Açık istasyonlu çok işçili montaj hattı dengeleme problemlerine yönelik yeni çözüm yaklaşımları
New solution approaches for open station multimanned assembly line balancing problems
Yazar: MURAT ŞAHİN
Danışman: DOÇ. DR. TALİP KELLEGÖZ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Endüstri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering

Özet:
Akış tipi üretim sistemlerinin en önemli formu olan montaj hatları ürün özellikleri, müşteri 
beklentileri, rekabet faktörleri ve teknolojik gelişmeler doğrultusunda tasarım açısından farklı 
şekillerde kullanılmıştır. Büyük boyutlu ürünlerin imalatında birden fazla işçinin aynı yarı-mamul 
üzerinde eş zamanlı çalışmasına olanak sağlayan çok işçili montaj hatları endüstriyel ortamlarda 
yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak bu tip hatların dengelenmesi geleneksel hatlara kıyasla daha 
karmaşık bir yapıya sahiptir. Örneğin tek işçili montaj hatlarında görevlerin hangi istasyonlara 
atandığının belirlenmesi yeterli olurken, çok işçili hatlarda istasyonlara atanan görevlerin hangi 
işçiler tarafından hangi zaman aralığında gerçekleştirileceğinin de belirlenmesi gerekmektedir.
Bununla birlikte çok işçili montaj hatlarında işçilerin farklı istasyonlara geçişine çoğunlukla imkan sağlanabilmektedir. Literatürde bulunan çalışmalarda genellikle işçilere bulundukları istasyonlardan görev atamaları gerçekleştirilmiş, diğer istasyonlara geçişlerine izin verilmemiştir. Ancak işçilerin istasyonlar arası geçişine izin verilerek faklı istasyonlardan görev atanması verimlilik açısından avantaj sağlayabilmektedir. Bu çalışmada gezgin çok işçili montaj hattı dengeleme problemi toplam işçi ve istasyon sayısını minimize etmek amacıyla ele alınmıştır. Problem tanımı ve literatür incelemesinden sonra, ilgili problemin üç faklı karışık tamsayılı doğrusal programlama modeli geliştirilmiştir. Literatürde bulunan bazı test örnekleri kullanılarak bu üç matematiksel modelin birbirleriyle karşılaştırması yapılmıştır. Deneysel hesaplamalar sonucunda matematiksel modellerin sadece küçük boyutlu örnekleri optimal olarak çözebildiği görülmüştür. Bu nedenle elektromanyetik alan optimizasyonuna dayalı sezgisel bir algoritma geliştirilmiştir. Sezgisel yöntemin etkinliği optimal çözümü bilinen küçük boyutlu problemler üzerinde gösterildikten sonra, orta ve büyük boyutlu problemler için çözüm sonuçları alt sınırdan sapma değerleri ile sunulmuştur. Ayrıca, problemlerin optimal çözülebilirliğini daha büyük boyutlara çıkarabilmek için yeni bir Benders' ayrıştırma yöntemi geliştirilmiştir. Benders' ayrıştırma yönteminde bazı simetri bozma kısıtları ve çözüm kurucu bir algoritma birlikte kullanılarak algoritmanın etkinliği artırılmıştır. Bunun yanı sıra Benders' ayrıştırma ve sezgisel yöntem birlikte kullanılarak daha kaliteli çözümler elde edilmiştir.

Abstract:
Assembly lines, that are the most important form of flow-oriented production systems, have been 
used in different structures in terms of their designs according to product properties, customer 
expectations, competitive factors and technological developments. Multi-manned assembly lines, 
which allow more than one worker for simultaneously working on the same semi-finished product 
in the manufacture of large-sized products, are widely used in practice. However, balancing such 
lines has a more complex structure compared to traditional lines. For example, while in simple 
assembly lines is sufficient to determine which stations the tasks are assigned to, it is also necessary to determine which workers will perform which tasks and in which time interval in multi-manned lines. In addition, in multi-manned assembly lines, it is mostly possible for workers to move to different stations. In the literature, task assignments were made to the workers from the stations they were in, and they were not allowed to move to other stations. However, it can be advantageous in terms of efficiency to assign tasks from different stations by allowing workers to pass between stations. In this study, the traveling multi-manned assembly line balancing problem is addressed in order to minimize the total number of workers and stations. After the problem definition and literature review, three different mixed integer linear programming models of the related problem were developed. Using some test instances taken from the literature, these three mathematical models were compared with each other. Experimental study has shown that mathematical models can only solve small-sized instances optimally. For this reason, a heuristic algorithm based on electromagnetic field optimization has been developed. After showing the efficiency of the heuristic method on small-size problems with known optimal solutions, the solution results for medium and large-size problems are presented with deviation values from lower bounds. In addition, a new Benders' Decomposition method has been improved to increase the optimal solveability of the problem instances to larger sizes. In Benders' Decomposition method, the efficiency of the algorithm has been increased by using some symmetry breaking constraints and a constructive heuristic together. In addition, better quality solutions were obtained by using Benders' Decomposition and heuristic method together.