Ymmärtäminen Asetusajat Flow Shop Scheduling

Flow shop aikataulutus on keskeinen haaste valmistuksessa, jossa useita työpaikkoja on käsiteltävä sarja koneita samassa järjestyksessä. Tavoitteena on löytää sekvenssi, joka minimoi kokonaistoteutusaika, tunnetaan Makepan, tai muita suorituskykymittareita. Niistä monista muuttujista, jotka vaikuttavat optimaalinen aikataulu, asennusajat erottuvat kriittinen mutta usein aliarvioitu tekijä.

Asennusaika tarkoittaa aikaa, joka tarvitaan koneen valmistamiseksi uuden työn käsittelyyn. Tähän sisältyy esimerkiksi leikkaustyökalujen vaihtaminen, uudelleenkonfigurointi jigit ja kalusteet, uusien ohjelmien lataaminen, puhdistusjäännökset sekä lämpötilan tai paineen säätö. Joillakin toimialoilla asennusajat voivat olla jopa 30% kokonaistuotantoajasta, jolloin niiden hallinta on välttämätöntä tehokkuuden kannalta.

Asetusaikojen tyypit

Setup-ajat voidaan luokitella riippuen niiden riippuvuudesta työsekvenssistä. []Sekvenssiriippumattomat asetukset kertaa[[]] ovat vakio tietyn työn riippumatta edellisen työn. Esimerkiksi puhdistus sekoittimen jälkeen voi kestää saman ajan. Sen sijaan [] sekvenssiriippuvuus asetukset kertaa[ vaihtelevat riippuen siitä, missä järjestyksessä työpaikkoja. Siirtyminen vaaleasta väristä tumman värin paino voi vaatia vähemmän puhdistusta kuin päinvastoin. Sekvenssi-riippuvuus asetukset ovat haastavampia mallin ja optimoida, mutta ne heijastavat reaalimaailman olosuhteet monissa valmistusympäristöissä.

Mittausaika

Tarkka mittaus on ensimmäinen askel kohti parannusta. Yritykset käyttävät aika-ja-motion tutkimuksia, automatisoitua tietojen tallennus koneen ohjaimet, ja manuaalinen tarkkailu tallentaa asetukset kestot. Nämä mittaukset syöttää aikataulualgoritmit ja auttaa tunnistamaan pullonkauloja. Yhteiset mittarit sisältävät keskimäärin asetusaika / työpaikka, asetusaika prosentteina koko käsittelyaikaa, ja suhde sisäisen (muodostettu kun kone on pysäytetty) ja ulkoinen (muodostettu kun kone on käynnissä) asetukset toiminnot.

Setup Times -asetusten vaikutus aikataulutuksen tehokkuuteen

Virtausliikkeen aikataulujen asennusaikojen huomiotta jättäminen voi johtaa epäoptimaalisiin sekvensseihin, jotka lisäävät joutokäyntiaikaa, pidentävät maskeeraasiaikaa ja nostavat kustannuksia. Kun asetukset ovat pitkiä, aikatauluttajan on tasapainotettava samanlaisten työpaikkojen ryhmittelyn välinen tasapaino, jotta voidaan vähentää asennusten määrää ja eri asiakkaiden määräpäivien kohtaamista.

Vaikutukset Throughput- ja Makespan-arvoihin

Vuonna virtaus myymälä, Makepan on aika alusta ensimmäisen työn loppuun viimeinen työ viimeisen koneen. Korkea asennusajat täyttää maskan suoraan. Lisäksi, jos asetukset ovat sekvenssi-riippuvainen, tehoton sarja voi aiheuttaa kasaa viivästyksiä. Esimerkiksi työ, joka edellyttää pitkä setup ensimmäinen kone työn työntää takaisin kaikki myöhemmät työpaikat että kone, mahdollisesti joutokäynnnillä alavirtaan koneita. Tutkimukset osoittavat, että laiminlyöminen asetusajat voivat lisätä maskeerausaika 15%.40% käytännön virtaus myymälöissä.

Vaikutukset tuotantokustannuksiin

Pitempi asennusaika tarkoittaa, että koneet eivät tuota tulosta pitkiksi ajanjaksoiksi. Tämä vähentää myymälän tehokasta kapasiteettia, pakottaa yritykset investoimaan lisäkoneisiin tai ylitöihin kysynnän tyydyttämiseksi. Työkustannukset nousevat myös siksi, että operaattorit voivat olla joutokäynnillä tai vaatia palkkion maksua vapaa-ajan vaihtoihin. Välillisiä kustannuksia ovat muun muassa inventaariopuskurien lisääminen aikataulujen epävarmuuden kattamiseksi. Vähentämällä asennusaikoja ja sisällyttämällä ne optimointiin, valmistajat voivat alentaa yksikkökohtaisia kustannuksia merkittävästi.

Vaikutukset lyijyaikaan ja asiakkaiden tyytyväisyyteen

Johtoaika kattaa koko ajan tilauksesta toimitus. Laajennetut asetusajat lisäävät toimitusajan vaihtelua, mikä vaikeuttaa tarkkojen toimituspäivien lainaamista. Myöhäiset toimitukset vahingoittavat asiakkaiden luottamusta ja voivat aiheuttaa seuraamuksia. Tehokas aikataulutus, joka vastaa setupeista, auttaa vakauttamaan toimitusajat, jolloin yritykset voivat tarjota kilpailukykyisiä ja luotettavia toimituslupauksia.

Matemaattinen mallintaminen Asetusajat Flow Shop Scheduling

Jotta optimoida virtauskauppa kanssa asetukset, ongelma on virallistettava matemaattisesti. Klassinen virtaus myymälä malli olettaa käsittelyaikoja vain. Asennusajat, malli tulee monimutkaisempi, varsinkin kun asetukset ovat sekvenssi-riippuvainen.

Sekvenssi-Dependent Setup Times (SDST)

SDST-virtausmyymälässä koneen asennusaika riippuu juuri valmistuneesta työstä ja seuraavasta työstä. Tätä voi edustaa matriisi [S[], jossa elementti [[[[]]]ij[[]]], [[], on se asetusaika, jolloin työ [], edeltää työtä []j[[]. Optimointiongelmasta tulee matkamyyjäongelman (TSP) variantti jokaiselle koneelle, ja siihen liittyy johdonmukaisten työtilausten lisärajoitus koneissa. Tämä on NP-hard, ja tarkat menetelmät voivat ratkaista vain pieniä tapauksia.

MILP-mallit

MILP formulaatiot virtaus shop aikataulut kanssa setups käyttää binary muuttujia edustaa työjaksoja ja jatkuvia muuttujia aloitus-ja loppuajat. Rajoitukset valvoa, että jokainen työ käsitellään kerran, että koneet käsitellä työpaikkoja samassa järjestyksessä (permutation flow shop), ja että asennus koneen tapahtuu ennen työn alkua. Objektitoiminnot tyypillisesti minimoida Makepan tai täydellinen viivyttely. Kaupalliset ratkaisijat kuten CPLEX tai Gurobi voivat käsitellä kohtalaisen kokoisia ongelmia, mutta suurissa teollisuus tapauksissa, heuristiset lähestymistavat ovat tarpeen.

Optimointialgoritmit Asetusaikojen laskenta

Koska monimutkaisuus, tutkijat ja ammattilaiset ovat kehittäneet lukuisia algoritmeja ...saman verran kuin on arvioitu.....................................................................................................................................................................................................................................

Johnsonin sääntöjen laajennukset

Kahden koneen virtaus myymälä ilman setups, Johnsonin sääntö tarjoaa optimaalisen sekvenssin. Laajennukset, jotka sisältävät pieniä asennusaikoja olemassa, mutta ne ovat rajoitettuja. Yksi lähestymistapa kohtelee asennusaikoja osana käsittelyaikoja tai käyttää muutettuja ranking sääntöjä. Suuremmissa virtaus myymälöissä, Johnson sääntö harvoin sovelletaan suoraan.

NEH Heuristic with Setup Positions

NEH heuristinen on yksi tehokkaimmista rakentavista menetelmistä permutaatiovirtausten ajoitukseen. Se alkaa lajittelulla työt kokonaiskäsittelyajan mukaan, sitten lisää työpaikat yksitellen parhaaseen asentoon. Asennuskustannukset lasketaan käyttäen kokonaisaikaa (käsittely + asennus) kullekin osittaiselle sekvenssille. NEH:n varianttien, jotka harkitsevat sekvenssiriippuvaisia setupeja, on osoitettu tuottavan korkealaatuisia ratkaisuja nopeasti. Ulkoinen resurssi: NEH heuristististinen Wikipedia[.

Metaheuristics: Geneettiset algoritmeja ja simuloitu Annealing

Metaheuristics käytetään laajalti suuriin SDST virtaus shop ongelmia. Geneettinen algoritmi koodaa työsekvenssejä kromosomit ja käyttää crossover ja mutaatio operaattorit tutkia ratkaisu tilaa. Kuntotoiminto laskee Makepan myös asennusajat. Simuloitu hehkuttava iteratiivisesti perturbs sekvenssi ja hyväksyy parempia ratkaisuja, plus joitakin huonompia niistä välttää paikallinen optima. Particle parven optimointi ja tabu haku ovat myös yleisiä. Nämä menetelmät voivat käsitellä satoja työpaikkoja ja koneita ja tuottaa lähes optimaalinen aikataulut kohtuullisen ajan.

Strategiat, joilla asetukset aika ajoin minimoidaan

Optimoinnin lisäksi fyysisen asetusajan lyhentäminen on tehokas vipu. Lyhyemmät asetukset helpottavat aikataulutusta ja parantavat myymälän joustavuutta.

SMED (Single Minute Exchange of Die)

Shigeo Shingo for Toyota -yrityksen kehittämän SMED:n tavoitteena on lyhentää asennusaikoja alle kymmeneen minuuttiin. Menetelmässä erotetaan toisistaan [[] sisäinen asennus[] (täydellinen kun kone pysäytetään) ja ulkoinen asennus[] (valmistettu koneen ollessa käynnissä). Menetelmä muuntaa sisäiset vaiheet ulkoisiksi, virtaviivaistaa jäljellä olevia vaiheita ja standardoi menettelyt. Yritykset ovat ilmoittaneet 50 prosentin alennuksia SMED:n avulla. Lisätietoja löytyy SMED:stä Wikipedia[].

Työryhmien ryhmittely ja solutuotanto

Työpaikkojen ryhmittely samankaltaisuuksin työkalujen, materiaalien tai prosessien avulla vähentää suurten siirtymisten tarvetta. Soluvalmistuksessa koneet on järjestetty osiin omistettuihin soluihin. Solussa on vain vähän perheiden välisiä järjestelyjä. Tämä lähestymistapa yhdistettynä aikatauluihin, jotka käsittelevät kokonaisia perheitä yhdessä, lyhentävät dramaattisesti kokonaisen asennusajan.

Automaatio ja standardointi

Automaattiset työkalunvaihtimet, pikavaihteistot ja ohjelmoitavat koneenohjaimet vähentävät ihmisten osallistumista ja sen kestoa. Standardoidut työohjeet ja lentotoiminnan harjoittajan koulutus takaavat johdonmukaisuuden. Tiedonhankintajärjestelmät voivat seurata asennusaikoja ja korostaa parannuskohteita.

Tapaustutkimus: Autonosien valmistajan asennusaikojen vähentäminen

Auton auton osien toimittaja käytti virtausta myymälässä viisi CNC-koneita. Asetusajat olivat sekvenssiriippuvaisia, keskimäärin 25 minuuttia per käyttöönotto. Analyysi osoitti, että asennusten osuus oli 35% koko siirtymäajasta. Yritys toteutti SMED, muuntaa 60% sisäiset asennusvaiheet ulkoisia (esim., esi-istuntatyökaluja, pre-setting offsets). Ne myös ryhmitelty työt materiaalilaatua ja työkaluja vaatimukset. Uusi Neh-pohjainen aikataulut mukana alennettu asennusmatriisi. Kuuden kuukauden aikana keskimääräinen asennusaika laski 11 minuuttia, Makespan laski 22 prosenttia, ja on-time toimitus parani 78 prosentista 96 prosenttia. Ohjelmiston rakennettiin periaatteita kuvataan tutkimus SDST virtaus shop optimointi Ribas et al..].

Päätelmät

Setup ajat ovat ratkaiseva tekijä virtaus shop suunnittelu optimointi. Ne vaikuttavat maskepan, kustannukset, toimitusajat, ja asiakastyytyväisyys. Valmistajien on ensin mitata ja ymmärtää niiden asennusmalleja.Erityinen sekvenssi riippuvuussuhteita.Sitten soveltaa asianmukaisia matemaattisia malleja ja optimointi algoritmeja aikatauluttaa tehokkaasti. Yhdistetty fyysinen vähennys tekniikoita, kuten SMED, ryhmittely, ja automaatio, yritykset voivat saavuttaa merkittäviä etuja läpimeno ja reagointikyky. Asennusaika tiedot tuotannon suunnittelujärjestelmiin ei ole valinnainen; se on perusta kilpailukykyiselle valmistus korkea-mix, pieni-volyymi ympäristöissä.