Các bài toán trong Điều Độ Sản Xuất và Dịch Vụ

Các bài toán trong Điều Độ Sản Xuất và Dịch Vụ <span><img src='../../templates/standard/img/icon_premium-widget.gif' /></span>

(21/01/2010) Điều độ là một quá trình ra quyết định đóng vai trò rất quan trọng trong hầu hết các hoạt động, các ngành công nghiệp sản xuất và dịch vụ. Kỹ thuật điều độ được sử dụng trong mua bán và sản xuất, trong vận chuyển và phân phối, trong xử lý thông tin và truyền thông. Chức năng của điều độ trong một công ty là sử dụng các kỹ thuật toán học hay một số các phương pháp định lượng khác để phân phối hợp lý các nguồn tài nguyên có hạn phục vụ công việc. Một sự phân phối tài nguyên thích hợp sẽ cho phép công ty đạt được mục tiêu tối ưu mong muốn. Nguồn tài nguyên (resources) có thể là các máy móc trong phân xưởng, các đường băng trong sân bay, các công nhân ở công trường xây dựng hay các đơn vị xử lý trong môi trường tính toán… Các công việc (task) có thể là các sự vận hành trong phân xưởng, các lần cất cánh hay đáp xuống tại một sân bay, các giai đoạn trong một dự án xây dựng hay các chương trình máy tính được thi hành tương ứng với các nguồn tài nguyên. Mỗi công việc có thể có một mức độ ưu tiên, một thời gian có thể bắt đầu sớm nhất và một ngày tới hạn riêng biệt. Các mục tiêu trong điều độ sản xuất có thể có nhiều dạng khác nhau, ví dụ như cực tiểu thời gian hoàn thành các công việc hay cực tiểu các công việc trễ hạn.

Sáu ví dụ được đưa ra sau đây sẽ minh họa vai trò của điều độ trong một số tình huống thực trong cuộc sống. Mỗi ví dụ sẽ mô tả một dạng riêng của bài toán điều độ.

Ví dụ 1: Dự án lắp đặt hệ thống máy tính

Trong ví dụ này, ta quan tâm đến sự mua sắm thiết bị, lắp đặt và kiểm tra một hệ thống máy tính lớn. Dự án bao gồm một số các công việc riêng biệt, bao gồm sự định giá và chọn lựa phần cứng, phát triển phần mềm, tuyển dụng và huấn luyện nhân viên, kiểm tra hệ thống và gỡ lỗi hệ thống. Cần lưu ý là giữa các công việc tồn tại một mối quan hệ ưu tiên: một số công việc có thể bắt đầu đồng thời, trong khi đó một số khác chỉ có thể được bắt đầu sau khi một số công việc tiên quyết trước nó đã được hoàn thành. Mục tiêu đặt ra là hoàn thành toàn bộ dự án trong thời gian ngắn nhất, trong ngữ cảnh này kỹ thuật điều độ không chỉ cung cấp một quá trình chắt chẽ để quản lý dự án mà còn cung cấp một sự ước lượng tốt về thời gian hoàn thành dự án, tìm ra được các công việc tới hạn.

Ví dụ tiếp theo được lấy từ một môi trường sản xuất job shop, trong đó tầm quan trọng của điều độ tăng lên cùng với sự đa dạng hóa và sự khác biệt của sản phẩm.Ví dụ 2: Sản xuất động cơ

Trong ví dụ này, môi trường sản xuất động cơ có dạng job shop. Trong môi trường job shop, có n công việc và một hàm mục tiêu cần phải cực tiểu hóa. Mỗi công việc đều có một lộ trình qua một số lượng máy nhất định.

Một ví dụ của job shop là bệnh viện và bệnh nhân trong bệnh viện được xem là những công việc. Mỗi bệnh nhân theo một lộ trình nhất định và phải điều trị tại một số trạm trên lộ trình của họ. Đây chính là dạng tiêu biểu của bài toán điều độ job shop truyền thống. Tuy nhiên, có những bài toán job shop không thuộc loại này, tiêu biểu là bài toán điều độ sản xuất tại phân xưởng cơ khí của một nhà máy chế tạo động cơ. Tại đây, một công việc là một lô sản phẩm cần được gia công và máy gia công công việc này có thể là một nhóm máy gồm nhiều máy cùng chức năng.

Trong nhiều môi trường sản xuất các hệ thống điều khiển vật liệu tự động di chuyển dòng sản phẩm từ đầu đến cuối hệ thống ở mỗi bước dừng, hệ thống này được gọi là hệ thống lắp ráp linh hoạt (flexible assembly systems). Công việc của nhà điều độ trong trường hợp này là để đưa ra các kế hoạch làm việc tốt nhất khi thỏa mãn các điều kiện về thứ tự công việc và thời gian thực hiện. Ví dụ, tiếp theo sau đây sẽ mô tả dạng sản xuất này.

Ví dụ 3: Một dây chuyền lắp ráp ô tô

Ô tô được sản xuất với nhiều mẫu mã khác nhau, mỗi mẫu được sản xuất với số lượng nhất định. Trong một mẫu xe có nhiều chọn lựa về màu sắc, phụ kiện… Trong hệ thống lắp ráp, các điểm nút cổ chai (bolted-neck) xuất hiện khi có hiện tượng ùn tắc các bán thành phẩm trên một số công đoạn. Có nhiều nguyên nhân gây ra ùn tắc như năng lực của trạm lắp ráp, thời gian chuẩn bị khi thay đổi mẫu mã lớn (ví dụ phân xưởng sơn có thể là một nút cổ chai). Công việc điều độ vì vậy cần tiến hành sao cho cân bằng tải ở các trạm làm việc, hướng đến mục tiêu cực đại năng suất.

Ví dụ 4: Kế hoạch sản xuất cho một nhà máy giấy

Đầu vào nhà máy giấy là xơ gỗ và bột giấy, đầu ra là các cuộn giấy thành phẩm. Trung tâm nhà máy là các thiết bị sản xuất giấy. Các thiết bị này rất lớn và chiếm một khoảng đầu tư vốn đáng kể (vào khoảng từ 50 triệu đến 100 triệu đo la cho mỗi máy). Mỗi máy sản xuất nhiều loại giấy khác nhau, đặc trưng bởi trọng lượng, độ láng và màu giấy…

Kế hoạch sản xuất của các máy này thường được chuẩn bị hàng năm. Sự điều độ kế hoạch theo chu kỳ thời gian là hai tuần hoặc lâu hơn. Mỗi loại giấy được sản xuất liên tục, gián đoạn tùy thuộc vào nhu cầu trên thị trường.

Mỗi khi máy chuyển từ một loại giấy này sang một loại giấy khác, cần phải tính chi phí chuẩn bị. Máy móc không dừng lại trong thời chuyển đổi (giữa hai loại giấy) mà vẫn duy trì sản xuất. Trong thời gian chuyển đổi này, vì giấy đã sản xuất không theo bất kỳ một yêu cầu kỹ thuật đặc biệt nào, hoặc là nó đã được bán lẻ hoặc sẽ được đem tái sản xuất lại trong hệ thống.

Kế hoạch sản xuất được hoạch định sao cho cực đại lượng sản phẩm trong khi cực tiểu chi phí tồn kho. Cực đại sản lượng với ngầm ý là cực tiểu thời gian chuyển đổi, nếu không sẽ tốn thời gian sản xuất lâu hơn và chi phí tồn kho sẽ cao hơn. Kế hoạch sản xuất tổng thể phải cân nhắc giữa chi phí chuẩn bị và chi phí tồn kho.

Trong nhiều môi trường sản xuất khách hàng có mối quan hệ thân thiết với nhà sản xuất. Nhà máy xây dựng kế hoạch điều độ sản xuất trong sự cộng tác với khác hàng và cho phép họ đặt hàng trước trong một khoảng thời gian đặt biệt nào đó. Bài toán điều độ lúc này phải cân nhắc các mục tiêu đề ra cũng như độ ưu tiên tùy theo khách hàng.

Ví dụ 5: Hệ thống đặt chỗ thuê xe trước

Điểm cho thuê xe phải có nhiều loại xe khác nhau. Ví dụ, như xe cỡ lớn, cỡ vừa và cỡ nhỏ với nhãn hiệu xe khác nhau. Một số khách hàng có thể rất dễ dãi trong việc chọn loại xe mà họ sẽ sử dụng, trong khi đó một số khác thì rõ ràng, cụ thể. Các khách hàng gọi đến và đặt chỗ trước cho một số ngày nào đó và điểm cho thuê xe sẽ phải quyết định sẽ phục vụ hay không phục vụ xe cho họ tùy theo năng lực hiện có. Có thể có lợi hơn nếu điểm cho thuê xe từ chối không cho khách hàng thuê xe trong một ngày để có cơ hội cho một khách hàng khác thuê dài ngày. Hàm mục tiêu của người cho thuê xe trong bài toán này là cực đại số ngày xe cho thuê và do đó việc lập kế hoạch phải bám sát mục tiêu này.

Ví dụ 6: Điều độ các y tá trong một bệnh viện

Mỗi một bệnh viện đều có nhu cầu về nhân viên thay đổi từng ngày. Ví dụ, như nhu cầu về y tá trong các ngày thường trong tuần thường lớn hơn nhu cầu y tá các ngày cuối tuần, vá số nhân viên ca đêm thường ít hơn số nhân viên ca ngày. Các luật lệ cụ thể của từng địa phương có thể cung cấp thêm một số ràng buộc về điều độ và do đó có nhiều dạng khác nhau của các loại ca làm việc, với nhiều chi phí khác nhau.

Mục tiêu là đưa ra các cách sắp xếp về ca hợp lý và đáp ứng như cầu mỗi ngày và thỏa mãn tất cả các ràng buộc với chi phí cực tiểu.

Các ví dụ trên đây đã cho thấy rõ là điều độ rất quan trọng trong cả hai lĩnh vực sản xuất và dịch vụ. Các bài toán điều độ thường xẩy ra trong môi trường sản xuất (như điều độ dây chuyền lắp ráp), một số khác thì xuất hiện trong môi trường dịch vụ (hệ thống đặt chỗ thuê xe trước). Về mặt mô hình, một số bài toán điều độ tìm thấy trong cả hai lĩnh vực sản xuất và dịch vụ: như điều độ job shop rất quan trọng trong cả nhà máy cũng như bệnh viện.

Trong nhiều môi trường làm việc, tác động của điều độ với các mục tiêu cho trước thường không thể thấy được ngay. Tuy nhiên, lựa chọn một sự điều độ kỹ lưỡng có một tác động đáng kể đến sự hoạt động của hệ thống. Thực vậy, một cải tiến trong một sự điều độ có thể cắt giảm các chi phí trực tiếp cũng như gián tiếp một số phần trăm đáng kể, đặc biệt trong một số môi trường sản xuất phức tạp.

Không may, điều độ rất khó thực hiện. Các khó khăn xảy ra trong quá trình điều độ thường do độ khó của bài toán tối ưu hóa tổ hợp, trong đó các khó khăn về mặt thực hiện lại liên quan đến mô hình hóa bài toán điều độ trong thế giới thực và các thu thập, quản lý thông tin. Giải quyết các khó khăn này cần có nhiều kinh nghiệm và kỹ năng, nếu giải quyết tốt sẽ đem lại nhiều lợi ích về mặt tài chính và hoạt động của tổ chức.

nguyenvannhopc.wordpress.com – Siêu tầm

Bình luận đã được đóng.

%d bloggers like this: