Ergonomik kısıtlar altında maliyet tabanlı montaj hattı dengeleme ve işçi-kobot atama problemi

Yıl 2024, , 461 - 472, 21.08.2023

Perihan Bekdemir , Seren Özmehmet Taşan

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1182311

Öz

Uzun yıllar boyunca montaj hattı dengeleme problemi (MHDP) literatürde farkli çözüm yaklaşımlarıyla ele alınmıştır. Son zamanlarda montaj hattında işçilerle aynı istasyonda veya farklı istasyonlarda görev alabilen işbirlikçi/kolaboratif robot (kobot) kullanımı oldukça popüler hale gelmiştir. İşçilerin belirli düzeyin üzerinde enerji tüketimiyle mola sürelerinin hesaplanması problemi de ergonomi perspektifinden değerlendirilmiştir. Bu çalışmada ergonomik kısıtlar altında maliyet tabanlı montaj hattı dengeleme ve işçi-kobot atama problemi (MTMHD-İKAP) ele alınmış ve problemin çözümü için karışık tamsayılı doğrusal programlama (KTDP) modeli önerilmiştir. Kobotların montaj hatlarındaki etkinliğini değerlendirmek için sadece manuel işgücünün olduğu maliyet tabanlı montaj hattı (MTMH), ergonomi perspektifinin göz ardı edildiği MTMHD-İKAP, ergonomi perspektifinin göz ardı edildiği parametrelerdeki değişimin amaç fonksiyonu üzerindeki etkisini değerlendiren MTMHD-İKAP ve ergonomi perspektifinin ele alındığı enerji tüketiminin değişiminin değerlendirildiği MTMHD-İKAP’nin ele alındığı toplam dört farklı senaryo kullanılmış ve sonuçları karşılaştırılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Cobot, • Ergonomic issues, • Mixed integer linear programming, • Linearization, • Cost-based

Kaynakça

• 1. Djuric A.M., Urbanic R., Rickli J., A framework for collaborative robot (CoBot) integration in advanced manufacturing systems, SAE International Journal of Materials and Manufacturing, 9(2), 457-464, 2016.
• 2. Proente. Kolaboratif Robot Nedir?. https://proente.com/kolaboratif-robot-nedir/. Yayın tarihi Temmuz 14, 2021. Erişim tarihi Haziran 28, 2022.
• 3. Maddikunta P.K.R., Pham Q.-V., Prabadevi B., Deepa N., Dev K., Gadekallu T.R., Ruby R., Liyanage M., Industry 5.0: A survey on enabling technologies and potential applications, Journal of Industrial Information Integration, 26, 100257, 2022.
• 4. Zaki A.M.A., Fathy A.M.M., Carnevale M., Giberti H., Application of realtime robotics platform to execute unstructured industrial tasks involving industrial robots, cobots, and human operators, Procedia Computer Science, 200, 1359-1367, 2022.
• 5. Zhang Y.-J., Liu L., Huang N., Radwin R., Li J., From manual operation to collaborative robot assembly: an integrated model of productivity and ergonomic performance, IEEE Robotics and Automation Letters, 6(2), 895-902, 2021.
• 6. Li Z., Janardhanan M.N., Tang Q., Multi-objective migrating bird optimization algorithm for cost-oriented assembly line balancing problem with collaborative robots, Neural Computing and Applications, 33(14), 8575-8596, 2021.
• 7. Cohen Y., Shoval S., A new cobot deployment strategy in manual assembly stations: countering the impact of absenteeism, IFAC-PapersOnLine, 53(2), 10275-10278, 2020.
• 8. Weckenborg C., Kieckhäfer K., Müller C., Grunewald M., Spengler T.S., Balancing of assembly lines with collaborative robots, Business Research, 13(1), 93-132, 2020.
• 9. Dalle Mura M., Dini G., Designing assembly lines with humans and collaborative robots: a genetic approach, CIRP Annals, 68(1), 1-4, 2019.
• 10. Pearce M., Mutlu B., Shah J., Radwin R., Optimizing makespan and ergonomics in integrating collaborative robots into manufacturing processes, IEEE Transactions on Automation Science and Engineering, 15(4), 1772-1784, 2018.
• 11. Menges B., Sarrey M., Henaff P., Integration of A Collaborative Robot In A Hard Steel Industrial Environment, 14th International Conference on Automation Science and Engineering (CASE), 634-637, Ağustos, 2018.
• 12. Michalos G., Spiliotopoulos J., Makris S., Chryssolouris G., A method for planning human robot shared tasks, CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, 22, 76-90, 2018.
• 13. Amen M., Cost-oriented assembly line balancing: Model formulations, solution difficulty, upper and lower bounds, European Journal of Operational Research, 168(3), 747-770, 2006.
• 14. Otto A., Scholl A., Incorporating ergonomic risks into assembly line balancing, European Journal of Operational Research, 212(2), 277-286, 2011.
• 15. Price A., Calculating relaxation allowances for construction operatives—Part 2: Local muscle fatigue, Applied Ergonomics, 21(4), 318-324, 1990.
• 16. Battini D., Calzavara M., Otto A., Sgarbossa F., Preventing ergonomic risks with integrated planning on assembly line balancing and parts feeding, International Journal of Production Research, 55(24), 7452-7472, 2017.
• 17. Finco S., Battini D., Delorme X., Persona A., Sgarbossa F., Workers’ rest allowance and smoothing of the workload in assembly lines, International Journal of Production Research, 58(4), 1255-1270, 2020.
• 18. Weckenborg C., Spengler T.S., Assembly line balancing with collaborative robots under consideration of ergonomics: a cost-oriented approach, IFAC-PapersOnLine, 52(13), 1860-1865, 2019.
• 19. Battini D., Delorme X., Dolgui A., Persona A., Sgarbossa F., Ergonomics in assembly line balancing based on energy expenditure: a multi-objective model, International Journal of Production Research, 54(3), 824-845, 2016.
• 20. Eurostat. Estimated hourly labour costs. https://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php?title= File:Estimated hourly labour costs, 2020 (EUR) F2 Final.png - Statistics Explained (europa.eu). Yayın tarihi Mart 30, 2021. Erişim tarihi Şubat 27, 2022.
• 21. M. Bélanger-Barrette. What is an Average Price for a Collaborative Robot?. https://blog.robotiq.com/what-is-the-price-of-collaborative-robots. Yayın tarihi Nisan 12, 2021. Erişim tarihi Ocak 13, 2022.
• 22. Coronado E., Kiyokawa T., Ricardez G.A.G., Ramirez-Alpizar I.G., Venture G., Yamanobe N., Evaluating quality in human-robot interaction: A systematic search and classification of performance and human-centered factors, measures and metrics towards an industry 5.0, Journal of Manufacturing Systems, 63, 392-410, 2022.