چکيده

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

واژه‌هاي کليدي

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

فهرست مطالب

مقدمه

در جهان صنعتي امروز، به توليد به عنوان يك سلاح رقابتي نگريسته مي شود و سازمانهاي توليدي در محيطي قرار گرفته اند كه از ويژگي هاي آن مي توان به افزايش فشارهاي رقابتي، تنوع در محصولات، تغيير در انتظارات اجتماعي و افزايش سطح توقع مشتريان اشاره كرد. محصولات در حالي كه بايد بسيار كيفي باشند، تنها زمان كوتاهي در بازار مي مانند و بايد جاي خود را به محصولاتي بدهند كه با آخرين ذائقه، سليقه و يا نياز مشتريان سازگار هستند. بي توجهي به خواست مشتري و يا قصور در تحويل به موقع ممكن است بسيار گران تمام شود. شرايط فوق سبب گرديده تا موضوع اطلاعات براي سازمانهاي توليدي از اهميت زيادي برخوردار شود. از طرف ديگر، آخرين بررسي ها حاكي از آن است كه استراتژي رقابتي مبتني بر بازار خود نيز به تدريج در حال گذر است و چشم انداز استراتژيك رقابت در آينده مبتني بر منابع خواهد بود. به عبارت ديگر در حالي كه شركتها امروزه موفقيت را در تبعيت و استفاده درست از قوانين، فرصتها و شرايط ديكته شده توسط بازار مي دانند، استراتژي مبتني بر منابع بر اين موضوع تاكيد دارد كه منفعت و موفقيت بيشتر با اتكا بر مزيتها و منابع منحصر به فرد و قابل اطمينان شركت و سرمايه گذاري به منظور توسعه و حفاظت از آنها حاصل خواهد شد.

البته منابع توليدي مورد نظر تنها شامل سرمايه، زمين، ماشين آلات و تجهيزات نمي شوند، بلكه بناي توليد نسل آينده بر تاكيد و توجه به اطلاعات، مديريت دانش و توجه ويژه به مسئله آموزش افراد خواهد بود.

وضعيت به وجود آمده و تحولات صورت گرفته مذكور در حوزه فعاليتهاي توليدي، اگرچه خود حاصل به كارگيري گسترده و همه جانبه فناوريهاي اطلاعاتي در اين حوزه است، ولي در عين حال باعث توجه مضاعف سازمانها و شركتهاي توليدي به مقوله اطلاعات و فناوريهاي مرتبط با آن شده است. اين تحقيق با هدف تبيين موضوع فوق به طور عام و تبیین بخش خاصی از آن به نام برنامه ریزی فرایند به کمک کامپیوتر صورت گرفته است. اهميت اين بررسي از آنجا ناشي مي شود كه چند سالي است در كشور، افزايش تعداد واحدهاي توليدي و به تبع آن تحقق نسبي فضاي رقابتي باعث گرديده تا توجه توليدكنندگان و شركتهاي صنعتي به كيفيت محصولات، افزايش سهم بازار و مسئله صادرات معطوف گردد. از همين رو به نظر مــي رسد دانستن تحولات صورت گرفته در بخشهاي توليدي جوامع پيشرفته مي تواند در تعيين و شناخت بهتر مسيري كه سازمانهاي توليدي و صنعتي كشور براي ارتقاي توان رقابتي خود بايد طي كنند موثر واقع شود. توسعــه هاي اخير در حوزه فناوري اطلاعات به ويژه هوش مصنوعي و سيستم هاي خبره، وضعيت توليد در جوامع صنعتي را دگرگون ساخته است.

عصر فعلي را برخي عصر اطلاعات لقب داده اند. اين نامگذاري شايد به اين دليل باشد كه امروزه اطلاعات به جزء تفكيك ناپذير زندگي بشر تبديل شده است. اگرچه اطلاعات از ديرباز در زندگي بشر تاثير بسزايي داشته و انسان براي تصميم گيريها و طي طريق همواره محتاج به آن بوده است ولي آنچه كه امروزه اهميت آن را صدچندان كرده، شرايط نوين زندگي و افزايش سهم اطلاعات در آن است.

اختراع رايانه، امكان پردازش سريع و ذخيره حجم انبوهي از داده ها را فراهم آورد و پيشرفتهاي بعدي در زمينه ارتباط بين رايانه ها و امكان تبادل داده بين آنها، تبادل و انتقال اطلاعات را در سطح وسيعي ممكن ساخت. اين رويدادها به همراه ساير پيشرفتهاي صورت گرفته در زمينه الكترونيك و ارتباطات اعم از ميكروالكترونيك، نيمه هاديها، ماهواره و روباتيك به وقوع انقلابي در زمينه نحوه جمع آوري، پردازش، ذخيره سازي، فراخواني و ارائه اطلاعات منجر گرديد كه شكل گيري فناوري اطلاعات حاصل اين رويداد بود.

براساس تعريف، فناوريهاي اطلاعاتي مجموعه اي از ابزارها، تجهيزات، دانش و مهارتهاست كه از آنها در گردآوري، ذخيـــــره سازي، پردازش و انتقال اطلاعات (اعم از متن، تصوير، صوت و...) استفاده مي شود.

در اين ميان نقش ابزارهاي رايانه اي و مخابراتي به وضوح مشخص است. اين فناوري به سرعت در حال رشد است و فعاليتها و سرمايه گذاريهاي انجام شده در اين زمينه به ويژه پس از ظهور پديده اينترنت، بسيار چشمگير است. دامنه علوم مرتبط با آن بسيار گسترده و وسيع بوده و مباحثي نظير علوم رايانه و مهندسي نرم افزار، مخابرات، هوش مصنوعي، سيستم هاي اطلاعاتي مديريتي، سيستم هاي پشتيباني تصميم، مهندسي دانش، فناوري چندرسانه اي، مديريت اطلاعات، امنيت داده و اطلاعات، داد و ستد و ارتباطات انسان - رايانه، ارتباطات گروهي مبتني بر رايانه، روباتيك و پايگاههاي اطلاعاتي اينترنتي را شامل مي شود. پرتوهاي اين فناوري نوين بسياري از زواياي زندگي انسان را فرا گرفته است و بسياري از علوم و موضوعها را تحت تاثير خود قرار داده است.

امروزه موارد استفاده فناوري اطلاعات را مي توان در آموزش، مديريت و سازمان، پزشكي، تجارت، امور نظامي، توليد و صنعت، تحقيقات، حمل و نقل، كنترل ترافيك و صنعت نشر به وضوح مشاهده كرد.

جستجو به منظور يافتن راهي بهتر براي توليد قطعات، همواره عامل محرك و اساسي در خودكارسازي يا اتوماسيون بوده است. تعويض نيروي كار انساني با ماشين را مي توان ابتدايي ترين مرحله خودكارسازي توليد دانست كه حدوداً در سال 1775 ميلادي به وقوع پيوست و انقلاب صنعتي نقش موثري در رابطه با آن داشت. دستگاه تراش و نقاله ها نمونه هايي از مكانيزاسيون ايجاد شده بودند. روند اتوماسيون، در سال 1952 با ساخت اولين ماشين NC در دانشگاهMIT وارد مرحله جديدي شد كه مشخصه بارز آن عبارت بود از جايگزيني كنترل انساني با كنترل خودكار ماشين. نوعي از اتوماسيون قابل برنامه ريزي بود كه عمليات آن به وسيله اعداد و نشانه ها كنترل مي شد.

در دهه 70، با ظهور رايانه هاي ارزانتر و كارآتر و پيشرفتهاي الكترونيكي و مخابراتي، اتوماسيون هاي نقطه اي نيز به تدريج گسترش يافته و با پيوستن به يكديگر تبديل به اتوماسيون هاي گسترده تري به نام جزاير اتوماسيون شدند. جزاير اتوماسيون نشانگر مجموعه اي از زيرسيستم هاي يكپارچه خودكار شده در كارخانه هستند. سيستم هاي توليد انعطاف پذير، سيستم مديريت توليد، سيستم هاي يكپارچه جابجايي و انبارسازي مواد و سيستم هاي CAM وCAD نمونه هايي از جزاير اتوماسيون ايجاد شده هستند. انگيزه غايي، همانا خواست انسان براي افزايش هرچه بيشتر اتوماسيون در سيستم توليدي به منظور دستيابي به بهره وري بالاتر است.

باادامه فعاليت و تحقيق بر روي جزاير اتوماسيون، اين جزاير نيز به مرور توسعه پيدا كرده و شروع به همپوشاني و رقابت با يكديگر كردند.

اين مسئله به همراه جايگزيني تدريجي انديشه سيستمـي و كل نگر به جاي انديشه جزء نگرانه، همچنين پيشرفتهـاي صورت گرفته در زمينه فناوري اطلاعات باعث شد تا برخي به فكر يكپارچه سازي كليـه عمليات توليدي با يكديگر بيفتند و به اين ترتيب موضـوع «توليد يكپارچه رايانه اي» Computer Integrated Manufacturing = CIM)) مطرح گرديد.

توليد يكپارچه رايانه اي اگرچه پايان تلاشهاي محققان در خودكارسازي امور توليدي و صنعتي نيست اما از آنجا كه نمايانگر خودكارسازي و يكپارچه سازي كليه فعاليتهاي مرتبط با توليد به وسيله به كارگيري رايانه ها، روبات ها و شبكه هاي ارتباطي در درون يك كارخانه است داراي اهميت بسيار زيادي است.

توليديكپارچه رايانه اي نوعي فناوري است كه مي تواند به هر صنعت وابسته شده و توسط آن صنعت هدايت شود، بدين معني كه هر صنعت برحسب مجموعه تجارب، نيازمنديها و موقعيتهاي خاص خود، شرايطي ويژه براي توليد يكپارچه رايانه اي فراهم مي آورد. از اين رو، تعاريف و توصيفهاي متفاوتي براي آن وجود دارد. در زير نمونه هايي از توصيف هاي صورت گرفته ارائه شده است.

سيستم يكپارچه رايانه اي شامل رايانه اي كردن فراگير و سيستماتيك فرايند توليدي است. چنين سيستم هايي بااستفاده از پايگاه داده هاي مشترك، فعاليتهايي همچون طراحي به كمك رايانه، ساخت به كمك رايانه، مهندسي به كمك رايانه، انجام تست ها، تعميرات و مونتاژ را يكپارچه مي سازند.

(اسپريت، كميسيون انجمن هاي اروپايي 1982) سيستم توليد يكپارچه رايانه اي عبارتست از به كارگيري يكپارچه اتوماسيون بر پايه رايانه و سيستم هاي پشتيباني تصميم گيري به منظور مديريت فعاليتهاي سيستم توليدي، از طراحي محصول تا فرايند توليدي و نهايتاً توزيع به انضمام مديريت توليد و موجودي و مديريت منابع مالي.

(هارن و براون 1984) سيستـم توليد يكپارچه رايانـه اي، پردازنـده هاي مواد و اطلاعات است كه سه زير سيستم اصلي آنها عبارتند از: سيستم فيزيكي كارخانه، سيستم تصميم و سيستم اطلاعاتي.

(ماير 1990) توليد يكپارچه رايانه اي عبارت است از علم و هنر خودكارسازي بااستفاده از يكپارچگي حاصل از فناوري اطلاعات در فرآيندهاي توليدي. (يومانز و همكاران 1986)

با كمي دقت در توصيفها و ديدگاههاي مذكـور در مورد توليـد يكپارچه رايانـه اي مـــي توان به نقش و اهميت اطلاعـات و فناوريهاي اطلاعاتي در تحقق سيستم توليد يكپارچـه رايانه اي پي برد. به بيان ديگر، مي توان گفت كه اين سيستم در طي روند توسعه فناوري اطلاعات به مانند فعاليت مهمي در كنار آن ظاهر گرديده و گسترش يافته است.

براي بررسي نقش فناوري اطلاعات در اين سيستم بهتر است كه ابتدا ديدگاه مذكور كمي شفاف تر شود. همانگونه كه هارن، براون و شيونان در كتابشان اشاره مي كنند، درك مسئله اين سيستم بستگي به زمينه تجربي و ديدگاه اشخاص نسبت به آن دارد. از اين رو است كه نگرشها و ديدگاههاي متفاوتي در رابطه با آن وجود دارد كه آنها در اثر خود به برخي از آنها اشاره كرده اند. آنچه در اينجا به عنوان ملاك در نظر گرفته مي شود، ديدگاهي است كه خودهارن و همكارانش در مورد اين سيستم ارائه كرده اند. اين ديدگاه كه در شكل يك نشان داده شده است به لحاظ جامعيت و نگرش سيستمي، مناسبترين ديدگاه از بين ديدگاههاي موجود به نظر مي رسد .

ارتباط نشانگر يكپارچگي مجموعه عمليات و نيز نشاندهنده مدار بسته بازخورد اطلاعات هستند. به طور خلاصـه، مـي توان گفت كه توليد يكپارچه رايانه اي به معني يكپارچگي جزاير اتوماسيون مرتبط با عمليات اداري - مالي، پشتيباني مهندسي، مديريت توليد و عمليات مربوط به سطح اجرايي است. اين فرايند به وسيله ارتباطات رايانه اي و تسهيلات ذخيره سازي داده ها انجام مي شود.

در گذشته طراحي قطعات و محصولات به صورت دستي و بااستفـاده از ميزهاي بزرگ و ابزارهاي نقشــــه كشي انجام مي گرفت و نقشه ها غالباً برروي كاغذ ترسيم مي شدند. به همين سبب طراحيها عموماً وقت گير و پردردسر بودند. همچنين در صورت ترسيم اشتباه و يا تغيير طرح، اصلاح و رسم مجدد نقشه ها زمان زيادي را به خود اختصاص مي داد. اين مسئله در مواردي كه محصول از قطعات متعدد و پيچيده برخوردار بود نمود بيشتري داشت. نگهداري نقشه ها و مراقبت از آنها نيز مسئله ديگري بود كه هم فضاي زيادي را مي طلبيد و هم زمان قابل توجهي را براي كدگذاريبايگاني و بازيابي مجدد به خود اختصاص مي داد. بااين همه اين نقشه ها تنها نمايانگر شكل و وضعيت هندسي و مكاني قطعات نسبت به يكديگر آن هم به صورت دو بعدي بودند.

به تدريج با بكارگيري رايانـه در امر نقشــه كشي و ايجاد و توسعه نرم افزارهاي CAD ، تحولي در امور طراحي به قوع پيوست. كاهش خطاهاي طراحي و توليد، ايجاد تناسب ميان نقشه و روشهاي توليد، تشخيص آسان روابط اجزاي قطعه در مرحله تحليل، تسهيل در آمــاده سازي مستندات و بهبود يا افزايش استانداردهاي طراحي از مزاياي طراحي به كمك رايانه بودند.

امروزه باافزايش توان رايانه ها در ذخيره و پردازش داده و همچنين پيشرفتهاي صورت گرفته در زمينه فناوريهاي اطلاعاتي به ويژه هوش مصنوعي، امكانات و قابليتهاي سيستـــم هاي CAD به طور چشمگيري افزايش يافته است. نرم افزارهاي پيشرفتهCAD امروزي، امكان ايجاد مدلهاي توپر سه بعدي را براي طراح فراهم آورده اند. اين نرم افزارها با بهره برداري وسيع از تكنيــك هاي هوش مصنوعي و به لطف سيستم هاي خبره تعبيه شده در آنها، قابليت تجزيه و تحليل طرحها را نيز دارا هستند. به عنوان مثال آنها قادرند جرم طرح، حجم طرح و مركز ثقل قطعات را محاسبه و تعيين كنند.

مي توانند محل برخورد يا فصل مشترك قطعات مونتاژي را بررسي كنند و خواص مكانيكي قطعات نظير تنش و يا جريان گرمايي را مورد تجزيه و تحليل قرار دهند. برخي از اين نرم افزارها مي توانند حركت قطعات را نيز مورد مطالعه قرار دهند و برخي ديگر قادرند نقاط و زمانهاي بازرسي قطعه را تعيين سازند. آنها حتي پايگاه اطلاعاتي مورد نياز توليد محصول را به وجود مي آورند. پايگاه مذكور شامل تمام اطلاعات مربوط به محصول از ديد...

پژوهشی در رابطه با کاربرد الگوریتم ژنتیک در محیطهای صنعتی مختلف که برای دانلود کامل این مقاله ابتدا خرید کنید.