การจัดตารางการผลิตแบบโฟลว์ช็อป
การจัดตารางการผลิตแบบฟลอว์ช็อป (Flow-shop scheduling)เป็นปัญหาการหาค่าเหมาะสมที่สุดในวิทยาการคอมพิวเตอร์และการวิจัยเชิงปฏิบัติการเป็นรูปแบบหนึ่งของการจัดตารางงานที่เหมาะสมที่สุด (Optimal job scheduling ) ในปัญหาการจัดตารางงานทั่วไป เรามี งาน nงานJ , J , ..., J ที่มีเวลาในการประมวลผลแตกต่างกัน ซึ่งจำเป็นต้องจัดตารางให้กับ เครื่องจักร mเครื่องที่มีกำลังการประมวลผลแตกต่างกัน โดยพยายามลด เวลาการผลิต รวม (makespan ) ให้เหลือน้อยที่สุด – นั่นคือความยาวทั้งหมดของตาราง (เมื่อทุกงานเสร็จสิ้นการประมวลผล) ในรูปแบบเฉพาะที่เรียกว่าการจัดตารางการผลิตแบบฟลอว์ช็อปแต่ละงานประกอบด้วยการดำเนินการm อย่างพอดี การดำเนินการที่ iของงานจะต้องดำเนินการบน เครื่องจักรที่ iไม่มีเครื่องจักรใดสามารถดำเนินการได้มากกว่าหนึ่งครั้งพร้อมกัน สำหรับแต่ละการดำเนินการของแต่ละงาน จะมีการกำหนดเวลาในการดำเนินการไว้
การจัดตารางการผลิตแบบฟลอว์ช็อปเป็นกรณีพิเศษของการจัดตารางการผลิตแบบจ็อบช็อปโดยมีลำดับการดำเนินการที่เข้มงวดสำหรับทุกงาน การจัดตารางการผลิตแบบฟลอว์ช็อปสามารถนำไปใช้กับ โรงงาน ผลิต ได้เช่นเดียว กับ การออกแบบ ทางคอมพิวเตอร์ปัญหาการจัดตารางการผลิตแบบฟลอว์ช็อปประเภทพิเศษคือ ปัญหา การจัดตารางการผลิตแบบฟลอว์ช็อปแบบเรียง ลำดับ ซึ่ง ลำดับ การประมวลผลของงานบนทรัพยากรจะเหมือนกันในแต่ละขั้นตอนการประมวลผลที่ต่อเนื่องกัน
ในสัญลักษณ์สามช่องมาตรฐานสำหรับปัญหาการจัดตารางงานที่เหมาะสมที่สุดรูปแบบการผลิตแบบฟลอว์ช็อปจะถูกแทนด้วยFในช่องแรก ตัวอย่างเช่น ปัญหาที่แสดงด้วย " F3||"เป็นปัญหาการผลิตแบบฟลอว์ช็อปที่มีเครื่องจักร 3 เครื่อง โดยมีเวลาในการประมวลผลเป็นหน่วย และเป้าหมายคือการลดเวลาแล้วเสร็จสูงสุดให้น้อยที่สุด"
คำจำกัดความอย่างเป็นทางการ
มี เครื่องจักร mเครื่อง และ งาน nงาน แต่ละงานประกอบด้วยการดำเนินการm อย่างพอดี การดำเนินการที่ iของงานจะต้องดำเนินการบน เครื่องจักรที่ iเครื่องจักรแต่ละเครื่องไม่สามารถดำเนินการมากกว่าหนึ่งอย่างพร้อมกันได้ สำหรับแต่ละการดำเนินการของแต่ละงาน จะมีการระบุเวลาในการดำเนินการไว้
การดำเนินงานภายในงานหนึ่งๆ ต้องดำเนินการตามลำดับที่กำหนด การดำเนินงานแรกจะถูกดำเนินการบนเครื่องจักรเครื่องแรก จากนั้น (เมื่อการดำเนินงานแรกเสร็จสิ้น) การดำเนินงานที่สองบนเครื่องจักรเครื่องที่สอง และต่อไปเรื่อยๆ จนถึง การดำเนินงานที่ mอย่างไรก็ตาม งานต่างๆ สามารถดำเนินการในลำดับใดก็ได้ ปัญหาคือการหาลำดับที่เหมาะสมที่สุด นั่นคือลำดับที่มีระยะเวลาดำเนินการรวมสั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
การวัดประสิทธิภาพการจัดลำดับ (γ)
ปัญหาการจัดลำดับสามารถระบุได้ว่าเป็นการหาลำดับ S ที่ทำให้วัตถุประสงค์การจัดลำดับอย่างน้อยหนึ่งข้อได้รับการปรับให้เหมาะสมที่สุด
- เวลาการไหลเวียน (โดยเฉลี่ย)
- Makespan, C
- (โดยเฉลี่ย) เวลามาสาย
- ....
การอภิปรายโดยละเอียดเกี่ยวกับการวัดผลการปฏิบัติงานสามารถพบได้ในMalakooti (2013) [ 1 ]
ความซับซ้อนของการจัดตารางการผลิตแบบโฟลว์ช็อป
ตามที่ Garey et al. (1976) นำเสนอ[ 2 ]ส่วนขยายส่วนใหญ่ของปัญหาการจัดตารางการผลิตแบบ flow-shop เป็นปัญหา NP-hard และมีเพียงไม่กี่ปัญหาเท่านั้นที่สามารถแก้ไขได้อย่างเหมาะสมใน O(nlogn) ตัวอย่างเช่น F2|prmu|C สามารถแก้ไขได้อย่างเหมาะสมโดยใช้ กฎ ของJohnson [ 3 ]
Taillard นำเสนอปัญหามาตรฐานที่สำคัญสำหรับการจัดตารางการผลิตแบบ Flow Shop, Open Shop และ Job Shop [ 4 ]
วิธีการแก้ปัญหา
วิธีการที่เสนอเพื่อแก้ปัญหาการจัดตารางการผลิตแบบโฟลว์ช็อปสามารถจำแนกได้เป็นอัลกอริธึมที่แม่นยำเช่น วิธี การแยกสาขาและจำกัดขอบเขตและอัลกอริธึมเชิงฮิวริสติกเช่นอัลกอริธึมทางพันธุกรรม
ลดระยะเวลาการผลิตให้น้อยที่สุด, C
F2|prmu|C และ F3|prmu|C สามารถแก้ไขได้อย่างเหมาะสมโดยใช้กฎของจอห์นสัน[ 3 ]แต่ในกรณีทั่วไปไม่มีอัลกอริทึมใดที่รับประกันความเหมาะสมของคำตอบ
โรงงานผลิตแบบฟลอว์ช็อปประกอบด้วยงาน n ชิ้นที่พร้อมดำเนินการพร้อมกัน ณ เวลาศูนย์ และต้องได้รับการประมวลผลโดยเครื่องจักรสองเครื่องที่จัดเรียงเป็นอนุกรม โดยมีพื้นที่จัดเก็บไม่จำกัดอยู่ระหว่างเครื่องจักรทั้งสอง เวลาในการประมวลผลของงานทั้งหมดเป็นที่ทราบแน่ชัด จำเป็นต้องจัดตารางงาน n ชิ้นบนเครื่องจักรเพื่อลดเวลาการผลิตโดยรวมให้น้อยที่สุด กฎของจอห์นสันสำหรับการจัดตารางงานในโรงงานผลิตแบบฟลอว์ช็อปสองเครื่องแสดงไว้ด้านล่าง
ในการจัดตารางงานที่เหมาะสมที่สุด งาน i จะทำก่อนงาน j ถ้าmin{p ,p } < min{p ,p }โดยที่ p คือเวลาในการประมวลผลของงาน i บนเครื่องจักรที่ 1 และ p คือเวลาในการประมวลผลของงาน i บนเครื่องจักรที่ 2 ในทำนองเดียวกัน p และ p คือเวลาในการประมวลผลของงาน j บนเครื่องจักรที่ 1 และเครื่องจักรที่ 2 ตามลำดับ
สำหรับอัลกอริทึมของจอห์นสัน:
- ให้ p เป็นเวลาประมวลผลของงาน j บนเครื่องจักร 1
- และ p คือเวลาในการประมวลผลงาน j บนเครื่อง 2
อัลกอริทึมของจอห์นสัน:
- แบบฟอร์มชุดที่ 1 ประกอบด้วยงานทั้งหมดที่มี p < p
- สร้างชุดที่ 2 ซึ่งประกอบด้วยงานทั้งหมดที่มี p > p ส่วนงานที่มี p = p สามารถใส่ไว้ในชุดใดชุดหนึ่งก็ได้
- เรียงลำดับดังนี้:
- (i) งานในชุดที่ 1 จะอยู่ลำดับแรก และเรียงตามลำดับที่เพิ่มขึ้นของ p (SPT)
- (ii) งานในชุดที่ 2 เรียงลำดับจากมากไปน้อยตามค่า p (LPT) หากมีค่าเท่ากัน ให้ใช้วิธีตัดสินโดยพลการ
ตารางประเภทนี้เรียกว่าตาราง SPT(1)–LPT(2)
Malakooti (2013) ได้ให้รายละเอียดเกี่ยวกับการอภิปรายวิธีการแก้ปัญหาที่มีอยู่[ 1 ]