Bulanık çok ölçütlü yatırım analizleri ve bir işletme filosu için araç teknolojisi seçimi
Fuzzy multicriteria investment analyses and vehicle technology selection for a firm's fleet
Yazar: İBRAHİM YAZICI
Danışman: PROF. DR. CENGİZ KAHRAMAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering

Özet:
1990'lı yılların sonu ve 2000'li yılların başından itibaren ulaşım sektöründe yeni yönelimlerin geliştiği, farklı araç teknolojilerinin önem kazandığı görülmektedir. Ulaşım sektöründe görülen bu yeni yönelimlerin en önemli kısmından birisi de ulaşımın elektrifikasyonudur. Diğer bir deyişle aracın elektrik enerijisini yakıt kaynağı olarak kullanmasıdır. Araçlardan çıkan egsoz gazları gibi çevreye zararlı etkisi olan gazların varlığı ulaşım sektöründe yeni arayışların temelini oluştrmaktadır. Bunun yanında fosil türevli yakıtların kaynaklarının azalması da bu arayışların artmasını desteklemektedir. 1900'lü yılların başında fosil türevli yakıtlara alternatif olarak tam elektrikli araç geliştirilmiş fakat tutunamamıştır. Son yıllarda ulaşımın elektrifikasyonu tekrar gündeme gelmiş ve 1997 yılında Toyota bu alanda öncülük yaparak ilk hibrit aracını piyasaya sürmüştür. Daha sonra dünya otomobil devleri bu trendi takip etmiştir. Bununla paralel olarak şarjlı hibrit elektrikli araçlar piyasaya girmeye başlamış ve 2008 yılından sonra daha belirgin halde piyasada gözükmeye başlamış, son olarakta tam elektrikli araçlar piyasaya girmektedir. Gelişmiş ülkelerde sera gazı salınımı ve fosil türevli kaynakların azalması gibi nedenler göz önünde tutularak yeni teknolojilere teşvikler sağlanmakta ve ar-ge çalışmaları desteklenmektedir. Bazı işletmeler de faaliyetlerinde kar amaçlarken bazı sosyal sorumluluklarının olduğunu düşünerek çevreye saygılı olmak sloganıyla hareket ederler. Çevrecilik hassasiyetine sahip işletmeler araç filolarında araç teknolojisi seçerken çevrecilik kriterini de göz önünde bulundurmaktadır. Çalışmada İstanbul'da faaliyet gösteren bir firmanın filosunda şehiriçi aylık ortalama 2500 km yol yapan araçları için hangi araç teknolojisinin daha uygun olduğunu belirlemek için çevreciliğin de dahil ediliği bulanık çok ölçütlü yatırım analizi yapılmıştır.
Bulanık kümeler teorisi 1965 yılında Azerbaycanlı bilim insanı Lotfi Askerzadeh tarafından geliştirilmiştir. Klasik Aristo mantığı olan 0-1 mantığının yerine herhangi bir elemanın bir kümeye aidiyetini kesin sınırlarla belirlemeyen bu teori, o elemanın bu kümeye aidiyetini bir üyelik derecesi ile belirleyerek daha esnek bir modelleme yapılabilmesini sağlar. Bulanık kümeler teorisindeki üyelik derecesi kullanılarak  daha esnek ve akıllı sistemelerin kurulabilmesi imkanı elde edilir. Bulanık mantık olarak adlandırdığımız bulanık kümeler teorisinde pek çok bulanık küme tipleri geliştirilmiştir. Öncelikle tip 1 bulanık sayılar kümesi bulunmuştur. Daha sonra tip 2, aralık değerli tip 2, çekimser (hesitant) ve sezgisel (intiutionistic) bulanık kümelerdir. Bulanık mantık sözel ifadelerin ve bilgi eksikliğinin bulunduğu durumlarda sistemin daha iyi modellenebilmesinde fayda sağlar ve sözel ifadeler kullanıldığı durumlarda ifadelerin sübjektifliğinin getirdiği dezavantaj ile bilgi eksikliğinden kaynaklanan belirsizlik dezavantajını modellemeye mümkün olduğunca daha az yansıttığından daha iyi modelleme sunmaktadır. Sistemin belirsizliği arttıkça kullanılacak olan bulanık kümeler değişmektedir. Çalışmada uzman görüşlerinin sözel ifadeler içermesi ve bazı bilgilerin tam olmaması dolayısıyla modellemeyi daha iyi yapabilmek için bulanık mantık kullanılmıştır. Bunun yanında araç teknolojileri için de bulanık mantık  maliyet kalemlerinde belirsizlik bulunduğu durumlarda gerekli şekilde kullanılmıştır. Çalışmada kullanılan bulanık kümeler tip 1 ve sezgisel bulanık kümelerdir. Tip 1 bulanık kümeler sezgisel bulanık kümelere göre daha basit şekilde sistemi modellemektedir, sadece bir elemanın kümeye aidiyetini belirtmektedir. Sezgisel bulanık kümeler ise bir elemanın kümeye aidiyetini ve aidiyetinin olmaması gibi üyelik ve üye olmama derecesini hesaba katarak çözüm sunmaya çalışmaktadır.
Mühendislik ekonomisi analizleri maliyet analizlerinde sıklıkla kullanılan yöntemlerdendir. Mühendislik ekonomisi analizleri ile yapılan yatırımın fizibilitesi belirlenir ve belirlenen politikalara uygun olup olmamasına göre yatırım hakkında karar verilir. Yatırım kararlarında en çok kullanılan analiz yöntemleri net şimdiki değer analizi ve yıllık nakit akış analizidir. Çalışmada yatırımların ömürleri eşit olduğundan net şimdiki değer analizi kullanılmıştır. Belirsizlik içeren maliyet kalemlerinde tip 1 bulanık sayılar kullanılarak maliyetler hesaplanmaya çalışılmıştır. Her bir aracın yatırım ömrü boyunca maliyetleri bulunmuş ve uzmanlara değerlendirme yapma aşamasında kriter girdisi olarak sunulmuştur.
Birden fazla alternatifin olduğu durumlarda birden çok kritere bağlı olarak yapılan karar analizleri çok ölçütlü karar verme işlemidir. Kriterlerin türleri farklı olabileceğinden ve alternatiflerin  mutlak olarak birbirlerine üstün olamama durumundan dolayı alternatiflerin birbirlerine göre karşılaştırılıp karar verilmesi gerekmektedir. Analitik Hiyerarşi Prosesi (AHP), TOPSIS (Technique for Order and Preference by Similarity to Ideal Solution) ve VIKOR (VIsekriterijumsko KOmpromisino Rangiranje) sıklıkla kullanılan çok ölçütlü karar verme yöntemlerindendir. AHP yöntemi kriterlerin ve alternatiflerin ikili karşılaştırmaları sonucu alternatif sırasını belirleyen çok ölçütlü karar verme yöntemdir. TOPSIS yöntemi alternatiflerin pozitif ideal noktaya en yakınlık ve negatif noktaya en uzaklık ölçütüne  göre en iyi alternatif sırasını belirlemekte kullanılan çok ölçütlü karar verme yöntemidir. VIKOR yöntemi ise farklı ölçekli kriterlerin karar vericilerin minimum kişisel pişmalığı ve maksimum grup faydası stratejisini sağlayarak uzlaşık çözüm öneren çok ölçütlü karar verme yöntemidir. Çalışmada işletmenin belirlediği araç teknolojilerinden  B sınıfı benzinli, dizel, hibrit, şarjlı elektrikli hibrit ve tam elektrikli araçlar bulanık mantık kullanılarak araç maliyeti, yakıt ikmal kolaylığı, performans, ergonomi, çevrecilik ve güvenlik gibi kriterlere göre değerlendirilmiştir. İlk olarak sonuç tip 1 bulanık sayılar kullanılarak bütünleşik AHP-TOPSIS yöntemiyle elde edilmiştir. Bulanık AHP yöntemi ile belirlenen kriter ağırlıkları tutarlılık indeksi kontrolünden sonra bulanık TOPSIS için girdi olarak kullanılmıştır. Sezgisel bulanık sayılar kullanılarak bütünleşik AHP-VIKOR yöntemiyle de sonuçlar elde edilmiştir. Bu aşamda da sezgisel bulanık AHP yöntemiyle elde edilen ağırlıklar bulanık VIKOR yöntemi için girdi olarak kullanılmıştır. Tip 1 bulanık sayılarla elde edilen AHP ağırlıkları sezgisel bulanık sayılarla yapılan değerlendirmelerdeki ağırlıklarla yakın sonucu vermiştir. Bu durum kullanılan yöntemlerin sağladığı esnekliği göstermektedir. Aradaki farkın sezgisel bulanık sayılarla değerlendirmenin belirsizliği daha da modele dahil etmesinden kaynaklandığı söylenebilir. Aynı sözel değerlendirme ifadesinde tip 1 bulanık sayı daha az bilgiyi ifade ederken, sezgisel bulanık sayı daha fazla ifade içermekte ve temsil kabiliyeti daha iyi olmaktadır.
Çalışmada kullanılan bulanık çok ölçütlü analiz yöntemleri problemin modellenmesinde kolaylık sağlamıştır. Çalışma sonucunda işletme için belirtilen varsayımlara göre en iyi araç teknolojisinin halen dizel araç olduğu ve bunu sırasıyla diğer iki klasik araç türü olan hibrit ve benzinli aracın olduğu sonucu ortaya çıkmıştır. Yeni araç teknolojilerinin halen teşviklere ve altyapı çalışmalarına ihtiyaç duyduğu belirlenmiştir. Yakın gelecekte ise gerekli imkanlar sağlanarak yeni araç teknolojileri için yeni teknolojileirn bilinirliğinn artması, teşviklerin artması ve seri üretime geçilmesi maliyetlerin azalmasına, altyapı eksiklerinin giderilemesi de pazarda tutunmaya yol açacaktır. Gelecek 20 yıl içerisinde hibrit, şarjlı elektrikli hibrit ve tam elektrikli araçların piyasada baskın olacağını öngörebiliriz.

Abstract:
Since the late of 1990's and beginning of  2000's, it has been seen that new shifts in transportation sector emerge and new vehicle technologies gain importance. One of the new shifts in transportation sector, especially the most dominating one, is electrification of transportation. Namely, the technology that the vehicle uses the electrical energy for fuel resource. The gases harmful to the environment caused by tailpipe emissions form the basis of new shifts in transportation sector. Besides, the reduction of fossil derived fuels' resources supports the new shift. At the beginning of 1990's, an alternative electric vehicle to the petroleum user vehicles were developed, however, it did not gain enough traction in those times. Recently, the electrification of transportation has gained importance. In 1997, Toyota released the first hybrid automobile to the market by leading the trend. Then, worldwide prominent automobile manufacturers tracked this trend. In parallel to this trend, plug-in hybrid electric vehicles started to penetrate to the market, and it was seen more distinctly in the market after 2008. The last motion in the sector is with battery electric vehicles. They have started to penetrate gradually to the market since then. In developed countries, considering the greenhouse gas emissions and reduction of fossil derived fuels' resources, new vehicle technologies  and its R&D efforts are supported by incentives. Firms act with motto of ''respectful to the environment'' by aiming high profit gains in their operations. The firms that have the environmental sensitivity consider the environmentalism of the vehicles in their fleets. In this work, the most appropriate vehcile technology was determined for a firm operating in İstanbul whose vehicles  have 2500 km monthly average mileage. In the selection process, fuzzy multricriteria investment analyses were made including environmentalism criteria.
Fuzzy sets theory was developed by Azerbaijani man of science Lotfi Asker Zadeh in 1965. Fuzzy logic does not define an element's belonging to a set only with 0 or 1 as in Aristo logic. This logic defines the element's belonging to a set with a membership degree or function. Hence, fuzzy logic provides more flexible modelling of the system, and enables to construct more intelligent systems with this property. In fuzzy logic, amed as fuzzy sets theory, many fuzzy sets types have been developed. Firstly, type 1 fuzzy sets were developed by Zadeh. After that, type 2, interval type 2, hesitant and intiutionistic fuzzy sets were developed respectively. Fuzzy logic enables better modelling of the systems with respect to crisp sets in the uncertain environment which includes uncertainty of information and incomplete information. Since fuzzy logic reflects the disadvantages of assesments' subjectivity caused by lnguistic terms and the disadvanatges of uncertainty caused by incomplete information as little as possible to the modelling, it provides better modelling. As the uncertainty of the system arises, the type of fuzzy sets used in modelling changes for better handling the disadvantages. In this work, fuzzy logic is used for better modelling because experts assesments include linguistic terms and some of the information includes uncertainty. Besides that, some of new vehicle technologies' cost items are not certain now. In this situation, fuzzy logic is also used by engineering economics analysis tools. Type 1 and intuitionistic fuzzy sets were used in this work. Type 1 fuzzy sets do modelling more simple than intuitionistic fuzzy sets. It defines only an element's belonging to a set. However, intuitionistic fuzzy sets try to provide solutions by defining an element's belonging membership degree and non-membership degree to a set.
Engineering economics analysis tools are frequently used techniques in cost analysis of an investment. The feasibility of an investment can be determined by these analyses and decision about whether invest or not is made with respect to the result of these analyses. The most used engineering economics analysis tools are net present value analysis and net annual worth analysis. In this work, net present worth analysis is used since the lives of investment alternatives are equal. Type 1 fuzzy numbers are used in which there is uncertainty in the considered cost item. Each alternative's total cost of ownership was computed and these results were presented to experts as inputs in the multicriteria analyses.
In the case of more than one alternative to be selected  with respect to multiple criteria, the decision making process is named as multicriteria decision making process. In decision making, criteria types may be different:cost or benefit criteria, and alternatives  may not be absolutely dominating other alternatives with respect to all criteria. Hence, the decision is made with comparisons of alternatives with respect to all criteria. AHP (Analytical Hierarchy Process), TOPSIS (Technique for Order and Preference by Similarity to Ideal Solution) and VIKOR (VIsekriterijumsko KOmpromisino Rangiranje) are the most frequently used multicriteria decision making methods. AHP method is the multicriteria method that determines the best alternative by making pairwise comparisons of criteria vs. criteria, criteria vs. alternatives. TOPSIS method is the multicriteria method that determines the best alternative being the more distant to negative ideal point and closest to positive ideal point with respect to the other alternatives. VIKOR method is the multicriteria method that provides compromise solution by minimizing individual regret of opponents and maximizing group utility of proponents. In this work, the vehicles which  a firm intended to purchase were examined for their requirements.  These vehicles are B-class gasoline-powered, diesel-powered, hybrid, plug-in hybrid electric and battery eletric vehicles. These vehicles were evaluated  with respect to vehicle cost, fuel repletion convenience, performance of the vehicle, ergonomics of the vehicle, environmentalism of the vehicle and safety of the vehicle criteria. Firstly, the solution, the best alternative, was obtained by using type 1 fuzzy integrated AHP-TOPSIS method. The criteria weights determined by type 1 fuzzy AHP were used as inputs for fuzzy TOPSIS after the consistency check was made. Secondly, the solution was obtained by using intuitionistic fuzzy integrated AHP-VIKOR method. In this stage, the criteria weights determined by intuitionistic AHP were used as inputs for fuzzy VIKOR. The criteria weights determined by type 1 fuzzy AHP are nearly the same as determined by intuitionistic fuzzy AHP. This situation shows the flexibility of used methods under fuzziness.  It can be claimed that the difference of criteria weights determined by intuitionistic fuzzy sets and type1 fuzzy sets was caused by intuitionistic fuzzy sets' capability in better reflecting the uncertainty. For the same linguistic definitions, intuitionistic fuzzy sets require more mathematical expressions and equation.
Fuzzy multcriteria investment analysis methods used in this work provide easiness and flexibility for modelling problems. At the end of the work, it has been determined that the best vehicle technology for the firm's fleet under the stated assumptions is diesel-powered vehicle. Hybrid and gasoline-powered vehicle follows the next two best alternatives, respectively. Plug-in hybrid electric vehicle and battery electric vehicles take the final two ranks, respectively. New vehicle technologies must be supported strongly to penetrate and hold on the market. The most important points in supporting the new techonologies are providing more incentives for dealers and inividual customers, increasing vehicle fiscal incentives and increasing charging infrastructure, generating public awareness of new vehicle technologies. The mass production of new vehicles and increasing R&D efforts will decrease the cost of new vehicle technologies. As it will be seen from the results, cost of the vehicle and   the vehicle's fuel repletion convenience are the most important criteria among all constituting nearly % 50 of the weights, these stimulators will contribute to penetration and withholding of the new technology in the market. In the next 20 years, hybrid, plug-in hybrid electric and battery electric vehicles will possibly become the dominant vehicle technologies on the road due to some developments such as incentives, reduced costs and enough infrastructures.