مسئله طراحی و چیدمان تسهیلات: معرفی (بخش اول)

مقدمه

قرار دادن تسهیلات (ماشین آلات) در فضای کارخانه اغلب به عنوان مسئله چیدمان تسهیلات (Facility Layout Problem) نامیده می شود. یک چیدمان مناسب تسهیلات در کارخانه می تواند بر روی بهره وری کل فرآیند تولید کارخانه اثرگذار باشد(Amine et al.,2007). در سال ۱۹۹۶، Tompkins و همکارانش اهمیت موضوع چیدمان تسهیلات را از منظر هزینه ای بدین صورت مطرح کرده اند که «یک چیدمان مناسب می تواند تا ۵۰ درصد از کل هزینه های عملیاتی را کاهش دهد». گذشته از منظر هزینه ای آن، چیدمان تسهیلات از ابعاد مختلف دیگری نظیر تاثیر بر کیفیت محصول، تاثیر بر ایمنی و شرایط کار، انعطاف پذیری در تولید، استفاده بهینه از فضای در دسترس و … نیز بسیار حائز اهمیت می باشد. از این رو در دیمکتب مجموعه مقالاتی را به منظور تشریح مفاهیم مرتبط با مسئله چیدمان تسهیلات ارائه خواهیم نمود که در آن ها مروری کلی از تمام جنبه های مسائل چیدمان، مفاهیم، مدل سازی و روش های حل ارائه خواهد شد تا خوانندگان و پژوهشگران محترم بتواند با تمامی مفاهیم مرتبط با چیدمان تسهیلات آشنا شده و به درکی عمیق تر از آن دست یابد. در مجموعه مقالات مرتبط با مسئله چیدمان تسهیلات ابتداً تعاریف ارائه شده از مسئله چیدمان تسهیلات تشریح شده و سپس خصوصیات و مفاهیم پایه ای مطرح در چیدمان تسهیلات به تفصیل مورد بررسی قرار خواهند گرفت. چیدمان تسهیلات داینامیک به جهت اهمیت خاص آن با جزئیات بیشتری در این مجموعه مقالات بررسی خواهد شد. بررسی انواع مدل سازی مسئله چیدمان تسهیلات و روش های حل آن ها مبحث دیگری است که در این مجموعه بر آن متمرکز خواهیم شد. گذشته از این ها مقالات موجود در ادبیات موضوعِ چیدمان تسهیلات در جداول جداگانه ای بر اساس نوع مدل سازی و روش حل آن ها مورد بررسی قرار خواهند گرفت که این بررسی پراکندگی مطالعات انجام شده در حوزه چیدمان تسهیلات را مشخص نموده و تمایل بیشتر پژوهشگران به استفاده از نوع خاصی از روش  حل و مدل سازی مسئله را نشان خواهد داد.

معیارهای کلیدی در ارزیابی یک چیدمان از تسهیلات

اما در این میان این سوال پیش می آید که کدام چیدمان مناسب ترین است و از چه ابزاری می توان برای ارزیابی چیدمان های مختلف استفاده کرد و چه معیاری در این تصمیم گیری از اهمیت بیشتری برخوردار است. برای ارزیابی چیدمان می توان معیارهای متفاوتی در نظر گرفت که در ادامه به آن ها خواهیم پرداخت. اما در مورد ابزارها باید گفت شبیه سازی یکی از مناسب ترین ابزارها برای ارزیابی چیدمان های مختلف می باشد (Aleisa et al.,2005). همچنین در بررسی مسائل چیدمان تسهیلات باید به این نکته توجه داشت که اغلب این مسائل NP-Hard می باشند (Garey et al.,1979). تا به حال چندین مرور ادبیات در این موضوع انجام شده است که اغلب هرکدام از آن ها به شاخه خاصی از مسائل چیدمان تسهیلات پرداخته اند. در این میان تعدادی از آن ها چندان جدید نیستند (Levary et al.,1985)، (Kusiak et al.,1987) و (Hassan,1994) و یا برخی از آن ها بر جنبه های خاصی از چیدمان تسهیلات متمرکز شده اند، مانند چیدمان حلقه ای (Loop Layout) ارائه شده توسط (Asef-Vaziri et al.,2005)، مسائل داینامیک (Daynamic Facility Layout) ارائه شده توسط (Balakrishnan et al.,1998) و یا طراحی توسط الگوریتم های تکاملی (Evaluation Algorithm) ارائه شده توسط (Pierrevalet al.,2003).

تعریف مسئله چیدمان تسهیلات

تنوع دیدگاه در تعریف مسئله

محققان درباره تعریف مسئله چیدمان تسهیلات هم عقیده نیستند و تعاریف متفاوتی با ارائه مفاهیم مختلف در این حوزه از ادبیات به چشم می خورد. تا به حال بیشتر مسائلی که در این حوزه معرفی شده است تحت عنوان مسئله مکانیابی تسهیلات استاتیک (در مقابل مسئله چیدمان تسهیلات داینامیک) فرموله شده است. Koopmans و Beckmann در سال ۱۹۵۷ اولین کسانی بودند که این مسئله را به عنوان یکی از معمول ترین مسائل موجود در کارخانجات مطرح کردند (Koopmans&Beckmann,1957). آن ها این مسئله را به عنوان مستقر کردن تسهیلات در کارخانه با هدف کمینه کردن هزینه حمل و نقل مواد تعریف کردند. در برخی دیگر از منابع موجود در ادبیات، چیدمان تسهیلات را به  عنوان مسئله مستقر کردن n تسهیل مستطیل شکل در سطح، با در نظر گرفتن تابع هدفی بر اساس فاصله معرفی شده است (Meller et al.,1999). آن ها بیان کردند که در این استقرار نباید روی هم افتادگی در استقرار تسهیلات وجود داشته باشد مفهوم روی هم افتادگی هنگامی مطرح می شود که در چیدمان نهایی بین خطوط مشخص  کننده شکل تسهیلات، تقاطع ایجاد شود. Azadivar و Wan در سال ۲۰۰۰ مسئله چیدمان تسهیلات را به عنوان تشخیص محل متناظر و تخصیص فضاهای موجود به تعدادی معلوم از تسهیلات تعریف کرد. در سال ۲۰۰۲ در مقاله دیگری Lee و Lee مسئله چیدمان را به صورت چیدمان n تسهیل با مساحت ها و شکل نامساوی با هدف کمینه کردن هزینه حمل و نقل مواد معرفی می کنند.Shayan و Chittilappilly در سال ۲۰۰۴ بیان داشتند که مسئله چیدمان تسهیلات یک مسئله بهینه سازی است که تلاش می کند با در نظر گرفتن اثر متقابل میان تسهیلات و جریان حمل و نقل مواد بین تسهیلات در هنگام طراحی، چیدمانی موثر به دست آورد.

تعریف منتخب برای مسئله

تعداد زیادی از تحقیقات در این حوزه انجام شده است و هر کدام بنابر مسئله مورد نظر خود تعریفی از مسئله چیدمان تسهیلات ارائه داده اند. این تعاریف مختلف با وجود تفاوت های موجود در اکثر موارد اشتراک زیادی دارند. شاید بتوان تعریفی را که Heragu در سال ۱۹۹۷ در کتاب خود ارائه کرده است یک تعریف پایه در نظر گرفت که تمام خصوصیات اساسی تعاریف فوق را شامل می شود.

“مسئله چیدمان عبارت است از ایجاد یک نظم و ترتیب در هر آنچه که برای تولید کالا یا ایجاد یک سرویس نیاز است. یک تسهیل عبارت است از آن چه که به انجام یک وظیفه (Task) کمک می کند. این تسهیل ممکن است یک ماشین، یک مرکز کار، یک سلول تولیدی، یک کارگاه از ماشین آلات، یک دپارتمان، یک انبار و غیره باشد (Heragu,1997).”

خصوصیات و مفاهیم پایه ای در طراحی چیدمان تسهیلات در یک نگاه

انواع مختلفی از کارگاه ها و کارخانه ها با خصوصیات مختلفی در ادبیات ذکر شده است. در واقع مسئله چیدمان تسهیلات وابستگی شدیدی به ترکیب سیستم تولیدی مورد مطالعه دارد. چندین فاکتور در طراحی چیدمان وجود دارد که به طور طبیعی موجب طبقه بندی سیستم های طراحی چیدمان می شوند که از جمله مهمترین آن ها می توان به موارد زیر اشاره نمود (Amine et al.,2007):

• تعداد و تنوع تولید
• سیستم در نظر گرفته شده برای حمل و نقل مواد
• جریان های متفاوت و مجاز برای قطعات
• تعداد طبقاتی که می توان تسهیلات را در آن مستقر کرد
• شکل تسهیل و مکان های pick-up و Drop-off

در بخش های بعدی مجموعه مقالات مربتط با چیدمان تسهیلات هر یک از موارد فوق الذکر با جزئیات بیشتری مورد بحث قرار خواهند گرفت. لازم به ذکر است خصوصیات مرتبط با مسئله چیدمان تسهیلات به همین موارد محدود نبوده و این مسئله را می توان از ابعاد مختلف دیگری نیز مورد تحقیق قرار داد. به منظور درک بهتر میزان گستردگی مفاهیم موجود در طراحی چیدمان تسهیلات به شکل زیر توجه کنید. این شکل می تواند دیدی کلی از مطالب مطرح شده در ارتباط با مسئله چیدمان تسهیلات را ارائه نماید.