Çifte kaynak kısıtlı grup teknolojisi üretim sistemlerinin bozucu faktörlere dayanıklı tasarımı

Grup Teknolojisi üretim sistemi son yıllarda cazip bir üretim felsefesi haline gelmiştir. GT ve GT'nin atölye seviyesindeki uzantısı olan Hücresel İmalat, yüksek derecede rekabet gerektiren pazar ortamlarında başarı ile uygulanmaktadır. Böyle bir sisteme olan ihtiyaç arttıkça, GT'nin önemi de gün be gün ve bilinçli bir şekilde anlaşılmaktadır. GT'nin tarihçesi 1925'de Flanders ile başlar. Flanders, standartlasın iş ürünleri en az taşıma gerektirecek şekilde imal etmek için ürüne yönelik kısımlar tarif etmiştir. 1937'de Sokolovski ise benzer özelliklere sahip parçaların birlikte ve standartlaşmış süreçlerle imal edilmesini önermiştir. 60'larda GT üretim sistemleri için ilk sistematik planlama ve kontrol sistemi Burbridge tarafından önerilmiştir. Bu çalışmalar ve bunların takipçileri ile GT, bir yerleşim yöntemi olmaktan çok bir üretim felsefesi haline gelmiş ve bütün imalat dünyasına yayılmıştır. GT 'benzer şeylerin benzer şekilde yapılmasını' vurgular. Şeylerden kasıt, ürün tasarımı, proses planlaması, imalat, montaj, üretim kontrolü vs. dir. Ancak GT, yönetim fonksiyonlarındaki tüm aktivitelere de uygulanabilmektedir. Kurmay sahası üretim olan organizasyonlarda, üretim tesislerinin birbirinden bağımsız birimler halinde düzenlenmesi için harcanan çaba argümanlarını GT felsefesinden alır. GT'nin bir uzantısı olan Hücresel İmalat, imalat tesislerinin küçük hücrelere bölünmesini ve belirli parça türlerinin aralarındaki benzerliğe dayanarak gruplanmasını ve bunların hücrelere atanmasını gerektirir. Değişik işleme özelliklerine sahip makinaların bir araya getirilmesi fikri akış tipi üretim hatları ve GT ile ortaya çıkmıştır. Shunk 1980'lerde GT için detaylı bir tanım yapmıştır. '... parçalar, süreçler, ekipmanlar, takımlar, insanlar ya da müşteri istekleri gibi şeyleri aralarındaki ve içlerindeki benzerliklere bakarak nitelikleri ile tanımlamak, bunları benzerliklere dayanarak aileler halinde gruplamak ve son olarak da, benzerliklerin getirdiği avantajlardan faydalanarak bu şeylerin yönetimindeki etkinliği ve etkenliği arttırmak için disipline edilmiş bir yaklaşımdır. GT ile kazanılan performans artışı, temelde, birbirlerine yakın bir şekilde yerleştirilmiş ve arka arkaya gelen proseslere, küçük partilerle ve transfer partileri ile üretime, hazırlık ailelerine ve hazırlık sürelerinin düşürülmesine, azaltılmış planlama çabasına, çok fonksiyonlu işgörenlere ve esnekliğe dayanır. GT'nin bu özellikleri onu, karşılaşılan üretim yönetimi sorunlarının çözülmesi için etkin bir yaklaşım yapar. Üretim yönetimi açısından, GT ile kazanılan performans artışının önemli bir miktarı hazırlık sürelerindeki düşüşe atfedilebilir. Bu düşüşün arkasındaki ana argüman, yeni bir iş emri için makinaları hazırlama ile geçecek toplam zamanın, benzer parçalarla çalışıldığında azalacağıdır. Üretim kapasitesindeki artış bir yana, bu avantaj daha kısa akış sürelerine ve daha az proses içi stok envanterine yol açacaktır. Yukarıda değinilen sonuçlar küçük partilerle imalata olanak sağlayacaktır. Ayrıca GT yaklaşımı ile takım yönetiminde, üretim çizelgelemede, iş emri takibinde, malzeme taşıma ve kalite kontrol aktivitelerinde birçok basitleştirme yapılabilecektir. iGT'nin bu faydalan aynı zamanda esnek bir imalat sistemi de sağlar. Esnekliğin en temel bileşenlerinden biri de işgücü esnekliğidir. Çok fonksiyonlu işgörenler birden fazla makinayı çalıştırabilecek yeteneğe sahiptir ve dolayısıyla çevrim süresi, proses içi stok seviyesi ve üretim hızı, bir imalat hücresine atanmış işgörenlerin artırılması veya azaltılması ile ayarlanabilmektedir. İmalatla uğraşan firmalar arasında makina kısıtlı üretim sistemlerinin sayısı hem makina hem de işgören kısıtlı sistemlerin sayısından anlamlı ölçüde daha azdır. Bu ortam Çifte Kaynak Kısıtlı sistemler olarak adlandırılır. ÇKK sistemlerde karşılaşılan problemler sadece makinaların kısıtlı olduğu sistemlere nazaran daha farklı ve karmaşıktır. Klasik çizelgeleme, parti büyüklüğü belirleme, atölye yükleme, kontrol... problemlerine ek olarak, ÇKK sistemlerde işgücü belirleme, işgören atama ve işgören transfer problemleri de vardır. İşgücü belirleme problemi bir imalat hücresine tahsis edilecek işgören sayısının bulunması ile ilintilidir. İşgören atama probleminde, işgörenlerin dinamik olarak olan kendilerini bekleyen makinalara atanması kararı verilir. İşgören transfer problemi ise, işgörenin başka bir makinaya servis verme zamanının bulunmasıdır. ÇKK sistemlerdeki diğer bir problem de Makina etkileşimi olarak adlandırılır. Zamanda belirli bir anda işgörenin operasyonun tamamlanabilmesi için makinayı bekleyeceği ya da makinanın, işgörenin boşa çıkması için beklemesi mümkündür. Makina etkileşimi problemi hem işgören hem de makina beklemelerinin minimizasyonunu gerektirir. Makina kısıtlı ve ÇKK sistemler hakkındaki düşüncelere karşın, GT üzerine yapılmış çalışmalar sadece makinaların kısıtlı olduğu sistemlere odaklanmıştır. Bu literatür, savunmanın ikinci bölümünde verilmiştir. Ürün spesifikasyonlarındaki hızlı değişimlere uyum sağlayabilme yeteneği, performans ölçütleri sisteme özel seçilse bile firmalar için ortak bir ihtiyaç halini almıştır. 'Çabuk Cevap Verebilen Üretim Sistemleri'nin tasarımında imalat temin süresi, diğerleri arasında performansın en önemli ölçütü kabul edilmektedir. Çünkü imalat temin süresi esnekliğin ve üretim maliyetlerinin ana bileşenidir. Dolayısıyla GT üretim sistemleri, kısa imalat temin süreleri nedeniyle 'Çabuk Cevap Verebilen Üretim Sistemleri' arasında sayılmaktadır. Bütün bu çıkarımlar GT üretim sistemlerinin çekiciliğini vurgulasa da GT'ni, bir üretim sisteminin tasarımında tek yaklaşım olarak kabul edemeyiz. Özellikle düşük proses içi stoklarla çalışması ve makina kapasitesinin belirli parça ailelerine tahsis edilmesi GT'ni sistem durumundaki beklenmedik değişimlere karşı daha duyarlı yapar. Makina arızaları, talepteki dalgalanmalar, hazırlık ve operasyon sürelerindeki yüksek değişim, işgörenler arasındaki farklı yetenek ve performans özellikleri vs., sistem performansını kötü bir şekilde etkileyen faktörlerdir. Bu değişimlerin kaynakları 'bozucu faktörler' olarak adlandırılır. GT yukarıda değinilen özelliklerinden dolayı, bozucu faktörlerden, atölye tipi üretim sistemlerinin olduğundan daha fazla etkilenebilmektedir. Göreceli olarak daha yüksek proses içi stok seviyelerinde çalışan ve alternatif makina kapasitelerini kullanan atölye tipi üretim sistemleri, bozucu faktörlere duyarsız kalma bakımından daha dayanıklı olacaklardır. Bu nedenle GT üretim sistemlerinde, bozucu faktörlere dayanıklı tasarım konularının araştırılmasının, özellikle gerçek hayat problemleri ile uğraşırken, çok önemli rol oynayacağını söylemek yanlış olmayacaktır. Bozucu faktörlere dayanıklı bir GT sistem tasarımı, imalat hücreleri, parça aileleri, fikstürler, takımlar, esnek işgücü, çizelgeleme kuralları, atölye yükleme stratejileri vs. gibi tasarım faktörlerinin bozucu faktörlerle birlikte ele alınmasını gerektirir. GT literatüründe rastlanılan yaygın yaklaşım, bir veya daha fazla performans ölçütünü optimize eden tasarım alternatiflerini veya çalışma şartlarını bulmaktır. Ancak bu çalışmalarda ne yazık ki ne bozucu faktörler ne de bunların etkileri sistematik bir şekilde analiz edilmemiştir. Buna karşılık gerçek hayat uygulamalarında 'iyi' olarak sunulan bir çözüm bozucu faktörlerden etkilenmemelidir. Diğer bir deyişle, sistem performansı bozucu faktörlerin seviyelerindeki değişimlere mümkün olabildiğince duyarsız olmalıdır. Aksi takdirde başlangıç şartlarında en iyi performansı gösteren bir tasarım alternatifi, böyle bir değişiklik sonunda en kötü performansı gösterebilir. Gerçek hayatta 'iyi' performans gösterecek bir sistem tasarımı önerme durumunda olan bir analist kontrol edilemeyen içsel ve dışsal faktörleri de hesaba katmalıdır. Wild ve Pignatiello bozucu faktörlere dayanaklı tasarımı çok basit fakat aynı zamanda çok da güçlü bir örnek ile açıklamaktadır: İki farklı parça üreten düşünsel bir atölye tipi imalat sistemi 4 işleme merkezinden ve bir AGV'den oluşmuştur. Tasarım faktörleri; her bir işleme merkezindeki makina sayısı, AGV sayısı ve makinaların giriş stok alanındaki kuyruk çizelgeleme kurallarıdır. Tasarım faktörleri ve onların seviyeleri Tablo i. de verilmiştir. Tablo i. Tasarım Faktörleri ve Seviyeleri Tasarım Faktörleri Seviyeleri 1 2 1. işleme merkezindeki makina sayısı 2. işleme merkezindeki makina sayısı 3. işleme merkezindeki makina sayısı 4. işleme merkezindeki makina sayısı AGV sayısı Kuyruk çizelgeleme kuralı Amaç akış süresi performans ölçütü için en iyi sistem konfigürasyonunu bulmaktır. Atölye tipi üretim sisteminin çalışma şartlarını belirleyecek iki alternatif ortam mevcuttur. Çalışma şartlarını temsil eden Tablo ii deki gibidir. Tablo ii. Ortam Şartları ve Seviyeleri Ortam Şartları Ort. 1 Ort. 2 A Parçasının üretim oranı Ortalama gelişler arası süre 1. işleme merkezindeki ortalama operasyon süresi 2. işleme merkezindeki ortalama operasyon süresi 3. işleme merkezindeki ortalama operasyon süresi 4. işleme merkezindeki ortalama operasyon süresi Farklı çalışma şartlarında sistem konfigürasyonlarının simülasyon sonuçları Tablo iii. de görülmektedir. Son iki sütundaki sayılar parçaların ortalama iş akış sürelerini temsil etmektedir. Bunların ilki birinci ortam şartlarını diğeri ikinci ortam şartlarını temsil eder. İncelenecek olursa, ilk ortamda 5. ve 7. tasarımlar en düşük akış sürelerine sahiptir (sırasıyla 24.8 ve 24.9 dk.). XIVTablo iii. Simülasyon Sonuçları A Parçasının üretim oranı: Ortalama gelişler arası sure: 1. işleme merkezindeki ortalama operasyon süresi: 2. işleme merkezindeki ortalama operasyon süresi: 3. işleme merkezindeki ortalama operasyon süresi: 4. işleme merkezindeki ortalama operasyon süresi: Tasarım No. TASARIM FAKTÖRLERİ OT ALAMA İŞ AKIŞ SÜR. İkinci ortam koşullarında ise 1. ve 2. tasarımlar en düşük akış sürelerini vermiştir. 5. ve 7. tasarımların ortalama iş akış süreleri, birinci ortamdan ikinciye geçerken dramatik miktarlarda artmıştır (sırasıyla 24.8 dk.'dan.58. 7 dk.'ya ve 24.9 dk.'dan 72.5 dk.'ya). Bu sonuçlardan da görüleceği üzere açıktır ki, aynı sistem tasarımı alternatifler arasından en iyi olarak seçilemeyecektir. Aynı zamanda, sadece bir tek çalışma şartını içeren bir deney tasarımı bozucu faktörlere dayanıklı bir sistem tasarımını bulmaya olanak vermeyecektir. Optimum bir tasarıma ulaşmak amacıyla tasarım faktörlerinin seviyelerinin bulunmasında en fazla kullanılan tekniklerden biri de Yanıt Yüzeyi Metodolojisi'dir. YYM, matematiksel ve istatistiksel tekniklerin bileşiminden oluşan ve bağımsız değişkenlerin bir bağımlı değişkeni etkilediği problemlerde, çıktıyı optimize etmek üzere kullanılan bir tekniktir. , x2, x3,..., xk, bağımsız değişkenler olsun. YYM'de bu değişkenler sürekli ve analist tarafından kontrol edilebilirdir. Değişkenlerle çıktı arasındaki ilişki aşağıdaki gibidir: y - j (Xj, x2, x3,..., xk ). Burada deneysel hatayı temsil eden rassal hata bileşenidir. Birçok YYM probleminde çıktı ve bağımsız değişkenler arasındaki ilişkinin şekli bilinmez. Bu nedenle YYM'deki ilk adım ilişki için uygun bir yaklaşım bulmaktır. Genellikle bağımsız değişkenlerin belirli bir bölgesinde birinci derece bir polinom model uygulanır. Eğer eğrisellik tespit edilirse ikinci ve daha yüksek dereceden polinom modeller kullanılır. Uygulanan bütün polinom modeller, gerçek yanıt yüzeyine sınırlı bir araştırma alanı içinde bir yaklaşımdan ibarettir. Bir yanıt yüzeyi, ancak deneysel tasarımın seçimine gereken ağırlık ve önem verilirse etkin bir şekilde uydurulabilir. Modeldeki bağımsız değişkenlerin katsayılarını kestirmek için genellikle ortogonal birinci ve ikinci derece tasarımlar kullanılır. Başlangıç çözüm alanında birinci derece tasarım uygulandıktan sonra, optimum nokta civarına ulaşmak için YYM'nin bir optimum araştırma yöntemi XVolan en dik artış metodu kullanılır. Metot, ardışık bir şekilde ve en dik artış yörüngesi boyunca, ki bu çıktıdaki maksimum artışı veren yöndür, hareket eden bir prosedürdür. Bu doktora tezinde Çite Kaynak Kısıtlı Grup Teknolojisi Üretim Sistemlerinin Bozucu Faktörlere Dayanıklı Tasarımı için bir metodoloji önerilecek ve gerçek bir cam kalıbı imalat sistemine uygulanacaktır. Çalışmanın içindekiler aşağıdaki gibi özetlenebilir: Bölüm bir, teze giriş niteliğindedir. Bu kısımda GT'nin tarihi, karakteristikleri, üretim sistemlerinde karşılaşılan problemler, problem çözme yaklaşımları ve bozucu faktörlere dayanıklı tasarımlara duyulan ihtiyaç konularına değinilmiştir. Bölüm iki, grup çizelgeleme, ÇKK sistem araştırmaları, atölye yükleme, imalat ve malzeme taşıma sistemlerinde bozucu faktörlere dayanıklı tasarım çalışmaları üzerine detaylı bir yayın taramasını içerir. Bölümün sonunda, bunları çalışma alanlarına göre ayıran ayrıca, amaçlarını, araştırma metotları, analiz metotları ve katkılarını da içeren bir tabloda yer almaktadır. Bölüm son zamanlarda yapılmış olan çalışmaların eleştirisi ve bu teze olan katkıları ile sona erer. Bölüm üçte, deneysel optimizasyon yaklaşımı olan Yanıt Yüzeyi Metodolojisi kısaca açıklanmıştır. Bölümde ayrıca, mekanik ve ampirik modeller, polinom model yaklaşımları, özel yanıt yüzeyi tasarımları, ampirik modellerin geçerliliği, uyum testi, uyum eksikliği testi, polinom modellerin optimizasyon prosedürü, en dik artış metodu ve kanonik analiz konularına değinilmiştir. Bölüm dört, ÇKK GT üretim sistemlerinde bozucu faktörlere dayanıklı tasarım için bir uygulama içerir. Bölüm, cam kalıbı üretim sisteminin tanımlanmasıyla başlar. Üretim sisteminin özelliklerinin tanımlanmasında, imalat kaynaklan, ürün tipleri, operasyon sıraları, rota bilgileri, hazırlık işleri, çok fonksiyonlu işgörenler ve yetenek matrisleri açıklanmış, arkasından tasarımın bileşenleri, diğer bir deyişle, deneysel faktörler anlatılmıştır. Deney tasarımının belirlenmesinin ardından YYM ile optimizasyon için yeni bir performans ölçütü önerilmiştir. Yeni performans ölçütü; teorik imalat temin süresi ortalamasının bozucu faktör kombinasyonları üzerindeki deneyler ile oluşturulan güven aralığının üst sınırı olarak tanımlanmıştır. Cam kalıbı imalat ortamının simülasyon modeli bölüm dördün bir sonraki kısmında yer almaktadır. Bölümde son olarak, modelin varsayımları, parametreleri, modelin bileşenleri, üretilen parçaların hayat çevrimi, modelleme mantığı, modelin testi ve geçerliliği, modelleme taktikleri anlatılmıştır. Bölüm beş, YYM'ni ve onun lokal arama prosedürü kullanılarak gerçekleştirilen deneysel optimizasyon sürecini içerir. Optimizasyon safhası boyunca yeni performans ölçütü kullanılmıştır. Deneysel optimizasyonda kullanılan istatistiksel analiz metotları; faktör etkileri için ANOVA, regresyon anlamlılık testi, uyum eksikliği testi, ikili karşılaştırmalar ve çoklu tasarım alternatiflerinin farklılığının testi için ANOVA'dır. Bölümün sonunda tasarım alternatiflerinden biri cam kalıbı imalat sistemi için en dayanıklı konfıgürasyon olarak seçilmiştir. Altıncı bölüm, sonuç ve bitiriştir. Bozucu faktörlere dayanıklı sistemlerin tasarımı için genel notlar, uygulama sürecinde rastlanılan zorluklar, değişime olan direnç, bozucu faktörlere dayanıklı sistemlere olan ihtiyaç ve Tam Zamanında Üretim ile ilişkiler bu bölümde anlatılmıştır. Ayrıca ileri araştırma konularına da değinilmiştir. i