مسئله طراحی و چیدمان تسهیلات: خصوصیات و مفاهیم پایه ای (بخش دوم)

مقدمه

در این بخش از مجموعه مقالات مرتبط با مسئله چیدمان تسهیلات، ویژگی های این مسائل از ابعاد زیر مورد تحقیق قرار خواهند گرفت:

• 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

تعداد و تنوع تولید

طراحی چیدمان به طور کلی وابسته به تعداد و تنوع محصول می باشد. در مقاله (Dilworth,1996) به چهار نوع اصلی از چیدمان  اشاره می شود که آن ها را به صورت مقابل نامگذاری کرده است؛ هرچند که ممکن است نویسندگان دیگر این طبقه بندی را به صورت دیگری ارائه دهند:

چیدمان بر اساس ثبات محل (Fixed layout)

در این چیدمان محصول عموما توسط تسهیلات احاطه می شود، در این نوع خاص محصول حرکت داده نمی شود و تعداد زیادی از منابع جهت انجام عملیات بر روی محصول حمل می شوند. این نوع از چیدمان در صنایعی که محصولات بسیار بزرگ مانند هواپیما و کشتی تولید می کنند به چشم می خورد.

چیدمان محصولی (Product layout)

در چیدمان فرآیندی تعدادی از تسهیلات با کارکردهای مشابه به صورت یک گروه در نظر گرفته می شود، این نوع از چیدمان هنگامی کاربرد دارد که تنوع تولید زیاد باشد.

چیدمان فرآیندی (Process layout)

چیدمان فرآیندی برای مواردی که بهروری بالا و تنوع کم دارند به کار می رود. در این چیدمان تسهیلات براساس توالی مورد نیاز برای تولید یک محصول مستقر می شوند.

چیدمان سلولی (Cellular layout)

در چیدمان سلولی تسهیلات برای تولید محصولات مشابه به هم در سلول هایی گروه بندی می شوند. در بعضی از مسائل مطرح شده در این موضوع محققان به دنبال یافتن چیدمان بهینه در هر سلول می باشند (Hamann&Vernadat,1992) و (Proth,1992).

شکل و ابعاد تسهیل

به طور معمول در ادبیات به دو نوع کلی از اشکال اشاره شده است: شکل منتظم و شکل غیر منتظم. شکل زیر نمونه ای از شکل منتظم (b) و شکل غیرمنتظیم (a) را نشان می دهد. منتظم، که عموما به  شکل مستطیلی می باشند و نامنتظم، که به شکل یک چند ضلعی می باشد که حداقل باید شامل یک زاویه ۲۷۰ درجه باشد (Lee&Kim,2000). ابعاد یک تسهیل می تواند با طول (Li) و عرض (Wi) به صورت ثابت تعریف شود، به این نوع تسهیل ثابت یا صلب گفته می شود. بنابر عقیده بعضی از نویسندگان یک تسهیل می تواند با استفاده از مساحتش تعریف شود، اگر نسبت اضلاع را به صورت ai = Li/Wi تعریف کنیم و برای آن حد بالا aiu و حدپایین ail را تعریف کنیم به طوری که ail ≤ ai ≤ aiu تسهیل غیر منحصر به فردی تعریف شده است. نسبت اضلاع توسط نویسندگان دیگری نیز استفاده شد(Meller et al.,1999).

اگر ai = ail = aiu باشد آنگاه تسهیل به صورت صلب می باشد (Cheif et al.,1998).

سیستم حمل ونقل مواد

سیستم حمل و نقل (Matrial Handeling) کمک می کند که مطمئن شویم مواد به مکان مورد نظر تحویل داده می شود. سیستم حمل و نقل مواد می تواند از نقاله، Automaited Guided Vehicel (AGV) ، ربات و یا چیزهای دیگر تشکیل شده باشد (El-Baz,2004). Tompkins و همکارانش در سال ۱۹۹۶ تخمین می زنند که حدود ۲۰ الی ۵۰ درصد از هزینه تولید مربوط به هزینه حمل و نقل است، بنابراین با طراحی صحیح سیستم حمل و نقل می توان ۱۰ الی ۳۰ درصد از هزینه ها را کاهش داد. هنگامی که با یک سیستم حمل و نقل روبرو هستیم مسئله مورد نظر، مسئله استقرار تسهیلات در مسیر سیستم حمل و نقل می باشد. دو مسئله طراحی وابسته را باید در نظر بگیریم: پیدا کردن چیدمان تسهیلات و انتخاب تسهیلات و تجهیزات حمل و نقل که بر روی انتخاب وسایل حمل و نقل اثر می گذارد (Devise&Pierreval,2000)، (Hamann&Vernadat,1992)، (Porth,1992)، (Azadivar&Wang, 2000) و (Heragu&Kusiak,1998).

از میان انواع مختلف چیدمان که بر اساس سیستم حمل و نقل طبقه بندی می شود می توان به موارد زیر اشاره کرد (شکل زیر را ببینید): چیدمان یک ردیفه، چیدمان چندردیفه، چیدمان حلقه ای و چیدمان آزاد (Yang et al.,2005).

چیدمان یک ردیفه هنگامی ایجاد می شود که تسهیلات در امتداد یک خط مستقر شوند (Djellab&Gourgand,2001)، (Ficko et al.,2004)، (Kumar et al.,1995) و (Kim et al.,1996). چندین نوع از چیدمان می تواند بر اساس این شکل پایه ایجاد شود مانند: خط مستقیم، نیم دایره و یا U شکل (Hassan,1994). مسئله چیدمان حلقه ای با تخصیص m تسهیل به m مکان کاندید در یک حلقه بسته سروکار دارد. در این چیدمان قطعات در یک جهت جابجا می شوند (Chareb,2002)، (Cheng et al.,1996)، (Nearchou,2006) و (Potts&Whitehead,2001).

در چیدمان حلقه ای مکان های ورود (Load) و خروج (Unload) قطعات (L/U) یکی می شود. در واقع این دو مکان یکی شده و مابین دو تسهیل قرار می گیرد. چیدمان چند ردیفه شامل چند ردیف از تسهیلات می باشد (Hassan,1994). در چیدمان آزاد محدودیتی برای استقرار تسهیلات مانند آن چه که در چیدمان حلقه ای یا تک ردیفه وجود دارد، مطرح نمی باشد (Yang et al.,2005).

چیدمان چند طبقه ای

امروزه هنگامی که می خواهیم یک کارخانه را در یک فضای شهری بنا کنیم، تامین زمین آن بسیار سخت و پرهزینه می باشد (Amine et al.,2007). وجود محدودیت در فضای افقی نیاز استفاده از بُعد عمودی را ایجاب می کند. این محدودیت ممکن است سبب ایجاد چیدمان در چند طبقه  شود (شکل زیر را ببنید). شکل زیر نشان می دهد که قطعات می توانند به طور افقی در یک طبقه حرکت کنند (Horizontal flow direction) ، همچنین می توانند از یک طبقه به طبقات دیگر حرکت کنند (Vertical flow direction). حرکت قطعات میان طبقات، به یک وسیله حمل و نقل خاص مانند بالابر (Elevator) نیاز دارد. در این حالت علاوه بر مکان تسهیل باید ارتفاع آن نیز در نظر گرفته شود (Kochhar&Heragu,1998).

به نظر می رسد که Johnson اولین فردی بود که در سال ۱۹۸۲ چیدمان چند طبقه ای را معرفی کرد (Johnson,1982). او با مسئله یافتن چیدمان تسهیلات در یک ساختمان چند طبقه روبرو بود. پس از او تعدادی از تحقیقات با در نظر گرفتن جریان عمودی بین طبقات انجام شد (Meller&Bozer,1996)، (Meller&Bozer,1997)و (Bozer&Meller,1994). بالابرها اغلب به عنوان یک سیستم حمل و نقل در نظر گرفته می شوند (Lee et al.,2005). ممکن است محل و تعداد آن ها از قبل معلوم باشد (Lee et al.,2005). یا در حین یافتن جواب بهینه مشخص شود (Matsuzaki,1999). و حتی ممکن است ظرفیت هر بالابر به عنوان یک محدودیت در نظر گرفته شود (Matsuzaki,1999). همچنین تعداد طبقات ممکن است از قبل معلوم باشد (Lee et al.,2005) و یا بر اساس مساحت هر طبقه تعداد و ابعاد تسهیلات تعیین شود (Patsiatzis&Papageorgiou,2002).

برگشت به عقب و انشعابات فرعی

برگشت به عقب (Backtracking) و انشعابات فرعی (Bypassing) دو نوع خاص از جریان هستند که ممکن است در جریان مواد در چیدمان وجود داشته باشد (شکل زیر را ببینید) و بر روی جریان مواد تاثیر گذار باشد (Amine et al.,2007). برگشت به عقب حرکت یک قطعه از یک تسهیل به تسهیلی ماقبل آن در مسیر جریان می باشد (Das,1993)، (Zhou,1998) و (Braglia,1996). تعداد این بازگشت به عقب ها باید کمینه شود. Zhou در سال ۱۹۹۸ این مسئله را مسئله آرایش خط تولید (Production Line Formation Problem) (PLFP) نامگذاری می کند که شامل یافتن ترتیبی از تسهیلات است به نحوی که بازگشت به عقب ها را کمینه کند(Zhou,1998).

انشعاب فرعی هنگامی رخ می دهد که یک قطعه از یک تسهیل به تسهیلی جلوتر در خط جریان حرکت (جهش) کند(Chen et al.,2001). Hassan در سال ۱۹۹۴ توضیح می دهد که مطالعات زیادی برای کمینه کردن بازگشت به عقب در ادبیات انجام شده است ولی هیچ رویه ای برای اصلاح انشعابات در ادبیات ارائه نشده است (Hassan,1994). این حوزه از ادبیات موضوع همچنان یک حوزه بالقوه برای تحقیقات آتی به نظر می رسد.

نقاط Pick-up و Drop-off

اغلب شناخت نقاطی که قطعات وارد تسهیل می شوند و یا از آن خارج می شوند ضروری است. این نقاط را نقاط Pick-up و (P/D) Drop-off می نامیم. اگرچه آن ها می توانند در نقاط متفاوتی مستقر شوند(Kim&Kim,2000) ، اما در مطالعات بسیاری به جهت کم کردن پیچیدگی مسئله این نقاط را محدود کرده اند (Das,1993)، (Welgama&Gibson,1993) و (Rajasekharan et al.,1998). برای درک بهتر موضوع به شکل زیر توجه کنید. به عنوان مثال همانطور که در شکل مشاهده می شود برای تسهیل a در هر یک از بخش های شکل زیر نقاط P/D متفاوتی در نظر گرفته شده است. نقاط P/D ممکن است که براساس ساختمان تسهیل (شکل و نوع فعالیت تسهیل و همچنین محل استقرار کاربر) و یا بنابر نوع چیدمان تغییر کند.