Paralel çok işçili montaj hattı dengeleme problemleri için yeni çözüm yaklaşımları
New solution approaches for assembly line balancing problems with parallel multi-manned workstations
Yazar: TALİP KELLEGÖZ
Danışman: PROF. DR. BİLAL TOKLU
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering
Dizin: Matematiksel modeller = Mathematical models ; Montaj hattı dengeleme = Assembly line balancing

Özet:
Otobüs, kamyon ve hâtta helikopter gibi büyük boyutlu karmaşık ürünlerin üretildiği montaj hatları, literatürde çalışılan klasik montaj hatlarından çok farklıdır. Bu tip ürünlerin üretim prosesleri, çoğu uzun görev zamanına sahip çok sayıda montaj görevi içerir. Dolayısıyla bu ürünlerin üretiminde basit veya çift taraflı hatların kullanılması yüzlerce istasyon ihtiyacını ortaya çıkaracaktır. Bu durum ise ürünün hattaki akış süresinin uzun olması, hattın kurulumu için geniş alan ihtiyacı, istasyonlardaki ekipman ve takımlar için yüksek yatırım maliyeti ve istasyonlarda bekleyen çok sayıda ara stok anlamına gelmektedir. Bu tip ürünlerin üretiminde bahsi geçen dezavantajların ortadan kaldırılması amacıyla paralel çok işçili montaj hatları kullanılabilir. Bu çalışma kapsamında bu tip hatlar ve bu hatlardaki dengeleme problemlerinden bir tanesi göz önünde bulundurulmuştur. Problem tanımı ve literatür araştırmasından sonra, ilgili problemin karışık tamsayılı doğrusal programlama modeli geliştirilmiştir. Deneysel çalışmalarda küçük boyutlu problemlerin sadece bir kısmının optimal çözümlerinin matematiksel model yoluyla bulunabileceği görülmüştür. Bu nedenle, problemin çözümü için yeni bir kurucu sezgisel önerilmiştir. Sezgiselin etkinliği optimal çözümü bilinen küçük boyutlu problemler üzerinde gösterildikten sonra, orta ve büyük boyutlu problemler için çözüm sonuçları ve CPU zamanları sunulmuştur. Ayrıca, dikkate alınan problemlerin optimal çözümlerinin bulunması amacıyla yeni bir dal sınır algoritması geliştirilmiştir. Bu algoritma gerek probleme özgü bilgilerden, gerekse de kullanılan dallandırma stratejisinin özelliklerinden hareketle geliştirilmiş etkin baskınlık ve uygunluk kriterleri içermektedir. Algoritmanın performansını belirleyen diğer bir etkin bileşeni de birerleme prosesinde kullanılan sezgisel tabanlı yönlendirme mekanizmasıdır. Literatürde benzer bir problemin çözümü için önerilen dal sınır algoritması, göz önünde bulundurulan problemi çözecek şekilde modifiye edilerek önerilen algoritma ile karşılaştırılmıştır. Sonuçların analizi yoluyla, gerek optimum çözümleri her iki algoritma tarafından bulunan problemler için CPU zamanları açısından, gerekse de her iki algoritmanın sadece uygun çözümlerini bulabildiği problemler için çözüm kalitesi açısından, önerilen algoritmanın daha etkin olduğu gösterilmiştir.

Abstract:
Assembly lines of big-sized complex products; like buses, trucks, helicopters etc., are very different from the lines studied in the literature. These products? manufacturing processes have a lot of tasks most of which have long task times. If they are produced in simple or two-sided assembly lines, then hundreds of stations are needed. This means that a long product flow time, a large area for establishment of the line, a high budget for the investment of equipments and tools in stations and several works in process are also required. In order to eliminate these disadvantages, assembly lines with parallel multi-manned workstations can be used to produce this type of products. In this study, these lines and one of their balancing problems are considered. After the problem definition and literature review, it is modeled as a mixed integer programming formulation. In the experimental study, it has been seen that only some of small-sized problems can be solved optimally by using this formulation. Therefore, after presenting a detailed study of heuristic methods, a new efficient constructive heuristic algorithm is proposed. The efficiency of the proposed heuristic method is verified in small-sized problems whose optimal solutions are found. For medium and big-sized problems, heuristic results and CPU times are presented. A branch and bound based enumeration algorithm is also proposed for solving considered problems optimally. This algorithm includes some efficient dominance and feasibility criteria which are developed based on problem-specific knowledge and the branching scheme used. A heuristic-based guidance for enumeration process is the one other efficient component of the algorithm. The branch and bound algorithm which was proposed for a special version of the studied problem in the literature has been modified to tackle the studied problem, and it is compared with the proposed algorithm. Through an analysis of the results, it has been seen that the proposed algorithm has better performance than the other one in terms of CPU times for the problems whose optimal solutions have been found by both algorithm, as well as the quality of feasible solutions of the problems whose optimal solutions could not be found by both algorithms for a given period of time.