SMED ortamında çalışan maruziyetlerinin azaltılmasına yönelik bütünleşik bir metodoloji önerisi
An integrated methodology proposal for reducing worker exposure under SMED
Yazar: HATİCE NİDA CİVAN
Danışman: PROF. DR. EMRE ÇEVİKCAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Endüstri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering
Dizin: AHP =   ; Bulanık TOPSIS = Fuzzy TOPSIS ; Ergonomi = Ergonomics ; İnsan faktörü = Human factor

Özet:
Tek parça akışı (JIT), Kanban ve SMED üretim sistemlerinde kısa hazırlık faaliyeti süreleri için uygulanmaktadır ve esnek endüstriyel üretim sistemleri oluşmaktadır. Hazırlık faaliyeti süresi, önceki partideki hazırlık faaliyetlerinin ürününden ardışık hazırlık faaliyetlerinin ürünün üretimine kadar olan üretim süresidir. Her parti veya sipariş üretim süreçleri hazırlık faaliyetleri gerektirmektedir. İçsel hazırlık faaliyetleri makine durduğu zaman gerçekleştirilebilen hazırlık işlerini içermektedir. SMED, içsel hazırlık faaliyetlerini azaltmayı ve temin süresindeki iyileştirme ile üretim hızını artırmayı amaçlamaktadır. Dışsal hazırlık faaliyetleri makine çalışırken gerçekleştirilebilen hazırlık işlerini içermektedir. SMED, 1950'li yıllardan günümüze kadar uygulanan içsel hazırlık faaliyetlerini dışsal hazırlık faaliyetlerine dönüştüren, hazırlık faaliyetlerini basitleştiren, geliştiren ve hazırlık faaliyetlerini ortadan kaldıran bir metodolojidir. Hazırlık faaliyetlerinin süresi geleceğin teknolojilerinden robotik üretim sistemleri için kilit faktördür. Katma değeri olmayan hazırlık faaliyetlerini azaltmak yetkin hazırlık işlerini gerçekleştiren çalışanı, verimli tesis yerleşimini ve makine kullanım oranını artırmaktadır. Böylece, endüstriyel üretim sistemi iyi bir düzene sahip olmaktadır ve daha az endüstriyel kaza meydana gelmektedir.
Bu tez çalışmasının araştırma konusu, SMED metodolojisi ile hazırlık faaliyetlerinin ergonomik ve bulanık ortamda incelenmesinin tartışılarak uygulanmasıdır. Literatür taraması, SMED yöntemini ve ergonomik risk değerlendirmesini içermektedir.
İncelenen makaleler, amaçlarına, SMED yöntemini içermesine, SMED uygulamasını içermesine ve hazırlık faaliyetlerinin optimizasyonunu kapsamlı bir şekilde incelemesine göre sınıflandırılmıştır.
SMED yönteminin başarılı bir şekilde uygulanması endüstriyel üretim sistemlerinin üretkenliğine, esnekliğine ve rekabetine katkıda bulunmaktadır. Geleneksel SMED metodolojisinde olduğu gibi, insan faktörünü göz ardı ederek sadece hazırlık faaliyetlerine odaklanmak, işle ilgili kas-iskelet sistemi rahatsızlıklarında artışa, sürekli iyileştirmelerin olmamasına, ürün çeşitliliğinde esneklik kaybına ve verim düşüklüğüne neden olmaktadır. Çalışan memnuniyeti ile örgütsel performans arasında birbiriyle iç içe geçmiş ilişki vardır. Başka bir deyişle, çalışan gereksinimleri ve sağlık faktörleri SMED yönteminin başarısını doğrudan etkilemektedir. Bu nedenle, geleneksel SMED'i sürdürülebilirlik ve daha iyi performans için çalışan gereksinimlerine göre dönüştürmek yeni bir alandır. Çalışanların refahı ve ayrıca kuruluşun genel performansını optimize eden bir çalışma ortamı yaratmak için ergonomi alanı çalışmaya katkı sağlamaktadır. Hazırlık faaliyetlerinden sorumlu çalışanlar risk faktörleri nedeniyle bir veya daha fazla riskin ortaya çıkmasıyla karşı karşıya kalmaktadır. Çalışanların maruz kaldığı işe bağlı kas-iskelet hastalıkları çeşitli ergonomik risk faktörlerinden (fiziksel iş yükü, organizasyon ile ilgili, psikolojik ve sosyal-bilişsel faktörler, çevresel faktörler) meydana gelmektedir. Çalışanlar, hazırlık faaliyetlerini gerçekleştirirken farklı düzeyde ve seviyelerde farklı özelliklere sahip maruziyet yaşamaktadır. Her bir hazırlık faaliyetinin ergonomik risk faktörleri açısından değerlendirilmesinin, çalışan gereksinimleri için sistematik olarak çözülmesi gereken ayrı ve özgün bir sorun olduğu ortaya çıkmaktadır.
Hazırlık faaliyetlerinden sorumlu çalışanlar hazırlık faaliyetlerinde yer alsalar da iyileştirmeler çoğunlukla çalışanların görüşleri ve motivasyonu göz ardı edilerek gerçekleştirilmektedir. Geleneksel SMED yönteminde, hazırlık faaliyetlerinin basitleştirilmesi ve iyileştirilmesi çoğunlukla makinelere dayalı iyileştirmelerle gerçekleşmektedir. Organize işyeri, çalışanlar için operasyonları kolaylaştırdığı için SMED yöntemi ile ergonomi ve güvenlik konularının dikkate alınması gerekmektedir. Çalışanların dikkate alındığı SMED yöntemi farklı endüstrilerde başarıyla entegre edilmektedir.
Araştırmacılar, risk faktörlerini belirlemek ve farklı risk faktörlerini içeren faaliyetleri değerlendirmek ve önem sırasına göre sıralamak için bazı nicel ve nitel yöntemler geliştirmiştir. Çalışanları rahatsızlık, hastalık, iş kazaları ve risklere karşı maruziyetlerini önlemek, kontrol altına almak, azaltmak veya ortadan kaldırmak için tasarlanan bu risk değerlendirme yöntemleri, iş sağlığı ve güvenliği alanındaki kuruluşlar için yıllardır incelenen önemli bir konu olmuştur. Ancak bu yöntemler risk faktörünü tüm yönleriyle değerlendirirken sınırlı kalmaktadır. Yukarıda bahsedilen husus dikkate alındığında tüm risk faktörlerinin değerlendirilmesi ve SMED metodolojisi ile entegre edilmesi gerektiği ortaya çıkmaktadır. Çok kriterli karar verme yöntemleri, çeşitli yönlere ve sektörlere odaklanan, sorunların nedenlerini ve özelliklerini de bulma özelliğine sahiptir.
Hazırlık faaliyetleri gerçekleşirken ergonomik riske maruz kalma seviyeleri düzgün olmayan postür, teknik faktörler, iş ile ilgili faktörler, çalışan özellikleri, fiziksel ve zihinsel yorgunluk gibi risk faktörlerine göre değişmektedir. Örneğin, bir hazırlık faaliyeti güvenlik ile ilgili faktör için katastrofik düzeyde risk içerirken, başka bir görev çalışanın özelliklerinden kaynaklanan riskli durumları içermektedir. Sonuç olarak bir yöntem, hazırlık faaliyetlerinde karşılaşılan belirli risk faktörleriyle ilgili olarak hazırlık faaliyetleri için sıralamalar sunmalıdır. Ergonomik risk faktörlerinin geniş hiyerarşisi, hazırlık faaliyetleri gerçekleşirken oluşabilecek iş ile ilgili kas ve iskelet hastalıklarında risklerin azaltıldığı ve ergonomik risk değerlendirme yöntemleri ile ortadan kaldırıldığı ergonomik risk faktörlerinin geniş bir şekilde tanımlanmasını sağlamaktadır.
Geleneksel ergonomik risk değerlendirme yöntemleri tüm girdi değişkenlerini aynı ağırlıkta ele almaktadır. Bununla birlikte, girdi değişkenlerinin vücut üzerindeki biyomekanik, anatomik ve fizyolojik etkileri, çalışanın bireysel özelliklerinin yanı sıra düzgün olmayan postür, kötü çevre koşulları, uygun olmayan çalışma güvenliği, yüksek fiziksel ve zihinsel yorgunluk gibi durumlara uzun süre maruz kalınması durumunda farklılık göstermektedir. Örneğin hem boyun hem de dirseğin eğilmesinde düzgün olmayan pozisyon vücut üzerinde farklı etkiler göstermektedir. Boyun bükülme riskinin dirsek bükülme riskinden daha tehlikeli olabileceği geleneksel yöntemlerde göz ardı edilmektedir. Çalışan özellikleri ile ilişkili etkiler vücut üzerinde değişmektedir, bunun nedeni ise risklerin bireylerde dağılımı farklı olmaktadır. Çalışma ortamı değerlendirilirken uygun olmayan çalışma ortamı koşullarında risk faktörleri arasında farklılaşma meydana gelmektedir. Ergonomik risk değerlendirme yöntemleri bir dizi farklı risk faktörüne odaklanmada sınırlı kalmaktadır. Hazırlık faaliyetlerinde farklı ve birbiriyle çelişen ergonomik risk kriterleri bulunmaktadır. Bu koşullarda değerlendirme ve öncelik faaliyetleri yöneylem araştırmasının bir dalı olan çok kriterli karar verme yaklaşımı ve karmaşık problemler üzerinde sistematik bir karar verme prosedürü ile gerçekleştirilmektedir. Tez, içsel ve dışsal hazırlık faaliyetlerinde sıralamayı SMED ortamında çok kriterli karar verme problemi ile inceleyerek, ergonomik risk değerlendirme ile de ilgili alana katkı sağlayarak özgünlük sunmaktadır. Bu çalışma, ergonomik konuları içeren bütünsel bir SMED metodolojisi sunmaktadır. Geleneksel SMED'in ilk üç adımı uygulanmıştır. Bazı hazırlık faaliyetleri için ciddi düzeyde ergonomik risk tespit edilmesi durumunda, hazırlık faaliyetlerinin kısa sürede etkin bir yöntem ile yeniden planlanması önerilmiştir. Bu tez çalışması yeni bir çok kriterli karar verme tekniğini SMED metodolojisine entegre eden mevcut çalışmaları ilgili literatürden farklılaştırmıştır, böylece metodoloji mevcut SMED faaliyetlerine ek olarak ergonomik risk faktörlerine göre hazırlık faaliyetlerini değerlendirmiştir. Metodoloji aralık değerli pisagor bulanık analitik hiyerarşi sürecini (IVPF-AHS) aralık değerli pisagor bulanık ideal çözüme benzerlik yoluyla tercih sıralama ile (IVPF-TOPSIS), pisagor bulanık kümeler altında yeni bir çok kriterli karar verme tekniği olarak birleştirmiştir. Ergonomik risk kriterlerinin sayısı artırılarak daha kapsamlı ve hassas bir risk değerlendirme modeli ortaya çıkarılmıştır.

Abstract:
Just in time (JIT), Kanban and SMED implement short setup activities at manufacturing systems and flexible industrial production system is possible. Setup activity time is the time required to produce a specific product from one set of setup operation to the next. Every lot or order needs for setup tasks in the workplace. Offline machine activity includes internal setup tasks. SMED aims to reduce internal setup activities and increase production speed in consideration of the lead time. The machine setup operation is being carried out internal and external. From the 1950s to the present, SMED has concentrated on streamlining and reducing setup activities by transforming internal setup activities to external setup activities. Future innovations in robotics and manufacturing systems depend heavily on setup activity time. Reducing inefficient setup activities improves skilled setup personnel, facility layout, and machine utilization rates. As a result, the manufacturing facility is organized well and there are fewer industrial accidents.
The research question is set-up tasks with SMED methodology investigated in ergonomic and fuzzy environment or not. Literature review investigates SMED method and ergonomic risk assessment. The reviewed studies were grouped according to the list of objectives, which included the SMED method, SMED related applications, and setup optimization.
Successful implementation of SMED contributes to the productivity, flexibility and competition of the industrial manufacturing systems. As in the conventional SMED methodology, focusing only on shortening the setup time by ignoring the human factor causes an increase in work-related musculoskeletal disorders (WMSDs), the lack of continuous improvements, loss of flexibility in product diversity and low efficiency. Worker satisfaction and organizational performance are good for both sides. Particularly, worker requirements and health directly affect the success of SMED activities. Thereby, transforming conventional SMED according to workers' requirements for sustainability and better performance is new attention. To establish a workplace that maximizes both the productivity of the employees and the corporation as a whole, ergonomics merits the study. Operators who have responsible for setup tasks encounters occurrence of one or more risk because of risk factors. The WMSDs suffered by the workers occur by several ergonomic risk factors (i.e., physical workload, organizational, psychosocial-cognitive factors, environmental factors). They exposure different level of seriousness and heaviness when performing setup task which have different characteristics. It can be revealed that evaluation of each setup task ergonomic risk factors is a separate and unique problem that need be resolved for workers requirements systematically.
Although operators take part in the setup activities, improvements are mostly handled neglecting the consideration and motivation of operators. In the conventional SMED method, simplifying and improving operational setup activities are mostly made by improvements based on machines. Since organized workplace attempts operations easier for operators, ergonomics and safety issues should be considered in SMED method. Consideration of operators has been successfully integrated into SMED method in different industries.
Researchers have developed some quantitative and qualitative methods to identify risk factors and evaluate the activities involving different risk factors and rank them according to the order of importance. These risk assessment methods designed to prevent, control, reduce or eliminate workers against sickness, disease, workplace injuries and risk has been a central issue for the organizations over the years in the field of occupational safety and health (OSH). However, these methods have limitation of evaluation whole aspect of risk factor. Considering the above-mentioned issue, the assessment of whole risk factors should be integrated with SMED methodology. MCDM methods are capable of finding causes and characteristics of problems focusing on various aspects and sectors as well.
The exposure levels to ergonomic risk for setup tasks vary according to risk factors including awkward posture, technical conditions, work element, worker characteristics, and physical and mental fatigue. For example, while a setup task may have a catastrophic level risk related to safety, another task may be included risky situations resulting from worker characteristics such as worker gender. Consequently, a model should present priorities for setup tasks with regard to the specific risk factors faced within the setup process. The broad hierarchy of ergonomic risk factors ensures broad identification of ergonomic risk factors that WMSDs risks that may occur in a changeover process are reduced even eliminated by ergonomic risk assessment methods.
Conventional ergonomic risk assessment methods handle all input variables with the same weight. Nevertheless, biomechanical, anatomic, and physiologic effects of input variables on the body are different in case of prolonged exposure to awkward posture, poor environmental condition, improper working safety, high physical and mental fatigue as well as individual characteristics of worker. For example, there is a difference between effects on the body for awkward postures where both neck and elbow are flexions. The fact that the risk of neck flexion may be more dangerous than the risk in elbow flexion is neglected in conventional methods. The effects associated with worker characteristics on body also change. Because the distribution of risks to individuals can be different. When assessing working environment, differentiation occurs among risk factors in the case of improper working environment. Ergonomic risk assessment methods have limitations in focusing on a series kind of different risk factor. There are different and conflicting ergonomic risk criteria in setup activities. In such a situation, the evaluation and prioritization activities are performed with an MCDM approach which is a branch of operations research and a systematic procedure of decision-making on complex problems. Thesis contributes and investigates MCDM problem in SMED environment according to the ergonomic risk assessment to prioritize internal and external setup activities. This study presents a holistic SMED methodology including ergonomic issues. The first three steps of conventional SMED are assigned. In case detecting serious level ergonomic risk for some setup tasks, re-scheduling of set-up activities as an effective method in short period is recommended. Thesis research differentiates current studies from relevant literature integrating a novel MCDM technique into SMED methodology so that methodology evaluate setup tasks according to the ergonomic risk factors in addition to available SMED activities. A novel MCDM methodology combines Pythagorean Fuzzy Analytic Hierarchy Process (IVPF-AHP) and Pythagorean Fuzzy Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution (IVPF-TOPSIS) under pythagorean fuzzy sets for first time. The number of ergonomic risk criteria is extended to reveal a more comprehensive and sensitive risk evaluation model.