Karma modelli düz ve U-tipi montaj hatlarının bazı özel durumlar altında dengelenmesine yönelik çözüm yaklaşımlarının geliştirilmesi
Developing solution approaches for balancing straight and U-type mixed model assembly lines under some particular conditions
Yazar: NEŞE YALÇIN
Danışman: PROF. DR. CEMAL ÖZGÜVEN
Erciyes Üniversitesi / Sosyal Bilimler Enstitüsü / İşletme Ana Bilim Dalı / Üretim Yönetimi ve Pazarlama Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering ; İşletme = Business Administration
Dizin: Karma modeller = Mixed models ; Montaj hattı = Assembly line ; Montaj hattı dengeleme = Assembly line balancing ; Tam sayılı programlama = Integer programming

Özet:
Geleneksel montaj hatlarının değişen müşteri talepleri ve üretim ihtiyaçları doğrultusunda modernize edilmesiyle, yeni hat yapıları ve üretim sistemleri ortaya çıkmaktadır. Bir montaj hattında sadece tek bir ürün yerine benzer özellikteki farklı ürünlerin ya da bir ürünün farklı modellerinin üretilmesi karma modelli montaj hatlarının önemini arttırmıştır. Bunun yanı sıra, hat yerleşimi montaj hatlarında malzeme akışının etkin bir şekilde yürütülebilmesi açısından önemlidir. U-Tipi hat yerleşimi, Tam Zamanında Üretim (TZÜ) sistemlerinin sürekli iyileştirme ve verimlilik artırma yönündeki çalışmalarının bir sonucu olarak ortaya çıkmıştır.Karma modelli montaj hatlarında üretilen benzer özellikteki farklı ürünlerin temel özelliği, bu ürünler arasında bir takım ortak görevlerin bulunmasıdır. Klasik karma modelli montaj hattı dengeleme problemlerinde farklı ürünlere ait ortak görevlerin aynı istasyona atandığı ve ortak görevler arasında öncelik ilişkileri açısından bir çelişkinin (uyumsuzluğun) olmadığı varsayılır. Ortak görevlerin aynı istasyona atanmasıyla, bu ortak görevlerin birden fazla istasyonda yapılmaması sayesinde montaj hattında görev tekrarı maliyetleri (görev yatırım maliyetleri) engellenebilmektedir. Ancak, ortak görevlerin aynı istasyonda yapılmasıyla, görev atama esnekliğinin kısıtlanması ve daha iyi hat dengelerinin elde edilebilme imkânının engellenmesi söz konusu olabilecektir. Diğer taraftan, benzer ürünlere ait bazı ortak görevler yüksek yatırım maliyeti gereksinimlerinden ya da aynı kalifiye işçi tarafından yapılma zorunluluğundan dolayı tekrar edilemeyebilir. Ayrıca, pratikte benzer ürünlerin ya da bir ürünün farklı modellerinin farklı özellikteki tasarımlarından dolayı, ürünlerin ortak görevleri arasındaki önceliklerin çelişkili olması durumuyla karşılaşılması söz konusu olabilir.Bu çalışmanın amacı, klasik karma modelli montaj hatlarının dayandığı bazı temel varsayımları farklı bir bakış açısıyla incelemek ve gerçek üretim ortamlarında karşılaşılabilen bazı özel durumlara yönelik çözüm yaklaşımları sunmaktır. Karma modelli düz ve U-Tipi montaj hatlarının öncelik çelişkisi ve görev tekrarı durumlarında dengelenmesi bu çalışmanın temelini oluşturmaktadır.Bu amaç doğrultusunda, öncelik çelişkisi ve görev tekrarı durumlarında karma modelli düz ve U-Tipi montaj hattı dengeleme problemlerinin çözümü için tamsayılı programlama yaklaşımları önerilmiştir. Önerilen yaklaşımlarda görev atama kısıtının kısmen gevşetilmesiyle ortak görevler, farklı istasyonlara atanarak tekrar edilebilen ve tek bir istasyona atanarak tekrar edilemeyen görevler olmak üzere iki kümede ele alınmıştır. Bu yaklaşımların amacı, bir montaj hattında istasyon açma maliyeti ile görev tekrarı maliyetlerinden oluşan toplam maliyetin minimize edilmesidir. Ayrıca çalışmada, karma modelli düz ve U-Tipi montaj hattı dengeleme problemleri için önerilen yaklaşımlar görev atama kısıtının tamamıyla gevşetilmesiyle ortak görevlerin tamamının tekrar edilebilir olduğu varsayım doğrultusunda esnek hale getirilmiştir. Önerilen ve esnetilen modellerin çözüm performansları karma modelli montaj hatlarının özel durumları için geliştirilen küçük, orta ve büyük boyutlu test problemleri üzerinde test edilerek karşılaştırılmıştır. Test problemlerinden elde edilen sonuçlar incelendiğinde, karma modelli U-Tipi montaj hatlarının karma modelli düz hatlara göre daha düşük maliyetli hat dengelemeye imkân sağladığı görülmüştür. Ayrıca modellere göre elde edilen sonuçlar incelendiğinde, her iki hat yapısında görev atama esnekliğine bağlı olarak ortak görevlerin tamamının tekrar edilebilir olması durumunun bazı ortak görevlerin tekrar edilebilir olması durumuna göre daha düşük maliyetli hat dengelemeye imkan sağladığı belirlenmiştir.

Abstract:
The production systems and new assembly line shapes have been formed by modernizing the traditional assembly lines by means of the changed customer demands and production requirements. Producing different products having similar assembly process or different models of a product type instead of producing only one product type increases the significance of the mixed model assembly lines. In addition, line layout on the assembly lines is important in terms of the effectiveness of flow of materials. U-Shaped line layout have emerged as a result of continuous improvement of and cost reduction efforts on Just-In-Time (JIT) systems.The main characteristic of the different products on mixed model assembly lines is common tasks among these products. In traditional mixed model assembly lines, assignment of the common tasks for different products to the same station and the lack of conflicts (unconformities) between the common tasks in terms of the precedence relationships are assumed. The task duplication costs (task investment cost) can be prevented by assigning the common tasks to the same stations instead of by assigning them to more than one station with duplication. As a result of making no task duplications, the flexibility of task assignment may be restricted and also obtaining line balances with higher quality solutions can be prevented. On the other hand, some of the common tasks cannot be duplicated by assigning to different stations because of high investment cost requirements or performing the same skilled worker necessities. Furthermore, in practice, it may be possible to encounter conflicting precedence relationships between the common tasks because of the design differences of the similar products.The essential purpose of this study is to examine the basic assumptions of the mixed model assembly lines from a different viewpoint and to propose solution approaches for the some particular conditions encountered in the real production environments. This study has mainly focused on balancing mixed model straight and U-Shaped lines with conflicting precedence relationships and duplicable common tasks.In line with this purpose, the integer programming approaches are proposed for mixed model straight and U-Shaped lines with conflicting precedence relationships and duplicable common tasks. The proposed approaches are based on the classification of the common tasks into two sets; tasks from set duplicable common tasks have to be assigned to single station and tasks from set not duplicable common tasks have to be assigned to different stations with the partial relaxation of the task assignment constraints. The objective of these approaches is to minimize the total cost associated with station costs and task duplication cost. In this study, the proposed approaches for mixed model straight and U-Shaped assembly line balancing problems are also relaxed in line with the assumption that all of the common tasks may be duplicated, by relaxing all of the task assignment constraints. The proposed and relaxed integer programming models have been examined for their solution performance on the small, medium and large sized problems generated for the various conditions under the mixed model assembly lines. The outcome of the analysis has shown that it is possible with the U-Shaped line layouts to balance the assembly line at a lower cost than with straight line layouts. Also, results of the proposed and relaxed models show that when all of the all of the common tasks are taken to be duplicable, balancing cost becomes generally lower (never higher) than in the case where some of the common tasks are duplicable and some are not.