ดาวน์โหลด All Proceeding - AS Nida
ดาวน์โหลด All Proceeding - AS Nida ดาวน์โหลด All Proceeding - AS Nida
34 การประชุมวิชาการดานการวิจัยดําเนินงานแหงชาติ ประจําป 2554 วันที่ 8-9 กันยายน 2554 ณ โรงแรม เอส ดี อเวนิว กรุงเทพฯ การจัดเซลลการผลิตในระบบการผลิตแบบเซลลูลารโดยใชขั้นตอนวิธีเชิงพันธุกรรม Solving a Cell Formation Problem with Genetic Algorithms รัฐพงศ แมนยํา 1 ขวัญนิธิ คําเมือง2 และภาณุ บูรณจารุกร 3 1, 2, 3 ภาควิชาวิศวกรรมอุตสาหการ คณะวิศวกรรมศาสตร มหาวิทยาลัยนเรศวร อ.เมือง จ.พิษณุโลก 65000 โทรศัพท: 055-964-256 โทรสาร: 055-964-003 E-mail: 1 r_manyam@yahoo.com บทคัดยอ การผลิตแบบเซลลูลาร (Cellular Manufacturing: CM) เปน แนวคิดของระบบการผลิดที่มีความยืดหยุน โดยจะมีการจัดวางเครื่องจักร ใหอยูเปนกลุมเดียวกัน และกลุมผลิตภัณฑจะถูกจัดใหผลิตในกลุมผลิตที่ เหมาะสม แตระบบการผลิตแบบเซลลูลารที่จะเพิ่มประสิทธิภาพให กระบวนการผลิตตามที่ตองการไดนั้น จะตองมีการจัดกลุมเครื่องจักรลง ในกลุมผลิต และจัดกลุมผลิตภัณฑที่มีลักษณะสอดคลองกันลงในกลุม ผลิต ซึ่งการจัดสรรทรัพยากรลงในแตละกลุมผลิตเรียกวา การจัดเซลล การผลิต (Cell Formation: CF) ซึ่งเปนที่รูกันดีในกลุมนักวิจัยวาปญหา การสรางเซลลสวนมากเปนปญหา NP-hard ในงานวิจัยนี้ไดพิจารณา ปญหาการสรางเซลลเพื่อทําใหการเคลื่อนที่ระหวางกลุมผลิตภายในผัง โรงงานต่ําที่สุด โดยไดคํานึงถึงเงื่อนไขของผลิตภัณฑที่มีลําดับการผลิตที่ แตกตางไปตามเสนทางการผลิต ซึ่งแตละผลิตภัณฑนั้นสามารถเลือก เสนทางการผลิตได นอกจากนั้นยังไดกําหนดกลุมผลิตลงในตําแหนงใน ผังโรงงานเพื่อหาตําแหนงที่เหมาะสม โดยนําการหาคําตอบในบริเวณ ใกลเคียงแบบทําซ้ํา (Iterated Local Search: ILS) และขั้นตอนวิธี พันธุกรรม (Genetic algorithm: GA) มาหาคําตอบ และทําการทดลองเพื่อ เปรียบเทียบความสามารถในการหาคําตอบ รวมทั้งระยะเวลาในการหา คําตอบในแตละขนาดของปญหา โดยผลการทดลองแสดงใหเห็นวา วิธี GA ที่พัฒนาขึ้นมาใหมใหคําตอบที่ดีกวาวิธีอื่น คําสําคัญ: การผลิตแบบเซลลูลาร การหาคําตอบในบริเวณใกลเคียงแบบ ทําซ้ํา อัลกอริทึมเชิงพันธุกรรม Abstract Cellular Manufacturing (CM) is a concept of modern manufacturing systems that improve productivity and flexibility on a shop floor. One of the foremost and important steps in implementing CM is part families and machine cell grouping known as Cell Formation (CF) problem. In this paper we present a model that attempts to minimize inter-cell travel distance and considers sequence dependent and alternative routing of part process plan. The problem also assumes that locations for cells on the shop floor are known but cells need to be allocated to these locations. We propose an iterated local search and genetic algorithms (GAs) for the problem. Experiments comparing performances of the algorithms were conducted. The results show that a new GA outperformed other methods. Keywords: Cellular Manufacturing, Iterative Local Search, Genetic Algorithm 1. คํานํา การผลิตแบบเซลลูลาร เปนวิธีการบริหารจัดการที่ทําใหการ ดําเนินงานมีประสิทธิภาพและใชทรัพยากรที่มีอยูใหเกิดประโยชนสูงสุด [1] ระบบผลิตแบบเซลลูลารเปนการนําเอาขอดีของระบบการผลิตแบบ Flow shop และ Job Shop มารวมเขาดวยกัน ซึ่งระบบนี้จะสามารถผลิต ผลิตภัณฑที่มีความหลากหลายไดในระดับปานกลางในปริมาณการผลิตที่ ไมมากหรือนอยจนเกินไปและขอดีของการผลิตแบบเซลลูลารนั้นคือ สามารถลดเวลานํา (Lead Time) โดยจะมีการลดจํานวนครั้งในการติดตั้ง เครื่องจักรเมื่อมีการเปลี่ยนชิ้นงานที่ตองผลิต ในการนําการผลิตแบบ เซลลูลารไปใชนั้น ปญหาแรกที่เปนปญหาที่สําคัญ คือ ปญหาการจัด เซลลการผลิต โดยปญหานี้จะเปนการกําหนดวาเครื่องจักรเครื่องใดควร จัดไวอยูในเซลลการผลิตใด และผลิตภัณฑใดจะถูกจัดอยูในกลุม ผลิตภัณฑที่ทํางานกับเซลลการผลิตนั้น ปญหาการจัดเซลลการผลิตนั้น จัดเปนปญหา NP-hard [2] ดังนั้นจึงไมสามารถหาคําตอบของปญหาได ในเวลาที่เหมาะสม สําหรับปญหาขนาดใหญหากใชวิธีการหาคา เหมาะสมที่สุด (Exact Optimization Method) ปญหาการจัดเซลลการผลิต
เปนปญหาที่ไดรับความสนใจเปนอยางมากจากนักวิจัย จึงไดมีการศึกษา ถึงปญหานี้อยางแพรหลาย บทความนี้ไดมีการนําเสนอวิธีการแกปญหาดวยขั้นตอนวิธี พันธุกรรมสําหรับปญหาการจัดเซลลการผลิต โดยผลิตภัณฑแตละชนิดมี ความยืดหยุนของเสนทางการผลิต (Process Route) โดยผูผลิตตองเลือก เสนทางการผลิตใหกับผลิตภัณฑชนิดนั้นไดเพียงเสนทางเดียว และใน บทความนี้ไดตั้งสมมติฐานไววา โรงงานมีกลุมของตําแหนงสําหรับการ จัดเซลลอยูแลว คําตอบของปญหานี้ตองระบุวาเซลลการผลิตใดควรถูก จัดวางไวในตําแหนงใด ในบทความนี้ หัวขัอที่ 2 จะกลาวถึงงานวิจัยในอดีต และ ภาพรวมของการหาคําตอบของปญหาการจัดเซลลการผลิต คําอธิบาย ปญหาและแบบจําลองกําหนดการเชิงคณิตศาสตร (Mathematical Programming Model) สําหรับปญหาที่ทําการศึกษาจะถูกกลาวถึงใน หัวขอที่ 3 หัวขอถัดไปจะอธิบายขั้นตอนการทํางานของวิธีการแกปญหา ตางๆ จากนั้นกลาวถึงผลการทดลองและการสรุปผล 2. ทฤษฎีและงานวิจัยที่เกี่ยวของ ปญหาการจัดเซลลการผลิตในระบบการผลิตแบบเซลลูลาร เปนปญหาที่ไดรับความสนใจจากนักวิจัยและอุตสาหกรรมเปนจํานวน มากเพราะเปนปญหาแรกที่ตองพิจารณาหาคําตอบ หากตองนําระบบการ ผลิตแบบเซลลูลารไปใชงาน โดยปญหาการจัดเซลลการผลิตจะตองจัด เครื่องจักรจํานวนหนึ่งไวดวยกันเพื่อสรางเปนกลุมเครื่องจักรและจัด ผลิตภัณฑเขาเปนกลุมผลิตภัณฑโดย Selim และคณะ (1998) [3] ใหนิยาม ของปญหาการจัดเซลลการผลิตไววา “ถาผูวางแผนทราบจํานวนชนิดและ ความสามารถในการผลิตของเครื่องจักร จํานวนและชนิดของผลิตภัณฑที่ จะผลิตและทราบเสนทางการผลิต (Routing Plan) วาผลิตภัณฑชนิดใด ตองใชเครื่องจักรชนิดใดบาง ปญหาการจัดเซลลการผลิตจะตองพิจารณา วา เครื่องจักรเครื่องใดและผลิตภัณฑใดบางที่ควรถูกจัดเขากลุมเขา ดวยกัน เพื่อสรางเซลลการผลิต” ในชวงสองทศวรรษที่ผานมาปญหาการ จัดเซลลการผลิตไดถูกศึกษากันอยางมากมายโดยไดมีการนําวิธีการที่ แตกตางกันมาหาคําตอบ ในการจัดเซลลการผลิตนั้นสามารถกําหนดปญหาใหออกมา หลายลักษณะโดยจะขึ้นอยูกับเปาประสงค (Objective) โดยตัวอยาง เปาประสงคที่ถูกนํามาใชมากในปญหา ไดแก ตองการใหมีจํานวนการ เคลื่อนที่ระหวางเซลลการผลิตนอยที่สุด (Minimizing Inter-cell Move), ตองการใหมีการใชงานเครื่องจักรมากที่สุด (Maximizing Machine Utilization), ใหมีคาตัววัดประสิทธิภาพของการจัดกลุมมากที่สุด 35 (Maximizing Grouping Efficiency) และตองการใหมีการผันผวนของ ภาระงานของเครื่องจักรในแตละกลุมเซลลนอยที่สุด (Minimizing Cell Load Variation) เปนตน โดยเปาประสงคที่คณะผูวิจัยพิจารณาในงานวิจัย นี้นั้นไดแก ตองระยะทางการเคลื่อนที่ระหวางเซลลการผลิตในผัง โรงงานนอยที่สุดหลังจากไดกําหนดตําแหนงที่ตั้งของเซลลการผลิตใน พื้นที่โรงงานแลว เปนที่ทราบกันดีวาปญหาการจัดเซลลการผลิตเปนหนึ่งใน ปญหาแบบ NP hard ซึ่งหมายความวาในปญหาที่มีขนาดเล็กและขนาด กลาง (ปญหาที่มีจํานวนเครื่องจักรและจํานวนผลิตภัณฑไมมากนัก) คําตอบที่ดีที่สุดอาจจะสามารถหาไดโดย วิธีการหาคําตอบที่เหมาะสม ที่สุด แตเมื่อขนาดของปญหาเพิ่มมากขึ้น เวลาที่ใชในการหาคําตอบจะ เพิ่มขึ้นแบบเอ็กซโปเนนเชียล ทําใหไมสามารถหาคําตอบไดในเวลาอัน สั้นได หรืออาจจะไมสามารถหาคําตอบนั้นไดเลย ดังนั้นจึงมีงานวิจัย จํานวนมากเสนอวิธีการแกปญหาแบบฮิวริสติกส (แบบจําลองที่จะให คําตอบที่เปนไปไดแตอาจไมใชคําตอบที่ดีที่สุด) โดยวิธีในการแกปญหา สามารถแสดงวิธีการที่มีการนําไปใชทั้งแบบฮิวริสติกสและแบบที่ให คําตอบที่ดีที่สุดไดดังรูปที่ 1 รูปที่ 1 รูปแบบการแกปญหาการแบงเซลล (Selim และคณะ 1998) การแกปญหาเชิงบรรยายหาเหตุผลเพื่อใชในการแบงกลุม ซึ่ง จะนํามาใชได 3 วิธี โดยวิธีแรกไดแก การกําหนดกลุมผลิตภัณฑ โดยวิธีนี้ จะกําหนดกลุมของผลิตภัณฑกอนแลวจึงกําหนดวาเครื่องจักรเครื่องใด ควรจะทํางานกับกลุมผลิตภัณฑใด วิธีที่ 2 เปนวิธีการกําหนดกลุม เครื่องจักรโดยจะมีการพิจารณาวาเครื่องจักรเครื่องใดควรจะถูกจัดกลุม ใหอยูในเซลลการผลิตเดียวกันแลวจึงกําหนดวาผลิตภัณฑใดควรอยูใน เซลลการผลิตใดบาง และวิธีที่ 3 ไดแกการจัดกลุมผลิตภัณฑและกลุมของ เครื่องจักรไปพรอมกัน การวิเคราะหการจัดกลุมขอมูลที่มีความสัมพันธกันหรือมี ลักษณะจุดเดนที่เหมือนกันทางดานการยภาพ ชีวภาพ และทางสังคม
- Page 2 and 3: มหาวิทยาลัย
- Page 5 and 6: คณะกรรมการท
- Page 8 and 9: กําหนดการ กา
- Page 11 and 12: วันที่ 9 กันย
- Page 13: สารบัญ หนา VP01
- Page 16 and 17: MF03 Process Improvement by Using F
- Page 18 and 19: Applications of Combinatorial Optim
- Page 20 and 21: ประสบการณ: - ว
- Page 22 and 23: งานกลึง หรือ
- Page 24 and 25: ถดถอย สวนปริ
- Page 26 and 27: 2. งานวิจัยนี
- Page 28: 8 การประชุมวิ
- Page 32 and 33: และผูศึกษาจ
- Page 34 and 35: 14 การประชุมว
- Page 36 and 37: ดัชนี (Indices) r คื
- Page 38 and 39: จากผลการทดล
- Page 40: piece of iron metal by the spec or
- Page 43 and 44: The comparison showed that the appr
- Page 45 and 46: จากตารางที่ 1
- Page 47 and 48: กระบวนการผล
- Page 49 and 50: ในการขัดแบบ
- Page 51 and 52: ตารางที่ 4 ปจ
- Page 58: I = ระยะทางระห
- Page 61: วิธีหลักที่
- Page 64: 44 การประชุมว
- Page 67: formulate a model of the expected v
- Page 70 and 71: REFERENCES [1] Kumagai, M., Uchiyam
- Page 74 and 75: experimental analyses which consist
- Page 76: Table 7. A Comparison of the Etched
- Page 79: [3] Luangpaiboon, P. (2010), “Imp
- Page 83: รูปที่ 2 การใ
- Page 90: 70 การประชุมว
- Page 94 and 95: ตารางที่ 1 (ตอ)
- Page 97: Fig. 1 Swap operator and Adjustment
- Page 100 and 101: the method to generate the offsprin
- Page 102: ปญหาการจัดเ
เปนปญหาที่ไดรับความสนใจเปนอยางมากจากนักวิจัย<br />
จึงไดมีการศึกษา<br />
ถึงปญหานี้อยางแพรหลาย<br />
บทความนี้ไดมีการนําเสนอวิธีการแกปญหาดวยขั้นตอนวิธี<br />
พันธุกรรมสําหรับปญหาการจัดเซลลการผลิต โดยผลิตภัณฑแตละชนิดมี<br />
ความยืดหยุนของเสนทางการผลิต<br />
(Process Route) โดยผูผลิตตองเลือก<br />
เสนทางการผลิตใหกับผลิตภัณฑชนิดนั้นไดเพียงเสนทางเดียว<br />
และใน<br />
บทความนี้ไดตั้งสมมติฐานไววา<br />
โรงงานมีกลุมของตําแหนงสําหรับการ<br />
จัดเซลลอยูแลว<br />
คําตอบของปญหานี้ตองระบุวาเซลลการผลิตใดควรถูก<br />
จัดวางไวในตําแหนงใด<br />
ในบทความนี้<br />
หัวขัอที่<br />
2 จะกลาวถึงงานวิจัยในอดีต และ<br />
ภาพรวมของการหาคําตอบของปญหาการจัดเซลลการผลิต คําอธิบาย<br />
ปญหาและแบบจําลองกําหนดการเชิงคณิตศาสตร (Mathematical<br />
Programming Model) สําหรับปญหาที่ทําการศึกษาจะถูกกลาวถึงใน<br />
หัวขอที่<br />
3 หัวขอถัดไปจะอธิบายขั้นตอนการทํางานของวิธีการแกปญหา<br />
ตางๆ จากนั้นกลาวถึงผลการทดลองและการสรุปผล<br />
2. ทฤษฎีและงานวิจัยที่เกี่ยวของ<br />
ปญหาการจัดเซลลการผลิตในระบบการผลิตแบบเซลลูลาร<br />
เปนปญหาที่ไดรับความสนใจจากนักวิจัยและอุตสาหกรรมเปนจํานวน<br />
มากเพราะเปนปญหาแรกที่ตองพิจารณาหาคําตอบ<br />
หากตองนําระบบการ<br />
ผลิตแบบเซลลูลารไปใชงาน โดยปญหาการจัดเซลลการผลิตจะตองจัด<br />
เครื่องจักรจํานวนหนึ่งไวดวยกันเพื่อสรางเปนกลุมเครื่องจักรและจัด<br />
ผลิตภัณฑเขาเปนกลุมผลิตภัณฑโดย<br />
Selim และคณะ (1998) [3] ใหนิยาม<br />
ของปญหาการจัดเซลลการผลิตไววา “ถาผูวางแผนทราบจํานวนชนิดและ<br />
ความสามารถในการผลิตของเครื่องจักร<br />
จํานวนและชนิดของผลิตภัณฑที่<br />
จะผลิตและทราบเสนทางการผลิต (Routing Plan) วาผลิตภัณฑชนิดใด<br />
ตองใชเครื่องจักรชนิดใดบาง<br />
ปญหาการจัดเซลลการผลิตจะตองพิจารณา<br />
วา เครื่องจักรเครื่องใดและผลิตภัณฑใดบางที่ควรถูกจัดเขากลุมเขา<br />
ดวยกัน เพื่อสรางเซลลการผลิต”<br />
ในชวงสองทศวรรษที่ผานมาปญหาการ<br />
จัดเซลลการผลิตไดถูกศึกษากันอยางมากมายโดยไดมีการนําวิธีการที่<br />
แตกตางกันมาหาคําตอบ<br />
ในการจัดเซลลการผลิตนั้นสามารถกําหนดปญหาใหออกมา<br />
หลายลักษณะโดยจะขึ้นอยูกับเปาประสงค<br />
(Objective) โดยตัวอยาง<br />
เปาประสงคที่ถูกนํามาใชมากในปญหา<br />
ไดแก ตองการใหมีจํานวนการ<br />
เคลื่อนที่ระหวางเซลลการผลิตนอยที่สุด<br />
(Minimizing Inter-cell Move),<br />
ตองการใหมีการใชงานเครื่องจักรมากที่สุด<br />
(Maximizing Machine<br />
Utilization), ใหมีคาตัววัดประสิทธิภาพของการจัดกลุมมากที่สุด<br />
35<br />
(Maximizing Grouping Efficiency) และตองการใหมีการผันผวนของ<br />
ภาระงานของเครื่องจักรในแตละกลุมเซลลนอยที่สุด<br />
(Minimizing Cell<br />
Load Variation) เปนตน โดยเปาประสงคที่คณะผูวิจัยพิจารณาในงานวิจัย<br />
นี้นั้นไดแก<br />
ตองระยะทางการเคลื่อนที่ระหวางเซลลการผลิตในผัง<br />
โรงงานนอยที่สุดหลังจากไดกําหนดตําแหนงที่ตั้งของเซลลการผลิตใน<br />
พื้นที่โรงงานแลว<br />
เปนที่ทราบกันดีวาปญหาการจัดเซลลการผลิตเปนหนึ่งใน<br />
ปญหาแบบ NP hard ซึ่งหมายความวาในปญหาที่มีขนาดเล็กและขนาด<br />
กลาง (ปญหาที่มีจํานวนเครื่องจักรและจํานวนผลิตภัณฑไมมากนัก)<br />
คําตอบที่ดีที่สุดอาจจะสามารถหาไดโดย<br />
วิธีการหาคําตอบที่เหมาะสม<br />
ที่สุด<br />
แตเมื่อขนาดของปญหาเพิ่มมากขึ้น<br />
เวลาที่ใชในการหาคําตอบจะ<br />
เพิ่มขึ้นแบบเอ็กซโปเนนเชียล<br />
ทําใหไมสามารถหาคําตอบไดในเวลาอัน<br />
สั้นได<br />
หรืออาจจะไมสามารถหาคําตอบนั้นไดเลย<br />
ดังนั้นจึงมีงานวิจัย<br />
จํานวนมากเสนอวิธีการแกปญหาแบบฮิวริสติกส (แบบจําลองที่จะให<br />
คําตอบที่เปนไปไดแตอาจไมใชคําตอบที่ดีที่สุด)<br />
โดยวิธีในการแกปญหา<br />
สามารถแสดงวิธีการที่มีการนําไปใชทั้งแบบฮิวริสติกสและแบบที่ให<br />
คําตอบที่ดีที่สุดไดดังรูปที่<br />
1<br />
รูปที่<br />
1 รูปแบบการแกปญหาการแบงเซลล (Selim และคณะ 1998)<br />
การแกปญหาเชิงบรรยายหาเหตุผลเพื่อใชในการแบงกลุม<br />
ซึ่ง<br />
จะนํามาใชได 3 วิธี โดยวิธีแรกไดแก การกําหนดกลุมผลิตภัณฑ<br />
โดยวิธีนี้<br />
จะกําหนดกลุมของผลิตภัณฑกอนแลวจึงกําหนดวาเครื่องจักรเครื่องใด<br />
ควรจะทํางานกับกลุมผลิตภัณฑใด<br />
วิธีที่<br />
2 เปนวิธีการกําหนดกลุม<br />
เครื่องจักรโดยจะมีการพิจารณาวาเครื่องจักรเครื่องใดควรจะถูกจัดกลุม<br />
ใหอยูในเซลลการผลิตเดียวกันแลวจึงกําหนดวาผลิตภัณฑใดควรอยูใน<br />
เซลลการผลิตใดบาง และวิธีที่<br />
3 ไดแกการจัดกลุมผลิตภัณฑและกลุมของ<br />
เครื่องจักรไปพรอมกัน<br />
การวิเคราะหการจัดกลุมขอมูลที่มีความสัมพันธกันหรือมี<br />
ลักษณะจุดเดนที่เหมือนกันทางดานการยภาพ<br />
ชีวภาพ และทางสังคม
Change language