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 برنامهریزی عدد صحیح مختلط دو هدفه است در یکی از دو معیار پارامتر زمان، غیر قطعی در نظر گرفته میشود و به همین خاطر از زمانبندی 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 نرمافزار 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: زمانبندی جریان کارگاهی انعطاف پذیر دو مرحلهای، زمانبندی استوار، مدلسازی چند هدفه، الگوریتم جستجوی فاخته، الگوریتم ژنتیکفهرست مطالب صفحهفصل 1مقدمه و کلیات تحقیق. 11-1 مقدمه. 21-2 مطالعه موردی. 41-3 اهداف تحقیق. 61-4 جمع بندی. 6فصل 2 مرور بر تحقیقات پیشین. 22-1 مقدمه. 92-2 زمانبندی و برنامه ریزی اتاق عمل. 102-3 ضرورت توجه به زمانبندی. 122-4 تعریف انواع زمانبندی. 142-5 ادبیات مرتبط با مسائل جریان کارگاهی انعطاف پذیر. 152-2-2 دسته بندی جریان کارگاهی انعطاف پذیر.. 192-6 طبقه بندی عدم قطعیت.. 222-6-1 توصیف عدم قطعیت.. 232-6-2 زمانبندی جریان کارگاهی انعطاف پذیر تحت عدم قطعیت.. 242-7 رویکردهای اساسی زمانبندی تحت عدم قطعیت. 272-7-1 رویکرد کاملا واکنشی.. 282-7-2 رویکرد استوار.. 282-7-3 رویکرد پیشگویانه واکنشی.. 312-8 زمانبندی برخط. 332-9 مروری بر ادبیات زمانبندی عملهای جراحی. 352-9-1 برنامه ریزی ریاضی.. 362-9-2 شبیه سازی.. 412-9-3-الگوریتم های فرا ابتکاری.. 422-9-4 الگوریتم های ابتکاری.. 432-10 جمعبندی. 49فصل 3 مدلسازی و تعریف مسأله. 303-1 مقدمه. 513-2 بیان مسأله. 513-3 رویکرداستراتژیک-عملیاتی. 523-3-1 فاز اول: فاز استراتژیک(طراحی).. 533-3-1-3 مدل پیشنهادی برای فاز استراتژیک(طراحی).. 583-4 فازدوم: فاز عملیاتی. 623-5 روش پیشنهادی برای اجرای فاز عملیاتی. 633-5-1 قابلیت اطمینان.. 643-5-2 مدلسازی ریاضیبرای فاز عملیاتی.. 69فصل 4 رویکردهای حل. 724-1 مقدمه. 734-2 روش حل فاز استراتژیک(برنامه ریزی دوهدفه). 734-2-1 روش Ɛ-محدودیت.. 754-3 روشهای تکاملی. 764-3-1 ساختارجواب برای الگوریتم ژنتیک.. 764-3-2 الگوریتم ژنتیک.. 804-3-3 الگوریتم جستجوی فاخته.. 864-4 تنظیم پارامترها برای الگوریتمهای فراابتکاری با استفاده از روش تاگوچی. 914-5 جمعبندی. 93فصل 5تحلیل نتایج. 955-1 مقدمه. 965-2 نتایج بدست آمده از فاز اول: فاز استراتژیک(طراحی). 965-2-1 تخمین سناریو زمان انجام عمل جراحی.. 985-2-2 حل دقیق با رویکرد -محدودیت و استفاده از نرمافزار GAMS IDE/Cplex. 995-3 نتایج بدست آمده از فاز دوم: فاز عملیاتی. 1065-4 تنظیم پارامترهای الگوریتم ژنتیک با استفاده از روش تاگوچی 1095-5 مسائل با ابعاد کوچک. 1125-5-1 نتایج حاصل از حل دقیق مسائل کوچک و تحلیل آن.. 1165-5-2 نتایج حاصل از حل مسائل کوچک با الگوریتم های فرا ابتکاری و مقایسه آن با حل دقیق.. 1195-6 مسائل با ابعاد متوسط. 1255-6-1 نتایج حاصل از حل دقیق مسائل متوسط و تحلیل آن.. 1275-6-2 نتایج حاصل از حل مسائل متوسط با الگوریتم های فرا ابتکاری و مقایسه آن با حل دقیق.. 1305-7 نتایج حاصل از حل مسائل بزرگ با الگوریتم های فرا ابتکاری و مقایسه آن با حل دقیق.. 1355-8 جمعبندی. 136فصل 6نتیجهگیری و پیشنهاد برای تحقیقات آتی. 1096-1مقدمه. 1386-2 نتیجهگیری. 1396-3 پیشنهاد برای تحقیقات آتی. 140فهرست منابع. 142پیوست الفدادههای استفاده شده در این تحقیق. 148واژه نامه فارسی به انگلیسی. 156واژه نامه انگلیسی به فارسی. 157 فهرست جدولها صفحهجدول 2-1 برخی از مسائل زمانبندی جریان کارگاهی انعطاف پذیر 13جدول 2-2 دسته بندی مطالعات بر روی زمانبندی FFS تحت عدم قطعیت 21جدول 5-1 زمان انجام یک عمل جراحی خاص توسط تیم اول در یک ماه گذشته مرتب شده به صورت صعودی. 78جدول 5-2 جراحیهای درنظر گرفته شده در فاز طراحی و تعداد تیم موجود در هر حوزه. 80جدول 5-3 هزینههای بکارگیری هر تیم با واحد قرار دادن هزینه تیم اول بیهوشی. 81جدول 5-4 تعداد تیمهای انتخاب شده با توجه به تخصص مربوطه 85جدول 5-5 نحوه شمارهگذاری تیمها در مرحله بعد(فاز عملیاتی) به صورت جدول زیر میباشد. 85جدول 5-6 میانگین زمان انجام عملهای جراحی و بیهوشی. 87جدول 5-7 سطحهای درنظر گرفته شده برای پارامترهای الگوریتم ژنتیک 90جدول 5-8 حالت های پیشنهادی روش تاگوچی. 91جدول 5-9 ابعاد مسائل نمونه با سایز کوچک. 94جدول 5-10 ابعاد مسائل نمونه با سایز کوچک تعداد جراحیهایی که در یک روز باید انجام شود. 95جدول 5-11 نتایج بهدست آمده از حل دقیق مسائل در ابعاد کوچک 96جدول 5-12 نتایج حل مسائل نمونه با سایز کوچک توسط الگوریتمهای فرا ابتکاری و مقایسه آن با نتایج حل دقیق. 100جدول 5-13 ابعاد مسائل نمونه با سایز متوسط. 105جدول 5-14 ابعاد مسائل نمونه با سایز متوسط تعداد جراحیهایی که در یک روز باید انجام شود. 106جدول 5-15 نتایج حاصل از حل مسائل معرفی شده در ابعاد متوسط 107جدول 5-16 نتایج حل مسائل نمونه با سایز متوسط توسط الگوریتمهای فراابتکاری و مقایسه آن با نتایج حل دقیق. 111جدول5-17 مقایسه عملکرد الگوریتم فراابتکاری با روش حل دقیق در راستای بهینگی جوابها و زمان حل مسائل با سایز بزرگ. 116 فهرست شکلها صفحه شکل 1-1 نمودار جریان بیماران . 6شکل 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. 115فهرست علائم و نشانهها دامنه عملیاتCmaxحداکثر زمان در جریانFmaxحداکثر دیرکردLmaxتعداد کارهای دیرکردU فصل 1 1-1 مقدمه در دنیای امروز با توجه به پیشرفت سریع تکنولوژی، سازمان ها از حالت انحصاری بیرون آمده و نیاز به رقابت در آن ها شدیدا احساس می شود. در این میان یکی از عواملی که می تواند یک سازمان را در عرصه رقابت مطرح سازد، توانایی آن در فراهم کردن محصولی با کیفیت، در کوتاه ترین زمان و با کمترین هزینهی ممکن است. برای باقی ماندن در بازارهای بسیار رقابتی جهانی که به سرعت در حال تغییر و پیشرفت است، شرکتهای تولیدی باید برای دستیابی به سیستم هوشمندتر و چابک بسیار تلاش کنند. بنابراین ،با توجه به عواملی چون رقابت و نوسانات تقاضا، چگونگی آماده کردن محصول دارای اهمیت ویژهای است. محصولات یک کارخانه با توجه به سیستم برنامهریزی تولید آن، یا به شیوه ی مستقیم درون کارخانه تولید میشوند و یا برون سپاری میشوند. در این سیستم، برنامه ریزی در شرایط عدم قطعیت، مانند خرابی دستگاهها و زمان پردازش تصادفی، حیاتی و کارا به نظر می رسد. تولیدات داخلی کارخانه ،با توجه به نیازهای متنوع مشتریان، عموما دارای مسیر های کاری متفاوت هستند و در واقع مسأله جریان کارگاهی انعطاف پذیر[1] در حالت عدم قطعیت بیشتر به شرایط واقعی دنیای امروزه شباهت دارد و حل بهینه ی این مسأله از دیدگاه کمینه سازی معیارهایی چون دامنه عملیات، میزان تأخیر کارها و بیشترین استفاده از ماشین آلات، بسیار حائز اهمیت است.زمانبندی محصول یک فرآیند تصمیم گیری برای تخصیص منابع محدود مانند ماشین ها، تجهیزات حمل مواد، اپراتور ها، و ابزارها به کار ها برای رسیدن به یک هدف معین می باشد. مطالعات گذشته در این زمینه عموما در فضای ایستا با تعداد کارهای ثابت، زمان پردازش قطعی، در نظر نگرفتن حوادث غیر مترقبه که میتواند بر روی انجام کار ها تاثیر بگذارد، میباشد. در شرایط واقعی تولید، فضا پویا است و حالت های غیر قطعی و احتمالی مانند خرابی ماشین، زمانهای پردازش احتمالی، هجوم سفارشات و غیره وجود دارد. بنابراین زمانبندی محصول تحت عدم قطعیت در سال های اخیر توجه زیادی را به خود جلب کرده است. مسأله زمان بندی جریان کارگاهی در مطالعات گذشته به صورت تک هدفه در حالت قطعی در نظر گرفته می شد. در حالی که این مسائل در ذات خود به صورت چند هدفه می باشد و محدوده وسیعی از عدم قطعیت را در بر میگیرد. مسأله جریان کارگاهی انعطاف پذیر نیز مانند جریان کارگاهی باید به صورت چند هدفه و در حالت عدم قطعیت در نظر گرفته شود.برنامه ریزی مسأله جریان کارگاهی انعطاف پذیر به دلیل کاربرد گسترده ای در انواع صنایع در دنیای واقعی از اهمیت زیادی برخوردار است. برنامه ریزی جریان کارگاهی انعطاف پذیر یک مسأله بهینه سازی NP-hard می باشد. در نظر گرفتن عدم قطعیتباعث پیچیده تر شدن این مسأله خواهد شد.در این مطالعه ابتدا به مدلسازی مسأله زمانبندی جریان گارگاهی انعطاف پذیر در شرایط عدم قطعیت می پردازیم سپس با توجه به NP-hard بودن مسأله با استفاده از الگوریتم های فرا ابتکاری به حل آن خواهیم پرداخت.کاربرد رویکرد استوار در شرایط عدم قطعیت است. این رویکرد در مطالعات گذشته در مسائل زمانبندی نیز جایگاهی برای خود یافته است. با استفاده از رویکرد زمانبندی استوار میتوان زمانبندی اولیه را به نحوی ایجاد کرد که تغییر دادهها در زمان اجرای برنامه، کمترین تغییرات و اثرات را در زمانبندی اولیه منجر شود.مفهوم استواری به توانایی یک سیستم در خوب عمل کردن تحت موقعیتهای مختلف اطلاق میگردد. توانایی کنترل صحیح جنبههای تصادفی زمانبندی در سیستمهای زمانبندی واقعی بسیار مهم است. این توانایی تنها به معنی کنترل اختلالاتی که رخ میدهد نیست بلکه سیستم زمانبندی خوب باید توانایی ایجاد زمانبندی مناسب در مقابله با اختلالات را داشته باشد. زمانبندی استوار یکی ز رویکردهایی است که میتواند این قابلیت را برای سیستم زمانبندی به وجود آورد. در این تحقیق از زمانبندی اسوار سناریو محور استفاده شده است.در زمینهی رویکرد استوار، سابونکو اقلو و گورن(2009) از معیارهای استواری در مسائل زمانبندی نام برده اند که عبارت اند از: 1-2 مطالعه موردیمدلهای ارائه شده در این تحقیق مطابق با یک مسأله دنیای واقعی و مربوط به حوزهی سلامت میباشد. در این تحقیق هدف بررسی و طراحی یک سیستم اتاق عمل با تیمهای مناسب در ابتدا و سپس زمانبندی بیماران با توجه به معیارهای معرفی شده برای جراحی میباشد.دادههای مورد نیاز این تحقیق از طریق مطالعه میدانی و همچنین از بخش جراحی یک مرکز درمانی استخراج شده است و در بعضی مواقع برای دستیابی به برخی دادههای کیفی از مصاحبه و نظر خبرگان و متخصصین حوزه مورد نظر استفاده شده است.دادههای مورد نیاز این تحقیق عبارت اند از: زمان انجام هر عمل بر روی هر تیم، توانایی انجام هرعمل توسط هر تیم، اولویت معیارهای استفاده شده در تابع هدف فاز دوم، سناریوهای استفاده شده در فاز اول و احتمال رخداد هر سناریو.بیماران برای انجام عمل جراحی باید از دو مرحله بیهوشی و جراحی بگذرند. در واقع بیماران ابتدا به مرحله بیهوشی وارد میشوند و پس از انجام فرایند بیهوشی، وارد مرحله جراحی میشوند و توسط تیم جراحی مربوط به خود عمل میشوند. فرآیند عمل مطالعه موردی این تحقیق در شکل (1-1) نشان داده شده است. در این تحقیق تیمهای جراحی متفاوت از هم در نظر گرفته شده است. یعنی هر تیم به صورت تخصصی قادر به انجام فعالیتهای مربوط به حوزه خود میباشد. با این توضیحات مسأله مورد نظر در این تحقیق یک مسأله زمانبندی جریان کارگاهی انعطاف پذیر با ماشین های موازی غیر مرتبط[2] و یکنواخت است. شکل 1-1نمودار جریان بیماران 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 زمانانجام 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.