زمان بندی تولید و چیدمان بهینه در تولید افزوده
چکیده
تولید افزوده یا AM – چاپ سه بعدی – در حال تکامل و در حال تجربه فاز صنعتی شدن می باشد. کاربرد های این روش بسیار گسترده می باشد و بعضی از آن ها واقعا بر روی زنجیره تامین تاثیر دارند. با استفاده از روش تولید افزوده لایه به لایه، AM باعث تغییر روند طراحی و تولید قطعات شده است. تکنولوژی های AM به صورتی برنامه ریزی شده اند تا بخش اصلی نسل بعدی سیستم های تولید را ایجاد کند. هنوز، روش های برنامه ریزی و برنامه نویسی کمی در مقالات ارائه شده است که بتواند از سیستم های AM به صورت موثر استفاده کند.
در این کار، برنامه ریزی، قرار دادن مسئله ها در فرایند تولید افزوده و زمان بندی آن ها، معرفی می شود. هدف اصلی این کار ، تامین سفارش های دریافت شده از مشتری های توزیع شده با زمان مقرر مختلف می باشد. مادامی که AM در حال تکامل بوده است ، علاقه محقق ها به زمینه AM نیز افزایش یافته است و برنامه ریزی و زمان بندی خطوط تولید فعلی نیز باید از این تکنولوژی ها بیشترین بهره را ببرند و توسعه بیشتری پیدا کند تا بتواند با الزام های فنی و سازمانی تکنولوژی تولید افزوده، تطابق پیدا کند. فرمول بندی ریاضی این مسئله در این کار ارائه شده است و یک روش اکتشافی نیز به زبان پایتون (Python) در این کار توسعه یافته است تا با استفاده از آن بتوانیم فرمول بندی این مسئله را حل کنیم. راه حل اکتشافی پیشنهاد شده به صورت گام به گام در این مقاله توضیح داده شده است و با استفاده از مثال های عددی نیز ارزیابی شده است. تست های آزمایشگاهی با استفاده از این روش اکتشافی در این مقاله انجام می شود تا بتوانیم اهمیت برنامه ریزی و زمان بندی را برای یک تولید بهینه با استفاده از AM نشان دهیم.
1. مقدمه
تولید افزوده (AM) روند ترکیب مواد برای ایجاد کردن بخش های مختلف یک مدل سه بعدی به صورت لایه به لایه می باشد که نسبت به روش های تکنولوژی تولید کاهشی متفاوت می باشد. تولید افزوده تولید افزوده در اصل ریشه در ساخت نمونه اولیه دارد که برای ساخت مدل های اولیه و بخش های اولیه مورد استفاده قرار می گیرد. ساخت نمونه های اولیه سریع ، به عنوان اولین فرم از ساخت لایه به لایه یک شی سه بعدی با استفاده از طراحی های کامپیوتری شناخته می شود (CAD) [1]. تولید افزوده، با وجود این که بیش از سه دهه در اختیار ما بوده است، هنوز نتوانسته بود تا همین اواخر، در صنعت محبوبیت زیادی کسب کند. در حقیقت، رشد اخیر AM در میان صنایع و محقق ها در زمینه های مختلف، نشان می دهد که AM این پتانسیل را دارد تا یک تکنولوژی موثر برای بخش های مختلف تولید و محصولات نهایی باشد [2]. بر اساس تکامل نسبی این تکنولوژی، AM مهم ترین تکنولوزی در زمینه های مختلف بوده است و می توان از آن در زمینه های کاربردی مختلف استفاده کرد، به خصوص در روند تولید سفارشی [ 3].
8. جمع بندی
در این کار، زمان بندی و برنامه ریزی ماشین های مشابه موازی AM در نظر گرفته شده است. سفارش های تولید دریافت شده از مشتری های مختلف بر اساس موعد مقرر مشخص، مساحت تولید، ارتفاع تولید و حجم تولید دسته بندی شده و سپس به صورت گروه های کار تولید به صورتی گروه بندی شده اند تا بتوان آن ها را بر روی مجموعه ای مشخص از ماشین های AM ، زمان بندی کرد. هدف این کار، تامین سفارش های مختلف بر اساس موعد مقرر و حداقل کردن تاخیر کلی و در عین حال بیشینه کردن میزان استفاده از ماشین ها می باشد. برای انجام این کار، ما اول مقالات موجود مرتبط با این موضوع را بررسی کردیم و متوجه شدیم که تحقیقات کمی برای رفع این موضوعات انجام شده است. اما تمام اطلاعات مربوطه در زمینه مکانیزم های ایجاد راه حل، شامل مشخصات فرآوری های AM ، هزینه های فعلی و مدل های تخمین زمان ساخت، روش های چیدمان بهینه و روش های زمان بندی فعلی و روش های اکتشافی، جمع آوری و بررسی شد. بعد از انجام این کار، ما مشخصات مسئله را تعریف کردیم که بر اساس آن، یک مسئله زمان بندی متفاوت به دست آمد. سپس، ما فرمول بندی ریاضی برای این مسئله را ارائه کرده و یک روند اکتشافی بری تولید آن ارائه کردیم. روش اکتشافی بر اساس قانون نزدیک ترین زمان مقرر (EDD) به زبان پیتون ایجاد شد و از طریق نمونه های عددی، به صورت گام به گام توضیح داده شد. در نهایت، ما بعضی از آزمایش ها را انجام دادیم و مشخص شد که ما نیاز داریم که روش های زمان بندی و برنامه ریزی تولید افزوده مناسب را ایجاد کنیم تا بتوانیم نیاز های سازمانی و فنی AM را رفع کنیم.
Abstract
Additive manufacturing AM – 3D printing – is evolving and is currently experiencing its phase of industrialization. Applications are multiple and some are starting to have a real impact on the supply chain. With the use of layer-by-layer additive construction manner, AM changed the way of designing and manufacturing parts. AM technologies are planned to be the core of the next generation of production systems. Still, only few planning and scheduling approaches are proposed in the literature in order to operate AM systems efficiently.
In this work, the planning, nesting and scheduling problem in additive manufacturing is introduced. The aim is to satisfy the orders received from different distributed customers by due dates. The rising interest comes as AM’s reaching a threshold level of maturity and the existing production planning and scheduling approaches have to be adapted and further developed in order to meet the technical and the organizational requirements of the additive manufacturing technologies. The mathematical formulation of the problem is presented, and a heuristic approach is proposed and developed in Python in order to solve it. The proposed heuristic solution is explained step by step, and illustrated using a numerical example. Experimental tests using the proposed heuristic are carried out, underlining the importance of planning/scheduling for an optimized production with AM.
1. Introduction
Additive Manufacturing (AM) is the process of joining materials to make parts from 3D model data layer upon layer as opposed to subtractive manufacturing technologies. Additive manufacturing takes its roots from rapid proto5 typing developed for creating models and prototype parts. Rapid prototyping is known as the first form of creating layer-by-layer a 3D object using ComputerAided Design (CAD) [1]. Additive Manufacturing, and despite its existence for more than three decades, did not gain popularity in industry until very recently. In fact, the recent fast growth rate of AM among industrials and researchers 10 in several fields is proof that it has the potential to be an effective technology for manufacturing components and final products [2]. Based on its maturity in some extent, AM becomes today a main technology in some manufacturing contexts since it can be used in several application fields, especially in customized production [3].
8. Conclusion
In this work, the production planning and scheduling of identical parallel AM machines was considered. Manufacturing orders received from distributed customers were dispersed on a part by part basis using specific due date, height, production area, and volume, then regrouped in a job by job basis in order to be scheduled on the set of given AM machines. The objective was to fulfil the dif- ferent orders by due dates and to minimize the total tardiness, while maximizing machine utilization. To do so, we first reviewed the existing literature related to the topic and found that little research attention is paid to address this research question. However, all pertinent information was gathered and integrated in the solution building mechanism, including the AM processes specifications, existing cost and build time estimation models, nesting methods, and existing scheduling methods and heuristics approaches. After that, we defined and explained the problem characteristics, which differentiates it from the classical machines scheduling problems. Then, we presented the mathematical formulation of the problem and proposed a heuristic procedure in order to solve it. The heuris tic approach was build based on the earliest due date (EDD) rule, developed in Python and explained step by step through some numerical demonstrative cases. In the end, we conducted some experimental tests, showing the need of developing proper additive manufacturing planning and scheduling methods, in order to meet the technical and the organizational requirements of AM.
چکیده
1. مقدمه
2. مرور بر مقالات
3. توصیف مسئله
4. مدل ریاضی
4.1 مسئله فرعی 1 : تخصیص بخش ها / کار های تولید
4.2 مسئله فرعی 2 : زمان بندی کار های تولید
5. روش اکتشافی پیشنهاد شده
5.1 محاسبه زمان فرآوری : تخمین زمان ساخت
6. مثال عددی
7. نتایج شبیه سازی ها
8. جمع بندی
Abstract
1. Introduction
2. Literature Review
3. Problem description
4. Mathematical model
4.1. Sub-problem 1: part/job assignment
270 4.2. Sub-problem 2: job scheduling
5. Proposed heuristic
5.1. Calculation of processing time: build time estimation
6. Numerical example
7. Simulation results
8. Conclusion
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه