«بهساخت»، سیستم بهینه سازی خطوط تولید

مهندس کامران فرنیان
مدیران و دست اندرکاران امر تولید و صنعت همواره در پی به دست آوردن روشی مناسب جهت سنجش عملکرد و واکنش خط تولیدی خود نسبت به تغییرات کیفیت مواد اولیه ، پارامترهای پروسه‌ تولید و نهایتاً نحوه‌ دستیابی به محصول ایده‌آل بوده‌اند.

برخی فرآیندهای صنعتی به صورت فرآیندهای فوق-پیشرفته (High-Tech) و مشتمل بر فرآیندهای پیچیده فیزیکی و شیمیایی است که دانش تحلیل و پیش‌بینی خروجی خط تولید در آنها تنها در اختیار عده خاصی از متخصصین است. این امر موجب وابستگی مستقیم مدیران صنعتی به متخصصینی می‌گردد که با استفاده از دانش انحصاری خود اقدام به ارائه پیشنهادهایی جهت تولید محصولاتی با ویژگی‌های مورد نظر مدیران می‌کنند. بسیاری از پروسه‌های تولیدی در صنایع پتروشیمی و فولاد می‌توانند نمونه‌هایی از این وضعیت باشند. از طرف دیگر، فرآیندهای تولیدی جعبه سیاه قرار دارند. عبارت جعبه سیاه اشاره به فرآیندهایی دارد که با روش‌های شبیه‌سازی فرآیندی نمی توان به تحلیل و پیش‌بینی آنها پرداخت و پارامترهای تاثیر‌گذار متعددی در آنها به صورت آشفته بر کیفیت خروجی خط تولید تاثیر می‌گذارند. صنایع مواد غذایی، قطعه‌سازی در صنایع خودرو و بخش‌هایی از صنایع فولاد‌سازی، مثال‌هایی از این قبیل تولیدات هستند. در این نوع فرآیندهای تولیدی، برآورده کردن استانداردهای کنترل کیفیت محصولات تولیدی، همواره یکی از نگرانی‌های مدیران و دست اندرکاران خط تولید بوده است. استفاده از فرآیند سعی و خطا برای دستیابی به محصولی که بتواند تمامی آزمایشات کنترلی را با موافقیت پشت سر بگذارد عموماً تنها راه حل قابل استفاده بر اساس تجربیات پیشین بوده است. فرآیند سعی و خطا نه تنها هزینه‌های زمانی و مالی قابل توجهی را به همراه خواهد داشت، بلکه در بیشتر مواقع جواب مناسب و قابل اعتمادی را نیز به دنبال نخواهد داشت.
اکنون این سوال مطرح می‌شود که آیا می‌توان ابزاری تهیه نمود که در هر دو نوع فرآیندهای تولیدی فوق پیشرفته و جعبه سیاه، نیاز مدیران و تولیدکنندگان را به مشاوره متخصصین شرکتی و یا درگیری با فرآیندهای پرهزینه سعی و خطا، برطرف نموده و ایشان را در رسیدن به محصولی با جنبه‌های کیفی مورد نظرشان یاری رساند؟ در مقاله پیش رو، اقدام به معرفی یک سیستم نرم‌افزاری جهت بهینه‌سازی خطوط تولید به نام "بهساخت" می‌شود که با استفاده از روش‌های پیشرفته شبیه‌سازی و بهینه‌سازی، پاسخگوی نیاز مدیران و صنعتگران در رسیدن به محصول مورد نظر خود و همچنین کاهش هزینه، زمان و ضایعات حاصله می‌باشد. نمایی از محیط گرافیکی بهساخت در شکل ۱ آورده شده است.

شکل ۱ - محیط گرافیکی بهساخت
به بیان خلاصه و کلی، سیستم نرم‌افزاری توسعه داده شده توسط این گروه صنعتی تحقیقاتی، پس از دریافت داده‌های مورد نیازش می‌تواند اعلام نماید که برای رسیدن به یک شرایط کیفی خاص (مانند پاس کردن تست‌های کنترل کیفیت محصولات نهایی) و یا برای کاهش هزینه (یا زمان تولید و یا حجم/تعداد ضایعات) می‌بایست چه شرایط و ضوابطی در هنگام تولید رعایت شود.
نحوه عملکرد سیستم مورد بحث در سه گام اصلی طبقه‌بندی می‌گردد. در گام اول، تعداد و محدوده تغییر پارامترهای موثر در پروسه تولید (پارامتر‌های ورودی خط تولید) مشخص می‌گردد. به عنوان مثال، برای یک فرآیند که به صورت عملی با این بسته نرم افزاری تحلیل شده است چگالی، نسبت ترکیب، فشارها و زمان باز گشایی درب قالب در حالت کلی عوامل تاثیرگذار بر کیفیت محصول شناسایی شده اند. از طرف دیگر، جنبه‌های کیفیتی و آزمایش‌های کنترل کیفیت (خروجی های خط تولید) مورد نظر نیز تعیین و محدوده قابل قبول (یا دلخواه) این موارد کنترلی تعیین می‌گردد که برای این مثال، تست‌های مقاومت در برابر فشردگی، پارگی و کشش و تغییر شکل ماندگار و نهایی قطعه تولیدی از نمونه آزمایشات کنترل کیفیتی هستند که محصولات خروجی خط تولید می‌بایست در این آزمایشات، نتیجه‌ای در محدوده قابل قبول را به دست دهند.
پس از تعیین پارامتر‌های موثر و جنبه‌های کیفیتی خروجی موردنظر و بازه‌های قابل قبول آنها، بهساخت لیستی از حالات مختلف تولید قطعه فراهم می‌کند و از کاربر می‌خواهد که نتایج آزمایشات کنترل کیفی مربوط به حالات مختلف تولید ارائه شده در لیست مذکور را فراهم نماید. این داده‌ها به عنوان حداقل تعداد داده الزامی برای شروع کار سیستم بوده و مسلماً فراهم کردن تعداد داده‌های بیشتر و همچنین اضافه کردن گزارشات آرشیو شده از سوابق تولیدی خط تولید مورد نظر می‌تواند به بهتر شدن عملکرد بهساخت و یا حتی کم رنگ کردن نیاز به تولید نمونه‌های درخواستی نرم‌افزارکمک شایانی کند.
در گام دوم، بهساخت با استفاده از روش‌های شبیه‌سازی، نحوه تاثیرگذاری تمامی عوامل موثر بر خصوصیات محصول را بررسی و تفسیر می‌نماید. شرایط تولید را شبیه‌سازی کرده و دانشی از شرایط حاکم بر خط تولید را حاصل می‌کند. در این مرحله بهساخت همانند یک خبره‌ در امر تولید، می‌تواند قوانین حاکم بر فرآیند تولید را بشناسد. در نگارش فعلی، بهساخت به شبیه‌سازهای مختلفی از جمله روش شبکه‌های عصبی مصنوعی مجهز گردیده است و با توجه به ساختار و رفتار داده های ورودی بهترین روش را در مدل‌سازی به کار خواهد گرفت.
در آخرین گام، جستجو به دنبال جواب‌هایی که بتواند معیارها و ضوابط تعریف شده برای کیفیت محصولات خروجی را برآورده کند، آغاز می‌گردد. الگوریتم‌های جستجوی فراکاوشی و اکتشافی، جستجوی همه‌جانبه خود را در فضای تصمیم آغاز می‌کنند. در حال حاضر، بهساخت از الگوریتم ژنتیک پیوسته نخبه‌گرا جهت جستجو برای یافتن جواب مسئله استفاده می‌نماید. قدرت عملکرد این الگوریتم‌ها در یافتن جواب در مسائل بسیار پیچیده مهندسی به کرات به محک گذاشته شده است و این اطمینان به وجود آمده است که اگر قیود تعیین شده برای آزمایش‌های کنترل کیفیتی، منطقی و مقدور باشند به طور حتم جواب یا جواب‌هایی برای رسیدن به آن شرایط پیدا خواهد شد. پیشنهادهای ارائه شده توسط بهساخت علاوه بر اینکه پاس شدن موفقیت‌آمیز تست‌های کنترل کیفیتی را تضمین می‌نماید، مسلماً روی کاهش هزینه‌های محصول تولیدی نیز موثر خواهد بود. چرا که امکان اعمال قیود در جواب‌ها نیز وجود دارد. به عنوان مثال می‌توان از بهساخت خواست تا به دنبال جوابی بگردد که نه تنها آزمایشات کنترل کیفیتی مورد نظر را پاس می‌کند، بلکه محدودیت‌هایی را نیز در پارامترهای موثر اولیه (مانند زمان تولید، چگالی مواد اولیه و سایر عوامل موثر بر قیمت ساخت محصول) اعمال نماید. علاوه بر این، با در دست داشتن چنین ابزاری، انعطاف‌پذیری چشم‌گیری در خط تولید نسبت به نوع مواد اولیه ایجاد می‌گردد. چرا که با تغییر خصوصیات مواد اولیه، نرم افزار با داده‌های آزمایشی مواد جدید کالیبره شده و قبل از تولید می‌تواند پیش‌بینی نماید که جنبه‌های کیفیتی محصول تولیدی با مواد اولیه جدید چگونه خواهد بود.

جدول ۱ - نمونه ی واقعی از عملکرد بهساخت
دستاوردهای بهساخت را می توان در موارد زیر خلاصه نمود:
حذف وابستگی به متخصصین شرکتی و یا فرآیند سعی و خطا جهت رسیدن به جنبه های کیفیتی مورد نظر
کاهش هزینه، زمان و ضایعات خط تولید
ایجاد انعطاف پذیری نسبت به مواد اولیه خط تولید