Takım çalışması esaslı demontaj hattı için optimizasyon yaklaşımı: Beyaz eşya endüstrisinde bir uygulama
An optimization aprroach for balancing multi-manned disassembly lines: An application from white goods industry
Yazar: DİCLE ASLAN
Danışman: DOÇ. DR. EMRE ÇEVİKCAN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Endüstri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering

Özet:
Çevre üzerinde hızlı kentleşmenin yanı sıra sanayileşme baskısı nedeniyle ürün geri kazanımı giderek daha kritik hale gelmiştir. Dünya nüfusunun artması, tüketim alışkanlıklarının değişmesi ve teknolojinin hızla gelişiyor olması ile paralel olarak atık miktarında da hızlı bir artış görülmektedir. Dünyada genel olarak sürdürülebilir bir çevre ve ekonomik fayda sağlamak amacıyla atık yönetimi ile ilgili çeşitli yasalar ve yönetmelikler yürürlüğe alınmıştır. Yasa ve yönetmelikler ile atıklar kontrol altına alınmaya çalışılmaktadır. Ancak son yıllarda hızla değişen yaşam alışkanlıkları ve teknoloji ile özellikle elektrikli ve elektronik atıklar dünya üzerinde oldukça fazla artış gösteren atık grubunu oluşturmaktadır. Bu artış hızı ile elektrikli ve elektronik atıklar, evsel atık miktarındaki yıllık artış hızını bile geçmeye başlamıştır. 
Elektrikli ve elektronik ürünün atık olması, o ürünün tekrardan kullanılamaz, tamir edilemez, çalışamaz ve kusurlu olması anlamına gelmektedir. Yalnız bu elektrikli ve elektronik atıklar, bileşenleri ve çevreye olan etkileri bakımından oldukça fazla öneme sahiptir. Elektrikli ve elektronik atıklar içerdikleri metaller bakımından oldukça zengindir ki; altın, gümüş, bakır, çinko, demir ve alüminyum gibi metal bileşenler ve plastik içeriyor olması sebebiyle ekonomik bir değere sahiptir. Elektrikli ve elektronik atıklar artış hızı ve bileşenleri bakımından ayrıca çevresel ve ekonomik bir tehdit de oluşturmaktadır. Genel olarak yaşam ömrünü tamamlamış ya da kullanılmış ürünlerin geri kazanımı hem çevresel hem de ekonomik avantajlara sahiptir. Bu nedenle tekrardan kullanılamayacak durumda olan bu ürünlerin çevresel ve ekonomik sürdürülebilirlik sağlanması bakımdan ürünlerin geri kazandırılması fikri oluşmuştur ve bu kapsamda elektrikli ve elektronik atıkların geri dönüşümü ile ilgili bir düzenlemenin gerekliliği ortaya çıkmıştır. 
Tüm bu olumsuz etkileri ortadan kaldırmak ve ekonomik anlamda katkı sağlamak amacıyla Avrupa Birliği özellikle elektrikli ve elektronik atıkların geri dönüştürülmesi konusunda bir yönetmelik yayınlamış ardından yürürlüğe koymuştur. Söz konusu yönetmelik kapsamında atık elektrikli ve elektronik eşyaların (AEEE) kontrolüne ilişkin çevresel zararları ortadan kaldırmak amacıyla kurallar yer almış ve bu kapsamda üretici ve tüketicilere sorumluluklar yüklenmiştir. Atıkların yönetimi Türkiye'de temel olarak Çevre ve Şehircilik Bakanlığının direkt ya da dolaylı olarak yaptığı çalışmalar ile yürütülmektedir. Atıkların geri kazanımı ve çevreye olan etkilerin minimuma indirilmesi konusunda Avrupa Birliği ile Çevre ve Şehircilik Bakanlığı tarafından belirlenen yönetmeliklere göre üreticiler ve tüketiciler de sorumluluklar taşımaktadır. Ülkemizde elektrikli ve elektronik ürünlerin geri kazanımı konusunda devlet tarafından yönlendirilen politikalar, yapılan yeni yasal düzenlemeler ile üreticileri ürettikleri, tüketicileri de kullandıkları ürünlerin oluşturduğu olumsuz etkiler konusunda sorumlu tutmuştur. Bu kapsamda yapılmak istenen atık olarak nitelendirilen ürünlerin geri dönüşüm oranlarının artırılması hedeflenerek daha sürdürülebilir, temiz bir yaşam oluşturmaya çalışmaktır. Türkiye'de de mevzuat gereği elektrikli ve elektronik ürün üretimi gerçekleştiren şirketler üretmiş oldukları ürünlerden sorumlu tutularak; yaşam ömrünü tamamlamış ürünlerin yeniden ekonomiye kazandırılması ve böylelikle çevresel etkilerin azaltılması istenmektedir. 
Bu kapsamda, Türkiye'nin dayanıklı ev aletleri üretimi yapan en büyük şirketlerinden biri olan uygulama yaptığımız firma, Türkiye'de ilk ve tek şirket olma özelliğini elinde tutarak markasına bakılmaksızın yaşam ömrünü tamamlamış ya da ikinci el elektrikli ürünleri toplayarak bünyesinde yer alan geri dönüşüm tesisi çatısı altında bu ürünlerin geri kazandırılmasını sağlamaktadır. Şirket, yalnızca kendi ürettiği markalı ürünleri değil tüm elektrikli atık ürünleri toplayarak geri dönüştürmesi, çevreye yapılan olumlu etkide büyük bir paya sahip olduğunu göstermektedir. Şirket ayrıca bu ürünlerin toplanması konusunda çeşitli kampanyalar yürütülmekte; bu çalışmalar ve kampanyalar ile hem tekrardan kullanılamayacak olan ürünlere kolayca ulaşılması sağlanmakta hem de tüketicilerin teknolojik seviyesi yüksek, çevre dostu, çevreye daha az zarar verecek ürünleri kullanmasına teşvik etmektedir. Tüketicilerden de kullandıkları ürünlerin oluşturabilecek olumsuz etkilerinin farkına vararak kendilerine düşen sorumluluk kapsamında hareket etmesi ve bilinçli davranması beklenmektedir. 
Atık ürünlerin geri kazanılması konusunda çeşitli yöntemler uygulanmaktadır. Bu yöntemlerden en yaygın olanı demontaj sistemleridir. Ürünün kurtarılmasında hayati bir öneme sahip olan parçaların demontajı, bir ürünün kendi bileşenlerine sistematik bir şekilde ayrılması olarak tanımlanabilir. Bir ürünü oluşturan parçalar hem ekonomik hem de çevresel bakımdan önemli etkilere sahip olabilmektedir. Demontaj sistemleri her ne kadar montaj işleminin tersi gibi düşünülse de daha karmaşık bir yapıya sahiptir. Montaj işlemi sırasında parçalar belli sıra ile ürüne entegre edilirken demontaj sürecinde bu adımlar kesin olarak belirlenmemiştir. Başka bir ifade ile genel olarak bir ürünün demontajı sırasında gerçekleştirilecek adımlar aynı anda yapılabilmekte ya da gruplanabilmektedir. Bu durum, çalışma sistematiğini daha karmaşık bir hale getirmektedir. Demontaj işlemi, zorlu bir süreç olması yanında çevresel sürdürülebilirlik konusundaki yasalar, politikalar, artan bilinç ve üretim sistemindeki ilerlemeler sayesinde büyük bir öneme sahip olmuştur. Bu durumda, demontaj hatlarının etkili tasarımı, kaynak kullanımı açısından demontaj performansını etkilemektedir. Demontaj faaliyetlerinin iyi yapılandırılmış demontaj hatları ile kaynak etkin yürütülmesi, ürünün geri kazanımı verimliliği üzerinde doğrudan bir etkiye sahiptir. Demontaj geri dönüşüm sistemi ile nihai ürün kendini oluşturan parçalarına ayrılarak ekonomik değere sahip olan parçalar ekonomiye kazandırılır; çevreye zararlı olan ürünler ise imha edilebilir. 
Geleneksel demontaj hatlarında her bir işlem için bir çalışan kendisine atanan görevi yerine getirmektedir. Ancak kaynağın ve kapasitenin sınırlı olduğu gerçek üretim sistemlerinde ürün, süreç ve çalışan verimliliğini artırmak amacıyla geleneksel sistemlerden uzaklaşılmıştır. Geleneksel demontaj hattı, ürünün parçalara ayrılması ve taleplerdeki değişikliklere düşük düzeyde esneklik ve adaptasyona sahiptir. Dolayısıyla, talepteki değişiklikler işçi hareketliliğine duyulan ihtiyacı artırdığında, çalışanları istasyonlar arasında transfer etmek zorlaşır. Geleneksel hatlardaki çalışanlar, düşük seviye becerileri ve sınırlı eğitim konusunda uzmanlaşmıştır. Bununla birlikte, çalışanlar arasında uyumluluğun bulunmaması nedeniyle, kusurların hızlı bir şekilde fark edilmesi ve diğer çalışanlardan öğrenme, geleneksel hatlarda zordur. Senkronize olarak çalışma potansiyeli, geleneksel hatlardaki sökme sağlama süresini ve hat uzunluğunu azaltmak için elde edilemez. Bu kapsamda, bir grup işçinin aynı ürün üzerinde aynı anda farklı operasyonlar gerçekleştirdiği çok yönlü iş istasyonları, artan hat performansı potansiyeline sahiptir. 
Gerçek üretim sistemlerinde klasik demontaj hattı çalışma sistematiği yerini takım esaslı çalışma sistematiğine bırakmıştır. Geleneksel çalışma mantığında her bir istasyona bir işçinin atanıyor olmasına karşın takım esaslı çalışmada bir istasyona birden fazla işçi atanabiliyor; ayrıca işler belirli kısıtlar ve kriterler altında gruplandırılarak paralel olarak daha verimli ve hızlı bir şekilde tamamlanabilmektedir. Özetle; bu çalışma yöntemi, klasik yapıya göre kalite, verimlilik, alan kullanımı, çalışan kabiliyetleri ve teslim süresi bakımından avantajlara sahiptir. Pratikte her ne kadar üretim tesislerinde demontaj hatlarına takım esaslı çalışma entegre edilmiş olsa da henüz literatürde bu kapsamda bir çalışma yer almamıştır. 
Tez çalışması, demontaj hatlarına ilk defa takım çalışmasını entegre ederek literatüre katkıda bulunmuştur. Bu araştırma boşluğuna hitap eden çalışma, işçilerin ve açılan iş istasyonlarının sayısını en aza indirgemek amacıyla takım çalışması esaslı demontaj hattı dengeleme problemini çözmek için bir karma tamsayılı doğrusal programlama (KTDP) odaklı optimizasyon yaklaşımı sunmaktadır. Uygulama kısmında gerçek bir çamaşır makinası ve bulaşık makinası demontaj sistemine KTDP model uygulanmıştır. Uygulama, çamaşır ve bulaşık makinesi demontaj hattı sistemlerinde, klasik bir demontaj sistemi tasarımına kıyasla daha kısa demontaj teslim süresi (sırasıyla %47,9 ve %80,9) ve daha düşük alan gereksinimi (sırasıyla %61 ve %60,2) ile sonuçlanmıştır. Çalışma kapsamında KTDP'nin yanı sıra iki sezgisel algoritma da geliştirilmiştir. Geliştirilen her iki sezgisel yöntem de "konum ağırlığı" ve "takip eden iş öğesi sayısı" seçim kriterine göre geliştirilmiştir. Ayrıca önerilen sezgisel yöntemlerin etkili hesaplama performansı ile yeni oluşturulan büyük boyutlu test problemleri üzerinde kabul edilebilir çözümler sağladığı doğrulanmıştır. Karşılaştırma sonuçları, algoritma ve çizelgeleme metodu için sırasıyla takım çalışması esaslı demontaj hattı dengeleme sezgisel yöntemi-1 (MMDLBH-I) ve "maksimum konum ağırlığı" seçim kriterinin üstünlüğünü göstermiştir.

Abstract:
Product recovery has become increasingly critical due to the pressure of rapid urbanization as well as industrialization on environment. In parallel with the increase in the world population, the change in consumption patterns and the rapid development of technology, there is a rapid increase in the amount of waste. Developing and emerging economies are expected to legitimately aim at achieving the welfare of industrialized countries. With today's consumption trends, this will result in an important increase of the focus on resources, while the growth of the waste amount produced and the related environmental burdens. According to economic and environmental conditions, for the manufacturing systems, minimizing the environmental impact of waste materials is one of the significant issues. Therefore, the recent trend in the product recovery process has been increased. Various laws and regulations concerning waste management are currently in place in order to ensure a sustainable environmental and economic benefit in the world in general. Waste is trying to take under control with laws and regulations. However, in recent years, rapidly changing life habits and technology, especially electrical and electronic wastes constitute a significant increase in the world. This rate of increase even exceeds the rate of annual increase the domestic waste amount. 
Waste of electrical and electronic equipments (WEEE) means that the product is not repairable, inoperable and defective. However, these electrical and electronic wastes have considerable precaution in terms of their components and their impact on the environment. Electrical and electronic wastes are complex and very rich in the metals they contain, such as gold, silver, copper, zinc, iron and aluminum, metal components, plastics and so on and it has an economic value since it contains them. Electrical and electronic waste if not properly managed is an environmental and health threat in terms of the rate of increase. In general, recycling of end-of-life (EOL) or used products has both environmental and economic contribution and to enhance resource efficiency the improvement of collection, treatment and recycling of the waste products is essential. For this reason, the idea of reclaiming products in terms of environmental and economic sustainability of these products, which cannot be used again, has emerged and the necessity of a regulation regarding the recycling of such wastes in relation to electrical and electronic wastes has emerged. 
In order to remove all these negative effects and contribute to the economy the European Union has issued and enforced a regulation on the recycling of electrical and electronic products named the Directive on electrical and electronic waste equipment (WEEE Directive). The WEEE Directive requires the collection and recycling the electrical and electronic waste. In this context, the producers are expected to design their products by evaluating the recycling, recycling and degradability possibilities based on the fact that the producers are also responsible for the end of the life of their products. The WEEE Directive aims to protect the environment and human health by adopting the waste management strategies related to recycling and reuse, using the natural resources wisely by the WEEE Directive. This regulation includes rules to eliminate environmental damages related to the control of waste electrical and electronic goods, and responsibilities to producers and consumers to reduce the effect. Waste management of the Ministry of Environment and Urban Planning in Turkey are carried out mainly by direct or indirect this work. Manufacturers and consumers are also responsible for the recovery of wastes and for minimizing the impact on the environment, according to regulations laid down by the European Union and the Ministry of Environment and Urbanization. Government-led policies on the recovery of electrical and electronic products in our country bear responsibility for the damage caused by the novel legal regulations and products manufactured by the producers and used by the consumers. Therefore, it is aimed at increasing recycling rates and trying to create a more sustainable and clean life. Companies in Turkey are required performing to bring in money to economy and thus reduce the environmental impact as recovering of the electrical and electronic EOL products. 
In this context, the company carried out the application, one of Turkey's largest companies engaged in the production of durable home appliances, is the first and only company that with regardless of the brand collects the EOL or second-hand electrical products and recycles the products in the recycling plant. The fact that the company not only produces and recycles its own branded products but also recycles all branded electrical waste products and shows that it has a big share and contribution in the environment. Various campaigns are carried out to collect these products; thanks to these works and campaigns, it is ensured that both the products which cannot be used again are easily reached and the consumers are encouraged to use the products with high technological level, nature friendly and less harm to the environment. It is expected that consumers will be aware of the negative effects of the products they use and they will be responsible for their responsibility. 
Various methods are applied to recover waste products. The most common of these methods is disassembly systems. Having a vital importance on product recovery, disassembly might be described as the separation of a product into its components in a systematic manner. The components of a product might have significant economic and environmental impacts. Although disassembly systems are considered to be the opposite of the assembly process, they have a more complex and challenging structure. While the parts are integrated into the product in a certain order during the assembly process, these steps have not been determined precisely and might not be checked as in an assembly environment in the disassembly process. In other words, the steps to be taken during the disassembly of a product in general can be performed or grouped at the same time. This makes the working systematic more complex. In addition to being a challenging process, the disassembly process has been of great importance due to the laws, policies, progressive consciousness and progress in the production system. In this case, the effective design of the disassembly lines affects the performance of disassembly in terms of resource utilization. The effective execution of disassembly activities with well-structured disassembly lines has a direct impact on product recovery efficiency. With disassembly system, the final product is divided into its constituent parts and the parts having economic value are added to economy; also the products which are harmful to the environment are transferred to the destruction facilities for disposal. Disassembly has attracted significant importance which stems from the increasing consciousness about environmental sustainability and the advances in manufacturing systems. That being the case, effective design of disassembly lines stimulates disassembly performance in terms of resource utilization. Resource-effective execution of disassembly activities via well-structured disassembly lines has a direct effect on the product recovery efficieny. 
In traditional disassembly lines, for each workstation, only one worker may be assigned. However, in production systems where resource and capacity is limited, classical systems have been moved away in order to increase product, process and employee productivity. The conventional disassembly line has low level of flexibility and adaptation to changes in product design and demand. So the changes in demand worker mobility increase and transferring them between stations becomes difficult. Workers in a traditional line have specialized low level skills and limited training. In addition, quick realization of defects and learning from other worker may not be obtained in conventional lines owing to the fact cohesiveness among workers does not exist. The potential of working synchronously cannot be achieved for decreasing disassembly lead time and line length in conventional lines. In this multi-manned workstations context, a group of workers who perform on the same station different tasks simultaneously on the same product and the capability of assigning more than one worker to each workstation, have the potential for increased line performance. In the production systems, the classical disassembly works has been replaced by the multi-manned working system. As for disassembly system design aspect, lines with multi-manned workstations are not only a novel branch of disassembly line balancing problem (DLBP), but also suitable for industries with large-sized products. DLBP allocates the disassembly tasks in sequence manner and makes the optimization of performance criterias such as cycle time, number of workers, number of workstations, work load and so on. In the traditional work logic, although a worker is assigned to each task, in a multi-manned system a worker can be assigned to more than one task and can carry out the assigned tasks according to task precedence, and the work is completed more efficiently and quickly by grouping under certain constraints and criteria. In summary; this method of operation has advantages in terms of quality, efficiency, space utilization, worker skill and lead time compared to classical structure. In the literature, disassembly line balacing is widely studied and the number of studies has increasing year by year. Furthermore, studies in the literature regarding multi-manned stations has increasing trend. However, there is no any study about multi-manned disassembly lines. Multi-manned workstation integrated design has not yet been proposed for disassembly line balancing problem. 
This study contributes to the relevant literature by integrating multi-manned stations to disassembly lines for the first time. This study is the first attempt to address a mixed integer linear programming (MILP) oriented optimization approach to solve multi-manned DLBP with the aim of minimizing the number of workers and workstations. An AND/OR graph is structured in the model and used to indicate precedence sequence among tasks. A MILP model and two framework heuristic algorithms are developed with the aim of minimizing the number of workers and workstations. MILP model is solved by using mathematical programming software named GAMS and was applied to a real life washing machine and dishwasher disassembly line. For washing machine and dishwasher multi-manned disassembly line system, the application resulted in shorter disassembly lead time (respectively 47.9% and 80.9%) and lower space requirement (respectively 61.0% and 60.2%) when compared to a classical disassembly system design. Moreover, the computational efficient performance of the proposed heuristics has been verified on newly generated large-sized test problems. The comparison results indicated the superiority of MMDLBH-I and "maximum positional weight" for framework algorithm and task selection rule, respectively.