U-tipi montaj hattı dengeleme problemleri için yeni modeller ve otomotiv yan sanayiinde bir uygulama
New models for U-shaped assembly line balancing problems and an application in automotive spare parts industry
Yazar: YAKUP KARA
Danışman: PROF. DR. MAHMUT TEKİN
Selçuk Üniversitesi / Sosyal Bilimler Enstitüsü / İşletme Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2004
Konu: İşletme = Business Administration
Dizin: Montaj hattı = Assembly line ; Montaj hattı dengeleme = Assembly line balancing ; Otomotiv endüstrisi = Automotive industry ; Otomotiv yan endüstrisi = Automotive supplier industry ; Tam zamanında üretim = Just in time production ; U-tipi montaj hattı dengeleme = U-shaped assembly line balancing ; Üretim yöntemleri = Production methods

Özet:
U-Tipi montaj hatları, Tam Zamanında Üretim (TZÜ) felsefesinin sürekli iyileştirme ve verimlilik artırma amaçlı çalışmalarının bir sonucu olarak üretim sistemlerinde ön plana çıkmaktadır. TZÜ sistemlerinin önemli bir bileşeni olan U- Tipi montaj hatlarının etkinliği ve verimliliği, bazı karar problemlerine bulunacak çözümler ile yalandan ilişkilidir. Bu problemlerden birisi, bir U-Tipi montaj hatlında yapılan görevlerin hattaki iş istasyonlarına atanması problemidir. Bu problem, U-Tipi montaj hattı dengeleme problemi olarak adlandırılmaktadır. Tek modeili ve karışık modelli deterministik U-Tipi montaj hattı dengeleme problemleri bu çalışmanın temelini oluşturmaktadır. Bu çalışmanın amacı, U-Tipi montaj hatları ile ilgili mevcut bakış açısı ve uygulama prensipleri ışığında, U- Tipi montaj hattı dengeleme problemlerine yönelik yeni bakış açılan ve çözüm önerileri sunmaktır. Bu çalışmada; Tek modelli U-Tipi montaj hattında kullanılan bir istasyonun karşıya geçişli olması durumunda, bu istasyona klasik istasyonlardan farklı olarak, karar verici tarafından belirlenen miktarda yürüme zamanı ilave edilmesine imkan sağlayan bir 0-1 tamsayılı programlama modeli önerilmiştir. Bu ilave zaman, U-Tipi montaj hattında çalışan işçiler arasındaki işbirliğini ve takım çalışmalarını destekleyici niteliktedir. Bu ilave zamanın dikkate alınmasıyla ortaya çıkan yeniproblem, "Yürüme Zamanlı U-Tipi Montaj Hattı Dengeleme Problemi" olarak adlandırılmaktadır. Önerilen tamsayılı programlama modelini kullanarak yapılan deneyler, karşıya geçişli istasyonlara belirli miktara kadar yürüme zamanının ilave edilmesinin, U-Tipi montaj haranda ihtiyaç duyulacak istasyon sayısını etkilemediğini göstermektedir. Bu çalışmada ayrıca, önerilen yürüme zamanlı tamsayılı programlama modelini temel alan bir öncelikli hedef programlama modeli önerilmiştir. Bu model, U-Tipi montaj hatlarının dengelenmesinde karar vericilere büyük esneklik sağlamaktadır. Tek modelli U-Tipi montaj hattı dengeleme problemleri için önerilen yürüme zamanlı tamsayılı programlama ve hedef programlama modellerinin bilgisayar montajı uygulamaları yapılmıştır. Bu uygulamalardan elde edilen sonuçlar, U-Tipi montaj hatlarının bilgisayar montajı için uygunluğu hakkında önemli fikirler sunmaktadır. Karışık modelli deterministik U-Tipi montaj hattı dengeleme problemi için bir karma tamsayılı programlama modeli önerilmiştir. Bu model, belirli bir model (ürün) sırası için karışık modelli U-Tipi montaj hattında kullanılacak istasyon sayısını minimize etmektedir. Bu model ayrıca, karışık modelli U-Tipi montaj hattı dengeleme problemi için geliştirilen ilk optimal yöntem olma özelliğine sahiptir. U-Tipi montaj hattı dengeleme problemleri, düz montaj hattı dengeleme problemleri gibi NP-Zor problemlerdir. Karışık modelli deterministik U-Tipi montaj hattı dengeleme problemi için önerilen tamsayılı programlama modelinin, değişken ve kısıt sayısının fazla olması sebebiyle, büyük boyutlu problemlere kabul edilebilir sürelerde optimal çözümler üretmesi mümkün olamayabilecektir. Bu sebeple, probleme kabul edilebilir sürelerde iyi çözümler üretecek bir sezgisel metot önerilmiştir. Yapılan deneyler sonucunda, önerilen sezgisel metodun problemlere etkili çözümler sağladığı belirlenmiştir. Çalışmanın diğer boyutunda, otomotiv yan sanayiinde faaliyet gösteren AYROD A.Ş.'de, U-Tipi montaj hattı dengeleme uygulaması yapılmıştır. İşletmede üretilen ürün çeşidinin fazla olması sebebiyle, montaj hattında aynı anda farklı modellerin montajı sözkonusudur. İşletmenin toplam üretiminin % 81,7'sini oluşturan üç ürün uygulama kapsamına alınmıştır. Bu üç ürünün farklı ııkarışım oranları dikkate alınarak toplam 204 adet montaj hattı dengeleme problemi çözülmüştür. Uygulama yapılan işletmenin montaj hattının dengelenmesinde, bu çalışmada önerilen yeni modeller ve yaklaşımlar kullanılmıştır. Uygulama kapsamında AYROD A.Ş.'de çözülen toplam 204 adet montaj dengeleme probleminden elde edilen sonuçlara göre; AYROD A.Ş.'de U- Tipi montaj hattı uygulanması, düz montaj hattı uygulanması durumuna göre ortalama olarak 0,46 adet daha az sayıda istasyona ihtiyaç duyulacağı ortaya çıkmıştır. Sonuçlara göre ayrıca, U-Tipi montaj hattının işgücü verimliliğinin düz montaj hattına göre ortalama olarak % 6,5 fazla olduğu belirlenmiştir. Çalışmada önerilen tamsayılı programlama modellerinin çözümünde XPRESS Solver Engine V. 5.5 kullanılmıştır. Karışık modelli U-Tipi montaj hattı dengeleme problemi için önerilen sezgisel metot ise, MS Visual Basic 6.0 programlama dilinde kodlanmıştır. Çalışma kapsamında yapılan bütün deneylerde ve çözümlerde Intel Pentium IV işlemci, 1.7 GHz ve 256 MB RAM donanıma sahip kişisel bilgisayarlar kullanılmıştır. Anahtar Kelimeler : U-Tipi Montaj Hatları, Montaj Hattı Dengeleme, Tamsayılı Programlama, COMSOAL, Otomotiv Yan Sanayii. Sayfa Adedi : 200 Danışman : Prof. Dr. Mahmut TEKİN m

Abstract:
ABSTRACU-Shaped assembly lines have taken great attention in production systems as a result of continuous improvement and cost reduction efforts of Just-In-Time (JIT) philosophy. U-Shaped assembly lines are important components of JIT systems. The effectiveness and productivity of a U-Shaped assembly line are mostly depended on the solutions to some decision problems. One of those, called U-Shaped assembly line balancing problem, is the problem of assigning tasks to workstations on the U-Shaped assembly line. This study focuses on the single- model and mixed-model U-Shaped assembly line balancing problems with deterministic task times. The essential purpose of this study is to expand the existing literature of U-Shaped assembly line balancing problem by suggesting new points of views and solution methodologies to the problem. In this thesis; A binary integer programming model for single-model U-Shaped assembly line balancing problem is proposed. This model enables decision-makers to add extra time to workloads of crossover workstations to consider travel times of workers in crossover workstations. Furthermore, this extra time facilitates the efforts to increase team-works and cooperation among operators in the U-Shaped assembly line. The problem of balancing U-Shaped assembly lines with travel times is called as "The U-Shaped Assembly Line Balancing with Travel Time". IVResults of several experiments performed by using proposed binary integer model show that the number of workstations utilized in the U-Shaped assembly line remains unchanged for a limited amount of extra time. A preemptive goal programming model based on the proposed binary integer programming model for single-model U-Shaped assembly line balancing problem is also presented. The binary integer programming model and the goal programming model are illustrated by using computer assembly application. Results of the applications show that U-Shaped assembly lines are suitable for computer assembly and they increase labour productivity significantly. A mixed integer programming model for mixed-model U-Shaped assembly line balancing problem is proposed. The objective of this model is to minimize the number of workstations utilized in a mixed-model U-Shaped assembly line for a given model sequence. This model is the first exact method to solve mixed-model U-Shaped assembly line balancing problem. As other types of assembly line balancing problem, the U-Shaped assembly line balancing problem is also NP- Hard. When the problem size increases, optimal solutions for mixed-model U- Shaped assembly line balancing problem can not be found due to the rapid increase in the number of variables and constraints of the proposed mixed integer programming model. Hence, a new heuristic method called MMU-COMSOAL for mixed-model U-Shaped assembly line balancing problem is proposed to find good solutions rather than optimal solutions to the problem. Experimental results show that the proposed heuristic method provides effective solutions to the problem. A U-Shaped assembly line balancing implementation in an automotive spare parts company is conducted. Various models are assembled on the assembly line due to the production of various products in the company. Three models which total production quantity composes the % 81.7 of total production of the company are considered in the study. A total of 204 assembly line balancing problems are generated by considering different model mixes and solved by using solution methods proposed in this thesis. Results indicate that U-Shaped assembly linelayouts require on average 0,46 fewer workstations than do comparable straight- line layouts and an average improvement in labour productivity of 6,5 %. The proposed integer programming models were solved by using XPRESS Solver Engine V. 5.5. The heuristic method proposed for mixed-model U-Shaped assembly line balancing problem was coded in Microsoft Visual Basic 6.0. All experiments and solutions are performed on an Intel Pentium IV, 1.7 GHz, 256 MB RAM personal computers. Keywords : U-Shaped Assembly lines, Assembly line Balancing, Integer Programming, COMSOAL, Automotive Spare Parts Industry. Pages : 200 Supervisor : Prof. Dr. Mahmut TEKİN vı