Nghiên cứu tối ưu hóa lịch trình nhà máy tiết kiệm năng lượng với thời gian vận chuyển tại Viet Tien
So sánh thuật toán metaheuristic cho bài toán lịch trình job shop tiết kiệm năng lượng (có tính thời gian vận chuyển) tại Tổng công ty May Tiền.
School of Industrial Engineering Management
Logistics and Supply Chain Management
Luan An
Thesis
Số trang
133
Thời gian đọc
20 phút
Lượt xem
1
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
40 Point
Tổng quan nhanh
- Chủ đề:
- Tối ưu hóa lịch trình sản xuất: Giảm năng lượng hiệu quả
- Số trang:
- 133 trang
- Trường:
- School of Industrial Engineering Management
- Chuyên ngành:
- Logistics and Supply Chain Management
- Tác giả:
- Unknown
Tóm tắt nội dung luận án
I.Tối ưu hóa lịch trình sản xuất Giảm năng lượng hiệu quả
Nghiên cứu này tập trung vào việc tìm kiếm các phương pháp tối ưu. Mục tiêu là giảm thiểu tổng thời gian hoàn thành của máy móc. Hoàn thành đơn hàng sớm hơn là một kết quả trực tiếp. Điều này dẫn đến giảm năng lượng tiêu thụ đáng kể. Giảm thời gian sản xuất mang lại lợi thế cạnh tranh lớn cho các doanh nghiệp trong thị trường hiện nay. Việc tối ưu hóa quy trình là cần thiết. Các thách thức hiện tại trong sản xuất cần được giải quyết triệt để. Nâng cao hiệu suất hoạt động là mục tiêu hàng đầu.
1.1. Mục tiêu cốt lõi Giảm thời gian hoàn thành
Mục tiêu chính là tối ưu hóa lịch trình sản xuất để giảm tổng thời gian hoàn thành. Điều này giúp đẩy nhanh tốc độ thực hiện đơn hàng. Thời gian hoàn thành được rút ngắn. Việc giảm thời gian hoạt động máy móc trực tiếp cắt giảm năng lượng. Tối ưu hóa quy trình giúp nâng cao hiệu quả làm việc.
1.2. Thách thức hiện tại Quy trình chưa tối ưu
Các nhà sản xuất thường xem xét giai đoạn gia công và lắp ráp một cách riêng biệt. Cách tiếp cận này tạo ra sự thiếu hiệu quả. Nó cản trở quá trình tối ưu hóa tổng thể. Thiếu sự đồng bộ trong việc ưu tiên công việc và vận hành. Điều này làm cho việc lập lịch trình sản xuất trở nên phức tạp.
1.3. Lợi ích cạnh tranh Tiết kiệm năng lượng
Giảm thời gian sản xuất mang lại lợi thế cạnh tranh đáng kể. Thị trường đòi hỏi năng suất cao và chi phí thấp. Tiết kiệm năng lượng là một yếu tố then chốt. Nó giúp công ty cạnh tranh hiệu quả hơn. Đây là lợi ích trực tiếp và bền vững cho doanh nghiệp.
II.Phương pháp tối ưu lịch trình nhà máy Công nghệ tiên tiến
Nghiên cứu áp dụng các phương pháp tiên tiến để tối ưu hóa lịch trình nhà máy. Mô hình toán học được sử dụng để điều chỉnh hệ thống sản xuất. Mục tiêu là tìm ra lịch trình sản xuất tối ưu nhất. Các thuật toán siêu heuristic được phát triển để giải quyết các bài toán lớn. Sự kết hợp giữa các phương pháp này mang lại giải pháp toàn diện. Nó giúp tăng cường sử dụng máy móc hoặc giảm thiểu tổng tiêu thụ năng lượng.
2.1. Ứng dụng mô hình MILP Lập lịch chính xác
Mô hình toán học được sử dụng để sửa đổi hệ thống. Nó cung cấp một lịch trình sản xuất tối ưu. Vấn đề lập lịch phân xưởng (job-shop scheduling) được giải quyết hiệu quả. Mục tiêu bao gồm tăng cường sử dụng máy hoặc giảm thiểu tổng tiêu thụ năng lượng. Lập trình nguyên số hỗn hợp (Mixed Integer Linear Programming - MILP) là nền tảng.
2.2. Thuật toán siêu heuristic Giải quyết vấn đề lớn
Các bài toán quy mô lớn được giải quyết hiệu quả bằng thuật toán siêu heuristic. Thuật toán di truyền (Genetic Algorithm) là một phương pháp chính. Mã Python được sử dụng để phát triển thuật toán này. Nó cho phép xử lý các tập dữ liệu phức tạp. Tối ưu hóa bầy đàn (Particle Swarm Optimization - PSO) cũng là một lựa chọn tiềm năng khác.
2.3. So sánh hiệu quả Tìm kiếm giải pháp tốt nhất
Nghiên cứu thực hiện so sánh giữa các phương pháp siêu heuristic khác nhau. Mục tiêu là tìm ra giải pháp tối ưu nhất cho bài toán. Đánh giá khả năng giải quyết vấn đề của từng phương pháp. Điều này giúp xác định phương pháp hiệu quả nhất. Kết quả so sánh hỗ trợ quá trình ra quyết định chiến lược.
III.Giải pháp tiết kiệm năng lượng cho ngành may mặc Viet Tien
Nghiên cứu khảo sát lịch trình sản xuất tại Tổng Công ty May Việt Tiến. Đây là một nhà sản xuất may mặc lớn tại Việt Nam. Vấn đề được lấy cảm hứng từ tình huống thực tế của doanh nghiệp. Công ty cần cải thiện hiệu suất sản xuất. Nhu cầu tiết kiệm năng lượng là cấp thiết. Các dữ liệu về định mức vật tư và thời gian gia công được thu thập. Thông tin này được tích hợp vào mô hình. Từ đó, đưa ra các đề xuất cải tiến cụ thể.
3.1. Phân tích thực trạng Công ty may Viet Tien
Nghiên cứu tập trung vào lịch trình sản xuất của Tổng Công ty May Việt Tiến. Đây là một trường hợp thực tế trong ngành may mặc. Công ty hiện đang xem xét các giai đoạn sản xuất riêng biệt. Cách làm này dẫn đến sự thiếu hiệu quả. Cần có một giải pháp tối ưu hóa toàn diện.
3.2. Thu thập dữ liệu Định hình mô hình
Dữ liệu chi tiết được thu thập. Bao gồm định mức vật tư (BOM) của sản phẩm. Thời gian gia công của máy móc cho từng công đoạn cũng được ghi nhận. Những thông tin này được tích hợp vào mô hình. Việc này giúp xây dựng một cái nhìn toàn diện về quy trình sản xuất.
3.3. Đề xuất cải tiến Giảm tiêu thụ năng lượng
Dựa trên thông tin và kết quả phân tích, các đề xuất được đưa ra. Mục tiêu là điều chỉnh hoặc giảm thiểu tổng tiêu thụ năng lượng. Đây là một kế hoạch chiến lược dài hạn. Công ty có thể áp dụng các chiến lược tiềm năng. Nâng cao hiệu quả sản xuất bền vững.
IV.Mô hình toán học Tối ưu lịch trình sản xuất thông minh
Việc xây dựng mô hình toán học là trọng tâm của nghiên cứu. Lập trình nguyên số hỗn hợp (MILP) được sử dụng để tối ưu hóa hệ thống. Mô hình này được thực hiện bằng phần mềm CPLEX. Đồng thời, mã Python được phát triển để hỗ trợ thuật toán di truyền. Dữ liệu đầu vào bao gồm định mức vật tư (BOM) và thời gian gia công. Sự kết hợp giữa lý thuyết và công nghệ giúp đạt được kết quả tối ưu. Nó cung cấp lịch trình sản xuất thông minh.
4.1. Xây dựng mô hình Lập trình nguyên số hỗn hợp
Lập trình nguyên số hỗn hợp (MILP) là phương pháp mô hình hóa. Nó được sử dụng để tối ưu hóa hệ thống sản xuất. Mô hình này kết hợp các biến liên tục và biến số nguyên. Điều này cho phép biểu diễn các ràng buộc phức tạp. MILP cung cấp một khung làm việc vững chắc cho tối ưu hóa lịch trình.
4.2. Công cụ phần mềm CPLEX và Python
Mô hình MILP được chạy và giải quyết bằng phần mềm CPLEX. CPLEX là một công cụ mạnh mẽ chuyên dùng cho tối ưu hóa. Ngoài ra, mã Python được phát triển. Python hỗ trợ việc triển khai thuật toán di truyền. Sự kết hợp này giải quyết cả các bài toán kích thước nhỏ và lớn hiệu quả.
4.3. Từ dữ liệu đến kết quả BOM và thời gian gia công
Dữ liệu đầu vào quan trọng bao gồm định mức vật tư (BOM) của sản phẩm. Thời gian gia công cho mỗi thao tác máy cũng được thu thập. Những dữ liệu này được tích hợp cẩn thận vào mô hình. Việc chạy mã cung cấp kết quả tối ưu hóa. Kết quả này hỗ trợ lập lịch trình hiệu quả.
V.Phân tích kết quả Tối ưu hóa lịch trình tiết kiệm năng lượng
Sau khi giải quyết bài toán và thu được kết quả tốt nhất, việc phân tích được tiến hành. Đánh giá hiệu suất của giải pháp tối ưu là cần thiết. Phân tích độ nhạy được thực hiện để đánh giá tính ổn định của các phương pháp. Kết quả phân tích cung cấp cơ sở để công ty lập kế hoạch. Các chiến lược tiềm năng được đề xuất để giảm tổng tiêu thụ năng lượng. Nâng cao tính cạnh tranh và đảm bảo hoạt động bền vững của doanh nghiệp.
5.1. Đánh giá hiệu suất Giải pháp tối ưu
Khi vấn đề được giải quyết bằng kết quả tốt nhất, việc đánh giá hiệu suất là cần thiết. Giải pháp tối ưu hóa mang lại cái nhìn sâu sắc. Nó giúp xác định mức độ cải thiện trong lịch trình sản xuất. Hiệu suất tổng thể của nhà máy được nâng cao rõ rệt.
5.2. Phân tích độ nhạy Đánh giá phương pháp
Phân tích độ nhạy được tiến hành. Nó đánh giá tính ổn định và vững chắc của các phương pháp. Điều này giúp hiểu rõ hơn về tác động của các yếu tố thay đổi. Đảm bảo tính ứng dụng cao của giải pháp trong thực tế. Phân tích độ nhạy là một bước quan trọng.
5.3. Chiến lược dài hạn Giảm tiêu thụ năng lượng
Công ty có thể lập kế hoạch dựa trên kết quả nghiên cứu. Đề xuất các chiến lược tiềm năng được đưa ra. Mục tiêu là giảm tổng tiêu thụ năng lượng về lâu dài. Nâng cao tính cạnh tranh trên thị trường. Đảm bảo hoạt động sản xuất bền vững cho tương lai.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (133 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộA COMPARATIVE STUDY OF METAHEURISTICS FOR ENERGY- SAVING JOB SHOP SCHEDULING PROBLEM WITH TRANSPORTATION TIMES: A CASE STUDY OF VIET TIEN GARMENT CORPORATION A COMPARATIVE STUDY OF METAHEURISTICS FOR ENERGY- SAVING JOB SHOP SCHEDULING PROBLEM WITH TRANSPORTATION TIMES: A CASE STUDY OF VIET TIEN GARMENT CORPORATION A COMPARATIVE STUDY OF METAHEURISTICS FOR ENERGY- SAVING JOB SHOP SCHEDULING PROBLEM WITH TRANSPORTATION TIMES: A CASE STUDY OF VIET TIEN GARMENT CORPORATION Abstract The core objective of this paper is finding optimized methods to mitigate the total completion time of machines to performance orders early, leading to directly reducing the energy. This problem is inspired by a real situation observed in a garment manufacturer. The reduction in production will be a great competitive advantage for the company in this competitive market. This paper will examine the production schedule of Viet Tien Garment Corporation in Vietnam.
Currently, the company often considers machining and assembly stages separately, which could lead to inefficiencies and a lack of holistic optimization in terms of job and operation precedence. This method is simple to use and is widely used in production planning. To increase machine utilization or minimize total energy consumption the mathematical model is used to modify the system and give the optimized production schedule for the job-shop scheduling problem. The BOM of products, processing time of machines to complete each operation are collected and integrated with the model conception (Mixed integer linear programming) to give the optimized result by running code through CPLEX software.
Additionally, I develop a metaheuristic based on genetic algorithm which can efficiently address large problems by Python code. Based on that information, the company may make some suggestions to modify or minimize the total energy consumption in the long term. When the problem is solved by the best result, the sensitive analysis is conducted to evaluate methods. As a result, the company may make plans and some potential strategies to run the business.
Keywords: energy-saving scheduling; Production schedule; total energy consumption; Particle Swarm Optimization, Mixed integer linear programming, CPLEX software, Python code. Acknowledgements First, I would like to thank Dr. Phan Nguyen Ky Phuc, my adviser, for his important assistance and guidance throughout this challenging period. He has spent many hours offering helpful critiques, comments, and recommendations to improve the caliber of this work, for which I am very appreciative.
In addition to all the committed instructors who have generously shared their knowledge and given students pursuing a Bachelor of Engineering in Logistics and Supply Chain Management priceless educational advice, I would like to express my sincere gratitude and thanks to the distinguished Board of Deans of the School of Industrial Engineering Management. I express my gratitude to the jury members for their keen interest in this subject and for giving them time to consider my thesis. In my professional journey, I have been fortunate to acquire extensive knowledge in supply chain operational activities and to encounter and navigate significant logistical challenges in real-world business settings. These practical experiences serve as the bedrock of the insights presented in this paper, contributing a nuanced perspective to the academic discourse.
Lastly, my heartfelt gratitude is extended to my family, fellow seniors, and friends, whose unwavering emotional support and generous encouragement have been indispensable. Their collective assistance has played an instrumental role in the successful completion of this study, and I am profoundly appreciative of their steadfast commitment. The collaborative efforts and support from these individuals have been pivotal in this thesis's culmination. ii Table of Contents Abstract.iii Table of Contents.
iv List of Tables.vi List of Figures.vii List of Abbreviations.2 Problem Statement – The Need for Study:.3 Objectives of Study:.4 Scope and Limitation:.5 CHAPTER 2 RELATED WORKS.3 Candidate Solution Methods.1 Approaches Comparison and Selection:.2 Proposed System Design.24 CHAPTER 4 SOLUTION DEVELEPMENT.1 Model or Prototype Solution.33 CHAPTER 5 RESULT ANALYSIS.52 CHAPTER 6 CONCLUSION AND RECOMMENDATION. Recommendations for future research.100 iv List of Tables Table 3-1: Summary of considered approaches 23 Table 4-1: Indices tables about number if orders, number of machines and number of operations. 35 Table 4-2: Indices tables about number if orders, number of machines and number of operations. 36 Table 4-3: The processing time of operations of a Nike Pants completed by machines (minutes).37 Table 4-4: The processing time of operations of a hoodie completed by machines (minutes).38 Table 4-5: The processing time of operations of a Crop top completed by machines (minutes).39 Table 5-1: Objective solution of MILP.54 Table 5-2: Cmax result of each jobs.54 Table 5-3: Solution space.
55 Table 5-4: Start time of each jobs processed on machines.56 Table 5-5: Completion time of each jobs processed on machines.56 Table 5-6: Comparison result between MILP and PSO method.58 Table 5-7: Summay of sample data. 59 Table 5-8: Result of sample data. 60 v List of Figures Figure 2-1: Logo of Viet Tien Garment Corporation.11 Figure 2-2: Machine system of Viet Tien Garment Corporation.12 Figure 2-3: Layout of the flexible job shop environment (a).14 Figure 2-4: Layout of the flexible job shop environment (b).15 Figure 4-1: BOM of a Skirts.35 Figure 4-2: BOM of a NIKE Pant. 36 Figure 4-3: BOM of Nike hoodies.37 Figure 4-4: BOM of a Crop top.38 Figure 4-5: Procedure of PSO application.49 Figure 5-1: Objective result of MILP.52 Figure 5-2: Gantt chart solution.53 Figure 5-3: Fitness result of solution space.54 Figure 5-4: Gantt chart solution of PSO.56 iii List of Abbreviations MRP Material requirements planning MTO Make to order LP Linear Programming NLP Nonlinear Programming ILP Integer Linear Programming MILP Mixed Integer Linear Programming MRP Material Requirements Planning MPS Master Production Schedule BOM Bill of Materials JSP Job-Shop Scheduling Problem FJSP Flexible Job-Shop Scheduling Problem MIP Mixed-Integer programming FIFO First In First Out SPT Shortest Processing Time LPT Largest Processing Time TLBO Teaching–Learning-Based Optimization PSO Particle Swarm Optimization ABC Artificial Bee Colony NP Nondeterministic Polynomial iii CHAPTER 1 INTRODUCTION 1.1 Background: Allocating resources effectively to match demand is a pivotal component of production planning, acting as an essential mechanism that reveals in detail how a company's products are manufactured.
It facilitates the strategic use of resources such as labours, equipment, and materials, aiming primarily to reduce energy consumption. With meticulous and accurate production planning, a company can ensure that all inputs are optimized for energy efficiency and that production is scaled appropriately to resource availability. Moreover, creating an ideal scheduling plan contributes to lower energy consumption from a management standpoint. This approach to energy-efficient scheduling, despite adding a minimal financial overhead, is increasingly favoured over traditional methods like buying energy-efficient equipment or designing new products, particularly by smaller enterprises.
In Vietnam's garment industry, the Make-to-Order (MTO) strategy is extensively used. MTO allows customers to order customized products, initiating production only after an order is received, thus adhering to a pull-type supply chain where production is directly linked to actual customer demand. To manage this model effectively, it is crucial to segment and organize orders efficiently to save on production time, meet precise customer specifications, and guarantee timely delivery. In production scheduling, the critical elements include the allocation of resources and tasks—commonly machines and jobs.
The main goal in this context is to minimize energy usage, closely linked to reducing transportation times required to complete an order. Several strategies, including Linear Programming (LP), Nonlinear Programming (NLP), Integer Linear Programming (ILP), and Mixed Integer Linear Programming (MILP), are utilized to decrease the makespan and prevent delays in order fulfilment within production scheduling. These methods provide a broad spectrum of solutions to tackle the complexities of production scheduling. 1 For this thesis, the chosen approach to address these challenges is Particle Swarm Optimization.
As it is an NP-Hard problem, it is not possible to find the best solution, so over time, several types of algorithms have been proposed to find a good enough solution to the problem, one of these approaches is the bio- inspired algorithms in which they use patterns observed in nature to solve problems. One of these patterns observed in nature is the behaviour of bee swarms and the migratory movement of flocks of birds, the behaviour of these flocks is used as a heuristic in the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm where each individual of a population of particles uses the average between its best position ever visited (pBest) and the best position already visited among all of the population (gBest) to obtain a new position so that each round the population converges to an optimal result.2 Problem Statement – The Need for Study: 1.1 Current system description - Viet Tien company's production facilities are typically organized in a traditional job shop format where various clothing items are produced on an order-by-order basis. Each facility houses numerous specialized departments such as cutting, sewing, finishing, and quality control, which handle different stages of the garment manufacturing process. - The manufacturing process is energy-intensive, primarily due to the use of various machines such as sewing machines, cutting machines, and presses, which are essential at different stages of production.
The energy consumption varies significantly across different departments depending on the machinery and production techniques used.2 Identify the problem and the gap needed to fill this case. - According to the relevant survey, the worldwide industrial sector will consume more than half of the total energy through 2040. Against the background of the deteriorating ecological environment, environmental protection has become a serious issue for global manufacturing industries. - Suffering from growing energy costs and a worsening ecological environment, it is 2 quite necessary to adopt some measures to achieve energy saving and consumption reduction.
Reviewing this situation, Viet Tien Garment Corporation has tried to purchase more energy-efficient equipment, others attempt to redesign the products. However, these previous attempts inevitably impose substantial capital investment, which is impossible for them to afford such extra financial burden. They are finding reasonable operational management for the reduction of energy consumption. - The use of Excel and energy-efficient equipment at Viet Tien Garment Corporation presently beneficial to the FJSPs in this firm.
For FJSPs difficulties, using Excel to assign work to machines may not be the ideal strategy. Minimized transportation time and sub-lot number will minimize the transportation energy consumption, which leads to minimizing the total energy consumption. - To solve that problem, a model of FJSPs is being formed which helps the companies to get the optimal scheduling. It helps the company to ensure that products are produced on time, to the right specifications, and at the lowest possible supply, as well as the allocation of the jobs to the machines, which can be beneficial for the human resources department.
Benefits of effective production scheduling include increased efficiency, improved customer service, and increased profitability. By carefully planning and coordinating production, companies can improve efficiency, customer service, and profitability.3 What Needs to Solve or Achieve: There are several areas that need to be implemented to improve the company’s planning and scheduling. First, I need to look for several methods which may help to reduce the great amount of energy to optimize the energy of using machines and must achieve the new production schedule. Second, I must collect information about developing a production system including information about the BOM, the energy consumption to complete operations by machines with multiple tasks, and demand of customers, so I can calculate the total energy and make the schedule.3 Objectives of Study: 3 1.1 The beneficiaries of the study results - My project: This project has enriched my expertise in production planning and scheduling.
Additionally, it provided me with hands-on experience through a particular case study aimed at reducing energy usage among machine-operated jobs. I also created a Gantt chart to visualize the distribution of operations across machines. - The Viet Tien Garment Corporation: This company can enhance its production processes and address existing issues through the insights gained from this project.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Trích dẫn luận án này
Unknown (n.d.). Tối ưu hóa lịch trình nhà máy tiết kiệm năng lượng [Luận án tiến sĩ, School of Industrial Engineering Management]. LuanAn.net. https://luanan.net/cong-nghe-thong-tin/nghien-cuu-toi-uu-hoa-lich-trinh-nha-may-tiet-kiem-nang-luong-viet-tien
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Tối ưu hóa lịch trình nhà máy tiết kiệm năng lượng" nghiên cứu về vấn đề gì?
So sánh thuật toán metaheuristic cho bài toán lịch trình job shop tiết kiệm năng lượng (có tính thời gian vận chuyển) tại Tổng công ty May Tiền.
Luận án "Tối ưu hóa lịch trình nhà máy tiết kiệm năng lượng" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại School of Industrial Engineering Management.
Luận án "Tối ưu hóa lịch trình nhà máy tiết kiệm năng lượng" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Tối ưu hóa lịch trình nhà máy tiết kiệm năng lượng" thuộc chuyên ngành Logistics and Supply Chain Management. Danh mục: Công Nghệ Thông Tin.
Luận án "Tối ưu hóa lịch trình nhà máy tiết kiệm năng lượng" có bao nhiêu trang?
Luận án "Tối ưu hóa lịch trình nhà máy tiết kiệm năng lượng" có 133 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Tối ưu hóa lịch trình nhà máy tiết kiệm năng lượng" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.