فصل 1: مدل‏هاي ساخت و توليد

فصل 1

مدل‏هاي ساخت و توليد

 

 1-1 

مقـدمـه

هدف از ساخت و توليد، دست كم در شرايط آرماني، توسعه جامعه به سمت توليد محصولاتي با عملكرد مطلوب، قابليت اعتماد بالا، كيفيت عالي، مقرون به صرفه، زيبا و از نظر محيطي ايمن مي‏باشد. ولي اين اهداف ارزشمند اغلب ناسازگار هستند. از اين رو، يك تعريف عملي‏تر از هدف، تأمين خواسته‏هاي مشتري، كيفيت و قابليت اعتماد در كمترين هزينه خواهد بود. در اين راستا مسئوليت مدير توليد، تعيين اولويت‏ها و اهداف و نظارت بر عملكرد است. بهترين نحوه بهره‏برداري از نيروي كار، تكنولوژي، سرمايه، انرژي، مواد و اطلاعات در جهت دستيابي به اهداف نيز توسط مهندس صنايع و يا ساير كارشناسان مربوطه تعيين مي‏شود. اين كتاب، بينشي درباره استفاده از مدل‏هاي تحليلي و تجربي سيستم‏هاي ساخت و توليد كه به تصميم‏گيري‏هاي مهندسي و صنعتي كمك مي‏كنند، فراهم مي‏آورد.

هدف ديگر ساخت و توليد، فراهم ساختن زمينه اشتغال مفيد در جهت نيل به رشد اقتصادي است. در طي قرن بيستم، درصد اشتغال افراد آمريكايي پيوسته در صنعت تنزل كرد. اين تنزل به تدريج تا سال 1960 به 30 درصد رسيد و در مقابل، نرخ اشتغال در بخش خدمات رو به افزايش گذاشت. تا اين كه سال 1980 تنها 21 درصد از اشتغال افراد در صنعت صورت پذيرفت. البته كاهش‏هاي اوليه بيشتر با افزايش بهره‏وري جبران شده بود. ولي در سال‏هاي اخير، عملكرد عالي شركاي بين‏المللي آمريكا موقعيت رقابتي صنعت ساخت و توليد آن را به خطر انداخته است. هر كس تنها كافي است به برچسب‏هاي Made in ........... روي خودرو، ضبط صوت، دوربين، لباس و ساير اقلام مصرفي خود نگاهي بياندازد تا اين وضعيت را بپذيرد. در عوض با از بين رفتن مشاغل توليدي، ربات‏ها و ساير دستگاه‏هاي خودكار جزء لازمي براي انجام تجارت شدند. بنابراين، مي‏توان نتيجه گرفت كه بدون منافع بهره‏وري كه از طريق خودكارسازي حاصل شده است، مشاغل بيشتري نيز از بين خواهد رفت. رشد سريع اقتصادي دهه 1960 نشان مي‏دهد كه واقعاً هر محصول توليدي مي‏توانسته با سود فروخته شود. البته در اين بين، محرك بهبود نرخِ كاهش‏يافته و نزولي رشد بهره‏وري عمدتاً ناديده گرفته شده است. در بازار جهاني امروز كه تجملگرايي و خوشگذراني بيش از اين قابل تحمل نيست، صنعت ياد مي‏گيرد كه لازمه حيات مداوم پيشرفت دايمي است.

صنايع توليدي را مي‏توان به صورت توليد قطعات گسسته يا فرآيندهاي پيوسته طبقه‏بندي كرد. توليد قطعات گسسته به واسطه قطعات مجزايي مثل قطعات موتور يا صفحات مدار كه به وضوح قابل تميزند، مشخص مي‏شود. صنايع فرآيندي روي فرآورده‏هايي كه به طور پيوسته جريان مي‏يابند، كار مي‏كنند. بارزترين مثال‏هاي صنايع فرآيندي، پالايشگاه‏ها و ساير صنايع شيميايي است. اين كتاب در خصوص توليد قطعات گسسته تدوين شده است. با وجود اين، بسياري از مدل‏هاي ارائه شده را مي‏توان در صنايع فرآيندي نيز به كار برد. به هر حال، صنايع فرآيندي معمولاً سرمايه‏بر و نگران ظرفيت هستند. در حالي كه توليد گسسته عمدتاً نگران زمان‏بندي، كنترل مواد و تخصيص كارگر مي‏باشد. اين نوع سيستم‏ها معمولاً همپوشاني دارند. به عنوان مثال، توليد انبوه قطعات گسسته بسياري از ويژگي‏هاي صنايع فرآيندي را داراست.

يك سيستم توليدي را مي‏توان به پنج كاركرد وابسته به هم تقسيم نمود. اين كاركردها شامل طراحي محصول؛ طرحريزي فرآيند؛ عمليات توليدي؛ چيدمان تجهيزات يا جريان مواد و برنامه‏ريزي يا كنترل توليد است. جريان اطلاعات چتري است كه اين پنج كاركرد را هدايت كرده، بر هماهنگي آنها نظارت مي‏كند و با توجه به اهداف شركت، آنها را مورد ارزيابي قرار مي‏دهد. بدين منظور سيستم اطلاعات با بخش‏هاي حسابداري، خريد، بازاريابي، مالي، معاونت نيروي انساني و ساير بخش‏هاي اداري ارتباط متقابل خواهد داشت.

طراحي محصول مسئوليت دارد كه اطلاعاتي راجع به خواسته‏هاي مشتري از دايره بازاريابي دريافت كند و محصولي كه پاسخگوي اين خواسته‏ها بوده و به طور سودآوري توليد مي‏گردد را طراحي نمايد. در گذشته، براي توصيف محصولات از نقشه‏هايي با توضيحات حاشيه‏اي استفاده مي‏شد. ولي در حال حاضر براي انجام اين كار، سيستم‏هاي CAD[1] نوين جايگزين اين نقشه‏ها شده است. مدل‏هاي CAD مي‏توانند همراه با توضيحات لازم در يك نرم‏افزار گرافيكي نمايش داده شوند. اين سيستم‏ها قادرند تصاويري سه‏بعدي از محصولات يا سطح مقطعي از آنها را از يك زاويه دلخواه و تحت روشنايي مطلوب نشان دهند. در اين سيستم‏ها مدل به صورت مجموعه يال‏هايي كه رئوسِ مشخص شده در فضا را به هم متصل مي‏كنند، در رايانه ذخيره مي‏شود. تكه سطوح همواري كه يال‏ها را به هم متصل مي‏كند، مي‏تواند به وسيله معادلات رياضي تعريف شود. نتيجه، يك شئ سه‏بعدي است كه هندسه و توپولوژي آن را مي‏توان با استفاده از نقاط، ساختار داده‏هاي مرتبط با نقاط و پارامترهاي مربوط به عبارات رياضي نشان داد. البته برخي از سيستم‏هاي CAD، شئ را به صورت مجموعه‏اي از اشياء اوليه‏اي همچون مكعب‏ها، كره‏ها و مخروط‏هايي كه در فضا موقعيت داده مي‏شوند، ذخيره مي‏كنند. بدين ترتيب كه با تركيب كردن و حذف كردن اين اشكال اوليه، محصول نمايش داده مي‏شود. سپس اين مدل‏ها مي‏توانند از لحاظ ويژگي‏هاي جرمي و استحكامي، با استفاده از ابزارهاي رياضي رايانه‏اي مانند آناليز عناصر متناهي[2]، مورد تجزيه و تحليل قرار گيرند. شكل 1-1 چندين نماي مختلف از يك مدل مونتاژي CAD را نشان مي‏دهد.

 

شكل 1-1 مدل‏هاي طراحي محصول به كمك رايانه (CAD)

 

طرحريزي فرآيند مستلزم تشخيص ترتيب عمل‏هاي مورد نياز جهت تبديل مواد اوليه به قطعات و سپس مونتاژ قطعات به محصول نهايي است. در اين راستا، طرحريزي فرآيند به درك عميقي از توانايي‏ها و دسترس‏پذيري به عمل‏هاي توليدي و كاركردهاي مورد نيازي كه توسط طراح محصول مشخص مي‏شود، نياز دارد. بنابراين انتخاب دستگاه‏ها بايد با در نظر گرفتن عواملي مانند اندازه قطعه، نرخ تقاضا، هزينه ابزار و ظرفيت لازم انجام پذيرد. به عنوان مثال، طراح بايد بداند كه آيا يك دستگاه و ابزار مخصوص مي‏توانند يك خورند معين را حاصل كنند؟ آيا يك سوراخ، تنها مته‏كاري مي‏شود يا بايد به دنبال آن يك عمليات برقوزني نيز انجام گيرد؟ آيا در يك صفحه مدار مي‏توان قبل از لحيمكاري موجي، يك جزء را قرار داد، يا اين كه بايد اول در پوشش پيچيده شود و سپس به عمليات پس‏لحيمكاري فرستاده شود؟ طرح نهايي توليد، مجموعه دستورالعمل‏هايي است كه چگونگي توليد محصول و همچنين ترتيب ماشين‏افزارها، ابزارهاي لازم و آماده‏سازي دستگاه‏ها را مشخص مي‏نمايد. شكل 1-2 يك طرح فرآيند معمولي را نشان مي‏دهد. همان طور كه از شكل پيداست هر رديف، از اطلاعاتي كه كارگر براي توليد قطعه به آنها نياز دارد تشكيل شده است. البته جاي نقشه‏هاي محصول و شماره نواري كه براي اجراي طرح روي يك دستگاه NC لازم است نيز مي‏تواند به اين طرح اضافه شود.

 

نام قطعه: محور			طراح: ب. آزاد
شماره قطعه: 34967A			تاريخ: 1/3/80				صفحه 1 از 1
بخش	دستگاه	شماره عمليات	شرح عمليات	نام ابزار	شماره ابزار	زمان آماده‏سازي		زمان  هر واحد
120	دريل	100	دريل سوراخي به قطر 375/0 اينچ	تيغچه نگهدارنده	1415D 967P	10/0 ساعت		002/0
120	فرز	110	پيشاني تراشي	تيغچه فرز نگهدارنده	111GC 3641S	15/0 ساعت		001/0
120	تراش	120	روتراشي 001/0± "540/1	قلم تراش نگهدارنده	340SH 967UC	20/0 ساعت		014/0
·	·	·	·	·	·	·		·
·	·	·	·	·	·	·		·
·	·	·	·	·	·	·		·

شكل 1-2 قالب طرح فرآيند

 

عمليات توليد معمولاً از ماهيت ساخت[3] يا مونتاژ برخوردار است. اصطلاح ساخت به جدا كردن قسمتي از ماده اولـيه يا تغيير شكل آن به منظور به دست آوردن يك قالب مفيدتر اطلاق مي‏گردد. قالب‏گيري تزريقي پلاستيك، روزن‏راني[4] آلومينيوم، حديده كردن، سوراخكاري يا خم كردن يك فلنچ، نمونه‏هايي از ساخت به شمار مي‏روند. اصطلاح مونتاژ به تركيب قطعات يا مواد اوليه در جهت توليد يك واحد تركيبي با ارزش‏تر اطلاق مي‏شود. جا زدن يك صفحه مدار چاپي روي يك PC يا اضافه نمودن پايه‏هاي يك ميز، مثال‏هايي از مونتاژ هستند. ما در عمل كمي از تعاريف خود را كنار گذاشته و يك سيستم توليد واقعي كه در آن ابتدا قطعات ساخته شده و سپس به محصول مونتاژ مي‏شوند را در نظر مي‏گيريم. از اين رو، وظايفي مانند لايه‏پوش كردن يك صفحه چاپي كه بعداً سوراخكاري خواهد شد، بخشي از عمليات ساخت، و موجدار كردن سرب‏هاي روي اجزاء محوري بخشي از عمليات مونتاژ در نظر گرفته مي‏شود. براي ما جالب است كه تا سطح اولين پردازش به عقب برگرديم و ببينيم چگونه مواد در سيستم جريان پيدا مي‏كنند و چگونه فرآيندها جهت رسيدن به حجم توليد مطلوب با سطح كيفيت مورد انتظار به هم مي‏پيوندند. البته واضح است كه موضوعاتي مانند سايش ابزار و علل عيوب قطعات كاري در ساخت و توليد از اهميت خاصي برخوردار است، ولي اين موضوعات در اين كتاب مورد بحث قرار نمي‏گيرد.

اگر چه اين متن منحصراً به طرحريزي واحدهاي صنعتي و حمل و نقل مواد اختصاص نيافته است، ولي پيداست كه اين دو موضوع به هم وابسته هستند. با اين كه چنين موضوعاتي معمولاً از ديد طراحي سيستم‏هاي عمومي آموزش داده مي‏شوند، ولي در اينجا بررسي پيكره سيستم‏هاي خاص مناسب‏تر خواهد بود. حمل و نقل مواد به روش‏هاي مورد استفاده در انتقال قطعات، ابزارها و ضايعات از ميان تجهيزات مربوط مي‏شود. چيدمان تجهيزات به تعيين محل فرآيندهاي توليد در محدوده واحد صنعتي؛ روابط فاصله‏اي بين فرآيندهاي مرتبط؛ ارائه خدماتي از قبيل روشنايي، برق، هواي فشرده، تهويه، سرمايش و گرمايش در محيط‏هاي كاري؛ و همچنين خارج كردن ضايعاتي مانند گرد پودر رنگ‏ها، خرده تراشه‏ها و سرما از آن محيط‏ها مربوط مي‏شود. بنابراين طرح سيستم جريان مواد را نبايد از نظر دور نگاه داشت، زيرا عدم توجه كافي به چيدمان و حمل و نقل مواد مي‏تواند به شكست طرح محصولات بيانجامد.

برنامه‏ريزي، زمان‏بندي و كنترل توليد جزء با اهميتي از كل سيستم توليد را تشكيل مي‏دهند. برنامه‏ريزي توليد، مسئوليت تركيب اطلاعاتي از تقاضاي بازار، ظرفيت توليد و سطوح موجودي جاري، به منظور تعيين سطوح توليد برنامه‏ريزي شده بر طبق خانواده محصول براي ميان مدت تا دراز مدت را بر عهده دارد. اين برنامه جامع سپس در چندين مرحله خرد مي‏شود تا در نهايت برنامه‏هاي كوتاه مدت براي هر مركز كاري، و وظايف آن براي نوبت‏هاي كاري بعد به دست آيد. پس از اين مرحله، كارهاي تخصيص يافته به هر ايستگاه با ترتيب مشخص، روي دستگاه‏ها بارگذاري خواهند شد. هدف اين كتاب نيز تعيين بهترين نحوه طراحي سيستم توليد و پيش‏بيني عملكرد آن براي يك برنامه توليد مشخص است. بنابراين ما فرآيند برنامه‏ريزي، زمان‏بندي و كنترل توليد را توضيح نمي‏دهيم. خوانندگان علاقه‏مند بايد به متوني كه با اين عناوين نوشته شده‏اند، مراجعه كنند؛ فهرست بعضي از آنها در آخر فصل‏هاي اين كتاب آمده است.

در بيشتر فصول اين كتاب، فرض مي‏شود كه طرح محصول و برنامه فرآيندها معلوم است. همچنين سيستم اطلاعات موجود بوده و به خوبي كار مي‏كند. تمام مدل‏هايي كه در اين كتاب ارائه مي‏شوند به داده‏هاي ورودي قابل اعتمادي نياز دارند كه مي‏توان به طور ايده‏آل آنها را از طرح محصول، برنامه فرآيندها و سيستم اطلاعات استخراج نمود. ولي حقيقت امر اين است كه اين مطلب اغلب درست نيست. چرا كه گردآوري ورودي‏هاي مدل، يكي از پردردسرترين جنبه‏هاي هر پروژه مدلسازي است. زيرا ممكن است چندين منبع اطلاعاتي مورد نياز بوده و به دنبال آن رفع تناقض بين منابع اطلاعاتي نيز ضروري باشد. سيستم‏هاي حسابداري از ديد بايگاني صورت حساب‏هاي مالي به منظور تأمين اهداف مالياتي و سهام‏داران طراحي مي‏شود. در اين بين، هر چند مديريت طراز اول جهت رسيدن به تعهدات ثانويه به اطلاعات جمع‏آوري شده نياز دارد، ولي اغلب در طراحي اين سيستم‏ها تصميم‏گيري‏هاي مديريتي در اولويت دوم قرار مي‏گيرد. در موردي ديگر، معمولاً وقتي مهندسين توليد از يك هزينه خاص يا ميزان بهره‏وري سؤال مي‏كنند، خود را با حسابداراني رو در رو مي‏بينند كه مي‏گويند: “ببخشيد، ما اطلاعات گردآوري نمي‏كنيم”. بنابراين كمبود داده‏ها ممكن است به اصلاح مدل يا ايجاد مدل با فرضيات مناسب بيانجامد. راهنمايي‏هاي جامعي براي گردآوري ورودي‏هاي مدل وجود ندارد. از اين رو مطرح كردن روش گردآوري ورودي‏هاي مدل از حيطه اين كتاب فراتر است. با وجود اين، به دست آوردن داده‏هاي قابل اعتماد جهت موفقيت مدلسازي حياتي است؛ دادن اطلاعات غلط موجب نتايج غلط خواهد شد. سرانجام بايد خاطر نشان كرد كه مسئوليت تعيين اعتبار[5] مدل بر عهده مدلساز است. بنابراين بر مدلساز ضروري است ورودي‏هاي مورد نياز مدل و ورودي‏هاي در دسترس را درك كند. در اين راستا، تعريف پارامترها بايد براي پرهيز از ارتباط غلط بين عرضه‏كننده و كاربر داده‏ها روشن و صريح باشد. هميشه در طول فرآيند ايجاد و توسعه مدل بايد يك سري آزمون براي اطمينان از صحت داده‏ها انجام گيرد. بدين منظور، پارامترهاي مدل را بايد به طور تصادفي تغيير داد و حساسيت آن را نسبت به پارامترها تعيين نمود. نويسندگان، مدل‏هايي را ديده‏اند كه تعيين حساسيت و برآورد دقيق پارامترهاي آنها بسيار دشوار بوده است. در نتيجه، پيشگويي‏هاي مدل از تغييرات خروجي بيش از صد درصد از واقعيت دور بوده است.

شكل 1-3 نقش كاركردهايي كه قبلاً بحث شد و مستقيماً به ترتيب‏بندي فعاليت‏هاي توليد مربوط هستند را روشن مي‏كند. هر چند اين كاركردها به گونه‏اي معرفي شدند كه گويي پي در پي رخ مي‏دهند، ولي اقدام بعدي حركت به سمت مهندسي همزماني[6] است كه در آنجا تيم‏هاي طراحي به توأم كردن گام‏هاي طراحي و توسعه مبادرت مي‏ورزند. بدين معنا كه با در نظر گرفتن موضوعاتي از قبيل ابزار، مونتاژ و مسيرهاي توليد در طول طراحي محصول، اميد است بتوان زمان لازم براي روانه كردن محصول به بازار كاهش يابد و از طراحي محصولاتي كه نمي‏توان آنها را به صورت كارآمدي توليد كرد، خودداري شود.

 

شكل 1-3 طرح محصول از ديدگاه توليد

 

البته در يك سيستم توليدي، امور اداري مانند حسابداري، مالي، خريد و فروش نيز ضروري هستند. كل سيستم توليد در شكل 1-4 نشان داده شده است. در اين شكل، كاركردهاي اداري خلاصه شده‏اند، اما براي نمايش كل سيستم توليد و روابط متقابل آن، اين كاركردها با جزييات كافي نشان داده شده است. ما تضمين كيفيت را به عنوان يك كاركرد مجزا كنار گذاشته‏ايم، زيرا معتقديم كيفيت جزء وظايف فردي محسوب شده و با هر كاركردي توأم مي‏باشد. در شكل 1-4 بهره‏گيري از يك بانك داده‏هاي[7] يكپارچه، يك جزء كليدي است. در اين شكل، يك بانك داده‏هاي رايانه‏اي به شكلي كه براي سيستم‏هاي توليد يكپارچه با رايانه (CIMS)[8] آينده پيشنهاد شده، توصيه مي‏شود. در اين سيستم، پرونده داده‏ها ممكن است پراكنده باشند ولي همه كاربران، شبكه‏اي براي دستيابي به اطلاعات و داده‏هاي يكسان به طور همزمان و بهنگام در اختيار دارند. در يك سيستم يكپارچه هر واحد سازماني، مسئوليت صحت، دقت و بهنگام نمودن داده‏ها را بر عهده دارد. كليه اين اطلاعات همواره در دسترس هستند. چنين سيستم‏هايي به قالب عمومي داده‏ها، پيوندها و استانداردهاي ارسال وابسته‏اند.

به منظور ساخت و استفاده از مدل، بهتر است كه سيستم به صورت مجموعه‏اي وابسته به هم متشكل از كارها، مواد، منابع، محصولات، طرح‏ها و رويدادها در نظر كرفته شود. لازم به توضيح است كه طرح‏ها شامل برنامه‏هاي توليد و طرح‏هاي فرآيند (مسير توليد) مي‏باشد. مواد در ميان منابعي همچون كارگران، سيستم‏هاي انتقال و دستگاه‏ها جريان پيدا مي‏كنند تا به محصول نهايي تبديل شوند. منابع نيز به كارهايي كه براي اين تبديل مورد نيازند، تخصيص مي‏يابند. رويدادها نقاطي از زمان هستند كه منابع، كارها را آغاز و تكميل مي‏كنند. اطلاعات نيز وضعيت منابع، مواد، محصولات و وضعيت سيستم توليد را در هر مقطعي از زمان مشخص مي‏سازد.

 

شكل 1-4 فعاليت‏هاي توليدي و جريان اطلاعات

 

 1-2 

انواع سيستم‏هاي ساخت و توليد

در اين گفتار، هدف ما تشريح ساختار فرآيندها يا چيدمان تجهيزات است. ولي ابتدا يادآور مي‏شويم كه سيستم‏هاي توليد ماهيت سلسله مراتبي دارند. در اين زمينه به منظور درك ساده‏تر موضوع، خواننده بهتر است كه در چهار سطح مختلف به واحد صنعتي نگاه كند. در بالاترين سطح، كل واحد صنعتي قرار مي‏گيرد كه از دپارتمان‏هاي متعددي تشكيل مي‏شود. ما در اين كتاب بر روي دپارتمان‏ها متمركز خواهيم شد. در يك كارخانه يك دپارتمان ممكن است از ده دستگاه فرز تشكيل شده باشد يا با قرار گرفتن دستگاه‏هاي مختلف، محوطه‏اي باشد كه محورهاي خودرو در آنجا ساخته مي‏شوند. انتخاب نحوه آرايش دپارتمان‏ها همان تعيين نوع چيدمان مي‏باشد.

دپارتمان‏ها شامل مراكز كاري هستند. يك مركز كاري، يك يا چند دستگاه است كه معمولاً به صورت يك واحد منفرد زمان‏بندي مي‏شوند. همچنين يك مركز كاري مي‏تواند شامل كنترل كننده‏هاي دستگاه، حسگرها، ربات‏ها و ساير تجهيزات حمل و نقل نيز باشد. نظر به اين كه اغلب در هر مركز كاري يك متصدي وجود دارد، تهيه گزارش از تلاش‏ها و زمان‏هاي صرف شده، معمولاً در سطح مركز كاري انجام مي‏گيرد. در پايين‏ترين سطح واحد صنعتي، اقلام جداگانه‏اي از تجهيزات مانند ماشين‏ابزار، كنترل‏كننده يا ربات وجود دارد.

سيستم‏هاي توليد را مي‏توان بر طبق مشخصه‏هاي متعددي طبقه‏بندي كرد. ما قبلاً صنايع فرآيندي را در مقابل توليد گسسته و ساخت را در مقابل مونتاژ به عنوان طبقه‏بندي بالقوه‏اي توضيح داديم. يكي ديگر از مشخصه‏هاي مهم، ماده اوليه است. به طور حتم، قطعات پلاستيكي، فرآيندهايي متفاوت از ورق‏هاي فلزي نياز دارند و قطعات آلومينيومي متفاوت از قطعات چدني توليد مي‏شوند. براي مقاصد ما، روش مورد استفاده در گروه‏بندي فيزيكي فرآيندها و شكل دادن به چيدمان تجهيزات از اهميت خاصي برخوردار است. بيشتر مدل‏هايي كه در اين كتاب بسط يافته‏اند را مي‏توان در مراكز كاري مونتاژ يا ساخت و براي هر نوع ماده اوليه‏اي به كار برد. با اين حال، هر مدل براي يك نوع خاص از سازمان‏هاي صنعتي طراحي شده است. آرايش‏هاي متداول چيدمان، محصولي، فرآيندي، تكنولوژي گروهي و موقعيت ثابت است. همان طور كه خواهيد ديد تفاوت بين اين چهار رويكرد در سيستم جريان مواد آنها مشاهده مي‏شود. شكل 1-5 گردش مواد را در چيدمان‏هاي محصولي، فرآيندي و گروهي نشان مي‏دهد. موقعيت ثابت براي محصولاتي همچون كشتي‏ها، ساختمان‏ها و هواپيماها كه حجم محصول، حركت آنها را در بين عمليات پردازش غير ممكن مي‏سازد، به كار مي‏رود. در موقعيت ثابت، تمام قطعات و فرآيندها مثل تجهيزات جوشكاري به كنار محصول آورده مي‏شود. در صورتي كه در سيستم‏هاي محصولي، فرآيندي و گروهي، محصول به سمت فرآيند حركت مي‏كند. ما بيشتر به سه نوع چيدمان اول علاقه‏مند هستيم و در نتيجه بيش از اين درباره موقعيت ثابت بحث نخواهيم كرد.

 

شكل 1-5 انواع چيدمان

 

چيدمان‏هاي محصولي براي يك محصول (خدمت) خاص طراحي مي‏شوند. گاهي چيدمان‏هاي محصولي با خطوط جريان معرفي مي‏شوند، چون به دستگاه‏ها طوري جهت داده شده كه محصول از دستگاه اول به دوم، از دوم به سوم و به همين ترتيب تا انتهاي خط، جريان پيدا مي‏كند. در اين سيستم، مواد اوليه از ابتداي خط وارد شده و به مجرد تكميل فرآيند توليد در آخرين دستگاه به محصول نهايي تبديل مي‏شوند. اين خطوط وقتي بر اساس حجم و تركيب محصول توجيه شوند، بي‏ترديد آرايش مؤثر و بسيار كارايي خواهند داشت. خطوط مونتاژ و خطوط انتقال مثال‏هايي از چيدمان محصولي است كه در فصول 2 و 3 مورد بحث قرار مي‏گيرد. مزاياي چيدمان محصولي، موجودي بسيار كم كالاهاي در جريان ساخت و زمان توليد بسيار كوتاه است. كالاهاي در جريان ساخت (WIP)[9] دسته‏هايي از مواد و قطعات هستند كـه هنوز تكميل نشده، ولـي در كـف كـارگاه رهــا مي‏شوند تا بعداً تحت عمليات ساخت قرار گيرند. ما علاوه بر هزينه خود كالاهاي WIP هزينه‏هايي را به خاطر انبار كردن، حمل و نقل، قديمي شدن، خرابي و ثبت و دفترداري آنها متحمل مي‏شويم. چيدمان محصولي در پرهيز از چنين هزينه‏هايي بسيار مؤثر است. شكل‏گيري يك چيدمان محصولي، به طور ضمني تخصيص فرآيندهاي لازم جهت توليد محصول را مشخص مي‏كند. بيشتر محصولات براي توجيه يك خط توليد، مقدار تقاضاي كافي ندارند. از طرفي، خطوط جريان براي توليد انبوه توصيه شده است. همچنين دستگاه‏ها در خطوط جريان اغلب براي يك محصول خاص طراحي شده و به آساني با ساير محصولات سازگار نمي‏شوند. بنابراين بهره‏برداري از اين خطوط مقرون به صرفه نيست، مگر اين كه محصول حجم كافي و مناسبي از تقاضا داشته باشد كه هزينه تغيير آرايش تجهيزات را به يك خط جريان و همچنين هزينه استهلاك دستگاه‏ها را تا زماني كه در خط وجود دارند، جذب نمايد.

برآورد شده كه بيش از 75 درصد از توليدها در دسته‏هايي با كمتر از 50 قلم كالا رخ مي‏دهند. در چنين محيط‏هايي، دستگاه‏ها بايد بتوانند عمل‏هاي مختلف توليد را روي قطعات متنوع اجرا كنند. پاسخ سنتي به اين محيط‏ها استفاده از روش توليد كارگاهي (فصل 4) يا چيدمان فرآيندي بوده است. در اين چيدمان، دپارتمان‏ها از دستگاه‏هايي تشكيل مي‏شوند كه توانايي همسان در اجراي كاركردهاي مشابه دارند. از اين رو، گاهي به اين روش يك چيدمان كاركردي نيز اطلاق مي‏گردد. براي نمونه در يك چيدمان فرآيندي، دستگاه‏هاي تراش دپارتمان اول، دستگاه‏هاي فرز دپارتمان دوم و پرس‏ها دپارتمان سوم را تشكيل مي‏دهند. دسته‏هاي متوالي قطعاتي كه به يك مركز كاري تخصيص مي‏يابند، ممكن است به ابزارآلات و آماده‏سازي كاملاً متفاوتي نياز داشته باشند. لذا در اين مراكز كاري، واقعاً به كارگران بسيار ماهري نياز است. بر خلاف چيدمان محصولي، چيدمان فرآيندي با زمان‏هاي توليد طولاني و WIP زياد شناخته مي‏شود. در اين سيستم، گستردگي محيط فعاليت در فرآيندهايي كه محصول از آنها عبور مي‏كند، تعيين اولويت‏هاي مربوطه را پيچيده ساخته و اغلب به انجام كار اشتباه در مراكز كاري مي‏انجامد. به سختي مي‏توان كسي را يافت كه چيدمان فرآيندي را ستوده باشد. چيدمان فرآيندي هنگامي كه چيدمان محصولي توجيه نمي‏شود، مورد بررسي قرار مي‏گيرد. كسب مهارت و تجربه در يك فرآيند خاص، تنها مزيت چيدمان فرآيندي است. چيدمان فرآيندي در كارگاه‏هاي بر اساس سفارش كه مشخصات سفارش‏ها به طور اساسي تغيير مي‏كنند، گرد آمدن دانش نسبت به فرآيند را آسان مي‏كند. در اين محيط، گروه‏بندي دستگاه‏هاي مشابه جهت بهره‏برداري بيشتر از دستگاه‏ها نيز مجاز است، چون لازم نيست ظرفيت اضافي در سطح واحد صنعتي گسترده شود.

تكنولوژي گروهي يا توليد سلولي مي‏تواند براي تبديل سيستم‏هايي غير از چيدمان فرآيندي به محيط‏هاي مشابه چيدمان محصولي به كار رود. در تكنولوژي گروهي، قطعات در مقادير كافي گروه‏بندي مي‏شوند تا دستگاه‏هاي مخصوص به خود را توجيه كنند. سپس يك سلول براي توليد اين مجموعه از قطعات طراحي مي‏شود. سلول‏ها در فصل 6 به طور كامل توضيح داده خواهند شد. احتمالاً منصفانه است كه بگوييم بالقِوه توليد سلولي به عنوان يك نوآوري تكنولوژيكي، به اهميت علم رباتيك و كنترل عددي است. ممكن است در يك سلول امكان آرايش دستگاه‏ها در يك الگوي جرياني به صورت كامل وجود داشته باشد، يعني تمام قطعات توالي يكساني را در عبور از دستگاه‏ها دنبال كنند. به هر حال در ساير موارد، استفاده از دستگاه‏ها در محيطي كه براي توليد مجموعه مشخصي از قطعات طراحي شده است، زمان‏بندي و كنترل را آسان نموده و اساساً زمان آماده‏سازي، حمل و نقل مواد، WIP و زمان توليد را كاهش مي‏دهد.

ما براي هر نوع آرايش (محصولي، فرآيندي و سلولي) نقاط ضعف و قوت آنها را بيان كرديم كه به طور خلاصه در جدول 1-1 ديده مي‏شود. بديهي است كه به هر سيستم مي‏توان به عنوان بهترين راهكار براي محيط مناسب آن نگاه كرد. اين محيط به سادگي از طريق تركيب حجم-تنوع خلاصه مي‏شود. چيدمان مناسب براي تركيباتي از حجم تقاضاي محصول و تنوع محصولات يا قطعات توليدي در شكل 1-6 نشان داده شده است. به عنوان يك قاعده سرانگشتي ساده، انتخاب سلول‏ها بهتر از چيدمان‏هاي فرآيندي و سلول‏هاي خط جريان (اساساً يك خط توليد، يك سلول خط جريان است) بهتر از سلول‏هاي بي‏ساختار (از نظر جريان مواد) است. در پايان، خاطر نشان مي‏كنيم كه سلول‏ها تنها به واسطه قوه ابتكار تحليلگر محدود مي‏شوند و به محدوديت‏هاي ذاتي مفاهيم محدود نخواهند بود. حداقل، منصفانه به نظر مي‏رسد كه بگوييم پتانسيل سلول‏ها هنوز به طور كامل كشف نشده است.

 

جدول 1-1 مشخصات عمومي انواع چيدمان
مشخصه	محصولي	فرآيندي	گروهي	موقعيت ثابت
زمان توليد	كم	زياد	كم	متوسط
موجودي در جريان ساخت	كم	زياد	كم	متوسط
سطح مهارت	انتخابي	بالا	متوسط-بالا	گوناگون
انعطاف‏پذيري محصول	كم	زياد	متوسط-زياد	زياد
انعطاف‏پذيري تقاضا	متوسط	زياد	متوسط	متوسط
ميزان بهره‏برداري از دستگاه	زياد	متوسط-كم	متوسط-زياد	متوسط
بازدهي كارگر	زياد	زياد	زياد	متوسط
هزينه واحد توليد	كم	زياد	كم	زياد

 

شكل 1-6 حجم در مقابل تنوع

 

 1-3 

اصول سيستم‏هاي ساخت و توليد

نظم علم و مهندسي همواره به قوانين پايه و اصولي وابسته بوده است. مطالعه سيستم‏هاي ساخت و توليد نيز نبايد از اين قاعده مستثني باشد. در ادامه چندين اصل بيان مي‏شود كه خواننده بايد توجه كند اين قوانين در بيشتر موارد از قوانين علمي پايه نتيجه شده است، مانند قانون اول و دوم ترمودينامك[10]. متأسفانه، درك اصول خاص سيستم‏هاي توليد بسيار دشوار بوده و تلاش گسترده چنداني نيز در اقتباس قواعد قابل قبول براي طراحي و اجراي سيستم، مبتني بر اين اصول صورت نپذيرفته است.

همان طور كه مي‏دانيم محيط طبيعت به كندي تغيير مي‏كند. پديده‏اي طبيعي مانند جاذبه هميشه به عنوان يك ثابت در نظر گرفته مي‏شود كه تشخيص و تعريف آن را ساده مي‏كند. بشر اين سيستم‏هاي ايستاي هميشگي را در هزاران سال مطالعه كرده است. از طرف ديگر، سيستم‏هاي ساخت و توليد نسبتاً جديد، پيچيده و پويا هستند. عملكرد آنها با تحول دانش بشري تغيير كرده و از ويژگي‏هاي مخصوص به خود برخوردار هستند. به عنوان مثال، اگر جرم يك جسم مشخص باشد، نيروي گرانشي آن نيز معلوم خواهد بود. ولي دو سيستم توليد با تعداد دستگاه‏هاي يكسان مي‏توانند نرخ‏هاي توليد، زمان‏هاي توليد و كيفيت كاملاً  متفاوتي داشته باشند. قوانين ثابت طبيعت، شكل گرفتن مواد را تحت فشار و دما هدايت مي‏كنند. همان قوانين براي تبديل مواد با فرآيندهاي اصلي توليد نيز صدق مي‏كند. با اين حال، در هنگام طراحي سيستم‏ها انسان براي تشريح و يكپارچه كردن اجزاء، طرحي مصنوعي يا ذهني در نظر مي‏گيرد. اين طرح شامل چگونگي جايابي و نت (نگهداري و تعميرات) دستگاه‏ها، چگونگي دسته‏بندي و ارسال قطعات و نيز چگونگي سنجش عملكرد مي‏باشد. حتي واژگان و چارچوبي كه از طريق آن به سيستم نگاه مي‏شود، مصنوعي بوده و به مرور زمان در معرض تغيير قرار مي‏گيرد. دما كه يك تعريف سخت استاندارد شده‏اي دارد را مي‏توان به صورت مطلق اندازه‏گيري كرد، اما بهره‏وري دستگاه را چگونه بايد بررسي كنيم؟ آيا شامل زماني كه كارگر صرف جستجوي ابزار مناسب، ساخت محصول معيوب يا زماني كه دستگاه در سرعتي زير بهينه كار مي‏كند، مي‏شود؟ در عمل از كجا بدانيم كدام تعريف كاربرد دارد؟ با اين حال، علي رغم عدم وجود تجربه و چارچوبي استاندارد، درك اصول سيستم‏هاي توليد براي ما اهميت بسزايي داشته و ما برداشت خودمان را از اين اصول بيان خواهيم نمود. اميدواريم در آينده تعريف استانداردي ارائه گردد كه چارچوب مشخصي را براي تشريح و ارزيابي سيستم فراهم كند.

قانون اول (قانون ليتل). نرخ توليد× زمان توليد = WIP

قانون ليتل شايد شناخته شده‏ترين اصل سيستم‏هاي ساخت و توليد باشد. در اين قانون، سطوح WIP و زمان توليد به مقادير متوسط آنها برمي‏گردد. اين قانون در تمام سطوح، يعني بخش‏هاي جداگانه تجهيزات، مركز كاري، دپارتمان و سيستم كاربرد دارد. فقط لازم است فرض كنيم سيستم در يك حالت پايا قرار گرفته است. بنا بر قانون ليتل، WIP با زمان توليد نسبت مستقيم دارد كه ثابت تناسب، نرخ توليد مي‏باشد (چون يك حالت پايا را فرض كرده‏ايم، نرخ توليد نرخي است كه محصول وارد سيستم توليد مي‏شود).

اگر چه اثبات قانون ليتل مشكل نيست، ما از اثبات آن خودداري كرده و در عوض، توضيح شهودي شكل 1-7 را ارائه مي‏نماييم. بدين منظور سيستم را به صورت يك فرآيند تنها تصور كنيد. نرخ توليد در حالت پايا برابر X است. N كار در سيستم وجود دارد. سيستم را به صورت N محل كه هر كدام توسط يك كار اشغال شده، تصور كنيد. در هر / X1 واحد زمان يك كار وارد سيستم شده و هر كاري كه در سيستم است، يك مكان به جلو مي‏رود. چه مدت طول مي‏كشد تا يك كار از اين سيستم خارج شود؟ با صرف / X1 واحد زمان در هر يك از N محل، مدت زماني كه در سيستم صرف مي‏شود برابر با / X)1T=N( يا به طور هم ارز N = X.T خواهد بود كه مطابق با قانون ليتل است.

 

شكل 1-7 نمايش قانون ليتل

 

قانون ليتل يك نتيجه بسيار مهم در بر دارد. معمولاً، افزايش سطوح WIP از طريق ارسال بيشتر مواد به سطح كارگاه، افزايش نرخ توليد و زمان توليد را به همراه خواهد داشت. همان طور كه نرخ توليد به ظرفيت نزديك مي‏شود (حداقل از يك دستگاه به طور كامل بهره‏برداري شود) روند افزايش نرخ توليد كاهش پيدا مي‏كند و افزايش بيشتر WIP به زمان‏هاي توليد طولاني‏تري مي‏انجامد. همين طور، اگر فرض كنيم زمان توليد افزايش پيدا كند، با افزودن كار بيشتر به كارگاه نمي‏توان اين زمان را جبران كرد. كارهاي ارسال شده به زودي زمان توليد را افزايش مي‏دهند و سيستم بار كاري اضافه پيدا مي‏كند. بنابراين اگر سطوح WIP  قابل كنترل باشند، بايد آنها را در پايين‏ترين سطحي كه تقاضا تأمين مي‏شود، كنترل نمود. مديراني كه “قوه درك” آنها غير از اين مي‏گويد، در اشتباه هستند. البته همان طور كه بعداً خواهيم ديد، مي‏توانيم با تنظيم مناسب نرخ ورود قطعات، بر زمان‏هاي توليد و نرخ توليد انواع قطعات خاص تأثير بگذاريم. همين طور، موازنه بارهاي كاري و هماهنگي گردش كار، مثلاً در يك خط مونتاژ، مي‏تواند نرخ توليد را براي يك سطح معين از موجودي‏هاي WIP افزايش داده و از زمان توليد بكاهد. در اينجا، مناسب به نظر مي‏رسد كه خواننده به انواع چيدمان در گفتار قبل نگاهي انداخته و به خاطر بياورد كه زمان توليد و WIP در تمام چيدمان‏ها، مشخصه يكساني داشتند.

قانون دوم. پايستگي ماده

سيستم‏هاي توليد براي پردازش مواد از حالت خام به محصول نهايي به وجود آمده‏اند. فرآيند پردازش در يك ايستگاه كاري، مانند براده‏برداري، غالباً قسمتي از ماده را جدا مي‏كند. (مورد مصرف چنين تراشه‏ها و هر ابزار قابل مصرفي را بايد پيش‏بيني نمود.) در حالي كه كالاهاي معيوب يا به سمت ضايعات يا به محوطه بازسازي فرستاده مي‏شوند، كالاهاي سالم به ايستگاه‏هاي بعدي حركت مي‏كنند. لازم به ذكر است كه مدل‏ها بايد معادلات تعادل را ارضاء كنند. اين معادلات نشان مي‏دهند كه تفاوت بين مواد وارد شده و خارج شده از ايستگاه، مساوي موجودي بين فرآيند‏هاست. به بيان ديگر در دراز مدت، به موجودي درون فرآيند يك سيستم پايدار چيزي اضافه نخواهد شد؛ به عبارتي، ورودي بايد با خروجي مساوي باشد. شايان ذكر است كه اين قانون در تمام سطوح معتبر است؛ يعني نه تنها براي يك ايستگاه كاري، بلكه براي كل كارخانه و حتي كره فرضي كوچكي كه بر نقطه تماس ابزار و ماده محيط است، نيز معتبر خواهد بود. تعميم جالب اين قانون، قانون پايستگي انرژي است. اين موضوع براي تعيين شرايط محيطي در يك ايستگاه كاري اهميت دارد، چرا كه فقط انسان‏ها انرژي بسيار زيادي براي مصرف كردن دارند. ما بايد در به عهده گرفتن وظايف، خردمندانه انتخاب كنيم.

قانون سوم. افزايش وسعت سيستم، كاهش قابليت اطمينان سيستم

طراحي، هماهنگي و حفظ و نگهداري سيستم‏هاي بزرگ ذاتاً كار دشواري است. اصلي كه از نظريه قابليت اطمينان نتيجه مي‏شود، اين است كه اگر ما N جزء مستقل (از نظر آماري) و هر كدام با قابليت اطمينان  كه N،...،2،1=i در سيستم خود داشته باشيم، در اين صورت احتمال اين كه كل سيستم فعال باشد برابر با  است. ما اين احتمال را قابليت دسترسي (A) به سيستم مي‏ناميم. اضافه كردن اجزا هنگامي كه  است، تنها قابليت دسترسي به سيستم را كاهش مي‏دهد. البته اجزاء موازي را مي‏توان به گونه‏اي اضافه و تنظيم نمود كه  را افزايش دهد، ولي اين امر وقتي حجم افزايش پيدا مي‏كند، تنها به كاهش نرخ كم شدن قابليت دسترسي كمك مي‏نمايد؛ جهت را تغيير نمي‏دهد.

فرض كنيد وسعت سيستم، يعني تعداد اجزايي كه بايد فعال باشند تا سيستم كار كند، را دو برابر مي‏كنيم. پس سيستم جديد  جزء دارد. فرض كنيد ضريب قابليت دسترسي همه اجزا مساوي است، به طوري كه  و . اين سيستم‏ها در صورتي مي‏توانند قابليت دسترسي يكساني داشته باشند كه  يا  باشد. اين نتيجه وقتي  است، حاصل مي‏شود. به عنوان مثال اگر 90_/0=r باشد، بايد 95_/0  داشته باشيم. در اين حالت، با دو برابر شدن حجم سيستم لازم است كه ما زمان توقف هر جزء را به نصف كاهش دهيم.

قانون چهارم. واپاشي اشيا

يك ماشين‏ساز مي‏تواند به شما بگويد كه دستگاه‏ها نمي‏توانند ثابت باقي بمانند. چرا كه سايش ياتاقان‏ها و قطعات تعويضي يكسان نيستند و عيوبي رخ مي‏دهد. در ابتدا باور شده بود تكنولوژي‏هاي انعطاف‏پذيري كه اخيراً در كارخانه‏ها توسعه و تكامل پيدا مي‏كنند، عمر كاري را افزايش مي‏دهند. ولي در واقع، چنين توضيحاتي اغلب براي توجيه سيستم‏هاي جديد به كار مي‏رود. مرديت[11] [1987] با مطالعه بر روي اين ايده نتيجه گرفت كه سيستم‏هاي انعطاف‏پذير جديد با همان سرعت دستگاه‏هاي قديمي فرسوده مي‏شوند. لازم به توضيح است كه انعطاف‏پذيري، سازگاري با محيط‏هاي متغير را در طول عمر كاري ميسر مي‏سازد، اما عمر كاري را كمي تغيير مي‏دهد.

در سطح ميكروسكوپي نيز فيزيكدانان مي‏دانند كه ذرات واپاشي دارند. با پذيرفتن اين موضوع و اين مطلب كه تمام اشياء در معرض نيروهاي خارجي در محيطشان هستند، ما معتقديم هم اشياء سخت‏افزاري، هم اشياء نرم‏افزاري به مرور زمان واپاشيده مي‏شوند و ما نمي‏توانيم ايستا باقي بمانيم. در اينجا منظور از نيروهاي خارجي مواردي همچون تغييرات دما و آب و هوا و وقايع مهمي مانند درگيري ابزار با قطعه يا نسخه جديدي از يك سيستم عامل رايانه‏اي است.

قانون پنجم. رشد نمايي در پيچيدگي

ما اغلب با يك مشكل ابعادي روبرو هستيم. اگر يك سيستم را با M جزء كه هر يك بتواند در N حالت قرار بگيرد، در نظر بگيريم، سيستم  حالت ممكن خواهد داشت. هر يك از اين حالت‏ها بايد هنگام طراحي و فعاليت سيستم مورد بررسي قرار گيرند. به طور مثال، سه جزء هر يك با دو حالت، به هشت حالت ممكن منجر مي‏شود، ولي شش جزء هر يك با چهار حالت، 4096 حالت ممكن را توليد مي‏كند. دو برابر نمودن M و N تعداد حالت‏ها را 512 برابر كرده است. با داشتن M جزء، ما 2)/1-M(M پيوند ممكن بين اجزاء خواهيم داشت. بنابراين، تعداد اتصالات بين اجزاء يك شبكه، سريع‏تر از آن اندازه‏اي كه حجم سيستم به طور خطي افزايش مي‏يابد، رشد مي‏كند.

قانون ششم. مزاياي تكنولوژي

علي رغم وجود قانون چهارم، گذشته و تاريخ ما سراسر مملو از پيشرفت و نوآوري بوده است. گاهي شنيده‏ايد كه مي‏گويند: “روزهاي خوب گذشته، چندان هم خوب نبوده است”. به علاوه به نظر مي‏رسد كه آهنگ پيشرفت ما همواره افزايشي بوده است. بنابراين، ما اين موضوع را به فلاسفه واگذار مي‏كنيم كه بگويند آيا اين فرآيند طبيعي واپاشي كه اجازه مي‏دهد فقط بهترين‏ها باقي بمانند، بركت هست يا خير. از آنجا كه طبيعت، تصادفي است و توزيع‏هاي دوطرفه دارد، اين بهترين كه باقي مي‏ماند از نرم فعلي بهتر خواهد بود. اين وسيله جديد بهتر از وسيله قديمي است. وسايل جديد در محيط خود با موفقيت بيشتري كار خواهند كرد (يا از بين مي‏روند).

نتيجه‏اي كه از اين مطلب گرفته مي‏شود اين است كه ما بايد با پيشرفت ثابت كار كنيم. توانايي ما در جهت بسط تكنولوژي پيشرفته تنها نعمتي است كه براي مهندسيني كه با قانون قابليت اطمينان و واپاشي طبيعي مواجهند، وجود دارد.

قانون هفتم. رفتار تصادفي اجزاء سيستم

به علت اين كه جهان ذاتاً احتمالي است يا به بيان ساده به قدري پيچيده است كه فهم كامل و توصيف آن با سطح دانش امروزي بشر ممكن نيست، رويدادها را نمي‏توان به طور دقيق پيش‏بيني نمود. به عنوان مثال، ما مي‏توانيم عبارت تيلور در رابطه با عمر ابزار -كه عمر ابزار با سرعت برش متناسب است- را بنويسيم، ولي هيچكس باور نمي‏كند كه ابزار دقيقاً به همان مدت دوام مي‏آورد. زيرا سختي ابزارهاي برش متفاوت است، قطعات كاري متفاوتند، شرايط برش تغيير مي‏كند و سرعت دستگاه‏ها متغير مي‏باشد. ما اغلب تصميم مي‏گيريم سيستم‏ها را به گونه‏اي كه گويي قطعي (غيراحتمالي) بوده‏اند، مدل كنيم، ولي واقعاً چگونه فرض كنيم كه متغيرهاي احتمالي اثر معناداري بر جواب نمي‏گذارند. بنابراين ما براي دستگاهي كه عملياتي را انجام مي‏دهد، پارامترهايي مانند مقدار هزينه در هر ساعت را به كار مي‏بريم. بدين منظور، در بيشتر موارد نيز از بهترين برآورد مقدار متوسط آن پارامتر استفاده مي‏كنيم.

ما به تكرار درباره خدمات موازي يكسان صحبت مي‏كنيم. ولي همه ما مي‏دانيم كه اين مطلب درست نيست. ما در هنگام انتخاب كردن يك صف در فروشگاه به جز طول صف، مجبور به بررسي كارايي نسبي صندوق‏داران نيستيم. دستگاه‏ها نيز يكسان نيستند. در يك آزمايشگاه، رايانه‏هاي شخصي نت يكساني احتياج ندارند. در يك محيط ماشينكاري با فرض وجود دستگاه‏هاي يكسان، كارگران خيلي زود مي‏فهمند كه كدام دستگاه‏ها روي كارهاي سخت بهتر كار مي‏كنند.

قانون هشتم. محدوديت‏هاي منطق (انسان)

سيمون[12] [1969] به روشني به محدود بودن قوه درك انسان اشاره مي‏كند. ما گاهي تمايل داريم تفكري طولي در رابطه با يك كار داشته باشيم. ولي حافظه كوتاه مدت ما از هفت بابت محدود مي‏شود و ديد تصوري ما نيز به واسطه تجارب ما در جهان سه‏بعدي محدود است. همان طور كه قبلاً گفته شد، طراحي مهندسي با سازه‏هاي مصنوعي كه به مرور زمان تغيير مي‏كنند، سر و كار دارد. اين محدوديت‏ها با اين حقيقت كه پيچيدگي سيستم با آهنگي سريع‏تر از نرخ خطي رشد مي‏كند (ر. ك. به قانون پنجم) ادغام شده و به اين نتيجه كه ما به جاي مطالبه جواب‏هاي بهينه بايد به حاصل شدن جواب‏هاي راضي كننده‏اي اميدوار باشيم، خواهد انجاميد. در حال حاضر فقط لازم است كه بدانيم “چقدر خوب به قدر كافي خوب است؟” كه جواب را بپذيريم.

قانون نهم. تركيب كردن، ساده كردن و حذف كردن

ذخيره زمان، پول، انرژي

نتيجه‏اي كه از تركيب و ساده كردن كارهاي ضروري و حذف كارهاي غيرضروري به دست مي‏آيد، نبايد بيش از حد مورد تأكيد قرار بگيرد. زيرا هر فعاليتي زمان، پول و انرژي مصرف مي‏كند. اگر يك دستگاه حمل مواد بتواند دو محموله را با هم بردارد و در يك گردش ساده آنها را به نقاط مقصد برساند، زمان پيشبرد[13] محصول و مصرف انرژي كمتر شده و همچنين بهره‏وري اين دستگاه افزايش مي‏يابد. اقدام صرف به انجام يك چيز، به طور ضمني به آن فعاليت اهميت مي‏بخشد، چون اولويتي بيش از انبوه فعاليت‏هاي ناتمام دارد. ساده كردن، تركيب كردن و حذف كارها اصل پيدايش مديريت علمي در روزگار اوليه‏اش بوده و تا امروز به قوت خود باقي مانده است. بسياري از روندهاي اخير در صنعت توليد به اين مقوله وابسته‏اند. مي‏دانيم كه سلول‏هاي توليد به اين دليل ساخته مي‏شوند كه برپايي و راه‏اندازي آنها از سيستم‏هاي بزرگ ساده‏تر بوده و اجازه مي‏دهند آماده‏سازي‏ها با خانواده‏هاي محصول تركيب شده يا به كلي حذف گردند. كنترل توليد كانبان[14] از برنامه‏ريزي مواد مورد نياز (MRP)[15] كه سيستم‏هاي اطلاعاتي بزرگ، محصولات و گزارش‏هاي پيچيده‏اي از وضعيت كارگاه‏ها دارند، ساده‏تر است. طراحي براي توليد (DFM)[16] ، ساده كردن توليد محصولات را هدف خود قرار مي‏دهد.

يك عقيده عمومي در مهندسي و تجارت وجود دارد كه مي‏گويد خودكار كردن و يكپارچه ساختن سيستم‏ها راه‏حل مشكلات رقابتي ما هستند. ولي توجه كنيد كه عملاً يكي از جنبه‏هاي مشكل‏آفرين قوانين مذكور، اشاره ضمني به غيرقابل اعتماد بودن سيستم‏هاي نرم‏افزاري بزرگ و ساير سيستم‏هاي توليد يكپارچه است. در واقع، مدت‏هاست كه پذيرفته‏اند غالباً نرم‏افزار، عمده‏ترين مشكل تكنيكي در طول تكامل سيستم مي‏باشد (مرديت [1987]). شايد علت آن، اين است كه ماهيت نامحسوس نرم‏افزار، تضمين كيفيت آن را دشوار ساخته است. در خودكارسازي، نرم‏افزار در عمليات توليد ادغام مي‏شود. به عنوان مثال، سرعت‏هاي ماشينكاري و نرخ‏هاي تغذيه متغير و تصميم‏گيري در مورد مسيرهاي توليد به نرم‏افزاري تنظيم‏كننده نياز دارد. در اين ارتباط، بدون مستندات بهنگام شده كامل، پيش‏بيني اثر اين سيستم‏ها غيرممكن است. روابط متقابل بين برنامه‏هاي نرم‏افزاري ممكن است در عمق يك كد (قانون) نهفته باشد. البته علاوه بر پيچيدگي سيستم‏هاي نرم‏افزاري بزرگ بايد خاطر نشان كرد كه افراد و واحدهاي سازماني مختلف، صلاحيت و تمايلات متفاوتي براي اطلاعات دارند. از اين رو پيچيدگي سيستم، جامعيت خواسته‏ها و هزينه توسعه، لزوم استانداردسازي دقيقي را در سيستم ديكته مي‏كند. با اين حال، استفاده از قالب‏هاي استاندارد شده مي‏تواند تأمين نيازهاي كاربران ويژه‏اي را با شكست مواجه سازد و طبيعتاً اثربخشي سيستم نرم‏افزاري را محدود مي‏گرداند.

روش نوين در طراحي سيستم توليد (اطلاعات)، يعني CIMS بازنمود چالشي در برابر قوانين ماست. هدف CIMS بيشينه كردن آگاهي‏ها و هماهنگي‏هاي لازم در بين اجزاء سيستم است. در اين شيوه، وقتي در بين اجزاء سيستم حركت مي‏كنيم، زيان به حداقل مي‏رسد. اعتقاد همه بر اين است كه ارتباطات صحيح مي‏تواند به سيستمي با عملكرد بهينه بيانجامد، ولي اقدام صرف به گردآوري و تبديل داده‏ها به اطلاعات، منابع را مصرف كرده و به زمان نياز دارد. اين گذر زمان از بهنگام بودن داده‏ها مي‏كاهد كه البته بهنگام بودن، خود پيشنياز ارتباطات صحيح است. همان طور كه تعداد واحدهاي (بيت‏هاي) اطلاعاتي افزايش مي‏يابد، احتمال بروز خطا نيز افزايش مي‏يابد. بنابراين هميشه بايد يك “انرژي” خارجي به منظور گردآوري و اداره داده‏هاي جديد به سيستم اعمال شود؛ در غير اين صورت سيستم از بين خواهد رفت. البته نيت ما كوچك شمردن تلاش‏هاي CIM نيست . بر عكس، ما معتقديم كه اطلاعاتِ اصلاح شده، به تصميم‏گيري‏هاي بهتري مي‏انجامد و همچنين رايانه‏ها قابل اعتمادتر و كاراتر از انسان‏ها هستند. احتمالاً در كودكي در بازي تشكيل يك حلقه، گوش دادن به پيام بغل‏دستي و نجواي آن به نفر بعدي شركت كرده‏ايد. همه ما مي‏دانيم كه وقتي اين پيام به نقطه‏اي كه پيام اصلي صادر شده برمي‏گردد، از شكل اوليه‏اش خارج خواهد شد. ولي حافظه رايانه اين كلمات را همان گونه كه نوشته مي‏شوند، دريافت كرده و بعد از مدت‏هاي مديدي كه از حافظه نويسنده پاك مي‏شوند، دقيقاً به همان شكل اوليه باز مي‏گردانند. عقيده ما اين است كه رويكردهاي CIM در مقابل قوانين طبيعت است. گزينه‏هاي جايگزيني كه در ساده كردن روش‏ها و سيستم‏ها تلاش مي‏كنند، با طبيعت ناسازگار هستند. بديهي است كه كليد سازگار شدن يك سيستم يكپارچه، درك روابط قطعي و برهمكنش‏هاي بين اجزاء سيستم است. بر اين اساس، هر كسي بايد ارتباطات ضروري بين اجزاء را برنامه‏ريزي كند، يا در غير اين صورت اجازه دهد اين اجزاء مستقل باقي بمانند.

نتيجه مهمي كه از اين مبحث گرفته مي‏شود، پذيرفتن اين نكته است كه “اگر نتوانيد يك كار ساده را انجام دهيد، از عهده يك كار پيچيده نيز بر نمي‏آييد”. توجه داشته باشيد كه خريد يك دستگاه بهتر نبايد اولين جواب به يك مسئله باشد. همچنين تا زمان درك تكنولوژي موجود، نمي‏توان به پرسشي كه در مورد كفايت آن مطرح مي‏شود، پاسخ مناسبي داد.

 

 1-4 

انواع و كاربرد مدل‏هاي ساخت و توليد

قبل از تشريح علم و هنر مدلسازي، نكته‏اي را به تحليلگر يادآوري مي‏كنيم. مفهوم مهمي كه بايد در هنگام تجزيه و تحليل سيستم به خاطر سپرد، تمايز بين “كارايي” و “اثربخشي” است. كارايي به درست انجام دادن كار گفته مي‏شود، در صورتي كه اثربخشي به كار درست انجام دادن اطلاق مي‏گردد. البته هر چند هر دو از اهميت خاصي برخوردار هستند، ولي كارگر مؤثر هميشه ارزش بيشتري خواهد داشت. كارگران كارامدي كه اثربخش و مؤثر نيستند، ممكن است خودشان را در صف بيكاران در حالت سر جنباندن و نق زدن در مورد مديران نالايقي كه آنها را وادار به كار مي‏كردند، ببينند. تفاوت بين اين دو موضوع را مي‏توان با ارائه يك مثال از مسئله زمان‏بندي يك دستگاه روشن كرد. مهندس كارامد، كارها را براي تضمين حداكثر توليد و حداقل زمان انتظار در دستگاه زمان‏بندي مي‏كند. ولي اين دستگاه يكي از چند دستگاه درون سيستم است و قطعاتي كه توليد مي‏كند، همراه با تعداد زيادي از ديگر قطعات، در مونتاژ نهايي مورد استفاده قرار مي‏گيرد. علاوه بر اين، ممكن است ظرفيت توليد اين دستگاه بيشتر از مقدار تقاضا باشد. كارگر مؤثر، اولويت‏هاي مناسبي براي دسته‏هاي متنوع قطعات منتظر دم دستگاه تعيين كرده و قطعات را به گونه‏اي زمان‏بندي مي‏كند كه در موقع لزوم تكميل شوند. حتي او ممكن است در صورتي كه هيچ يك از دسته‏هاي قطعات در آينده نزديك مورد نياز نباشند، دستگاه را بيكار باقي بگذارد. در اين نمونه، برنامه‏ريز كارامد، ما را با توده‏اي از موجودي‏هاي غيرضروري كه فضا اشغال كرده، كاغذبازي‏ها را زياد كرده و معمولاً باعث ازدحام فرآيند توليد مي‏شوند، رو به رو كرده است. به طوري كه در يك لحظه ايستگاه‏هاي متوالي، منتظر قطعات مورد نيازشان بوده‏اند. اين مثال مشخص مي‏كند كه در تلاش براي مؤثر بودن، بايد در عينيت بخشيدن به اهدافمان بسيار دقت كنيم. سوزاكي[17] [1987] هفت نوع ضايعه را مشخص مي‏كند كه عبارتند از: (1) ضايعات اضافه توليد، (2) ضايعات زمان انتظار، (3) ضايعات حمل و نقل، (4) ضايعات پردازش، (5) ضايعات موجودي، (6) ضايعات حركت و (7) ضايعات عيوب محصول. به طور كلي اگر فعاليتي به طور مستقيم به محصول ارزش افزوده اضافه نكند، آن فعاليت يك نوع ضايعات محسوب مي‏شود. البته در اين بين، هرگز هدف ما نبايد آنقدر كوته‏بينانه باشد كه هدف نهايي، يعني تأمين رضايت مشتري به شيوه‏اي سودآور، كم‏رنگ گردد. به عنوان نمونه ديگري از اثربخشي، موضوع كاهش آماده‏سازي را در نظر بگيريد. ما مي‏توانيم كارامد باشيم و ابزاري به منظور بستن خودكار و سريع‏تر مهره‏ها همزمان با موقعيت دادن به حديده‏ها روي دستگاه، خريداري كنيم. ولي بريدن رزوه‏هاي اضافي روي پيچ به طوري كه دورهاي كمتري براي بستن مهره‏ها نياز باشد، ممكن است ارزان‏تر شود. البته، اگر ما در اينجا يك دقيقه صرفه‏جويي كنيم، در حالي كه بايد براي گرم شدن حديده دستگاه يك ساعت صبر نمود، چطور مؤثر بوده‏ايم؟ در اينجا پيشنهاد استفاده از حديده‏هاي پيش‏گرم شده بسيار معقول‏تر خواهد بود. ما در آينده كاهش زمان آماده‏سازي را مورد بحث قرار نمي‏دهيم. شايان ذكر است كه اين تصميم به اين خاطر اتخاذ شده است كه هدف اين كتاب طراحي و تجزيه و تحليل سيستم توليدي است و ما اين موضوع را به صورت يك موضوع عملياتي يا فرآيندي در نظر گرفته‏ايم. اهميت كاهش آماده‏سازي‏ها و كاهش‏هاي وابسته به آن در عمليات و موجودي را نمي‏توان بيش از حد مورد تأكيد قرار داد.

يك مدلساز كارامد، توصيفي رياضي از سيستم ايجاد كرده و راه حل بهينه‏اي براي آن پيدا مي‏كند. مدلساز مؤثر، يك مدل رياضي از سيستم ساخته و از آن براي درك عوامل مهم درون سيستم واقعي بهره مي‏گيرد، يك راه حل خوب براي مدل مي‏يابد و سپس با اطلاع از مواردي كه در مدل گنجانيده نشده است، جهت يافتن يك راه حل خوب‏تر براي سيستم واقعي، مدل را اصلاح مي‏كند! به طور خلاصه، كارگر مؤثر علاقه‏مند است براي مسايل مهم، خوب‏ترين جواب‏ها را پيدا كند، نه اين كه با چشم‏پوشي از برهمكنش‏هاي بين زيرسيستم‏هاي مختلف نگران يافتن جواب‏هاي بهينه براي زيرمسايلي از كل سيستم باشد. به خاطر بسپاريد كه اگر ما از 80 درصد بيشينه (بهينگي) شروع كنيم، رساندن 50 درصد كل سيستم به 90 درصد كارايي، اثر بيشتري از رساندن 10 درصد كل سيستم به كارايي 100 درصد خواهد داشت. همين طور كاهش 50 درصد از هزينه‏اي كه 5 درصد از كل هزينه باشد، تنها نيمي از اثر صرفه‏جويي 10 درصدي از رديف بودجه‏اي كه نيمي از بودجه را نشان مي‏دهد، خواهد داشت. البته منظور ما اين نيست كه كارآمد بودن پسنديده نيست؛ در اصل، بيشتر اين كتاب در مورد كارايي بحث مي‏كند. بايد توجه داشت كه از دير باز، سيستم‏هاي توليد انبوه بيشتر نگران كارايي بوده‏اند. در اين سيستم‏ها چرخه‏هاي طولاني عمر محصول و تجهيزات سرمايه‏بر، مجاز بوده و نياز دارد كه در طول عمر سيستم “چيز درستي” تعريف شده باشد. از سوي ديگر، مؤثر بودن جزء كليدي عمليات توليد سفارشي در دسته‏هاي كوچك است. در اين محيط، شخص بايد همواره متوجه مشتري بوده و نيازهاي بازار را فراهم كند. منظور اين است كه در اين محيط، اولين نكته قابل ملاحظه فقط اثربخشي است. اثربخشي، به انعطاف‏پذيري در سازگار شدن با جهان پويا نياز دارد. بر اين اساس، در چند فصل آينده انعطاف‏پذيري، يك موضوع كليدي خواهد بود.

مطالب اين كتاب، توسعه و استفاده از مدل‏ها در طراحي و كنترل سيستم‏هاي ساخت و توليد را پوشش مي‏دهد. با شرح مختصري كه از اجزاء متشكله يك سيستم توليدي داشتيم، بايد معناي يك “مدل” را تعريف كنيم. مدل، نمايشي است از يك شئ، سيستم و يا پديده به شكلي غير از آنچه خود پديده است و معمولاً به فرمي ساده شده مي‏باشد. مدل‏ها مي‏توانند به صورت فيزيكي يا انتزاع رياضي از ماهيت باشند.

 

1-4-1 مدل‏هاي فيزيكي

مدل‏هاي فيزيكي طي سال‏هاي متمادي در دامنه وسيعي مورد استفاده قرار گرفته‏اند. همه ما ديده‏ايم كه معماران، مدل‏ها (ماكت‏ها)يي را براي تجسم ساختمان‏هايي كه قرار است ساخته شوند، توسعه مي‏دهند. چنين مدلي، يك كمك عيني براي بررسي مطلوبيت طرح‏هاي بالقوه و براي تضمين دستيابي به ساختمان‏هاي مناسب فراهم مي‏كند. يك تصوير، ارزش هزار واژه را دارد و بسياري از ابهامات و عدم صراحت‏هاي موجود در ارتباطات لفظي را مي‏توان با مدل‏هاي فيزيكي ساده از بين برد.

مدل‏هاي فيزيكي مي‏توانند دو بعدي يا سه‏بعدي باشند. مدل‏هاي دو بعدي، نقشه‏هاي قطعات و نقشه واحد صنعتي را در بر مي‏گيرد. در چيدمان واحد صنعتي غالباً از شمايل‏هاي دو بعدي استفاده مي‏شود. بدين ترتيب كه شمايل منابعي مانند دستگاه‏ها، كارگران و محوطه‏هاي خدماتي روي نقشه‏اي با مقياس از واحد صنعتي حركت داده مي‏شود تا چيدمان رضايت‏بخشي به دست آيد.

مدل‏هاي سه‏بعدي معروف‏تر هستند. به طور مثال، در حال حاضر بيشتر سيستم‏هاي CAD، مدلسازي اجسام سه‏بعدي را به كار مي‏برند. آزمايشگاه‏هاي بخش‏هاي مهندسي صنايع و ساخت و توليد به منظور ساخت مدل‏هاي سه‏بعدي فيزيكي از سيستم‏هاي توليد، از دستگاه‏هاي روميزي كوچك يا قطعات گيره‏اي استفاده مي‏كنند كه رفتار سيستم را به طور واقعي نشان مي‏دهند.

 

1-4-2 مدل‏هاي رياضي

اين كتاب به مدل‏هاي رياضي پوشش مي‏دهد. اين مدل‏ها ممكن است روي يك رايانه يا به سادگي روي برگي از كاغذ جاي بگيرند. به هر حال، همه آنها از اين عامل مشترك سهم مي‏برند كه مجموعه‏اي از معادلات رياضي يا روابط منطقي براي توصيف سيستم توسعه داده مي‏شود. در اينجا پارامترهاي مورد نياز مدل، مانند زمان‏هاي استاندارد توليد، زمان بين خرابي‏هاي دستگاه و حجم دسته‏ها از حسابداري و ساير داده‏ها برآورد مي‏شوند.

مدل‏هاي رياضي به دليل استفاده از متغيرهاي تصميم‏گيري، از مدل‏هاي فيزيكي متمايز مي‏شوند. در مدل‏هاي رياضي، ما بايد براي مدل چند كاربرد مورد نظر كه پيرامون متغيرهاي قابل كنترل دور مي‏زنند، داشته باشيم. اينها متغيرهاي تصميم‏گيري مدل خواهند بود. كليد اصلي ساخت مدل‏هاي مفيد، انتخاب درست متغيرهاي تصميم‏گيري است. اين امر نيز با تعريف مسئله و تجزيه و تحليل آن رابطه تنگاتنگي دارد. به عنوان يك راهنمايي كلي جهت تعيين متغيرهاي تصميم‏گيري، مدلساز بايد از خود بپرسد: سعي دارم به چه سؤالاتي پاسخ دهم؟ در اينجا متغيرهاي تصميم‏گيري ممكن است تعداد دستگاه‏هاي مورد نياز يا مجموعه كارهاي تخصيص يافته به يك دستگاه باشد.

ماهيت مدل‏هاي رياضي، توصيفي[18] يا تجويزي (دستوري)[19] است. مدل‏هاي شبيه‏سازي به سمت توصيفي بودن گرايش دارند. در مدل‏هاي شبيه‏سازي، به شرط معلوم بودن مجموعه‏اي از مقادير براي متغيرهاي تصميم‏گيري، مدل اجرا مي‏شود تا برآوردي از عملكرد سيستم به دست آيد. مدل‏هاي برنامه‏ريزي رياضي مثل برنامه‏ريزي خطي، تجويزي هستند. رانش[20] مدل، در اينجا براي دستيابي به جواب، يعني تعيين متغيرهاي تصميم‏گيري است. در اين مدل‏ها هميشه تابع هدفي مانند هزينه وجود دارد كه در معرض محدوديت‏هاي مشخصي قرار مي‏گيرد. بنابراين، مقادير پيوسته‏اي به متغيرهاي تصميم‏گيري تخصيص داده مي‏شود تا جواب بهينه تابع هدف به دست آيد. غالباً مدل‏هاي توصيفي، گذرگاهي براي ساخت مدل‏هاي واقع‏بينانه‏تر فراهم مي‏كنند. هر چند يك مدلساز ماهر مي‏تواند يك مدل تجويزي را با همان سطح از جزييات مدل‏هاي توصيفي تعريف كند، ولي وقتي اين جزييات با هم تركيب مي‏شوند حجم مدل افزايش يافته و خيلي سريع غيرخطي مي‏گردد، به طوري كه حل آن براي بهينه كردن (مدل) واقعاً غير ممكن مي‏شود. همان طور كه به زودي خواهيم ديد، توانايي در تجويز ممكن است نسبت به توانايي در توصيف عملكرد روي دامنه وسيعي از متغيرهاي ورودي، اهميت كمتري داشته باشد.

مدل‏هاي تجويزي لزوماً جواب‏هاي بهينه (مدل) را فراهم نمي‏كنند. حجم مسئله و فقدان راه حل‏هاي كارا اغلب بدين معناست كه بايد از يك روش ابتكاري بهره گرفت. يك رهيافت ابتكاري مي‏كوشد تا با استفاده از يك روش نسبي، جواب خوبي (نزديك به بهينه) براي مسئله پيدا كند. در يك روش ابتكاري، امكان يا عدم امكان يافتن يك جواب بهينه وجود دارد، حتي اگر آن را پيدا كنيم ممكن است قادر نباشيم بهينگي جواب پيدا شده را براي مدل تأييد كنيم. بارتولدي و پلتزمن[21] [1988] روش‏هاي ابتكاري را با بيان بسيار خوبي خلاصه كردند:

يك روش ابتكاري ممكن است به صورت يك پردازشگر اطلاعاتي به نظر برسد كه به صورت عمدي، ولي با تشخيص درست از اطلاعات مشخصي چشم‏پوشي مي‏كند. يك روش ابتكاري با چشم‏پوشي از اطلاعات، از تلاشي كه ممكن است براي خواندن داده‏ها و محاسبه با آنها نياز باشد، آزاد مي‏گردد. به علاوه جوابي كه از طريق چنين روشي به دست مي‏آيد، مستقل از اطلاعات ناديده گرفته شده است و بنابراين از تغييرات آن اطلاعات تأثيرپذير نيست. البته هنر طراحي يك روش ابتكاري در اين است كه بدانيم دقيقاً چه اطلاعاتي ناديده گرفته شود. در شرايط آرماني، هر كسي در جستجوي چشم‏پوشي از اطلاعاتي است كه گردآوري و حفظ آنها پر خرج و بهره‏برداري از آنها از نظر محاسباتي گران است و سهم آنها در افزودن به دقت جواب بسيار ناچيز مي‏باشد.

افزون بر قدرت در تغيير داده‏ها، عموماً تكوين و حل روش‏هاي ابتكاري از روش‏هاي بهينه‏سازي بسيار آسان‏تر است. شكل 1-8 مقايسه‏اي بين روش‏هاي حل در بسياري از مسايل ارائه مي‏كند. بيشتر مسايل جهان واقعي، بسيار بزرگ و حل آنها پيچيده و در زمان در دسترس دشوار است. اين موضوع عملاً در مورد مسايل كنترل توليد كه نياز به حل مجدد به طور مستمر دارند، صدق مي‏كند. ما براي تعيين طرح بهينه يك كارخانه جديد توسط رايانه مي‏توانيم تعطيلات آخر هفته را منتظر بمانيم، اما براي زمان‏بندي توليد يك بعد از ظهر نمي‏توان صبر كرد! فهم قواعد ابتكاري و قانون‏مند كردن آنها ساده‏تر است. از اين رو چنين مدل‏هايي را مي‏توان خيلي سريع توسعه داده و تكميل نمود. به دست آوردن بهترين مدل براي تخصيص زمان و منابع معلوم، براي متخصصين عادت شده است. لازم به ذكر است كه اغلب جواب‏هاي بهينه ويژگي‏هاي معيني دارند كه مي‏توانند به وسيله روش‏هاي ابتكاري مورد بهره‏برداري قرار گيرند. نمونه كلاسيك اين مورد، مسئله پوياي تعيين حجم انباشته‏هاست. ما مي‏دانيم كه هرگز نگهداري موجودي در يك دوره، بهينه نيست، مگر اين كه موجودي بتواند به كل تقاضاي آن دوره پوشش دهد. در غير اين صورت، ما علاوه بر هزينه آماده‏سازي فرآيند كه ضروري است، هزينه‏هاي نگهداري موجودي را نيز به ناچار متحمل مي‏شويم. بدين لحاظ، هر گاه يك آماده‏سازي مطرح مي‏شود، روش‏هاي ابتكاري تنها تقاضا را براي تعداد كاملي از دوره‏ها در نظر مي‏گيرند.

 

شكل 1-8 مقايسه بهينه‏سازي و روش‏هاي ابتكاري

 

ما نبايد استنباط كنيم كه روال‏هاي ابتكاري لزوماً نسبت به الگوريتم‏هاي بهينه، ارزش كمتري دارند. روش‏هاي ابتكاري معمولاً براي مسايل ويژه مورد استفاده قرار مي‏گيرند. فرآيند توسعه قواعد خوب براي حل ابتكاري، ممكن است فراهم كننده بينش مناسبي نسبت به عوامل مهم در مسئله باشد. اين بينش مي‏تواند در مديريت روزمره، بسيار مؤثر باشد. اگر ما يك كد پيچيده‏اي بر اساس روال‏هاي بهينه‏سازي استاندارد، ايجاد كرده و از آن به صورت يك جعبه سياه بهره بگيريم، ممكن نيست به اين بينش دست پيدا كنيم. به علاوه تمرين خوبي است كه هنگام كاربرد روش‏هاي ابتكاري، از تكنيك‏هاي محدود كننده‏اي نيز استفاده كنيم كه به مدلساز اجازه دانستن اين كه حل‏هاي ابتكاري چقدر ممكن است از حل‏هاي بهينه دور باشند را بدهد. اين حدود، مي‏توانند بر اساس آناليز بدترين حالت يا بر اساس آناليز حد وسط باشند. حدود بدترين حالت، معمولاً نتايجي تئوري هستند كه ضعيف‏ترين نتيجه روش ابتكاري را در هنگام پايان يافتن آن، نسبت به نتيجه بهينه مشخص مي‏كنند. اين نتايج براي هر نمونه مسئله نگهداري مي‏شوند (يك نمونه مسئله، مجموعه مشخصي از داده‏هاست كه مي‏توان براي يك راه حل يافت). نتايج حد وسط بر اساس آزمايش‏ها و تجربه‏ها به دست مي‏آيند و هنگامي كه داده‏هاي مسئله در دامنه نسبتاً مشخصي قرار مي‏گيرند، انحراف مورد انتظار از بهينگي را نشان مي‏دهند.

مثال 1-1

فرض كنيد ما سه كار و سه دستگاه داريم. هر دستگاه قرار است به يك كار اختصاص داده شود. هدف، يافتن تخصيصي با كمترين هزينه است. هزينه‏هاي تخصيص در جدول 1-2 نشان داده شده است.

جدول 1-2 هزينه‏هاي تخصيص براي مثال 1-1
	دستگاه
كار	1	2	3
1	10	25	12
2	13	5	12
3	8	13	21

فرض كنيد، روش ابتكاري ما مي‏گويد كار 1 را برداشته و آن را به دستگاهي كه حداقل هزينه را دارد، اختصاص دهيد. سپس اين كار و دستگاه را از فهرست خود حذف كنيد و اين روال را تا تخصيص كليه كارها، تكرار كنيد. در اين صورت داريم:

گام 1. چون 25>12>10 است، كار 1 را به دستگاه 1 اختصاص دهيد.

گام 2. چون 12>5 است، كار 2 را به دستگاه 2 اختصاص دهيد.

گام 3. كار 3 را به دستگاه 3 اختصاص دهيد.

هزينه كل اين تخصيص برابر 36=21+5+10 است. با توجه به اين كه هر كار بايد دست كم، كمترين هزينه دستگاه خود را متحمل شود، ما مي‏توانيم يك كران پايين براي اين هزينه پيدا كنيم. در اين صورت كار 1 بايد حداقل هزينه 10، كار 2 حداقل هزينه 5 و كار 3 حداقل هزينه 8 را متحمل گردد. بنابراين هر جوابي حداقل داراي هزينه 23=8+5+10 خواهد بود. همين طور، هر دستگاه بايد يك كار را به انجام برساند. با جمع كمترين هزينه از هر ستون، كران پايين ديگري برابر با 25=12+5+8 خواهيم داشت. بنابراين، تمام راه حل‏هاي ممكن، بايد دست كم، هزينه 25 را داشته باشند. راه‏حل ما هزينه‏اي برابر با 36 دارد. بنابراين حداكثر 11 واحد از جواب بهينه بيشتر است.

توجه كنيد كه روش به كار رفته براي يافتن كران پايين 25، واقعاً يك حل امكان‏پذير فراهم مي‏كند. يعني همه كارها تخصيص داده شده و هر دستگاه، يك كار دارد. بنابراين اين جواب بايد بهينه باشد.

n

ما به جاي دسته‏بندي مدل‏هاي رياضي بر طبق خروجي آنها (توصيفي يا تجويزي)، مي‏توانيم مدل‏ها را بر طبق نحوه محاسبات آنها نيز دسته‏بندي كنيم. در اين طبقه‏بندي، مدل‏ها تحليلي يا تجربي (آزمايشي) هستند. مدل‏هاي تحليلي يك انتزاع رياضي‏تر از سيستم واقعي نشان مي‏دهند. در اين شيوه، مجموعه‏اي ‏از معادلات فراهم مي‏شود تا عملكرد جمعي سيستم را خلاصه نمايد، ولي جزييات وقايعي كه رخ مي‏دهند، تشريح نمي‏شود. مثال‏هاي آن نيز نظريه صف، برنامه‏ريزي رياضي و روش‏هاي ابتكاري مي‏باشند. مدل‏هاي شبيه‏سازي آزمايشي هستند، چون مقلد وقايعي مي‏باشند كه در سيستم واقعي رخ مي‏دهند. البته آزمايش‏هايي كه با منطق كنترل يا پارامترهاي عملياتي ميسر مي‏گردند. مدل‏هاي شبيه‏سازي فيزيكي و مدل‏هاي شبيه‏سازي رايانه‏اي هر دو در اين گروه جاي مي‏گيرند. در ضمن مي‏توان از مدل‏هاي تركيبي نيز استفاده نمود. در جايي كه بخش‏هايي از سيستم واقعي، با مدل‏هاي تحليلي ساده‏اي مانند صف‏هاي نمايي با يك خدمت‏دهنده جايگزين مي‏شوند، مي‏توان يك مدل شبيه‏سازي از يك سيستم واقعي ايجاد كرد. منطق مدل‏هاي شبيه‏سازي به بخش‏هاي جداگانه‏اي مربوط مي‏شود كه با همديگر نسخه بدلي از رويدادهاي كل سيستم را به وجود مي‏آورند.

 

1-4-3 كاربرد مدل‏ها

مدل‏ها براي مقاصد گوناگوني ساخته مي‏شوند. كاربردهاي اصلي مدل شامل موارد زير است:

1. بهينه‏سازي - يافتن بهترين مقادير براي متغيرهاي تصميم‏گيري.

2. پيش‏گويي عملكرد - بررسي حساسيت و طرح‏هاي بالقوه.

3. كنترل - كمك به انتخاب قواعد كنترلي مطلوب.

4. آگاهي - فراهم كردن درك بهتر از سيستم.

5. توجيه - كمك به تصميمات فروش و پشتيباني نقطه نظرات.

قبلاً بهينه‏سازي در مقوله مدل‏هاي تجويزي مورد بحث قرار گرفت. در بهينه‏سازي، ابتدا مدل ساخته مي‏شود و سپس به منظور تعيين بهترين وضع متغيرهاي تصميم‏گيري اجرا مي‏گردد. مسايلي مانند كمينه كردن هزينه شبكه‏هاي توزيع و انتخاب بهترين حجم دسته‏هاي كالا، نامزدهاي خوبي براي بهينه‏سازي هستند. به هر حال ما در استفاده كوركورانه از خروجي مدل‏ها احتياط مي‏كنيم. مسئوليت نهايي نيز بر عهده تصميم‏گيرنده است، نه مدل. گفته مي‏شود كه هنگام مواجهه با مدل‏ها يا رايانه‏ها دو نوع تصميم‏گيرنده مضطرب وجود دارد. آنهايي كه به هر چيزي كه نتيجه مي‏شود، اعتقاد پيدا مي‏كنند و كساني كه به هيچ چيز اعتقاد ندارند. اولي به ناچار تسليم سرنوشت مي‏شود، ولي دومي را مي‏توان به موقع آموزش داد تا به مدل اعتماد پيدا كند.

بيشتر سيستم‏هاي واقعي رفتاري غيرخطي از خود نشان مي‏دهند و به متغيرهاي گسسته (صحيح) نياز دارند. حل مدل‏هايي كه چنين مشخصاتي دارند، اغلب دشوار بوده و حتي اگر خواهان يك حل بهينه باشيم، ممكن است مجبور شويم به يك حل ابتكاري نزديك به بهينه رضايت دهيم. با وجود اين، ما اين مدل‏ها را در زمره مسايل بهينه‏سازي قرار مي‏دهيم. چون هنوز هدف، يافتن بهترين مجموعه ممكن از مقادير متغيرهاي تصميم‏گيري است. در حالت‏هاي غايي ممكن است به محض يافتن يك جواب امكان‏پذير، به شرطي كه كليه محدوديت‏هاي مشخص شده روي متغيرهاي تصميم‏گيري اعمال شده باشد، ما را راضي كند. ولي به خاطر داشته باشيد كه مؤثر بودن، به يافتن يك حل امكان‏پذير براي مسئله حقيقي مربوط مي‏شود.

توجه كنيد كه تدوين مدل‏ها براي بهينه‏سازي نوعاً موضوع موازنه هزينه‏هاست. مدل استاندارد مقدار سفارش اقتصادي، نمونه بارزي است كه هزينه‏هاي آماده‏سازي و نگهداري موجودي را مساوي مي‏كند. خلق چنين مدل‏هايي بر وجود اين هزينه‏ها در ذهن مدلساز صحه مي‏گذارد. با اين طرز فكر ممكن است همان گونه كه در روش‏هاي بهنگام JIT به انجام رسيده است، به فرصت‏هايي نگاه كنيم كه هر دو هزينه را كاهش دهد.

هدف دوم، پيشگويي عملكرد است. هميشه بايد به پرسش‏هاي “چه مي‏شود اگر...؟” جواب داد. چه مي‏شود اگر دستگاه خراب شود؟ چه مي‏شود اگر فروشنده نتواند كالايي را عرضه نمايد؟ چه مي‏شود اگر تقاضا تغيير كند؟ مديران “عقل كل” نيستند. پس طرح‏هايي بايد ايجاد نمود كه هنگام وقوع رويدادها و تغيير شرايط، به آنها استناد كرد. موفقيت پي در پي، به توليد ايده‏هاي جديد نياز دارد. مدل‏هاي توصيفي، مانند شبيه‏سازي‏ها به اين منظور طراحي مي‏شوند. آنها براي بررسي اين ايده‏ها و جدا كردن خوب از بد مورد استفاده قرار مي‏گيرند. در مدل‏هاي توصيفي، ما مقاديري را براي متغيرهاي تصميم‏گيري وارد مي‏كنيم و ميزان عملكرد سيستم را نتيجه مي‏گيريم. مدل‏هاي پيشگويي عملكرد ممكن است در طي برنامه‏ريزي نيز مورد استفاده قرار بگيرند. فرض كنيد دايره بازاريابي يك برنامه توليد ويژه‏اي را پيشنهاد كرده است. هدف ما اين است كه تعيين كنيم آيا اين برنامه‏زماني امكان‏پذير است يا خير و اگر هست هزينه آن به چه ميزان خواهد بود. بدين منظور ما مي‏توانيم با مقايسه خروجي مدل با بودجه و ساير شرايط، اين برنامه‏زماني را ارزيابي كنيم.

مدل‏هاي تجويزي نيز در پيشگويي عملكرد از اهميت زيادي برخوردار هستند. تحليل حساسيت براي تصميم‏گيران، فعاليت مهمي به شمار مي‏رود. در تحليل حساسيت، با تغيير پارامترهاي ورودي مانند هزينه مواد، ساعات كاري و ضرايب بهره‏وري اثر تغييرات يا عدم اطمينان در مقدار پارامترها را مي‏توان ارزيابي نمود.

كنترل، سومين هدف مدلسازي است. سياست‏هاي كنترلي ممكن است از مدل‏ها نشأت بگيرند. به طور مثال، در زمان‏بندي يك مركز كاري، آيا بايد قاعده كوتاه‏ترين زمان پردازش (SPT)[22] يا قاعده زودترين موعد تحويل (EDD)[23] را به كار برد؟ هنگام ارسال كارها به كارگاه چگونه تصميم‏گيري كنيم، چگونه اولويت‏بندي كنيم و چگونه كارها را در آنجا به گردش در آوريم؟ براي آزمايش عملكرد سيستم، مدل‏هايي را مي‏توان تحت سياست‏هاي كنترلي مختلف ايجاد نمود و با ارزيابي عملكرد سيستم تحت سناريوهاي مختلف براي هر سياست امكان‏پذير يك خط‏مشي يا سياست نزديك به بهينه برگزيد.

فرآيند ساختن مدل از ارزش قابل ملاحظه‏اي برخوردار است. درس‏هايي كه در طي تعيين اعتبار[24] و تأييد مدل‏ها فرا گرفته مي‏شوند، بينش قابل ملاحظه‏اي نسبت به سيستم‏هاي واقعي فراهم مي‏كنند. به طوري كه بعد از مدتي روشن مي‏شود كه كدام يك از ديدگاه‏هاي متفاوت نسبت به گلوگاه‏ها و روابط مهم سيستم، صحيح بوده است. اين مطلب ممكن است ثابت شود كه دانش حاصل از ساخت مدل مي‏تواند بينش ما را نسبت به عملكرد سيستم به قدر كافي افزايش دهد، به طوري كه پس از آن نياز به استفاده مدل را مرتفع مي‏سازد.

در مقوله آگاهي، ما استفاده از مدل‏ها را به عنوان ابزارهاي تشخيص قلمداد مي‏كنيم. مشكلاتي كه همراه با سيستم ممكن است به وجود آيند، مي‏توانند شناخته شده باشند، ولي علل اصلي آنها نامعلوم هستند. بازي با مدل مي‏تواند پيشامدهايي را ايجاد كند كه تحت آنها مشكلات به نمايش در آيند، سخت‏تر شوند يا پراكنده گردند. بدين ترتيب، به محض محرز شدن منشأ مشكل، مي‏توان به اقدامات اصلاحي دست يازيد.

در پايان مي‏توان مدل‏ها را به عنوان ابزار مؤثري براي فروش مورد استفاده قرار داد. به طور مثال، شبيه‏سازي‏هاي متحرك را مي‏توان براي متقاعد ساختن مدير يا سرپرستي كه به اعتبار مدل مشكوك است، به كار گرفت. مواردي وجود داشته كه در حقيقت براي حل مسئله، ابتدا مدل‏هاي تحليلي به كار گرفته شده و سپس براي قبولاندن جواب، مدل‏هاي شبيه‏سازي را ايجاد كرده‏اند. ساخت مدل‏هاي گرافيكي ساده، به عنوان قدم نهايي در مدلسازي سيستم‏هاي پيچيده بزرگ اصلاً غيرمعمول نيست. يك مدير با جعبه سياهي از چندين هزار معادله، هرگز احساس راحتي نمي‏كند. ولي يك شبيه‏سازي نمادين يا متحرك ساده كه تشريح كننده خروجي‏هاي يك مدل پيچيده است، مي‏تواند يك ابزار توجيهي بسيار مؤثر باشد.

اهميت تجزيه و تحليل حساسيت در بين تمام مدل‏ها مشترك است. براي هر كاربرد اوليه‏اي، دانستن اثر تغييرات در تقاضا يا قابليت اطمينان دستگاه حايز اهميت است. در طراحي يك چيدمان، براي تعيين مطلوبيت حاصل از سيستم حمل و نقل مواد ممكن است بخواهيم چندين طرح استقرار بالقوه را مورد بررسي قرار دهيم. طراحي مهندسي بايد ماهيت احتمالي و پوياي جهان بيرون و درون را در نظر داشته باشد. بنابراين همواره بايد چند طرح بالقوه توسعه داد و روي دامنه‏اي از سناريوهاي ممكن مورد ارزيابي قرار داد.

 

1-4-4 ساخت مدل

ساختن مدل يك هنر است. علم بيشتر از آن كه در ساختن مدل به كار رود، در حل مدل نقش ايفا مي‏كند. ساختن مدل همان گونه كه در شكل 1-9 نشان داده شده، در بين استفاده از استدلال استنتاجي و استقرايي تكرار مي‏شود. به محض اين كه مسئله تعريف مي‏شود، جنبه‏هاي مهم سيستم را براي عنوان اين مسئله بررسي خواهد شد. اين گام مستلزم استقرا است. ما قوه درك، ابتكار و تجربه خود را در مورد نحوه عملكرد سيستم به كار مي‏گيريم تا اجزاء اصلي و روابط بين آنها را شناسايي كنيم. اين اجزا و روابط، به صورت رياضي يا منطقي تعريف مي‏شوند. اين شيوه تشريح نمودن سيستم كه از قوانين طبيعي همچون پايستگي موجودي بهره مي‏گيرد، غالباً استنتاجي است. دانشجويان اغلب باور مي‏كنند كه مي‏توانند مدل سيستم را ساخته و آن را تكميل كنند. ولي بايد بدانند چنين مدل منحصر بفردي از سيستم وجود ندارد.

مدل بايد درخور سؤالي باشد كه پرسيده مي‏شود. در محيط‏هاي پيچيده ممكن است چندين مدل براي عنوان كردن جنبه‏هاي مختلف مسئله كلي ساخته شود. حتي براي يك سؤال ساده، مدلسازان ماهر چند مدل مختلف طرح مي‏كنند. اگر اين مدل‏ها قابل اعتماد بوده و به درستي تعيين اعتبار شده باشند، به طور اميدوار كننده‏اي همگي جواب‏هاي مشابهي براي مسئله فراهم مي‏كنند. البته معمولاً بهتر است ساده‏ترين مدلي را داشته باشيم كه به خوبي سيستم را توصيف كند. چرا كه ساخت، ابقا و به كارگيري مدل‏هاي ساده‏تر و همچنين تخمين پارامترهاي آنها راحت‏تر انجام مي‏گيرد. به علاوه، با داخل نكردن عوامل نامربوطي كه تنها ممكن است به طور اتفاقي به پيشگويي عملكرد گذشته كمك كرده باشند، به احتمال قوي‏تر، مدل‏ها پيشگويي‏هاي بهتري تحت شرايط جديد ارائه خواهند كرد.

 

شكل 1-9 ساختن مدل

 

گام‏هاي بعدي، تعيين اعتبار و تأييد كردن[25] مدل است. تأييد كردن، هم‏ارزي مدلي كه روي كاغذ نوشته شده و مدلي كه روي رايانه تكميل شده است را تضمين مي‏كند. تعيين اعتبار عبارت است از تضمين اين كه مدل چه در مشخصات و چه در تكميل رايانه‏اي آن براي تدارك نتايج معتبر و سودمند براي تصميم‏گيري، به خوبي (به قدر كافي) با سيستم مطابقت دارد. به علاوه، تعيين اعتبار بايد تضمين كند كه داده‏هاي به كار گرفته شده در پروژه، مناسب، دقيق و كافي بوده و در صورت لزوم به طور صحيح تبديل شده باشند. شكل 1-10 مفاهيم تعيين اعتبار و تأييد كردن را خلاصه نموده است. فرآيندهاي تعيين اعتبار و تأييد كردن، اغلب نوعي همپوشاني و وجوه مشترك دارند كه بعضي از آنها به شرح زير است:

1. مقايسه ساختار مدل و سيستم. اجزاء سيستم همان گونه كه طراحي شده يا موجود هستند، با نماينده‏هايشان در مدل مقايسه مي‏شوند.

2. مقايسه نتايج و داده‏هاي متناظر سيستمي. نتايج تجزيه و تحليل با برآورد همان مقاديري كه از عمليات سيستم يا مشخصات طرح نتيجه مي‏شوند، مقايسه مي‏گردد.

3. مقايسه رفتار مدل با سيستم. رفتار آني مشاهده شده در مدل با رفتار آني ديده شده در عمليات سيستم يا مشخص شده در طرح‏هاي سيستم مقايسه مي‏شود.

4. ساختار و نتايج مدل با ساختار و نتايج حاصل از ساير مدل‏هاي همان سيستم مقايسه مي‏گردد.

بحث بيشتر در مورد تأييد كردن و تعيين اعتبار توسط سارگنت[26] [1988] ارائه گرديده است.

 

شكل 1-10 تأييد كردن و تعيين اعتبار مدل

 

حايز اهميت است به خاطر بسپاريم در نظر گرفتن كاربردي براي مدل و تعيين اعتبار مدل براي آن كاربرد، قبل از مبادرت به تجزيه و تحليل مسئله صورت مي‏پذيرد. همچنين استفاده از داده‏هايي خارج از دامنه ورودي‏هايي كه براي مدل معتبر بوده‏اند، مي‏تواند به نتايج گمراه كننده‏اي بيانجامد. به خاطر داشته باشيد كه مدل‏ها شامل دو منبع خطاي تقريب سيستم و تقريب جواب هستند. معمولاً مدل‏ها با صرف نظر از بسياري از جزييات فرعي و اغلب با چشم‏پوشي از تشريح رفتار جزييات اصلي، سيستم را به طور تقريبي تشريح مي‏كنند. بنابراين قبل از ساختن مدل مطمئن‏ترين راه اين است كه درباره نوع سؤالاتي كه راجع به مدل پرسيده خواهد شد و همچنين در مورد تعيين اعتبار مدل تصميم‏گيري كنيم. استفاده مجدد از مدل هميشه به تعيين اعتبار مجدد نياز دارد. تقريب جواب به استفاده از روال‏هاي ابتكاري و دقت عددي الگوريتم‏هاي تكميل شده معطوف مي‏گردد. روش‏هاي ابتكاري اثبات نشده و الگوريتم‏هاي عددي ناپايدار مي‏توانند مطلقاً بد يا غلط باشند. ما اين موضوع تيره را با اين نصيحت كه “ديده را بگشا مرو كورانه راه” رها مي‏كنيم.

تفسير فلسفي مهمي كه در مورد ساختن مدل‏هاي نااريب وجود دارد، اين است كه نبايد مدل‏ها را براي اثبات يك ديدگاه بخصوص ايجاد كرد. گام تعيين اعتبار مدل بايد دقت مدل را براي كاربرد آن تضمين كند. كساني كه مدل‏ها را با هدف پنهان يا آشكار براي اثبات يك باور قبلي ايجاد مي‏كنند، خطر از دست دادن مؤلفه‏هاي قطعي مدل و به دست آوردن جواب‏هاي ضعيف را افزايش مي‏دهند. به هر حال، درصورتي كه ماهيت سياسي تمام سازمان‏هاي بشري به رسميت شناخته شود، هدف از ساختن مدل بايد كشف حقيقت باشد، نه بد جلوه دادن آن. در نبرد رقابت در توليد، چنين اقداماتي شانس موفقيت را كاهش مي‏دهد. به علاوه، مدل‏ها نفوذ خود را در اين محيط خيلي زود از دست مي‏دهند. كساني كه در مورد اين نظريه به خود ترديد راه مي‏دهند، بايد درباره قدرت علم آمار در تحت تأثير قرار دادن عقايد عمومي اندكي بيانديشند. به علت سوء استفاده از علم آمار و تعريف نامناسب مسئله، عقيده عموم احتمالاً به بهترين نحو در اين كنايه خلاصه مي‏شود: “سه نوع دروغ وجود دارد: قول ناحق، دشنام‏ها و آمارها.”

توضيح آخر اين كه هرگز نبايد فراموش كرد كه مدل يك وسيله است، نه يك هدف. طراحي مهندسي مستلزم تعريف مسئله، سنتز داده‏ها و توليد رهيافت‏هاي جايگزين، تجزيه و تحليل راه حل‏هاي آزمايشي، ارزيابي راهكارها، توصيه، تكميل و نظارت يا نگهداري است. مدل‏ها براي تجزيه و تحليل و ارزيابي مورد استفاده قرار مي‏گيرند. به هر حال، يك مدل نمي‏تواند به جوابي كه خارج از محدوده برد آن است، گرايش پيدا كند. به طور مثال مسئله جا زدن اجزاء در صفحات مدار را در نظر بگيريد. شايد سيستم جاري به جا زدن دستي متكي باشد. يك مهندس كارآمد ممكن است سعي كند سرعت فرآيند دستي را افزايش دهد ولي مهندس مؤثر يك قدم به عقب برمي‏گردد و كل سيستم و طرح‏هاي جايگزين را مورد بررسي قرار مي‏دهد. در اين حالت راهكارها ممكن است شامل خطي از كارگران كه هر يك عهده‏دار درج اجزاء مختلف هستند (بهبود مونتاژ دستي)، مونتاژ رباتيك، يا دستگاه‏هايي با سرعت درج بالا باشد. سيفرت[27] [1988] براي اشاره به تفاوت در هزينه‏هاي اين روش‏ها شكل 1-11 را ارائه كرد. در اين شرايط بديهي است مهندسي كه مطالعه حركات ريز[28] را در ذهن خود مي‏پروراند، ممكن است فرصت‏هاي متعددي را از دست بدهد. باز يادآور مي‏شويم كه مدلسازي، جايگزيني براي تفكر و خلاقيت نيست، بر عكس مدل‏ها و تجزيه و تحليل‏هاي رايانه‏اي بايد از طريق آسان‏تر كردن درك رفتار و روابط سيستم، فرآيند خلاقيت را ساده‏تر نمايند.

 

شكل 1-11 هزينه‏هاي نسبي براي رهيافت‏هاي مونتاژ

 

 1-5 

خلاصه

سيستم‏هاي ساخت و توليد را مي‏توان بر طبق نوع چيدمان آنها مشخص كرد. چيدمان‏ها مي‏توانند به صورت محصول‏گرا، تركيبي (سلول‏هايي براي خانواده محصول) يا موقعيت ثابت طبقه‏بندي شوند. معمولاً كاراترين چيدمان براي توليد مكرر، چيدمان محصولي است.

چندين قانون طبيعي بر روي سيستم‏هاي ساخت و توليد اثر مي‏گذارد. سطح موجودي، حاصل‏ضرب نرخ توليد در زمان توليد است. ماده و انرژي پايستار خواهند ماند (قانون پايستگي ماده و انرژي). وقتي اجزاء متعامل بيشتري به سيستم اضافه گردد، از قابليت اطمينان سيستم كاسته مي‏شود. ولي افزودن اجزاء موازي مي‏تواند قابليت اطمينان را افزايش دهد. اشياء به مرور زمان فرسوده مي‏شوند، ولي با اين حال مي‏توانيم با بهره بردن از فرآيند تكنولوژي، پيشرفت داشته باشيم. طرح‏هاي سيستم بايد براي رفتار تصادفي طراحي شوند. بالأخره، توانايي‏هاي انسان محدود است. اغلب ممكن است بهتر باشد كه سيستم‏ها را ساده كنيم و اجزاء غيرضروري را حذف نماييم.

مدل‏ها يك پايه نسبي را براي طراحي سيستم‏هاي جديد و آگاهي پيدا كردن از سيستم‏هاي موجود تشكيل مي‏دهند. بازي با مدل‏هاي سيستم به جاي سيستم واقعي، كسب آگاهي‏هاي سريع و پرهيز از خطر فروپاشي‏هاي پر خرج سيستم واقعي را ميسر مي‏سازد. مدل‏ها را مي‏توان به منظور بهينه‏سازي سيستم، پيشگويي عملكرد، كنترل، گردآروي بينشي نسبت به سيستم يا به عنوان يك ابزار آموزشي مورد استفاده قرار داد. مدل‏ها مي‏توانند ماهيت رياضي داشته باشند، مثل برنامه‏ريزي خطي، يا ماهيت فيزيكي داشته باشند مانند مدل كوچكي از يك كارخانه كه نشان دهنده راهروها و دستگاه‏هاست. كليد اصلي در مدلسازي، تعريف مسئله يا هدف مدل است. سپس مدلساز، مدل را با پيچيدگي و رسايي كافي ايجاد كرده و تعيين اعتبار مي‏كند تا مدل بتواند به كشف و يكپارچگي هوشمندانه اجزاء و برهمكنش‏هاي سيستمي كمك نمايد.

مدلسازي از دو منشأ اصلي فقدان اطلاعات رنج مي‏برد. اول اين كه مدل تنها يك انتزاع ساده از واقعيت است، يعني بسياري از جزيياتي كه روي رفتار واقعي اثر مي‏گذارد، در مدل گنجانيده نمي‏شود. ما به طور مكرر مدل‏ها را ايجاد كرده و آزمايش مي‏كنيم و اميدواريم كه همه عوامل مهم (با توجه به هدف مدل) داخل مدل شده باشند. ديگر اين كه مدل‏ها تنها به صورت جزيي مورد بررسي قرار مي‏گيرند. روش‏هاي ابتكاري ممكن است به جواب‏هاي غيربهينه منجر شوند. تحليل حساسيت لزوماً به برد مدل محدود مي‏شود. بنابراين ما هرگز تمام اطلاعاتي كه مدل مجبور به ارائه آنهاست را استخراج نمي‏كنيم. ما فقط اميدواريم براي طراحي و اجراي سيستم تحت مطالعه به قدر كافي آگاهي پيدا كنيم.

---

[1]. Computer-aided Design

[2]. Finit Element Analysis

[3]. Fabrication

[4]. Extrusion

[5]. Validation

[6]. Concurrent, Simultaneous or Parallel Engineering

[7]. Database

[8]. Computer-Integrated Manufacturing System

[9]. Work-In-Process

[10]. قانون اول ترموديناميك مي گويد كه انرژي در يك سيستم پايستار است. قانون دوم مي گويد كه آنتروپي (بي نظمي) هر سيستمي به طور طبيعي به مرور زمان افزايش مي يابد.

[11]. Meredith

[12]. Simon

[13]. Lead  Time

[14]. Kanban

[15]. Materials Requirements Planning

[16]. Design For Manufacturability

[17]. Suzaki

[18]. Descriptive

[19]. Prescriptive

[20]. Run

[21]. Bartholdi and Platzman

[22]. Shortest Processing Time

[23]. Earliest Due Date

[24]. Validation

[25]. Verification

[26]. Sargent

[27]. Seifert

[28]. Micromotion