كتب batch production scheduling

خلفية

جدولة الإنتاج الدفعي هو ممارسة التخطيط وجدولة عمليات تصنيع الدفعي. على الرغم من أن الجدولة قد تنطبق على العمليات المستمرة تقليديًا مثل التنقية، إلا أنها مهمة بشكل خاص لعمليات الدفعات مثل تلك الخاصة بالمكونات النشطة الصيدلانية وعمليات التكنولوجيا الحيوية والعديد من العمليات الكيميائية المتخصصة. تشارك جدولة الإنتاج الدفعي بعض المفاهيم والتقنيات مع جدولة القدرة المحددة التي تم تطبيقها على العديد من مشاكل التصنيع. وقد ولدت القضايا المحددة لجدولة عمليات تصنيع الدُفعات اهتمامًا صناعيًا وأكاديميًا كبيرًا.

الجدولة في بيئة معالجة الدُفعات

يمكن وصف عملية الدُفعة من خلال الوصفة التي تتضمن فاتورة المواد وتعليمات التشغيل التي تصف كيفية صنع المنتج. يوفر معيار التحكم في العملية دفعة ISA S88 إطارًا لوصف وصفة عملية الدفعية. يوفر المعيار تسلسلاً إجرائيًا للوصفات. يمكن تنظيم الوصفة في سلسلة من إجراءات الوحدة أو الخطوات الرئيسية. يتم تنظيم وحدة العمليات في العمليات، ويمكن تنظيم العمليات بشكل أكبر في مراحل.

• اشحن وخلط المواد A و B في مفاعل ساخن، قم بتسخينه حتى 80 درجة مئوية واتفاعل لمدة 4 ساعات لتكوين C.
• نقل إلى خزان المزج، إضافة المذيب D ، Blend 1hour. الصلبة C يترسب.
• أجهزة الطرد المركزي لمدة 2 ساعة لفصل C.
• تجف في مجفف صينية لمدة 1 ساعة.

قد تظهر منظمة إجرائية مبسطة على طراز S88 للوصفة كما يلي:

• وحدة الإجراء 1: رد الفعل
  • العملية 1: الشحن أ و ب (0.5 ساعة)
  • العملية 2: المزج / الحرارة (ساعة واحدة)
  • العملية 3: عقد في 80C لمدة 4 ساعات
  • العملية 4: حل المضخة من خلال برودة لمزج الدبابة (0.5 ساعة)
  • العملية 5: النظيفة (1 ساعة)
• وحدة الإجراء 2: مزج الترسيب
  • العملية 1: تلقي الحل من المفاعل
  • العملية 2: إضافة مذيب، (0.5 ساعة) D
  • العملية 3: امزج لمدة ساعتين
  • عملية 4: مضخة إلى الطرد المركزي لمدة 2 ساعة
  • العملية 5: تنظيف (1 ساعة)
• وحدة الإجراء 3: الطرد المركزي
  • عملية 1: حل الطرد المركزي لمدة 2 ساعة
  • العملية 2: نظيفة
• وحدة الإجراء 4: حمل
  • العملية 1: تلقي المواد من أجهزة الطرد المركزي
  • العملية 2: تحميل مجفف (15 دقيقة)
• وحدة الإجراء 5: جاف
  • العملية 1: تحميل
  • العملية 2: الجاف (1 ساعة)

لاحظ أن الهدف من المؤسسة هنا هو التقاط العملية بأكملها للجدولة. قد تكون وصفة لأغراض التحكم في العمليات ذات نطاق ضيق.

معظم القيود التي وصفها Pinedo قابلة للتطبيق في معالجة الدفعات. تخضع العمليات المختلفة في الوصفة لقيود التوقيت أو الأسبقية التي تصف متى تبدأ و/أو تنتهي فيما يتعلق ببعضها البعض. علاوة على ذلك، لأن المواد قد تكون سريعة التلف أو غير مستقرة، قد يكون الانتظار بين العمليات المتعاقبة محدودًا أو مستحيلاً. قد تكون ثابتة فترات التشغيل أو أنها قد تعتمد على فترات العمليات الأخرى.

بالإضافة إلى معدات المعالجة، قد تتطلب أنشطة عملية الدفعية العمل والمواد والمرافق والمعدات الإضافية.

تحليل دورة الزمن

في بعض الحالات البسيطة، يمكن أن يكشف تحليل الوصفة عن معدل الإنتاج الأقصى ووحدة تحديد المعدل. على سبيل المثال  أعلاه، عملياً إذا كان من المقرر إنتاج عدد من الدُفعات أو الكثير من المنتج ‘ج’ ، من المفيد حساب الحد الأدنى للوقت بين بدايات الدُفعة المتتالية (دورة الزمن).

في حل السمح بالبدء بدفعة قبل نهاية الدُفعة السابقة، يتم اعتماد الحد الأدنى للدورة الزمنية بالعلاقة التالية:

عندما تكون CTmin هي أقصر دورة زمنية ممكنة لعملية إجراءات-وحدة هي المدة الإجمالية لإجراء وحدة jth. ويشار أحيانًا إلى وحدة العمل ذات المدة القصوى باسم عنق الزجاجة. تنطبق هذه العلاقة عندما يكون لكل وحدة وحدة معدات مخصصة واحدة.

إذا كانت وحدات المعدات الزائدة عن الحاجة متوفرة لإجراء وحدة واحدة على الأقل، يصبح الحد الأدنى للدورة:

حيث Nj هو عدد المعدات الزائدة عن الحاجة لإجراء الوحدة j.

إذا أعيد استخدام المعدات في سير العملية، يصبح الحد الأدنى للدورة أكثر اعتمادًا على تفاصيل عملية معينة. على سبيل المثال، إذا استُبدل عملية التجفيف في المثال الحالي بتفاعل آخر، فإن الوقت الأدنى للدورة يعتمد على سياسة التشغيل وعلى الفترات النسبية للإجراءات الأخرى. في الحالات أدناه، يمكن أن تؤدي الزيادة في وقت الانتظار في الحصة إلى تقليل متوسط وقت الدورة الدنيا.

تصور

يتم استخدام المخططات المتنوعة لمساعدة المنظمون على إدارة الجداول والقيود بشكل مرئي. مخطط جانت (Gantt) عبارة عن شاشة تعرض أنشطة على رسم بياني أفقي تمثل فيه الأشرطة وقت النشاط. فيما يلي مثال لمخطط جانت الخاص بالعملية في المثال الموضح أعلاه.

يشير مخطط زمني آخر يسمى أيضًا أحيانًا مخطط جانت إلى الوقت الذي يتم فيه الموارد الأساسية، مثل المعدات، مشغولة. توضح البيانات السابقة مخطط جانت هذا على أسلوب الإشغال.

الموارد التي يتم استهلاكها على أساس معدل، على سبيل المثال الطاقة الكهربائية، البخار أو العمل، عادة يتم عرضها كمخططات معدل الاستهلاك مقابل الوقت.

طرق حسابية

عندما تصبح حالات الجدولة أكثر تعقيدًا، على سبيل المثال عندما تشترك عمليتان أو أكثر في الموارد، فقد يكون من الصعب العثور على أفضل جدول زمني. يقع عدد من مشاكل الجدولة الشائعة، بما في ذلك الاختلافات على المثال الموصوف أعلاه، في فئة من المشكلات التي يصعب حلها مع زيادة حجمها (عدد الإجراءات والعملياتزز.

وقد تم تطبيق مجموعة واسعة من الخوارزميات والأساليب لجدولة عملية الدفعية. تفترض الطرائق المبكرة، التي تم تنفيذها في بعض أنظمة MRP ، سعة غير محدودة وتعتمد فقط على وقت الدُفعة. مثل هذه الأساليب لا تمثل أي موارد، وستنتج جداول زمنية غير مجدية.

تتضمن أساليب البرمجة الرياضية صياغة مشكلة الجدولة كمشكلة تحسين حيث بعض الأهداف، على سبيل المثال، المدة الإجمالية، يجب التقليل منها (أو تعظيمها) مع مراعاة سلسلة من القيود التي يتم تحديدها عمومًا على أنها مجموعة من أوجه عدم المساواة والمساواة. قد يتضمن الهدف والقيود متغيرات صفر أو واحد (عدد صحيح) بالإضافة إلى العلاقات غير الخطية. يتم تطبيق محلول مناسب للمشكلة الخطية أو غير الخطية الناتجة المختلطة (MILP / MinLP) الناتجة. من الناحية النظرية مضمون النهج لإيجاد الحل الأمثل إذا كان موجودا. العيب هو أن خوارزمية solver قد تستغرق وقتًا غير معقول. قد يستخدم الممارسون التبسيط الخاص بالمشكلة في الصياغة للحصول على حلول أسرع دون القضاء على المكونات الهامة لنموذج الجدولة.

برمجة القيد هو نهج مماثل إلا أن المشكلة تصاغ فقط كمجموعة من القيود والهدف هو الوصول إلى حل معقول بسرعة. حلول متعددة ممكنة مع هذه الطريقة.