Robot yer seçimi ve işçi-istasyon ataması düşünceleri altında hat dengeleme optimizasyonu: Bir bulaşık makinesi fabrikası vaka analizi

Öz

Bu makale bir Bulaşık Makinesi Fabrikasında bulunan montaj hattı üzerinde yapılması planlanan hat dengeleme çalışması üzerinedir. Çalışmanın ana motivasyonu, montaj hattını benzer işleri gruplayarak daha dengeli hale getirmek ve vardiya başına üretilen bulaşık makinesi sayısını arttırmaktır. Bu temel amaçların yanında çalışma; işçi atamasının yeniden yapılmasnı, iş-stok alanı optimizasyonu ve istasyonlardaki iş gücünün dengelenmesini hedeflemektedir. İstasyonların, asansörün ve robotların yer seçimi ile istasyonlara iş ve işçi atama kararlarını dikkate alan yeni bir tam sayılı programlama modeli öneriyoruz ve problemi kesin olarak çözmek için ticari bir çözücü kullanıyoruz. Problemin çözümünden elde edilen çıktılar ışığında mevcut sistem ve iyileştirilmiş sistem sonuçları karşılaştırılmıştır. Öncelikle bulaşık makinesi üretim kapasitesinin mevcut duruma göre artış değerlendirmesi yapılmış, ardından gruplanan işlerin çevrim süresine olan etkisi değerlendirilmiştir. Yapılan duyarlılık analizleri sonuçlarına göre mevcut tempoyu, çevrim süresini ve işçi sayısını iyileştiren farklı sonuçlar önerilmiştir. Bu sonuçlara göre, problemin diğer parametreleri sabitken, işçi sayısı %36 oranında azaltılabilirken, vardiya başı üretilen bulaşık makinesi sayısını %52’ye kadar arttırılabilir. Bu çalışmada firmaya önerilen sonuçta ise benzer işler gruplanarak açılan istasyon sayısı 68% oranında azaltılmış, istasyonlar tarafından kullanılabilecek alan sayısı mevcut sistem ile aynı tutularak işçi sayısı 10% oranında azaltılmış ve çevrim süresinden 4.34 sn. kazanılmıştır ve böylece vardiya başı üretilen makine sayısı %43 arttırılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Hat dengeleme
• İş-İşçi-Robot/Asansör-İstasyon ataması
• Montaj hattı
• Tam sayılı programlama

Line balancing optimization under robot location and worker-station assignment considerations: A case study of a dishwasher factory

Abstract

The focus of this article is on the line balancing work planned on the assembly line of a Dishwasher Factory. The main motivation is to make the assembly line more stable by grouping similar jobs and to increase the number of dishwashers produced per shift. We further aim to rearrange the number of operators, optimize work-stock area and balance the man power at the stations. We propose a novel integer programming model that takes into account the location selection of stations, elevators and robots and the decisions of assigning jobs and workers to stations and use a commercial solver to solve the problem exactly. In the light of the outputs obtained from the solution of the problem, the current system and the improved system results were compared. First, the increase in dishwasher production capacity under current operational guidelines was evaluated and then the effect of grouping jobs on cycle time was evaluated. Based on the results of the sensitivity analysis, alternative solutions were proposed to optimize the current tempo, cycle time and number of workers. The results indicate that the number of workers can be reduced by 36%, while the number of dishwashers produced per shift can be increased by up to 52%, when all other inputs of the problem are fixed. Compared to the current practice, in the solution proposed to the manufacturing firm, the number of stations opened with similar jobs grouped was reduced by 68%, the number of fields that could be used by the stations was kept the same, the number of workers was reduced by 10% and the cycle time was improved by 4.34 seconds and the number of machines produced per shift increased by 43%.

Keywords

• Line balancing
• Work-Worker-Robot/Elevator-Station assignment
• Assembly line
• Integer programming

Kaynakça

1. [1] Boysen N, Fliedner M, Scholl A. “A classification of assembly line balancing problems”. European Journal of Operational Research, 183(2), 674-693, 2007.
2. [2] Boysen N, Fliedner M, Scholl A. “Assembly line balancing: Which model to use when?”. International Journal of Production Economics, 111(2), 509-528, 2008.
3. [3] Diri Z, Mete S, Çil ZA, Ağpak K. “Stokastik sıra-bağımlı hazırlık zamanlı montaj hattı dengeleme problemi”. Pamukkale University Journal of Engineering Sciences, 21(4), 152-157, 2015.
4. [4] Baybars I. “A survey of exact algorithms for the simple assembly line balancing problem”. Management Science, 32(8), 909-932, 1986.
5. [5] Özçelik F. “Basit düz ve U-tipi montaj hattı dengeleme problemleri için diferansiyel evrim algoritması”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 24(1), 130-140, 2018.
6. [6] Burdett RL, Kozan E. “Sequencing and scheduling in flowshops with task redistribution”. Journal of the Operational Research Society, 52(12), 1379-1389, 2001.
7. [7] Boysen N, Fliedner M. “A versatile algorithm for assembly line balancing”. European Journal of Operational Research, 184(1), 39-56, 2008.
8. [8] Erel E, Sarin SC. “A survey of the assembly line balancing procedures”. Production Planning & Control, 9(5), 414-434, 1998.

9. [9] Guschinskaya O, Dolgui A. “Comparison of exact and heuristic methods for a transfer line balancing problem”. International Journal of Production Economics, 120(2), 276-286, 2009.
10. [10] Pınarbaşı M, Alakaş HM. “Atama kısıtlı tip-1 montaj hattı dengeleme problemi: Bir kısıt programlama modeli yaklaşımı”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 27(4), 532-541, 2021.
11. [11] Gökçen H, Erel E. “Binary integer formulation for mixed-model assembly line balancing problem”. Computers & Industrial Engineering, 34(2), 451-461, 1998.
12. [12] Gökçen H, Erel E. “A goal programming approach to mixed-model assembly line balancing problem”. International Journal of Production Economics, 48(2), 177-185, 1997.
13. [13] Chica M, Cordon O, Damas S. “An advanced multiobjective genetic algorithm design for the time and space assembly line balancing problem”. Computers & Industrial Engineering, 61(1), 103-117, 2011.
14. [14] Altuntaş S, İşlier AA. “Birliktelik kısıtları altında montaj hattı dengeleme problemi için bir çözüm yaklaşımı önerisi ve bir işletmede uygulama”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 16(1), 29-44, 2010.
15. [15] Blum C, Miralles C. “On solving the assembly line worker assignment and balancing problem via beam search”. Computers & Operations Research, 38(1), 328-339, 2011.
16. [16] Battaïa O, Dolgui A. “A taxonomy of line balancing problems and their solution approaches”. International Journal of Production Economics, 142(2), 259-277, 2013.
17. [17] Gurevsky E, Hazır Ö, Battaïa O, Dolgui A. “Robust balancing of straight assembly lines with interval task times”. Journal of the Operational Research Society, 64(11), 1607-1613, 2013.
18. [18] Becker C, Scholl A. “A survey on problems and methods in generalized assembly line balancing”. European Journal of Operational Research, 168(3), 694-715, 2006.
19. [19] Miltenburg GJ, Wijngaard J. “The U-line line balancing problem”. Management Science, 40(10), 1378-1388, 1994.
20. [20] Urban TL. “Optimal balancing of U-shaped assembly lines”. Management Science, 44(5), 738-741, 1998.
21. [21] Kucukkoc I, Zhang DZ. “Balancing of parallel U-shaped assembly lines”. Computers & Operations Research, 64, 233-244, 2015.
22. [22] Rabbani M, Kazemi SM, Manavizadeh N. “Mixed model U-line balancing type-1 problem: A new approach”. Journal of Manufacturing Systems, 31(2), 131-138, 2012.
23. [23] Hamzadayi A, Yildiz, G. “A genetic algorithm based approach for simultaneously balancing and sequencing of mixed-model U-lines with parallel workstations and zoning constraints”. Computers & Industrial Engineering, 62(1), 206-215, 2012.