Bir savunma sanayii firmasında uçak komponenti montaj hattı dengeleme ve işgücü atama problemi için genetik algoritma uygulaması
A genetic algorithm application for aircraft component assembly line balancing and labor assignment problem in a defense industry company
Yazar: İREM KILIÇ
Danışman: PROF. DR. TAHİR HANALİOĞLU ; DOÇ. DR. BABEK ERDEBİLLİ
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering

Özet:
Montaj hattı, belli bir büyüklükteki üretim kapasitesine sahip, nihai veya ara ürünlerin üretilmesi için gerekli operasyonların belirli bir sırayla gerçekleştirildiği iş istasyonlarından oluşan üretim yapısıdır. Montaj Hattı Dengeleme, üretimde gerçekleştirilmesi gereken operasyonlar arası öncelik ilişkisini sağlayacak şekilde, önceden belirlenen diğer kaynak, kapasite, işgücü, yerleşim gibi kısıtları göz önünde bulundurarak operasyonların farklı iş istasyonlarına atanması yaklaşımıdır. Bu çalışmada bir savunma sanayii firmasında tek modelli bir uçak komponenti montaj hattı ele alınmıştır. Operasyon süreleri zaman etüdü çalışmaları ile ölçülmüştür ve uygulama kapsamında deterministik olarak kabul edilmiştir. Yapılan iş etüdü çalışmaları ile ele alınan tek modelli uçak komponenti montaj hattında gerçekleştirilecek operasyonların hangi sıra ile gerçekleştirileceği bilgisi elde edilmiştir.Montaj hatlarının tasarımı ve dengelenmesi başta otomotiv olmak üzere, beyaz eşya ve elektronik sektöründe de üretim verimliliği açısından oldukça önemlidir. Uçak komponenti montaj hattı, diğer sektörlerdeki montaj hatlarından farklı olarak daha fazla emek yoğunluklu çalışmaktadır. İşgücü atamasının verimliliği arttıracak şekilde yapılması kritik öneme sahiptir. Her bir  operasyon için farklı araç/gereçlerei, takımlara ihtiyaç duyulmaktadır. Bu kısıt ile birlikte her montaj operasyonunun her montaj istasyonunda gerçekleştirilemeyeceği bilinmektedir. Çalışmada konu alınan tek modelli uçak komponenti montaj hattında, montaj hattı dengeleme ve işgücü atama problemi için yapılan uygulamada her bir operasyon ve her bir operasyonun gerçekleştirilebileceği potansiyel montaj istasyonları kısıt olarak yansıtılmıştır. Firmanın ele alınan uçak komponenti montaj hattı için ayıracağı işgücü ve bütçe önceden belirlenmiş olup kısıt olarak uygulamaya yansıtılmıştır. Operasyon sürelerinin operasyonu gerçekleştiren operatörün beceri seviyesiyle ilişkili olarak farklılık göstermesi dikkate alındığında problem için bütçe kısıtlı montaj hattı çevrim süresi minimizasyonu amaçlayan bir matematiksel model geliştirilmiştir. Belirlenen kısıtlar ve varsayımlar göz önünde bulundurularak, görevler arası öncelik ilişkisi sağlanacak şekilde, çevrim süresi minimizasyonu hedefleyen  matematiksel modelin doğruluğu küçük boyutlardaki problem verileriyle GAMS programında modellenerek test edilmiş ve en iyi çözüm elde edilmiştir. Büyük boyuttaki gerçek hayat verileri, Python 3.7.6 programı aracılığıyla geliştirilen genetik algoritma ile uygun çözüme ulaşılmıştır. Böylelikle minimum çevrim süresi hedeflenen uçak komponenti montaj hattında, hangi istasyonda hangi operasyonunun çalışılacağı ve hangi operasyonda hangi operatörün çalışacağı belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Matematiksel model, Montaj hattı dengeleme, İşgücü atama, Genetik algoritma

Abstract:
The assembly line which known as a production structure composing of workstations with a certain production capacity, where the operations required for the production of final or intermediate products are carried out in a certain order. Assembly Line Balancing is the approach of operation assignment to different workstations, taking into account other predetermined constraints such as resource, capacity, workforce, and placement, in a way to ensure the priority relationship between operations that should be performed in production. In this study, a single model aircraft component assembly line in a defense industry company is discussed. Operation times were measured by time study studies and were considered deterministic within the scope of the application. In this study, the precedence relationship between the operastions are determined with using work study techniques. Line balancing is very important in terms of production efficiency, especially in the automotive, white goods and electronics sectors. Unlike assembly lines in other industries, the aircraft component assembly line is more labor intensive. It is critical to assign workforce in a way that increases productivity. Different tools / equipments are required for each operation. With this constraint, it is known that not every assembly operation can be performed at every assembly station. In the single-model aircraft component assembly line, which is the subject of the study, each operation and the potential assembly stations where each operation can be carried out is shown as a constraint in this problem type. The manpower and budget to be allocated by the company for the aircraft component assembly line are determined in advance and have been reflected in the application as a constraint. Considering that the operation times vary depending on the different skill levels of the each operator performing the operation, a new mathematical model has been formulated for budget constrained assembly line cycle time minimization for the problem of assembly line balancing and manpower assignment. Considering the determined constraints and assumptions, this mathematical model aiming at cycle time minimization was resolved in the GAMS program by modeling it with small-sized problem data, and the best solution was obtained, so as to provide priority relationship between tasks. Real life problem data with big-sized were modeled in Python 3.7.6 program with genetic algorithm to reached the feasible solution. In this way, it was determined which operation will be worked in which station and which operator will work in which operation in the aircraft component assembly line, for which the minimum cycle time is aimed.

Keywords: Assembly line balancing, Mathematical model, Labor assignment, Genetic algorithm