مدلسازی ریاضی و بهینه سازی مسأله زمان بندی جریان کارگاهی انعطاف پذیر در شرایط عدم قطعیت

رشته صنایع یکی از مهمترین زیر شاخه های فنی و مهندسی شامل گرایش های متعددی در مقطع کارشناسی ارشد میباشد . در ادامه به معرفی نمونه بسیار جدید پایان نامه ارشد مهندسی صنایع با عنوان : مدلسازی ریاضی و بهینه سازی مسأله زمان بندی جریان کارگاهی انعطاف پذیر در شرایط عدم قطعیت که در 178 صفحه در فرمت قابل ویرایش Word به نگارش در آمده میپردازیم .

چکیده تحقیق مدلسازی ریاضی و بهینه سازی مسأله زمان بندی جریان کارگاهی انعطاف پذیر در شرایط عدم قطعیت :

زمان­بندی جریان کارگاهی انعطاف پذیر یکی از مسائلی است که به شرایط دنیای واقعی بسیار نزدیک است و در دهه گذشته مطالعات زیادی را به خود اختصاص داده است. در این تحقیق هدف استفاده از یک سیستم جریان کارگاهی انعطاف پذیر برای طراحی یک مکانیزم عمل جراحی و همچنین تعین توالی بیماران استفاده شده است. این تحقیق شامل دو فاز است که فاز اول با نام فاز استراتژیک یا طراحی و فاز دوم با نام فاز عملیاتی یا برنامه­ریزی عنوان شده اند. در مرحله اول هدف انتخاب تیم­های مناسب برای سیستمی که قرار است پیاده سازی شود و مرحله دوم با استفاده از اطلاعات و نتایج بدست آمده در فاز اول به برنامه­ریزی بیمارانی که قرار است جراحی شوند می­پردازد. فاز اول که یک مدل برنامه ­ریزی عدد صحیح مختلط دو هدفه است در یکی از دو معیار پارامتر زمان، غیر قطعی در نظر گرفته می­شود و به همین خاطر از زمان­ بندی استوار برای فرموله کردن تابع هدف مربوط به زمان استفاده شده است. حل مدل دوهدفه فاز اول با استفاده از رویکرد -محدودیت صورت پذیرفته است..

در فاز دوم نیز از رویکردی بر مبنای قابلیت اطمینان استفاده شده است که برای نیل به این به این هدف سه معیار در تابع هدف بکار برده شده است. برای حل فاز دوم چون مسأله حالت NP-hard  دارد برای مسائل بزرگ دو الگوریتم فرا ابتکاری معرفی شده است. در ابتدا نتایج حاصل از حل دقیق مسائل کوچک و متوسط  با استفاده از نرم­ افزار GAMS و الگوریتم­های فرا ابتکاری معرفی شده با هم مقایسه شده است. نتایج حاصله نشان می­دهد که که نتایج حاصل از اعتبار سنجی آن­ها رضایت بخش است به این صورت که الگوریتم­های فرا ابتکاری در کمتر از نصف زمان حل دقیق به جواب بالاتر از 90 درصد نزدیک به جواب بهینه می­رسند. همچنین الگوریتم جستجوی فاخته نیز نسبت به الگوریتم ژنتیک از کارایی بیشتری در این مسائل برخوردار است.

کلید واژه: زمان­ بندی جریان کارگاهی انعطاف پذیر دو مرحله­ ای، زمان­بندی استوار، مدلسازی چند هدفه، الگوریتم جستجوی فاخته، الگوریتم ژنتیک

اهداف تحقیق

در این تحقیق در گام اول هدف طراحی یک مسئله زمان­بندی و انتخاب ماشین­های مورد نیاز از ماشین­های موجود است. و در گام دوم توالی کارهای موجود را برای ماشین­های انتخاب شده از مرحله اول بدست خواهد آمد. مسأله مورد نظر یک مسئله زمان­بندی جریان کارگاهی انعطاف پذیر دو مرحله ای است.

اهدافی که این تحقیق به دنبال آن است در فاز اول دستیابی به یک گروه از تیم­های جراحی و بیهوشی است به طوری که با توجه به عدم قطعیت ­های موجود بتواند معیار مجموع زمان­درجریان کار را به طوری در نظر بگیرد که هزینه استفاده از این تیم­ها نیز برای سیستم به صرفه باشد. به همین دلیل در فاز اول یک مدل دو هدفه معرفی خواهد شد که معیار اول با توجه به عدم قطعی بودن زمان ­انجام عمل­ها به صورت استوار تعریف شده است و معیار دوم نیز مربوط به هزینه بکارگیری از هر تیم می­باشد.خروجی مرحله اول یک گروه از تیم­ها می­باشد که برای بیهوشی و جراح انتخاب خواهند شد.

پس از حل مدل فاز یک حال یک مجموعه از تیم­ها در دسترس است که عمل­های جراحی باید بر روی آن­ها انجام شوند. در این مرحله مدلی معرفی خواهد شد تا با توجه به مسأله دنیای واقعی و معیارهای مهم موجود در این مسأله زمان­بندی مناسب را برای بیمارانی که باید جراحی روی آن­ها انجام شوند.

فهرست مطالب

فصل 1 مقدمه و کلیات تحقیق.. 1

1-1 مقدمه. 2

1-2 مطالعه موردی.. 4

1-3 اهداف تحقیق.. 6

1-4 جمع بندی.. 6

فصل 2  مرور بر تحقیقات پیشین.. 2

2-1 مقدمه. 9

2-2 زمان­بندی و برنامه ریزی اتاق عمل. 10

2-3 ضرورت توجه به زمان­بندی.. 12

2-4 تعریف انواع زمان­بندی.. 14

2-5 ادبیات مرتبط با مسائل جریان کارگاهی انعطاف پذیر  . 15

2-2-2 دسته بندی جریان کارگاهی انعطاف پذیر    . 19

2-6 طبقه بندی عدم قطعیت… 22

2-6-1 توصیف عدم قطعیت… 23

2-6-2 زمانبندی جریان کارگاهی انعطاف پذیر تحت عدم قطعیت… 24

2-7 رویکردهای اساسی زمانبندی تحت عدم قطعیت.. 27

2-7-1 رویکرد کاملا واکنشی.. 28

2-7-2 رویکرد استوار. 28

2-7-3 رویکرد پیشگویانه واکنشی.. 31

2-8 زمان­بندی برخط.. 33

2-9 مروری بر ادبیات زمان­بندی عمل­های جراحی.. 35

2-9-1 برنامه ریزی ریاضی.. 36

2-9-2 شبیه سازی.. 41

2-9-3-الگوریتم های فرا ابتکاری.. 42

2-9-4 الگوریتم های ابتکاری.. 43

2-10 جمع­بندی.. 49

فصل 3 مدلسازی و تعریف مسأله. 30

3-1 مقدمه. 51

3-2 بیان مسأله. 51

3-3 رویکرداستراتژیک-عملیاتی.. 52

3-3-1  فاز اول: فاز استراتژیک(طراحی). 53

3-3-1-3 مدل پیشنهادی برای فاز استراتژیک(طراحی). 58

3-4 فازدوم: فاز عملیاتی.. 62

3-5 روش پیشنهادی برای اجرای فاز عملیاتی.. 63

3-5-1 قابلیت اطمینان.. 64

3-5-2 مدلسازی ریاضی برای فاز عملیاتی.. 69

فصل 4 رویکردهای حل.. 72

4-1 مقدمه. 73

4-2 روش حل فاز استراتژیک(برنامه ریزی دوهدفه) 73

4-2-1 روش Ɛ-محدودیت… 75

4-3 روشه­ای تکاملی.. 76

4-3-1 ساختار جواب برای الگوریتم ژنتیک…. 76

4-3-2 الگوریتم ژنتیک…. 80

4-3-3 الگوریتم جستجوی فاخته. 86

4-4 تنظیم پارامترها برای الگوریتم­های فراابتکاری با استفاده از روش تاگوچی.. 91

4-5 جمع­بندی.. 93

فصل 5 تحلیل نتایج.. 95

5-1 مقدمه. 96

5-2 نتایج بدست آمده از فاز اول: فاز استراتژیک(طراحی) 96

5-2-1 تخمین سناریو زمان انجام عمل جراحی.. 98

5-2-2 حل دقیق با رویکرد -محدودیت و استفاده از نرمافزار GAMS IDE/Cplex. 99

5-3 نتایج بدست آمده از فاز دوم: فاز عملیاتی.. 106

5-4 تنظیم پارامترهای الگوریتم ژنتیک با استفاده از روش تاگوچی.. 109

5-5 مسائل با ابعاد کوچک.. 112

5-5-1 نتایج حاصل از حل دقیق مسائل کوچک و تحلیل آن.. 116

5-5-2 نتایج حاصل از حل مسائل کوچک با الگوریتم های فرا ابتکاری و مقایسه آن با حل دقیق.. 119

5-6 مسائل با ابعاد متوسط.. 125

5-6-1 نتایج حاصل از حل دقیق مسائل متوسط و تحلیل آن.. 127

5-6-2 نتایج حاصل از حل مسائل متوسط با الگوریتم های فرا ابتکاری و مقایسه آن با حل دقیق.. 130

5-7 نتایج حاصل از حل مسائل بزرگ با الگوریتم های فرا ابتکاری و مقایسه آن با حل دقیق.. 135

5-8 جمع­بندی.. 136

فصل 6 نتیجه­ گیری و پیشنهاد برای تحقیقات آتی.. 109

6-1مقدمه. 138

6-2 نتیجه­گیری.. 139

6-3 پیشنهاد برای تحقیقات آتی.. 140

فهرست منابع. 142

پیوست الف داده­ های استفاده شده در این تحقیق.. 148

واژه نامه فارسی به انگلیسی.. 156

واژه نامه انگلیسی به فارسی.. 157

فهرست جدول­ها

جدول 2-1  برخی از مسائل زمانبندی جریان کارگاهی انعطاف پذیر. 13

جدول 2-2   دسته بندی مطالعات بر روی زمان­بندی FFS تحت عدم قطعیت 21

جدول 5-1 زمان انجام یک عمل جراحی خاص توسط تیم اول در یک ماه گذشته مرتب شده به صورت صعودی   78

جدول 5-2 جراحی­ های درنظر گرفته شده در فاز طراحی و تعداد تیم موجود در هر حوزه. 80

جدول 5-3  هزینه ­های بکارگیری هر تیم با واحد قرار دادن هزینه تیم اول بیهوشی.. 81

جدول 5-4  تعداد تیم­های انتخاب شده با توجه به تخصص مربوطه 85

جدول 5-5  نحوه شماره­گذاری تیم­ها در مرحله بعد(فاز عملیاتی) به صورت جدول زیر می­باشد. 85

جدول 5-6  میانگین زمان انجام عمل­های جراحی و بیهوشی.. 87

جدول 5-7  سطح­های درنظر گرفته شده برای پارامترهای الگوریتم ژنتیک 90

جدول 5-8 حالت های پیشنهادی روش تاگوچی.. 91

جدول 5-9  ابعاد مسائل نمونه با سایز کوچک… 94

جدول 5-10  ابعاد مسائل نمونه با سایز کوچک تعداد جراحی­هایی که در یک روز باید انجام شود. 95

جدول 5-11  نتایج به­ دست آمده از حل دقیق مسائل در ابعاد کوچک… 96

جدول 5-12  نتایج حل مسائل نمونه با سایز کوچک توسط الگوریتم­های فرا ابتکاری و مقایسه آن با نتایج حل دقیق.. 100

جدول 5-13 ابعاد مسائل نمونه با سایز متوسط.. 105

جدول 5-14  ابعاد مسائل نمونه با سایز متوسط تعداد جراحی­هایی که در یک روز باید انجام شود. 106

جدول 5-15  نتایج حاصل از حل مسائل معرفی شده در ابعاد متوسط.. 107

جدول 5-16  نتایج حل مسائل نمونه با سایز متوسط توسط الگوریتم­های فراابتکاری و مقایسه آن با نتایج حل دقیق.. 111

جدول5-17 مقایسه عملکرد الگوریتم فراابتکاری با روش حل دقیق در راستای بهینگی جواب­ها و زمان حل مسائل با سایز بزرگ.. 116

فهرست شکل­ها

شکل 1-1  نمودار جریان بیماران 6

شکل 2-1 ساختار کلی مسأله جریان کارگاهی انعطاف­پذیر. 11

شکل 2-2   توزیع معیارهای بکار گرفته شده در زمان­بندی جریان کارگاهی انعطاف پذیر 15

شکل 4-1 ساختار کلی جواب.. 57

شکل 4-2  ساختار جواب برای سه تیم بیهوشی و پنج تیم جراحی.. 58

شکل 4-3  مثالی عددی ساختار جواب برای سه تیم بیهوشی و پنج تیم جراحی 58

شکل 4-4  تعداد جواب­های مشابه برای سطر مربوط به بیهوشی برای حالت سه تیم بیهوشی.. 59

شکل 4-5  ساختارجواب­ برای سطر مربوط به بیهوشی برای حالت چهار تیم بیهوشی.. 59

شکل 4-6  تعداد جواب­های مشابه برای سطر مربوط به بیهوشی برای حالت چهار تیم بیهوشی.. 60

شکل 4-7 شبه کد ارائه شده برای الگوریتم ژنتیک… 61

شکل 4-8 مثالی برای نشان دادن نحوه عملکرد عملگرها 62

شکل 4-9  نحوه کارکرد عملگر تقاطع الگوریتم ژنتیک و جواب بدست آمده از عملگر تقاطع. 62

شکل 4-10  فرزندهای حاصله و عمل موجه سازی.. 64

شکل 4-11 نحوه عملکرد عملگر جهش… 65

شکل 4-12 شبه کد ارائه شده در برای الگوریتم جستجوی فاخته. 68

شکل 4-13 یک جواب اولیه برای نمایش نحوه عملکرد عملگرها 69

شکل 4-14 نحوه عملگر پرواز لووی.. 69

شکل 4-15  فرآیند موجه سازی جواب.. 70

شکل 5-1 مرز پارتو با استفاده از حل دقیق دو هدفه فاز یک… 82

شکل 5-2 توالی انجام هر کار بر روی هر تیم جراحی و بیهوشی بعد از حل فاز اول (طراحی) 84

شکل 5-3 فاکتورهای کنترلی بر پایه نرخ (S/N) 92

شکل 5-4 ترکیب بهینه سطوح پارامترها 92

شکل 5-5 نمودار تغیرات f1* با حل دقیق مسائل با اندازه کوچک… 97

شکل 5-6 نمودار تغیراتf2* با حل دقیق مسائل با اندازه کوچک… 97

شکل 5-7 نمودار تغیراتf3* با حل دقیق مسائل با اندازه کوچک… 98

شکل 5-8 نمودار تغیراتz* با حل دقیق مسائل با اندازه کوچک… 98

شکل 5-9 نمودار تغیرات زمان اجرا با حل دقیق مسائل با اندازه کوچک… 99

شکل 5-10 تغیرات تابع هدف با استفاده از روش های مختلف.. 101

شکل 5-11 نمودار تغییرات زمان اجرا با در نظر گرفتن روش های مختلف.. 101

شکل 5-12 روند بهینگی نسبی جواب­های به دست آمده و زمان حل.. 102

شکل 5-13 نمودار تغیرات f1* با حل دقیق مسائل با اندازه متوسط.. 108

شکل 5-14 نمودار تغیرات f2* با حل دقیق مسائل با اندازه متوسط.. 108

شکل 5-15 نمودار تغیرات f3* با حل دقیق مسائل با اندازه متوسط.. 109

شکل 5-16 نمودار تغیراتz* با حل دقیق مسائل با اندازه متوسط.. 109

شکل 5-17 نمودار تغیرات زمان اجرا با حل دقیق مسائل با اندازه متوسط.. 110

شکل 5-18 تغیرات تابع هدف با استفاده از روش های مختلف.. 112

شکل 5-19 نمودار تغییرات زمان اجرا با در نظر گرفتن روش های مختلف.. 113

شکل 5-20 مقایسه عملکرد الگوریتم­های فراابتکاری و حل دقیق.. 114

شکل 5-21 نمودار تابع هدف-زمان الگوریتم جستجوی فاخته برای مسأله m43. 115

راهنمای خرید و دانلود فایل

برای پرداخت، میتوانید از کلیه کارتهای عضو شتاب  استفاده نمائید.

بعد از پرداخت آنلاین لینک دانلود فعال و نمایش داده میشود ، همچنین یک نسخه از فایل همان لحظه به ایمیل شما ارسال میگردد.

در صورت بروز  هر مشکلی،میتوانید از طریق تماس با ما  پیغام بگذارید و یا در تلگرام با ما در تماس باشید، تا شکایت شما مورد بررسی قرار گیرد.

برای دانلود فایل روی دکمه خرید و دانلود  کلیک نمایید.