Petri net ile bir esnek üretim sisteminin modellenmesi ve analizi
Modeling and analysis of a flexible manufacturing system with petri net
Yazar: FATIMA BÜŞRA BULCA KAYAHAN
Danışman: PROF. DR. YUSUF TANSEL İÇ
Başkent Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering
Dizin: Bulanık küme teorisi = Fuzzy Set Theory ; Esnek üretim sistemleri = Flexible manufacturing systems ; Modelleme = Modelling ; Petri ağları = Petri nets ; Üretim sistemleri = Production systems

Özet:
Üretim sektöründe gün geçtikçe ortaya çıkan teknolojik ve ekonomik gelişmelerle birlikte güçleşen rekabet ortamında işletmelerin sürekli değişen ürün talep ve çeşitlerini zamanında karşılayıp hızlı cevap verebilmeleri zorunluluğu doğmuştur. Bu rekabet ortamında yerini koruyup geliştirmek isteyen firmaların belirtilen piyasa değişikliklerine hızlı ve etkili bir şekilde uyum sağlayabilmesi için sahip oldukları üretim sistemlerini söz konusu şartlara uyumlu hale getirmeleri gerekmektedir. Bu da üretim sistemlerinde "esneklik" kavramını ortaya çıkarmaktadır. Esneklik çok boyutlu bir kavram olmakla birlikte üretilen parça çeşitliliğinin fazla olması ve bunun yanında sürekli değişim gösteren piyasa isteklerine hızlı ve etkili bir şekilde cevap verebilme yeteneği olarak tanımlanabilir. Günümüz dinamik, belirsiz ve rekabetçi piyasa koşullarının üretim sistemlerinde esnekliği bir gereklilik haline getirmesi nedeniyle "Esnek Üretim Sistemleri" (EÜS)  güçlü bir rekabet aracı olarak çağdaş üretim sistemleri arasında öne çıkmaktadır. EÜS otomasyon yoğun, personel müdahalesini en aza indiren, bilgisayar destekli makineler tarafından desteklenen ve otomatik programlanabilen taşıma sistemleri, robotlar ve konveyörlerden oluşan birden fazla adette ve çeşitte parçayı etkin bir şekilde üretebilen sistemlerdir. Bu tür kompleks sistemlerin modellenmesi ve analizi güçlü modelleme araçları gerektirir. Bu çalışmada bir esnek üretim hücresi (EÜH), "Petri ağları" (PA) modelleme aracı kullanılarak modellenmiş ve performans analizleri gerçekleştirilmiştir. Ele alınan PA yöntemi; hem sistem verimliliği, hem de sistem etkinliği analizini mümkün kılar. Geleneksel matematiksel yöntemler ile tanımlamanın zor olduğu karakteristik özellikler gösteren EÜH gibi kompleks sistemleri güçlü matematiksel özellikleri sayesinde kolaylıkla tanımlayan cebirsel sonuçlar elde edip farklı matematiksel araçlar geliştirilmesine imkan tanıyan ve diğer grafiksel gösterim yöntemlerinden farklı olarak daha anlaşılır ve ayrıntılı bir şekilde mantıksal etkileşimleri ortaya koyabilen PA, bu özellikleri ile güçlü bir modelleme aracıdır. Karmaşık mekanik sistemlerde hidrolik, pnömatik, elektriksel nedenlerle meydana gelen güç kayıpları, bu sistemlerde belirsizlik durumuna sebebiyet verir. Stokastik değişkenlikle açıklanamayan bu belirsizlikler "bulanık modellerle" tanımlanabilir. Çünkü EÜS'lerdeki girdi/çıktı parametrelerindeki bazı belirsizlikler sadece kesin olmayan ölçümlerden kaynaklanmaktadır. Bu çalışmada EÜS'lerde işlem sürelerinde meydana gelen belirsizlikler için "bulanık küme teorisi" kullanılarak parametrelerin bulanıklaştırıldıktan sonra sisteme entegre edilebileceği düşünülmüştür. Ayrıca bulanık parametreler kullanılarak oluşturulan modelin sistemin gerçek yapısını yansıtma derecesini ölçmek amacıyla ele alınan EÜH, üç farklı yaklaşımla modellenmiştir. İlk modelleme yaklaşımında bulanık parametre kullanılmamışken, ikinci modelleme yaklaşımında sadece bazı parametreler bulanıklaştırılmıştır. Önerilen üçüncü yaklaşımda ise, benimsenen bulanık küme teorisi ile modeldeki tüm belirsiz parametreler bulanıklaştırılmıştır. Geliştirilen yöntem bir EÜH'nin modellenmesi ve performans analizinde kullanılmıştır. Bu amaç doğrultusunda MATLAB PN Toolbox programından yararlanılmıştır. Sonuçlar, bulanık parametrelerin kullanıldığı "Bulanık Geçiş Zamanlı PA Model" inin sistemi en doğru şekilde yansıtan model olduğunu göstermiştir.

Abstract:
In the competitive environment, which has become more difficult with the developments emerging day by day in the manufacturing sector, it has become necessary for enterprises to meet the ever-changing product demands and varieties in a timely manner. Companies that want to maintain their position in this competitive environment need to adapt their production systems to these conditions in order to adapt effectively to the specified market changes. This reveals the concept of "flexibility" in production systems. Due to the fact that today's dynamic and uncertain market conditions related to flexibility capabilities systems, "Flexible Manufacturing Systems" (FMS) standouts as a powerful competitive tool considering this challenging task. FMSs are systems that include automated systems with minimum personnel intervention, computer-aided machines, material-handling systems, robots, and conveyors that can be programmed automatically. Modeling and analysis of such complex systems require powerful tools. In this study, a flexible manufacturing cell (FMC) was modeled using the "Petri nets" (PN) tool, and performance analyzes were performed. Considered PN method; shows characteristics that are difficult to describe with traditional mathematical methods, easily defining such complex systems, thanks to its strong mathematical features, allowing to development of different mathematical tools by obtaining algebraic results, and being different from other graphical representation methods. Power losses that occur due to their nature in complex mechanical systems cause uncertainty in these systems. These uncertainties, which cannot be explained by stochastic variability, are defined by "fuzziness". Because some uncertainties in input/output parameters in FMSs arise only from imprecise measurements. In this study, it's thought that the parameters can be integrated into the system after fuzzification by using the "fuzzy set theory" for the uncertainties occurring in the processing times in FMSs. In addition, FMC was modeled with 3 different approaches in order to measure the degree to which the model created using fuzzy parameters reflects the real structure of the system. While no fuzzy parameter was used in the first modeling approach, only some parameters were blurred in the second modeling approach. In the proposed third approach, all uncertain parameters in the model are blurred with the adopted fuzzy set theory. The developed method was used in modeling and performance analysis of an FMC. For this purpose, the MATLAB PN Toolbox program was used. The results showed that the "Fuzzy Transition Timed PN Model", in which fuzzy parameters are used, is the model that most accurately reflects the system.