پایان نامه کاربرد الگوریتم ژنتیک در برنامه ریزی فرآیند به کمک کامپیوتر(CAPP) در محیط های صنعتی مختلف

چکیده

در یک محیط صنعتی توزیع شده، کارخانه های مختلف و دارای ماشین ها و ابزارهای گوناگون در مکان های جغرافیایی مختلف غالبا به منظور رسیدن به بالاترین کارایی تولید ترکیب می شوند. در زمان تولید قطعات و محصولات مختلف ، طرح های فرایند مورد قبول توسط کارخانه های موجود تولید می شود. این طرحها شامل نوع ماشین، تجهیز و ابزار برای هر فرآیند عملیاتی لازم برای تولید قطعه است. طرح های فرایند ممکن است به دلیل تفاوت محدودیت های منابع متفاوت باشند. بنابراین به دست آوردن طرح فرایند بهینه یا نزدیک به بهینه مهم به نظر می رسد. به عبارت دیگر تعیین اینکه هر محصول درکدام کارخانه و با کدام ماشین آلات و ابزار تولید گردد امری لازم و ضروری می باشد. به همین منظور می بایست از بین طرحهای مختلف طرحی را انتخاب کرد که در عین ممکن بودن هزینه تولید محصولات را نیز کمینه سازد. در این تحقیق  یک الگوریتم ژنتیک معرفی می شود که بر طبق ضوابط از پیش تعیین شده مانند مینیمم سازی زمان فرایند می تواند به سرعت طرح فرایند بهینه را برای یک سیستم تولیدی واحد و همچنین یک سیستم تولیدی توزیع شده جستجو می کند. با استفاده از الگوریتم ژنتیک، برنامه ریزی فرآیند به کمک کامپیوتر (CAPP) می تواند براساس معیار در نظر گرفته شده طرح های فرایند بهینه یا نزدیک به بهینه ایجاد کند، بررسی های موردی به طور آشکار امکان عملی شدن و استحکام روش را نشان می دهند. این کار با استفاده از الگوریتم ژنتیک در CAPP هم در سیستمهای تولیدی توزیع شده و هم واحد صورت می گیرد. بررسی های موردی نشان می دهد که این روش شبیه یا بهتر از برنامه ریزی فرآیند به کمک کامپیوتر (CAPP) مرسوم تک کارخانه ای است

واژه‌های کلیدی

برنامه ریزی فرآیند به کمک کامپیوتر (CAPP)، الگوریتم ژنتیک، محیط صنعتی توزیع شده، تولید یکپارچه کامپیوتری.

مقدمه

در جهان صنعتی امروز، به تولید به عنوان یک سلاح رقابتی نگریسته می شود و سازمانهای تولیدی در محیطی قرار گرفته اند که از ویژگی های آن می توان به افزایش فشارهای رقابتی، تنوع در محصولات، تغییر در انتظارات اجتماعی و افزایش سطح توقع مشتریان اشاره کرد. محصولات در حالی که باید بسیار کیفی باشند، تنها زمان کوتاهی در بازار می مانند و باید جای خود را به محصولاتی بدهند که با آخرین ذائقه، سلیقه و یا نیاز مشتریان سازگار هستند. بی توجهی به خواست مشتری و یا قصور در تحویل به موقع ممکن است بسیار گران تمام شود. شرایط فوق سبب گردیده تا موضوع اطلاعات برای سازمانهای تولیدی از اهمیت زیادی برخوردار شود. از طرف دیگر، آخرین بررسی ها حاکی از آن است که استراتژی رقابتی مبتنی بر بازار خود نیز به تدریج در حال گذر است و چشم انداز استراتژیک رقابت در آینده مبتنی بر منابع خواهد بود. به عبارت دیگر در حالی که شرکتها امروزه موفقیت را در تبعیت و استفاده درست از قوانین، فرصتها و شرایط دیکته شده توسط بازار می دانند، استراتژی مبتنی بر منابع بر این موضوع تاکید دارد که منفعت و موفقیت بیشتر با اتکا بر مزیتها و منابع منحصر به فرد و قابل اطمینان شرکت و سرمایه گذاری به منظور توسعه و حفاظت از آنها حاصل خواهد شد.

البته منابع تولیدی مورد نظر تنها شامل سرمایه، زمین، ماشین آلات و تجهیزات نمی شوند، بلکه بنای تولید نسل آینده بر تاکید و توجه به اطلاعات، مدیریت دانش و توجه ویژه به مسئله آموزش افراد خواهد بود.

وضعیت به وجود آمده و تحولات صورت گرفته مذکور در حوزه فعالیتهای تولیدی، اگرچه خود حاصل به کارگیری گسترده و همه جانبه فناوریهای اطلاعاتی در این حوزه است، ولی در عین حال باعث توجه مضاعف سازمانها و شرکتهای تولیدی به مقوله اطلاعات و فناوریهای مرتبط با آن شده است. این تحقیق با هدف تبیین موضوع فوق به طور عام و تبیین بخش خاصی از آن به نام برنامه ریزی فرایند به کمک کامپیوتر صورت گرفته است. اهمیت این بررسی از آنجا ناشی می شود که چند سالی است در کشور، افزایش تعداد واحدهای تولیدی و به تبع آن تحقق نسبی فضای رقابتی باعث گردیده تا توجه تولیدکنندگان و شرکتهای صنعتی به کیفیت محصولات، افزایش سهم بازار و مسئله صادرات معطوف گردد. از همین رو به نظر می رسد دانستن تحولات صورت گرفته در بخشهای تولیدی جوامع پیشرفته می تواند در تعیین و شناخت بهتر مسیری که سازمانهای تولیدی و صنعتی کشور برای ارتقای توان رقابتی خود باید طی کنند موثر واقع شود. توسعه های اخیر در حوزه فناوری اطلاعات به ویژه هوش مصنوعی و سیستم های خبره، وضعیت تولید در جوامع صنعتی را دگرگون ساخته است.

عصر فعلی را برخی عصر اطلاعات لقب داده اند. این نامگذاری شاید به این دلیل باشد که امروزه اطلاعات به جزء تفکیک ناپذیر زندگی بشر تبدیل شده است. اگرچه اطلاعات از دیرباز در زندگی بشر تاثیر بسزایی داشته و انسان برای تصمیم گیریها و طی طریق همواره محتاج به آن بوده است ولی آنچه که امروزه اهمیت آن را صدچندان کرده، شرایط نوین زندگی و افزایش سهم اطلاعات در آن است.

اختراع رایانه، امکان پردازش سریع و ذخیره حجم انبوهی از داده ها را فراهم آورد و پیشرفتهای بعدی در زمینه ارتباط بین رایانه ها و امکان تبادل داده بین آنها، تبادل و انتقال اطلاعات را در سطح وسیعی ممکن ساخت. این رویدادها به همراه سایر پیشرفتهای صورت گرفته در زمینه الکترونیک و ارتباطات اعم از میکروالکترونیک، نیمه هادیها، ماهواره و روباتیک به وقوع انقلابی در زمینه نحوه جمع آوری، پردازش، ذخیره سازی، فراخوانی و ارائه اطلاعات منجر گردید که شکل گیری فناوری اطلاعات حاصل این رویداد بود.

براساس تعریف، فناوریهای اطلاعاتی مجموعه ای از ابزارها، تجهیزات، دانش و مهارتهاست که از آنها در گردآوری، ذخیره سازی، پردازش و انتقال اطلاعات (اعم از متن، تصویر، صوت و...) استفاده می شود.

در این میان نقش ابزارهای رایانه ای و مخابراتی به وضوح مشخص است. این فناوری به سرعت در حال رشد است و فعالیتها و سرمایه گذاریهای انجام شده در این زمینه به ویژه پس از ظهور پدیده اینترنت، بسیار چشمگیر است. دامنه علوم مرتبط با آن بسیار گسترده و وسیع بوده و مباحثی نظیر علوم رایانه و مهندسی نرم افزار، مخابرات، هوش مصنوعی، سیستم های اطلاعاتی مدیریتی، سیستم های پشتیبانی تصمیم، مهندسی دانش، فناوری چندرسانه ای، مدیریت اطلاعات، امنیت داده و اطلاعات، داد و ستد و ارتباطات انسان - رایانه، ارتباطات گروهی مبتنی بر رایانه، روباتیک و پایگاههای اطلاعاتی اینترنتی را شامل می شود. پرتوهای این فناوری نوین بسیاری از زوایای زندگی انسان را فرا گرفته است و بسیاری از علوم و موضوعها را تحت تاثیر خود قرار داده است.

امروزه موارد استفاده فناوری اطلاعات را می توان در آموزش، مدیریت و سازمان، پزشکی، تجارت، امور نظامی، تولید و صنعت، تحقیقات، حمل و نقل، کنترل ترافیک و صنعت نشر به وضوح مشاهده کرد.

جستجو به منظور یافتن راهی بهتر برای تولید قطعات، همواره عامل محرک و اساسی در خودکارسازی یا اتوماسیون بوده است. تعویض نیروی کار انسانی با ماشین را می توان ابتدایی ترین مرحله خودکارسازی تولید دانست که حدوداً در سال 1775 میلادی به وقوع پیوست و انقلاب صنعتی نقش موثری در رابطه با آن داشت. دستگاه تراش و نقاله ها نمونه هایی از مکانیزاسیون ایجاد شده بودند. روند اتوماسیون، در سال 1952 با ساخت اولین ماشین NC در دانشگاهMIT وارد مرحله جدیدی شد که مشخصه بارز آن عبارت بود از جایگزینی کنترل انسانی با کنترل خودکار ماشین. نوعی از اتوماسیون قابل برنامه ریزی بود که عملیات آن به وسیله اعداد و نشانه ها کنترل می شد.

در دهه 70، با ظهور رایانه های ارزانتر و کارآتر و پیشرفتهای الکترونیکی و مخابراتی، اتوماسیون های نقطه ای نیز به تدریج گسترش یافته و با پیوستن به یکدیگر تبدیل به اتوماسیون های گسترده تری به نام جزایر اتوماسیون شدند. جزایر اتوماسیون نشانگر مجموعه ای از زیرسیستم های یکپارچه خودکار شده در کارخانه هستند. سیستم های تولید انعطاف پذیر، سیستم مدیریت تولید، سیستم های یکپارچه جابجایی و انبارسازی مواد و سیستم های CAM وCAD نمونه هایی از جزایر اتوماسیون ایجاد شده هستند. انگیزه غایی، همانا خواست انسان برای افزایش هرچه بیشتر اتوماسیون در سیستم تولیدی به منظور دستیابی به بهره وری بالاتر است.

باادامه فعالیت و تحقیق بر روی جزایر اتوماسیون، این جزایر نیز به مرور توسعه پیدا کرده و شروع به همپوشانی و رقابت با یکدیگر کردند.

این مسئله به همراه جایگزینی تدریجی اندیشه سیستمی و کل نگر به جای اندیشه جزء نگرانه، همچنین پیشرفتهای صورت گرفته در زمینه فناوری اطلاعات باعث شد تا برخی به فکر یکپارچه سازی کلیه عملیات تولیدی با یکدیگر بیفتند و به این ترتیب موضوع «تولید یکپارچه رایانه ای» Computer Integrated Manufacturing = CIM)) مطرح گردید.

تولید یکپارچه رایانه ای اگرچه پایان تلاشهای محققان در خودکارسازی امور تولیدی و صنعتی نیست اما از آنجا که نمایانگر خودکارسازی و یکپارچه سازی کلیه فعالیتهای مرتبط با تولید به وسیله به کارگیری رایانه ها، روبات ها و شبکه های ارتباطی در درون یک کارخانه است دارای اهمیت بسیار زیادی است.

تولیدیکپارچه رایانه ای نوعی فناوری است که می تواند به هر صنعت وابسته شده و توسط آن صنعت هدایت شود، بدین معنی که هر صنعت برحسب مجموعه تجارب، نیازمندیها و موقعیتهای خاص خود، شرایطی ویژه برای تولید یکپارچه رایانه ای فراهم می آورد. از این رو، تعاریف و توصیفهای متفاوتی برای آن وجود دارد. در زیر نمونه هایی از توصیف های صورت گرفته ارائه شده است.

سیستم یکپارچه رایانه ای شامل رایانه ای کردن فراگیر و سیستماتیک فرایند تولیدی است. چنین سیستم هایی بااستفاده از پایگاه داده های مشترک، فعالیتهایی همچون طراحی به کمک رایانه، ساخت به کمک رایانه، مهندسی به کمک رایانه، انجام تست ها، تعمیرات و مونتاژ را یکپارچه می سازند.

(اسپریت، کمیسیون انجمن های اروپایی 1982) سیستم تولید یکپارچه رایانه ای عبارتست از به کارگیری یکپارچه اتوماسیون بر پایه رایانه و سیستم های پشتیبانی تصمیم گیری به منظور مدیریت فعالیتهای سیستم تولیدی، از طراحی محصول تا فرایند تولیدی و نهایتاً توزیع به انضمام مدیریت تولید و موجودی و مدیریت منابع مالی.

(هارن و براون 1984) سیستم تولید یکپارچه رایانه ای، پردازنده های مواد و اطلاعات است که سه زیر سیستم اصلی آنها عبارتند از: سیستم فیزیکی کارخانه، سیستم تصمیم و سیستم اطلاعاتی.

(مایر 1990) تولید یکپارچه رایانه ای عبارت است از علم و هنر خودکارسازی بااستفاده از یکپارچگی حاصل از فناوری اطلاعات در فرآیندهای تولیدی. (یومانز و همکاران 1986)

با کمی دقت در توصیفها و دیدگاههای مذکور در مورد تولید یکپارچه رایانه ای می توان به نقش و اهمیت اطلاعات و فناوریهای اطلاعاتی در تحقق سیستم تولید یکپارچه رایانه ای پی برد. به بیان دیگر، می توان گفت که این سیستم در طی روند توسعه فناوری اطلاعات به مانند فعالیت مهمی در کنار آن ظاهر گردیده و گسترش یافته است..

فهرست منابع

1- رضائی، علیرضا، آموزش کاربردی الگوریتم ژنتیک در نرم افزار MATLAB، انتشارات آذر، 1386، 7-23.

2-براون، جیمی و هارن، جان و شیونان، جیمز، غضنفری، مهدی و صغیری، سروش، سیستم های مدیریت تولید (با نگرشی یکپارچه)، دانشگاه علم و صنعت تهران، 1379، 39-44.

3- Alojzij S, Peter B, Goran B. A multi-agent approach to process planning and fabrication in distributed manufacturing. Comput Ind Eng 1998;35:455–8.

4- Ueda K. Aconcept for bionic manufacturing systems based on DNA-type information. Proceedings of the eighth internationalprolomat conference, Tokyo, 1992. p. 53–864.1.

5- Yoshikawa H. Intelligent manufacturing systems program (IMS).technical cooperation that transcends cultural differences. Tokyo: University of Tokyo; 1992.

6- Wang B. Integrated product, process and enterprise design. London: Chapman & Hall; 1997.

7- Goldberg DE. Genetic algorithms in search, optimization, and machine learning. Reading, MA: Addison-Wesley; 1989.

8- Ma GH, Zhang F, Zhang YF, Nee AYC. An automated process planning system based on genetic algorithm and simulated annealing. Proceedings of the ASME design engineering technical conference, vol. 3. 2002. p. 57–63

9- Li WD, Ong SK, Nee AYC. Hybrid generic algorithm and simulated approach for the optimization of process plans for prismatic parts. Int J Prod Res 2003;4(8):1899–922.

10- Alam MR, Lee KS, Rahman M, Zhang YF. Process planning optimization for the manufacture of injection moulds using a generic algorithm. Int J Comput Integr Manuf 2003;16(3):181–91.

11- Bhashara RSV, Shunmugam MS, Narendran TT. Operation sequencing in CAPP using genetic algorithms. Int J Prod Res 1999;37(5):1063–74.

12- Reeves CR. Genetic algorithms. In: Reeves CR, editor. Modern heuristic techniques for combinatorial problems. Orient Longman; 1993. p. 151–88 [chapter 4].

13- Joa˜ o Rocha, Carlos Ramos, Zita Vale. Process planning using a

genetic algorithm approach. Proceedings of the 1999 IEEE international symposium on assembly and task planning, Porto, Portugal, 1999. p. 338 44.

14- Zhang F. Genetic algorithm in computer-aided process planning. MEng thesis, National University of Singapore, 1997.

15- Zhang F, Zhang YF, Nee AYC. Using genetic algorithms in process planning for job shop machining. IEEE Trans Evol Comput 1997;1(4):278 89.

16- Kamhawi HN, Leclair RS, Philip CL. Feature sequencing in the rapid design system using a genetic algorithm. J. Intell. Manuf. 1996;7:55–67.

17- Ulusoy G, Serifoglu SF, Bilge U. A genetic algorithm approach to the simultaneous scheduling of machines and automated guided vehicles. In: Proceedings of first symposium on intelligent manufacturing systems, Sakarya, TR; 1996, p. 438–61.

18- Chen CJ, Tseng CS. The path and location planning of workpieces by genetic algorithms. J. Intell. Manuf. 1996;7:69–76.

19- Holland JH. Adaptation in Natural and Artificial Systems. Ann Arbor: The University of Michigan Press; 1975.

20- Michalewicz Z. 2nd ed. Genetic Algorithms+Data Structure-Evolutionary Programs. Berlin, Heidelberg: Springer; 1994.

21- De Jong KA. An analysis of the behavior of a class of genetic adaptive systems, (Doctoral dissertation, University of Michigan), Diss. Abstr. Internat. 36(10):5140B [University Microfilms No 76- 9381].

22- Gorges-Schleuter M. ASPARAGOS An asynchronous parallel genetic optimization strategy. Proceedings of the first international conference on genetic algorithms. Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum Associates; 1985. p. 422–7.

23- Davis L. Applying adaptive algorithms to epistatic domains. Proceedings of the international joint conference on artificial intelligence. 1985. p. 162–4.

24- Oliver IM, Smith DJ, Holland JRC. A study of permutation crossover operators on the traveling salesman problem. Proceedings of the second international conference on genetic algorithms. Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum Associate; 1987. p. 224–30.

شهریور ماه 1387

پایان نامه دوره کارشناسی کامپیوتر

گرایش نرم افزار