برنامه ریزی مسأله جریان کارگاهی انعطاف پذیر به دلیل کاربرد گسترده ای در انواع صنایع در دنیای واقعی از اهمیت زیادی برخوردار است. برنامه ریزی جریان کارگاهی انعطاف پذیر یک مسأله بهینه سازی NP-hard می باشد. در نظر گرفتن عدم قطعیت باعث پیچیده تر شدن این مسأله خواهد شد.در این مطالعه ابتدا به مدلسازی مسأله زمانبندی جریان گارگاهی انعطاف پذیر در شرایط عدم قطعیت می پردازیم سپس با توجه به NP-hard بودن مسأله با استفاده از الگوریتم های فرا ابتکاری به حل آن خواهیم پرداخت.

کاربرد رویکرد استوار در شرایط عدم قطعیت است. این رویکرد در مطالعات گذشته در مسائل زمان­بندی نیز جایگاهی برای خود یافته است. با استفاده از رویکرد زمان­بندی استوار می­توان زمان­بندی اولیه را به نحوی ایجاد کرد که تغییر داده­ها در زمان اجرای برنامه، کمترین تغییرات و اثرات را در زمان­بندی اولیه منجر شود.