Atölye tipi çizelgeleme problemlerinde evrimsel algoritmalar ile yapay arı kolonisi algoritmasının bütünleşik bir yaklaşımı
An integrated approach of evolutionary algorithms with artificial bee colony algorithm for job shop scheduling problems
Yazar: MÜMİN ÖZCAN
Danışman: PROF. DR. İSMAİL HAKKI CEDİMOĞLU
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering
Dizin: Atölye çizelgelemesi = Job shop scheduling ; Metasezgiseller = Metaheuristics ; Yapay arı kolonisi algoritması = Artificial bee colony algorithm

Özet:
Hayatımızın birçok alanında çok önemli bir yeri olan çizelgeleme problemlerinin çözümü ile ilgili olarak yıllardır çok ciddi çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmaların yapılmasında şüphesiz en büyük sebep, mevcut çizelgeye göre daha iyilerinin geliştirilmesini sağlamaya çalışmak ve daha büyük kazanç ve verimlilikler ortaya koymaktır. Bundan dolayı, doğru ve etkin bir çizelgeleme, hem insanlar hem de işletmeler için büyük önem arz etmektedir. Bu bağlamda özellikle son yıllarda çizelgeleme problemlerinin çözümünde sezgisel algoritmaların araştırmacılar tarafından yoğun bir biçimde kullanıldığı görülmektedir.

Bu tez çalışmasında, atölye tipi çizelgeleme problemlerinin çözümünün eniyilemesi için bütünleşik bir yaklaşım önerilmiştir. Bu bağlamda sürü zekâsına dayalı sezgisel algoritmalardan olan yapay arı kolonisi algoritması ile evrimsel algoritmalar bütünleşik yaklaşım için kullanılmıştır. Önerilen metot, atölye tipi çizelgeleme ile ilgili data setlerine uygulanmış ve elde edilen sonuçlar ortalama bağıl hata yüzdesi (ARPE) ile ortalama bağıl sapma yüzdesi (ARPD) kriterleri kullanılarak, karınca kolonisi optimizasyon (ACO) tekniği, kuş sürüsü algoritması (PSO) ve diferansiyel gelişim (DE) algoritması ile kıyaslanmıştır. Sonuçlar kıyaslanırken, parametrik ve parametrik olmayan testler kullanılarak metotlar arasında istatistiksel olarak anlamlı farklar olup olmadığı kurulan hipotezlerle araştırılmıştır.  ARPE kriterine göre, önerilen yaklaşım ile ACO tekniği sonuçları arasında istatistiksel olarak anlamlı farklar gözlemlenirken, önerilen metot ile PSO ve DE algoritmalarının sonuçları arasında ise istatistiksel olarak anlamlı farklar olmadığı görülmüştür. Yapılan testler sonucunda, önerilen metot ile elde edilen ARPE değeri, ACO metodu ile elde edilen ARPE değerinden 4,3 puan (yüzdesel değişim olarak) daha düşük olduğundan daha etkin bir netice vermiştir. ARPD kriterine göre ise, önerilen yaklaşım ile diğer tüm algoritmaların sonuçları arasında istatistiksel olarak anlamlı farklar olduğu yapılan testlerle ortaya konmuştur. Yapılan testler sonucunda, önerilen metot ile elde edilen ARPD değeri, ACO metodu ile elde edilen ARPD değerinden 6,3 puan,  PSO metodu ile elde edilen ARPD değerinden 0,6 puan, DE metodu ile elde edilen ARPD değerinden ise 0,7 puan daha düşük olduğundan daha kararlı ve etkin neticeler vermiştir. Yapılan testler sonucunda, çizelgelemesi yapılacak olan iş veya makine sayısının 20 ve 20'den az olduğu durumlarda önerilen metodun çok daha hızlı ve etkin sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir.

Abstract:
There have been a lot of research made about solution of scheduling problems that have a very important place in many areas of our lives for years. The cause of these researches is to develop better than the current schedule and achieve greater profits. Therefore, there is great importance of efficient scheduling for both humans and businesses. In this context, heuristic algorithms are used extensively by researchers for solving scheduling problems in recent years.

In this dissertation study, an integrated approach has been developed for optimizing the solution of job shop scheduling problems. In this context, artificial bee colony algorithm and evolutionary algorithms are used for the integrated approach. The proposed hybrid method has been applied to data sets related to job shop scheduling. The obtained results have been compared with the results of different optimization techniques that these techniques are ant colony optimization (ACO), particle swarm optimization (PSO) and differential evolution algorithm (DE) using the average relative error percentage (ARPE) and average relative percentage deviation (ARPD) criteria. It has investigated whether statistically significant differences among methods using parametric and non-parametric tests with the founded hypotheses for the comparisons. According to the ARPE criterion, statistically significant differences have been obtained between the results of the recommended approach and ACO technique. According to the same criterion, statistically significant differences have not been observed between the result of the proposed method with PSO and DE algorithms. ARPE value of the recommended approach yielded 4.3 points (as percentage changes) more effective than ARPE value of the ACO technique according to the results of the tests. According to the ARPD criterion, statistically significant differences have been obtained between the results of the recommended approach and other all techniques. According to the results of the tests, ARPD value of the proposed method yielded more effective and stable of 6.3 points than ARPE value of the ACO technique, of 0.6 points than ARPE value of the PSO algorithm, of 0.7 points than ARPE value of the DE algorithm. According to the results of the tests, it observed that the proposed method has much faster and more effective results in conditions less than 20 number of machines or jobs which will be scheduling.