Development of a Software for Standard Time Calculation and Assembly Line Balancing in an Automation Technology Manufacturer

Abstract

In this study, two assembly lines with high product diversity are considered in an automation technology manufacturer. It has been observed that the standard times of the products produced in the assembly lines are incomplete, and there is imbalance in the workloads of the operators. This study aims to eliminate the bottlenecks in the production, to provide continuous flow, and to increase workforce productivity. In the first phase, the predefined time systems MTM-1 and MTM-UAS are compared to determine the standard times. MTM-UAS is chosen due to its fast and close to accurate results. Creating a database that contains the product specifications and production operations, the standard times for all products are determined by MTM-UAS. In the second stage, an integer programming model has been developed for the mixed model assembly line balancing problem, and the model is verified in a pilot application. However, for all products, a solution cannot be obtained quickly and efficiently with the  mathematical model. For this reason, an algorithm based on simulated annealing is proposed. The parameters of the proposed algorithm are determined by experimental design. In the last stage, in order to facilitate the use of the proposed approach in the company, a software with two modules is developed. With the proposed approach, the time needed to calculate the standard time and prepare the work order per product has been reduced from five days to 27 seconds. In addition, an average improvement of 6% in the workforce productivity of each product and an annual production capacity increase of 6.7% are achieved.  

Keywords

• Mixed model assembly line balancing,simulated annealing,standard time,MTM-UAS

BİR OTOMASYON TEKNOLOJİLERİ ÜRETİCİSİNDE STANDART ZAMAN HESAPLAMA VE MONTAJ HATTI DENGELEME YAZILIMI GELİŞTİRİLMESİ

Abstract

Bu çalışmada, bir otomasyon teknolojileri üreticisinde ürün çeşitliliği yüksek olan iki montaj hattı ele alınmıştır. Montaj hatlarında üretilen ürünlerin standart zamanlarının eksik olduğu ve operatörlerin iş yüklerinde dengesizlikler oluştuğu gözlenmiştir. Bu çalışma, üretimdeki darboğazların ortadan kaldırılmasını, sürekli akışın sağlanmasını ve iş gücü verimliliğini arttırmayı hedeflemektedir. İlk aşamada, standart zamanları belirlemek için ön tanımlı zaman sistemleri olan MTM-1 ve MTM-UAS karşılaştırılmıştır. Hızlı ve doğruya yakın sonuçları nedeniyle MTM-UAS seçilmiştir. Ürünlerin özelliklerini ve üretim operasyonlarını içeren bir veri tabanı oluşturularak tüm ürünler için MTM-UAS ile standart zamanlar belirlenmiştir. İkinci aşamada, karışık modelli montaj hattı dengeleme problemi için tamsayılı programlama modeli geliştirilmiştir ve pilot bir uygulamada model doğrulanmıştır. Ancak, tüm ürünler için matematiksel model ile hızlı ve etkin bir şekilde çözüm elde edilememiştir. Bu nedenle, tavlama benzetimi tabanlı bir algoritma önerilmiştir. Önerilen algoritmanın parametreleri deneysel tasarım ile belirlenmiştir. Son aşamada, önerilen yaklaşımın firmada kullanımını kolaylaştırmak amacıyla iki modüllü bir yazılım geliştirilmiştir. Önerilen yaklaşım ile bir ürün için standart zaman hesaplama ve iş talimatı hazırlama süresi beş günden 27 saniyeye düşürülmüştür. Bunun yanı sıra, iş gücü verimliliğinde ürün başına ortalama %6 oranında iyileşme ve yıllık üretim kapasitesinde %6,7 oranında artış sağlanmıştır.

Keywords

• Karışık modelli montaj hattı dengeleme,tavlama benzetimi,standart zaman,MTM-UAS

References

1. Akpınar, S., Bayhan, G. M., ve Baykasoğlu, A. (2013) Hybridizing ant colony optimization via genetic algorithm for mixed-model assembly line balancing problem with sequence dependent setup times between tasks, Applied Soft Computing, 13(1), 574-589. doi: 10.1016/j.asoc.2012.07.024.
2. Aksaraylı, M. ve Altuntaş, S. (2009). Malzeme Taşıma Odaklı Planlama için Üretim Sistemlerindeki Tezgah Yerleşim Düzenlerinin Benzetim Analizi ile Karşılaştırılması. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 15(2), 203-214. (http://dergipark.ulakbim.gov.tr/pajes/article/view/5000088813)
3. Altuntaş, S. ve İşlier, A. A. (2010) Birliktelik Kısıtları Altında Montaj Hattı Dengeleme Problemi İçin Bir Çözüm Yaklaşımı Önerisi ve Bir İşletmede Uygulama, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 16(1), 29-44. (http://dergipark.ulakbim.gov.tr/pajes/article/view/5000088705)
4. Ayan, T. Y. (2009) Kaynak Kısıtlı Çoklu Proje Programlama Problemi için Tavlama Benzetimi Algoritması, Atatürk Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Dergisi, 23(2), 101-118. (http://dergipark.gov.tr/download/article-file/30242)
5. Battaia, O. ve Dolgui, A. (2013) A Taxonomy of Line Balancing Problems and Their Solution Approaches, International Journal of Production Economics, 142(2), 259-277. doi: 10.1016/j.ijpe.2012.10.020.
6. Baykasoğlu, A. ve Dereli, T. (2008) Two-sided Assembly Line Balancing Using an Ant-Colony-Based Heuristic, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 36(5-6), 582-588. doi: 10.1007/s00170-006-0861-3.
7. Boysen, N., Fliedner, M., ve Scholl, A. (2008) Assembly Line Balancing: Which Model to Use When?, International Journal of Production Economics, 111(2), 509-528. doi: 10.1016/j.ijpe.2007.02.026.
8. Boysen, N., Fliedner, M., ve Scholl, A. (2009) Sequencing Mixed-Model Assembly Lines: Survey, Classification and Model Critique, European Journal of Operational Research, 192(2), 349-373. doi: 10.1016/j.ejor.2007.09.013.

9. Çakmakçı, M. ve Karasu, M. K. (2007) Set-up Time Reduction Process and Integrated Predetermined Time System MTM-UAS: A Study of Application in a Large Size Company of Automobile Industry, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 33(3-4), 334-344. doi: 10.1007/s00170-006-0466-x.
10. Delchambre, A. (1996) CAD Method for Industrial Assembly: Concurrent Design of Products, Equipment and Control Systems, John Wiley and Sons, Inc. Chichester, United Kingdom. ISBN: 978-0-471-96261-8.
11. Erel, E. ve Gökçen, H. (1999) Shortest-route Formulation of Mixed-Model Assembly Line Balancing Problem, European Journal of Operational Research, 116(1), 194-204. doi: 10.1016/S0377-2217(98)00115-5.
12. Gökçen, H. ve Erel, E. (1997) A Goal Programming Approach to Mixed-Model Assembly Line Balancing Problem, International Journal of Production Economics, 48(2), 177-185. doi: 10.1016/S0925-5273(96)00069-2.
13. Gökçen, H. ve Erel, E. (1998) Binary Integer Formulation for Mixed-model Assembly Line Balancing Problem, Computers & Industrial Engineering, 34(2), 451-461. doi: 10.1016/S0360-8352(97)00142-3.
14. Gutjahr, A. L. ve Nemhauser, G. L. (1964) An Algorithm for the Line Balancing Problem, Management Science, 11(2), 308-315. doi: 10.1287/mnsc.11.2.308.
15. Helgeson, W.B. ve Birnie, D.P. (1961) Assembly Line Balancing Using the Ranked Positional Weight Technique, Journal of Industrial Engineering, 12(6), 394-398.
16. H/JF MTM Institut (2015) Roberth Bosch GMBH MTM-UAS Document.
17. Karadede, Y., Çalışkan, S., ve Önder, H. H. (2016) Yeni Bir Yöntem Olan Mat-Layout Yazılımı İle Tesis İçi Yerleşimi Ve Bir Örnek Uygulama. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 4(1), 1-13. (http://dergipark.gov.tr/jesd/issue/20875/224052)
18. Kirkpatrick, S., Gelatt, C. D., ve Vecchi, M. P. (1983) Optimization by Simulated Annealing, Science, 220(4598), 671-680.
19. (https://pdfs.semanticscholar.org/e893/4a942f06ee91940ab57732953ec6a24b3f00.pdf)
20. Küçükkoç, İ. ve Zhang, D. Z. (2016) Mixed-model parallel two-sided assembly line balancing problem: A flexible agent-based ant colony optimization approach. Computers & Industrial Engineering, 97, 58-72. doi: 10.1016/j.cie.2016.04.001.
21. Lapierre, S.D. ve Ruiz, A. B. (2004) Balancing assembly lines: an industrial case study. Journal of the Operational Research Society, 55, 589–597. doi: 10. 1057/palgrave.jors.2601708.
22. Lapierre, S. D., Ruiz, A., ve Soriano, P. (2006) Balancing Assembly Lines with Tabu Search, European Journal of Operational Research, 168(3), 826-837. doi: 10.1016/j.ejor.2004.07.031.
23. Laring, J., Forsman, M., Kadefors, R., ve Örtengren, R. (2002) MTM-based Ergonomic Workload Analysis, International Journal of Industrial Ergonomics, 30(3), 135-148. doi: 10.1016/S0169-8141(02)00091-4.
24. Longo, F. ve Mirabelli, G. (2009) Effective Design of an Assembly Line Using Modelling and Simulation, Journal of Simulation, 3(1), 50-60. doi: 10.1057/jos.2008.18.
25. Manavizadeh, N., Hosseini, N. S., Rabbani, M., ve Jolai, F. (2013) A Simulated Annealing Algorithm for a Mixed Model Assembly U-Line Balancing Type-I Problem Considering Human Efficiency and Just-In-Time Approach, Computers & Industrial Engineering, 64(2), 669-685. doi: 10.1016/j.cie.2012.11.010.
26. Maynard, H. B., Stegemerten, G. J., ve Schwab, J. L. (1948) Methods-Time Measurement, McGraw-Hill Book Company: New York.
27. McMullen, P. R. ve Frazier, G. V. (1998) Using Simulated Annealing to Solve a Multiobjective Assembly Line Balancing Problem with Parallel Workstations, International Journal of Production Research, 36(10), 2717-2741. doi: 10.1080/002075498192454.
28. McMullen, P. R. ve Tarasewich, P. (2003) Using Ant Techniques to Solve the Assembly Line Balancing Problem, IIE Transactions, 35(7), 605-617. doi: 10.1080/07408170304354.
29. Orbak, A. Y., Cengiz, T. G., Ulusoy, İ., Akgöz, H. K., Kiriş, M., ve İrice, G. (2011) Bir Otomotiv Yan Sanayi Firmasında Tek Modelli ve Karışık Modelli Montaj Hattı Dengeleme Problemi, Endüstri Mühendisliği Dergisi, 22(1), 21-30. (https://www.mmo.org.tr/sites/default/files/b9eb912dd985f7f_ek.pdf)
30. Özcan, U. ve Toklu, B. (2009) Balancing of mixed-model two-sided assembly lines, Computers & Industrial Engineering, 57(1), 217-227. doi: 10.1016/j.cie.2008.11.012.
31. Özcan, U., Çerçioğlu, H., Gökçen, H., ve Toklu, B. (2010) Balancing and sequencing of parallel mixed-model assembly lines, International Journal of Production Research, 48(17), 5089-5113. doi: 10.1080/00207540903055735.
32. Pastor, R., Andres, C., Duran, A., ve Perez, M. (2002) Tabu search algorithms for an industrial multi-product and multi-objective assembly line balancing problem, with reduction of the task dispersion. Journal of the Operational Research Society 53, 1317–1323. doi: 10.1057/palgrave.jors.2601457.
33. Ramezanian, R. ve Ezzatpanah, A. (2015) Modeling and Solving Multi-Objective Mixed-Model Assembly Line Balancing and Worker Assignment Problem, Computers & Industrial Engineering, 87, 74-80. doi: 10.1016/j.cie.2015.04.017.
34. Rekiek, B., De Lit, P., Pellichero, F., L'eglise, T., Fouda, P., Falkenauer, E., ve Delchambre, A. (2001) A multiple objective grouping genetic algorithm for assembly line design. Journal of Intelligent Manufacturing, 12(5-6), 467-485. doi: 10.1023/A:1012200403940.
35. Roshani, A. ve Ghazi Nezami, F. (2017) Mixed-model Multi-Manned Assembly Line Balancing Problem: A Mathematical Model and a Simulated Annealing Approach, Assembly Automation, 37(1), 34-50. doi: 10.1108/AA-02-2016-016.
36. Scholl, A. (1995) Balancing and Sequencing of Assembly Lines, Physica-Verlag, Darmstadt.
37. Scholl, A. ve Becker, C. (2006) State-of-the-art exact and heuristic solution procedures for simple assembly line balancing. European Journal of Operations Research 168, 666–693. doi: 10.1016/j.ejor.2004.07.022.
38. Simaria, A. S. ve Vilarinho, P. M. (2004) A Genetic Algorithm Based Approach to the Mixed-Model Assembly Line Balancing Problem of Type II, Computers & Industrial Engineering, 47(4), 391-407. doi: 10.1016/j.cie.2004.09.001.
39. Tasan, S. O. ve Tunali, S. (2008) A Review of the Current Applications of Genetic Algorithms in Assembly Line Balancing, Journal of Intelligent Manufacturing, 19(1), 49-69. doi: 10.1007/s10845-007-0045-5.
40. Tseng, H. E. ve Tang, C. E. (2006) A Sequential Consideration for Assembly Sequence Planning and Assembly Line Balancing Using the Connector Concept, International Journal of Production Research, 44(1), 97-116. doi: 10.1080/00207540500250606.
41. Yağmahan, B. ve Emel, E. (2015) Mixed-Model Assembly Line Balancing with Smoothing Approach Based on Tabu Search Algorithm, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 30(1), 57-69. doi: 10.17341/gummfd.73501.