بهبود چیدمان خط تولید کارخانه شرق جامه با استفاده از شبیه سازی سیستمهای صف

مقدمه

« همه ما ناراحتي انتظار كشيدن در صف را تجربه كرده ايم. متأسفانه اين پديده با افزايش تراكم جمعيت و شهري شدن روز افزون جامعه بيش از پيش گسترش مي‌يابد. در تراكم ترافيك و يا براي پرداخت عوارض راه، در اتومبيلمان به انتظار مي‌نشينيم. در فروشگاههاي بزرگ براي پرداخت بهاي اقلامي كه انتخاب كرده ايم در صف به انتظار مي‌ايستيم. در آرايشگاهها، در سالنهاي زيبايي در صف به انتظار مي مانيم. در اداره پست به صف مي ايستيم و قس علي هذا. ما به عنوان متقاضي عموماً اين گونه انتظار كشيدن را دوست نداريم. مديران مؤسساتي كه ما در صفهاي آنان نوبت گرفته‌ايم نيز انتظار كشيدن ما را دوست ندارند، زيرا ممكن است اين صفها براي آنان هزينه‌هايي داشته باشد. پس چرا بايد انتظار كشيد؟ پاسخ اين سؤال نسبتاً ساده است. زيرا درخواست سرويس، بيش از امكانات سرويس دهي است. چرا چنين است؟ ممكن است دلايل زيادي موجود باشد. مثلاً ممكن است سرويس دهندگان موجود كم باشند. ممكن است فراهم كردن سطحي از سرويس تا حد جلوگيري از تشكيل صف انتظار، از نظر اقتصادي غير عملي باشد و يا ممكن است فضاي لازم براي سرويسي كه مي توان ارائه داد محدود باشد. معمولاً اين محدوديتها را مي توان با صرف هزينه از ميان برداشت. براي دانستن اندازه سرويسي كه بايد موجود باشد احتياج به دانستن پاسخ سؤالهايي نظير سؤالهاي زير است.

«چه مدت متقاضي بايد انتظار بكشد؟» و يا «چند متقاضي در صف خواهند بود؟» نظريه صف سعي دارد كه به اين قبيل سؤالها بر اساس تحليل رياضي مبسوط پاسخ دهد. يك سيستم صف‌بندي را مي توان چنين توصيف كرد كه متقاضيان براي اخذ سرويس مراجعه      مي كنند، اگر ارائه سرويس بلافاصله مقدور نباشد منتظر مي‌مانند و بعد از اخذ سرويس سيستم را ترك مي‌كنند.»(شاهكار ، 1372، 8-7)

          در اين قسمت به ارائه دلايلي براي استفاده از شبيه سازي به عنوان ابزاري جهت تجزيه و تحليل سيستم هاي صف مي پردازيم. اولين سؤالي كه به نظر مي رسد اين است كه چرا مي‌بايست سيستم هاي صف را شبيه سازي كرد؟ در جواب بايد گفت كه معمولاً اگر بتوان سيستمي را مدلسازي رياضي نمود آنرا شبيه سازي نمي‌كنند. هنگاميكه سيستم مورد نظر پيچيده بود و شامل عناصر متقابل الاثر زيادي باشد، تجزيه و تحليل رياضي سيستم ممكن است خارج از تواناييهاي تحليلگر باشد، اما از آنجائيكه شبيه سازي معمولاً توانايي تجزيه و تحليل هر سيستمي را دارد پيچيدگي سيستم مسئله لاينحلي نخواهد بود. بنابراين مهمترين فايده شبيه سازي اين است كه از مدلهاي شبيه سازي مي‌توان براي تنوع وسيعي از مسائل از جمله سيستمهاي پيچيده اي كه مدلسازي رياضي آنها مناسب نباشد استفاده نمود.

          دومين نكته مهم آن است كه معمولاً ساخت يك مدل شبيه سازي احتياج به تجربه كمتري در رياضيات و تئوري احتمالات در مقايسه با ميزان مورد نياز براي تحليل مشابهي از طريق مدلسازي رياضي دارد. لذا آساني استفاده از شبيه سازي را مي‌توان جزء نكات مثبت آن به شمار آورد كه همين آساني استفاده بعضي مواقع مي‌تواند زيان آور باشد، مثلاً بعضي از تحليلگران حتي در جايي كه تكنيكهاي رياضي به آساني قابل استفاده هستند، استفاده از شبيه‌سازي را ترجيح مي‌دهند.
(ايرواني، 1372، 446- 445)

1-1- بيان مسئله تحقيق

در دنياي امروز با توجه به پيشرفت تكنولوژي، سازمانها در تلاش هستند كه از رقبا پيشي بگيرند و اين جز با برنامه ريزي دقيق و به كارگيري صحيح منابع و امكانات امكان پذير نيست. بنابراين مديران با توجه به پيچيدگي سيستمها، بايد با استفاده از ابزارهاي مناسب مانند برنامه ريزي خطي، برنامه ريزي پويا، برنامه ريزي اعداد صحيح، شبيه سازي، تئوري صف و … كه براي تحليل سيستم هاي وجود دارند، برنامه‌ريزي صحيحي انجام داده و از به هدر رفتن منابع جلوگيري كنند.

تمامي روشهاي فوق به جز شبيه سازي سعي در ساده سازي سيستم دارند و قادر نيستند بسياري از روابط پيچيده و عوامل تصادفي سيستم واقعي را در نظر بگيرند و دقت تحليل سيستم را پايين مي آورند و مدلسازي نيز به روشهاي فوق بسيار مشكل است. بنابراين شبيه سازي را مي‌توان يكي از پرقدرت ترين ابزارهاي تحليل موجود براي افراد مسئول طراحي و بهره برداري از فرآيندها دانست.

مديريت بايد در مورد نوع تجهيزات مورد لزوم، ميزان خروجي قابل قبول، استفاده از انواع مواد بين ايستگاهها، ثابت يا انعطاف پذير بودن خط تصميم گيري نمايد. با استفاده از شبيه سازي در برنامه ريزي توليد مي توان مديران و سازمانها را در دسترسي به اهداف از پيش تعيين شده ياري نمود. خط توليد كارخانه شرق جامه يزد به سه بخش اصلي برش، دوخت و شست تقسيم شده است. كارخانه در قسمت برش به دليل بهره‌مندي از دستگاههاي بسيار پيشرفته با حجم بسيار بالا با مشكل خاصي مواجه نمي‌باشد. بخشهاي دوخت و شست با مشكلاتي در هنگام توليد مواجه مي‌شوند.

بنابراين مسئله در اين تحقيق، بالانس تجهيزات توليدي، شناسايي گلوگاهها و بهبود چيدمان خط توليد با استفاده از شبيه سازي مي باشد.

فهرست مطالب

عنوان                                                                                             صفحه

فصل اول : كليات طرح ………………………………………………………………………………. 1

مقدمه ……………………………………………………………………………………………………….. 2

1-1 بيان مسئله تحقيق ………………………………………………………………………………… 3

1-2 اهداف تحقيق ………………………………………………………………………………………. 4

1-3 اهميت موضوع تحقيق و انگيزش انتخاب آن ……………………………………………. 4

1-4 فرضيه تحقيق ……………………………………………………………………………………… 5

1-5 مدل تحقيق ………………………………………………………………………………………….. 5

1-6 واژه‌هاي كليدي و تعاريف عملياتي متغيرها …………………………………………….. 6

1-7 روش تحقيق ……………………………………………………………………………………….. 6

1-8  قلمرو تحقيق ………………………………………………………………………………………. 7

1-9 جمع آوري اطلاعات …………………………………………………………………………….. 7

1-10 محدوديتها و مشكلات تحقيق ………………………………………………………………. 8

1-11 مراحل انجام تحقيق ……………………………………………………………………………. 8

فصل دوم : مطالعات نظري ……………………………………………………………………… 10

2-1-1 برنامه ريزي توليد ………………………………………………………………………… 11

2-1-2 تعادل خط توليد ……………………………………………………………………………. 11

2-1-3 اطلاعاتي كه براي تعادل خط توليد نياز است …………………………………… 12

2-1-4 ذخيره موجوديهاي ميان فرآيند ……………………………………………………… 13

2-1-5 تعادل خط توليد (‌مونتاژ) ……………………………………………………………….. 14

2-1-6 تعيين تعداد بهينه ايستگاه‌هاي كاري ……………………………………………….. 14

2-1-7 تقدم و تأخر عمليات ……………………………………………………………………… 15

2-2-1 تئوري صف ………………………………………………………………………………… 16

2-2- 2 تاریخچه …………………………………………………………………………………….. 17

2-2-3 برخي از كابردهاي گوناگون تئوري صف ……………………………………….. 17

2-2-4 مشخصه‌هاي فرآيند صف بندي………………………………………………………. 18

2-2-4- 1 الگوي ورود متقاضيان …………………………………………………………….. 19

2-2-4-2 الگوي خدمت دهي ……………………………………………………………………. 20

2-2-4-3 تعداد خدمت دهندگان (‌كانالهاي خدمت ) ……………………………………… 20

2-2-4-4 ظرفيت صف ( گنجايش سيستم ) ………………………………………………… 21

2-2-4-5 جمعيت مشتريان بالقوه ……………………………………………………………… 21

2-2-4-6 نظم سيستم ……………………………………………………………………………… 21

2-2-4-7 مراحل خدمت …………………………………………………………………………… 22

2-2-5 نحوه نمايش يك سيستم صف ………………………………………………………… 22

2-2-6 معيارهاي ارزيابي يك سيستم صف ……………………………………………….. 23

2-2-7 فرايند تولد و مرگ…………………………………………………………………………. 24

2-2-7-1 مدل M/M/1……………………………………………………………………………. 26

2-2-7-2 مدل M/M/C……………………………………………………………………………. 26

2-2-7-3 مدل M/M/C/K……………………………………………………………………….. 27

2-2-7-4 مدل M/M/C/C……………………………………………………………………….. 27

2-2-7-5 مدل …………………………………………………………………………. 27

2-2-7-6 مدل M/M/C/K/M………………………………………………………………….. 27

2-2-8 مدلهاي ماركوفي صف ………………………………………………………………….. 28

2-2-8-1 مدل باورود گروهي M(x)/M/1…………………………………………………… 29

2-2-8-2 مدل با خدمت دهي گروهي ………………………………………………………… 29

2-2-8-3 مدلهاي ارلنگ …………………………………………………………………………… 30

2-2-8-3-1 مدلهاي M/EK/1…………………………………………………………………… 30

2-2-8-3-2 مدل EK/M1………………………………………………………………………… 30

2-2-8-4 مدل M/HE2/1…………………………………………………………………………. 31

2-2-8-5 نظام اولويت …………………………………………………………………………….. 31

2-2-9-1 شبكه‌هاي صف ………………………………………………………………………… 32

2-2-9-2 شبكه‌هاي جكسون ……………………………………………………………………. 33

2-2-9-2-1 شبكه‌ صفهاي سيكلي ……………………………………………………………. 33

2-2-9-2-2 سيستمهاي سري صف …………………………………………………………. 34

2-2-9-2-3 شبكه‌هاي باز جكسون ………………………………………………………….. 35

2-3 مدلهاي آماري سودمند …………………………………………………………………….. 35

2-3-1 توزيع برنولي ……………………………………………………………………………….. 36

2-3-2 توزيع دو جمله‌اي …………………………………………………………………………. 36

2-3-3 توزيع دو جمله‌اي منفي …………………………………………………………………. 36

2-3-4 توزيع هندسي ………………………………………………………………………………. 37

2-3-5 توزيع چند جمله‌اي ……………………………………………………………………….. 37

2-3-6 توزيع پواسون ……………………………………………………………………………… 37

2-3-7 توزيع يكنواخت …………………………………………………………………………….. 38

2-3-8 توزيع نمايي …………………………………………………………………………………. 38

2-3-9 توزيع نرمال ………………………………………………………………………………… 38

2-3-10 توزيع گاما …………………………………………………………………………………. 39

2-3-11 توزيع بتا …………………………………………………………………………………… 40

2-3-12 توزيع لاجستيك ………………………………………………………………………….. 40

2-3-13 توزيع مثلثي ……………………………………………………………………………….. 41

2-3-14 توزيع ارلنگ ………………………………………………………………………………. 41

2-3-15 توزيع ویبل ………………………………….. …………………………………………………42

2-4 آزمونهاي برازندگي ………………………………………………………………………….. 43

2-4-1 آزمون مربع كاي …………………………………………………………………………. 43

2-4-2 آزمون برازندگي كولموگروف – اسميرنف ……………………………………… 44

2-5 تصميم گيريهاي چند معياره ………………………………………………………………. 45

2-5-1 روش تاپسيس ……………………………………………………………………………… 46

2-6-1 تاريخچه شبيه سازي ……………………………………………………………………. 48

2-6-2 مقدمه‌اي بر شبيه سازي ……………………………………………………………….. 48

2-6-3 مزايا و معايب شبيه سازي ……………………………………………………………. 49

2-6-4 زمينه كاربرد ……………………………………………………………………………….. 50

2-6-5 سيستمها و پيرامون سيستم …………………………………………………………… 51

2-6-6 اجزاي سيستم ……………………………………………………………………………… 51

2-6-7 سيستمهاي گسسته و پيوسته ………………………………………………………… 52

2-6-8 مدل سيستم …………………………………………………………………………………. 53

2-6-9 هنر مدلسازي ………………………………………………………………………………. 53

2-6-10 انواع مدلها …………………………………………………………………………………. 54

2-6-11 شبيه سازي سيستمهاي گسسته – پيشامد……………………………………… 55

2-6-12 جاذبه‌هاي شبيه سازي به عنوان ابزار تجزيه و تحليل مسئله …………… 55

2-6-13 گامهاي اساسي در بررسي مبتني بر شبيه سازي …………………………… 57

2-6-14 نقل قولهاي مشهور شبيه سازي …………………………………………………… 61

2-7 تاريخچه شركت شرق جامه……………………………………………………………….. 62

2-8 پيشينه تحقيق …………………………………………………………………………………… 64

2-8-1 تخمين ماكزيمم طول صف با استفاده از شبيه سازي ……………………….. 64

2-8-2 مدلسازي و شبيه سازي فرآيند توليد كارخانه روغن نباني گلناز كرمان 64

2-8-3 مديريت صف در درمانگاه با استفاده از شبيه سازي ……………………….. 65

2-8-4 استفاده از شبيه سازي در رستوران ……………………………………………… 65

2-8-5 استفاده از الگوريتم ژنتيك براي حل مشكلات چيدمان تجهيزات …………. 65

فصل سوم : مدل سازي تحقيق …………………………………………………………………. 66

3-1 معرفي كارخانه ………………………………………………………………………………… 67

3-1-1 واحد برش …………………………………………………………………………………… 67

3-1-2 واحد دوخت ………………………………………………………………………………… 67

3-1-3 واحد شست …………………………………………………………………………………. 68

3-2 نمونه‌گيري و توزيعهاي نمونه‌گيري ……………………………………………………. 68

3-2-1تعيين اندازه نمونه …………………………………………………………………………. 70

3-2-2 تعيين توزيع حاكم بر هر يك از دستگاهها ……………………………………….. 71

3-3 ايجاد ، آزمايش و تعيين اعتبار مدل ……………………………………………………. 71

3-3-1 تعيين اعتبار مدل و تطبيق با سيستم واقعي ……………………………………… 73

3-3-2 تعيين اعتبار تبديلهاي ورودي به خروجي مدل …………………………………. 73

فصل چهارم : تجزيه و تحليل يافته‌هاي تحقيق ………………………………………….. 75

4-1 بررسي واحد برش …………………………………………………………………………… 76

4-1-2-1 تعيين چيدمان موجود در واحد دوخت ………………………………………… 77

4-1-2-2 آشنايي مختصر با ماشين آلات واحد دوزندگي ……………………………. 80

4-1-3 بررسي فرآيند توليد در واحد شست ………………………………………………. 83

4-2-1 شبيه سازي خط توليد …………………………………………………………………… 84

4-2-2 عناصرمورد استفاده در مدل …………………………………………………………. 85

4-2-3 زمان سنجي ………………………………………………………………………………… 86

4-2-4واحد بازرسي ……………………………………………………………………………….. 89

4-2-5 شرايط شروع شبيه سازي …………………………………………………………….. 89

4-2-6 تعيين اعتبار مدل ………………………………………………………………………….. 89

فصل پنجم : نتيجه گيري و پيشنهادات …………………………………………………….. 92

5-1 انجام آزمايشها و ثبت نتايج ……………………………………………………………….. 93

5-2 انتخاب شاخصها ………………………………………………………………………………. 93

5-2-1 شاخص هزينه ……………………………………………………………………………… 93

5-2-2 شاخص تعداد توليد ………………………………………………………………………. 94

5-2-3 شاخص ضريب بهره‌وري ……………………………………………………………… 94

5-2-4 شاخص متوسط زمان انتظار …………………………………………………………. 94

5-3 بررسي نتايج مدل واقعي و مدلهاي اصلاحي بعدي ……………………………….. 95

5-3-1 مدل شماره 1( مدل واقعي ) …………………………………………………………… 95

5-3-2 مدل شماره 2……………………………………………………………………………….. 98

5-3-3 مدل شماره 3……………………………………………………………………………….. 99

5-3-4 مدل شماره 4……………………………………………………………………………… 100

5-3-5 مدل شماره 5……………………………………………………………………………… 101

5-3-6 مدل شماره 6 …………………………………………………………………………….. 102

5-3-7 مدل شماره 7……………………………………………………………………………… 103

5-3-8 مدل شماره 8……………………………………………………………………………… 104

5-3-9 مدل شماره 9 …………………………………………………………………………….. 105

5-4 تجزيه و تحليل نتايج ……………………………………………………………………….. 106

5-5 پيشنهادات ……………………………………………………………………………………… 115

5-6 تحقيقات آتي …………………………………………………………………………………… 116

پيوست………………………………………………………………………………………………….. 117

منابع فارسي …………………………………………………………………………………………. 170

منابع لاتين…………………………………………………………………………………………….. 172

فهرست جداول

عنوان                                                                                   صفحه

2-1 جدول…………………………………………………………………………………………. 22

4-1 جدول…………………………………………………………………………………………. 77

4-2 جدول…………………………………………………………………………………………. 81

4-3 جدول…………………………………………………………………………………………. 88

5-1 جدول…………………………………………………………………………………………. 96

5-2 جدول…………………………………………………………………………………………. 97

5-3 جدول…………………………………………………………………………………………. 97

5-4 جدول…………………………………………………………………………………………. 98

5-5 جدول…………………………………………………………………………………………. 99

5-6 جدول……………………………………………………………………………………….. 100

5-7 جدول……………………………………………………………………………………….. 101

5-8 جدول……………………………………………………………………………………….. 102

5-9 جدول…………………………………………………………………….. ………………………….103

5-10 جدول……………………………………………………………………………………… 104

5-11 جدول……………………………………………………………………………………… 105

5-12 جدول……………………………………………………………………………………… 107

5-13 جدول ……………………………………………………………………………………. 108

5-14 جدول……………………………………………………………………………………… 109

5-15 جدول……………………………………………………………………………………… 109

5-16 جدول ……………………………………………………………………………………. 109

5-17 جدول……………………………………………………………………………………… 111