Hücresel imalat sistemlerinin bozucu faktörlere dayanıklı operasyonel tasarımı
Operatonal design of cellular manufacturing systems for robustness
Yazar: CEM SAVAŞ AYDIN
Danışman: PROF. DR. MEHMET MESUT ÖZGÜRLER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Endüstri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Benzetim = Simulation ; Gürbüz tasarım = Robust design ; Robust optimizasyon = Robust optimization ; Taguchi yöntemi = Taguchi method

Özet:
Şirketler ürün çeşitliliği, kalite ve maliyeti açısından artan müşteri beklentilerini karşılayabilmek için geleneksel imalat sistemlerini esnek, verimli ve etkili imalat sistemleri ve teknolojileri ile yenilemektedir.  Grup teknolojisi (GT) felsefesinin üretim alanında uygulaması olan hücresel imalat sistemleri (HİS) ürün çeşitliliği ve kalitesini arttırmak, proses-içi-envanter ve bitmiş ürün envanter miktarları ile imalat temin sürelerini düşürmek isteyen şirketler tarafından sıklıkla tercih edilen, etkili bir imalat sistemi yerleşim düzenidir. HİS'e geçiş yapan şirketler fonksiyonel yerleşim tarzında düzenlenmiş üretim yapılarını birbirlerine bağlı imalat ve montaj hücrelerinden oluşan hücresel yerleşim tarzına uygun olarak yeniden düzenlemektedir. HİS'in temel bileşeni olan GT bazlı hücreler atölye tipi üretimin esnekliğiyle hat tipi üretim sistemlerinin üretim kabiliyetini bir araya getiren melez bir konfigürasyona sahiptir.
Bu çalışma ile amaçlanan GT bazlı imalat hücrelerinin bozucu faktörlere dayanıklı operasyonel tasarımı için bir yol haritası sunmaktır. Hücre tasarımı için önceden yapılmış çalışmalardan farklı olarak hücreye dair çok sayıda performans metriğinin bir arada ele alındığı çok-amaçlı bozucu faktörlere dayanıklı (robust) tasarım yaklaşımı önerilmektedir.  Operasyonel tasarım yaklaşımı Genichi Taguchi'nin felsefesi ile yanıt yüzey metodolojisinin (YYM) matematiksel ve istatistiksel tekniklerini çok-amaçlı optimizasyon için simülasyon ortamında bir araya getirmektedir.  Simülasyon ortamı hücre tasarım konfigürasyonlarının denenebilmesi, deney esnasında değişkenliğe neden olan faktörlerin kontrollü olarak etkilerinin tanıtılabilmesi açısından kolaylık sağlamakta ayrıca gerçek dünyada deney yapılmasını kısıtlayan, zaman, maliyet v.b. birçok etmenden deneyi bağımsız kılmaktadır. 
Sistem değişkenliği gözönünde bulundurulmadan optimum performans göstermesi için tasarlanan hücrelerin değişkenlik içeren üretim ortamından etkilenmeden beklenen performansı gösterebilmesi oldukça zordur. Ayrıca hücre tasarlanırken kullanılan girdi değişkenlerinin doğruluğunun tam bir kesinlikle onaylanması mümkün değildir. Bu değişkenlerin değerlerindeki sapmalar klasik yaklaşım ile optimum tasarımı yapılan hücrelerin performansında önemli ölçüde değişkenliğe yol açmaktadır. Klasik anlamda optimum performans göstermesi için tasarlanan hücrelerin sistem performansını etkileyen faktörlerin (bozucu faktörler, gürültü faktörleri) etkisine karşı duyarlılığı yüksektir. BFD tasarımı yapılan hücrelerin bozucu faktörlerin etkisi altında gösterdiği performans değişkenliği minimum ölçüdedir. 
Çalışma sonucunda bozucu faktörlere dayanıklı (BFD) tasarımı yapılan hücrelerin performans karakteristiklerinin ortalama değer etrafından gösterdiği değişkenliğin klasik yaklaşım aracılığıyla optimum performans vermesi için tasarlanan hücrelere göre oldukça az, beklenen değerinin ise klasik optimal tasarımın beklenen değerine yakın olduğu gözlemlenmiştir. Elde edilen sonuçlar BFD tasarım yaklaşımının değişkenlik içeren gerçek-dünya ortamları için etkili bir GT imalat hücresi tasarım yaklaşımı olduğunu göstermektedir. 


Anahtar Kelimeler: Simülasyon, Hücre Dizaynı, Bozucu Faktörlere dayanıklı tasarım,  Taguchi Metodu, Yalın Üretim, Hücresel İmalat Sistemleri, U-tipi hücre, Yanıt Yüzey Metodolojisi, Robust Optimizasyon, Hücre Formasyonu, Gruplama Genetik Algoritması

Abstract:
Customer expectations for high quality custom products, shortening product life-cycles, advances in manufacturing technologies and increased global competition enforce companies to replace their legacy production systems with advanced manufacturing systems and technologies. Cellular manufacturing systems (CMS), an application of group technology   philosophy to manufacturing is adopted by companies in this context as it provides an effective and efficient system structure with low-cost automation. 
Cellular manufacturing benefits should be evaluated hollistically as transformation of entire system layout is required for implementation.  As companies implement cellular layout they reorganize their functional "job-shop" layout into cellular layout composed of individual manufacturing and assembly cells. A properly implemented cell combines the advantages of flow-lines with flexibility of job-shops constituting a hybrid system structure.  
This thesis aims to present a framework for operational design of cellular manufacturing systems for robustness. Originality of our approach stems from its consideration of operational design parameters, multi-objective optimization and system robustness.   Taguchi's design philosophy and statistical techniques of response surface methodology (RSM) are combined in a simulation setting to form an operational design strategy for group technology cells considering system robustness.  Simulation environment facilitates testing alternative design configurations and systematic introduction of variability during experiment in terms of noise variables. Simulation experiments frees experimenters from cost and time constraints faced in real-world environments. 
Results indicate that robust designed cells exhibit much less performance variability compared to nominal optimal configurations for all performance characteristics considered with minor decrease in mean performance values. Robust designed engineering systems will perform as expected under uncertainty faced by cells in real-world environments.    

Keywords: Simulation, Robust Design, Taguchi Method, Lean Manufacturing, Cellular Manufacturing Systems, U-shaped Line, Response Surface Methodology, Robust Optimization, Manufacturing Cell, Assembly Cell