FBE- Endüstri Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/32

Gözat

Yazar "Aktel, Abdullah" ile FBE- Endüstri Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora'a göz atma
  • Öge
    Melez akış tipi çizelgeleme problemi için tepkisel bir algoritma
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015) Aktel, Abdullah ; Yenisey, Mehmet Mutlu ; 397804 ; Endüstri Mühendisliği ; Industrial Engineering
    Üretim sistemlerinin performansını artırmak yöneylem araştırmasının başlıca araştırma alanları içerisindedir. Gelişmiş üretim sistemlerinde birçok farklı ürün, müşterilerin istekleri doğrultusunda farklı zamanlarda ve farklı miktarlarda üretilebilmekte ve farklı tarihlerde teslim edilebilmektedir. Bu kadar karmaşık bir üretim sisteminin başarılı bir şekilde işletilebilmesi için, kaynakların etkin kullanılması gerekmektedir. Bu doğrultuda kompleks üretim sistemlerinin planlanması ve etkin bir şekilde işletilmesi için çeşitli modeller ve yaklaşımlar geliştirilmiştir. Artan rekabet ortamı, müşteri isteklerinin farklılaşması ve beklentilerin yükselmesi, işletmeleri üretim sistemlerini daha etkin yönetmeye mecbur kılmaktadır. Sürekli değişen koşullar ve ortamdaki belirsizlikler dinamik karar verme mekanizmalarının geliştirilmesini gerektirmektedir. Birçok üretim ve hizmet sistemi incelendiğinde yapılan işlerin bir dizi seri operasyondan geçirilerek hazır hale getirildiği görülmektedir. Sıklıkla bu operasyonlar her iş için aynı sırayı izlemek zorundadır. Makinelerin seri olarak sıralandığı ve işlerin de bu sırayı izlediği üretim ortamı, akış tipi olarak adlandırılır. Bir m- akış tipi üretim ortamında, m işlem aşaması vardır. Eğer her aşamada sadece bir işlem birimi var ise akış tipi üretim sistemi, birden fazla işlem birimi var ise melez akış tipi üretim sistemi olarak adlandırılır. Çizelgeleme sınırlı kaynakların etkin bir şekilde tahsis edilmesine yönelik bir karar verme sürecidir. Melez akış tipi çizelgeleme problemine yönelik olarak mevcut literatür incelendiğinde araştırmacıların çoğunlukla problemin en genel hali ile ilgilendikleri ve bu durum için optimum çizelgeyi üretmeye çalıştıkları görülmektedir. Standart melez akış tipi çizelgeleme probleminde bütün işler ve makineler sıfır anında mevcuttur. Seçilen bir aşama için o aşamada işlem yapan makineler özdeştir. Sistemde herhangi bir stokastik unsur yoktur. Bununla birlikte, gerçek hayatta önceden ön görülemeyen birçok belirsizlik kaynağı vardır. Makine bozulmaları, yeni gelen siparişler, sipariş iptalleri, teslim tarihi değişiklikleri, işlem zamanı dalgalanmaları, malzeme eksikliği gibi beklenmedik durumlarla her an karşılaşılabilir. Üretim sisteminde meydana gelen değişiklikler ve belirsizlikler önceden planlanmış üretim çizelgesini bozarak değişiklik yapmayı gerektirebilir. Bu gibi durumlar karşısında, üretim çizelgesi tepkisel algoritmalarla değişen koşullara göre dinamik olarak adapte edilebilir. Bu çalışmada rassal olarak yeni iş gelişlerinin olduğu melez akış tipi bir üretim sisteminin dinamik olarak çizelgelenmesi hedeflenmiştir. Ele alınan dinamik melez akış tipi çizelgeleme problemine yönelik olarak tepkisel bir algoritma geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu doğrultuda ilk olarak kapsamlı bir literatür araştırması gerçekleştirilerek, sürekli olarak çalışan dinamik bir üretim sistemi için efektif bir çizelgeleme/yeniden çizelgeleme sisteminin nasıl tasarlanabileceği incelenmiştir. Basit liste çizelgeleme kurallarından daha kompleks algoritmalara kadar pek çok alternatif dinamik çizelgeleme yaklaşımı olduğu görülmüştür. Bu yaklaşımların pek çoğunda çizelge üretimi için harcanan süre göz ardı edilmekte, dinamik çizelgeleme problemi statik alt problemlere bölünerek çözülmektedir. Bu tez çalışması kapsamında önerilen yaklaşım, literatürdeki çalışmalardan çizelgeleme sürecini bir bütün olarak ele alma ve bu sürece yönelik olarak önerdiği dinamik çizelgeleme sistemi ile ayrılmaktadır. Çizelgeleme süreci, çizelge üretme ve üretilen iş emirlerinin gerçeklendiği atölye olmak üzere bir bütün olarak ele alınmıştır. Önerilen yaklaşım çözüm üretilmesi için geçen zamanı da çizelgeleme sürecine yansıtarak çalışan, tamamlanma zamanını temel alan bir yapıdadır. Bu tez çalışması kapsamında dinamik stokastik ortamda melez akış tipi çizelgeleme problemine tepkisel olarak çözüm üretebilecek bir algoritma geliştirilmesi hedeflenmiştir. Ele alınan probleme yönelik olarak algoritma geliştirilirken problemin dinamik bir problem olduğu, algoritmanın çalışırken sistemin her an değişebileceği, çözüm süresi ve çözümlerin kalitesi göz önüne alınmıştır. Bu doğrultuda öncelikle melez akış tipi çizelgeleme probleminin statik deterministik durumu için alternatif çözüm algoritmaları incelenmiştir. Daha sonra dinamik durumda büyük problem boyutlarında da iyi çözümleri kabul edilebilir sürede üretebilecek çözüm yaklaşımları analiz edilmiştir. Dinamik melez akış tipi çizelgeleme problemine yönelik olarak evrimsel algoritmaların değişen ortamlara uyum sağlayabilme yeteneğinden yararlanılmaya çalışılmıştır. Bu kapsamda dinamik melez akış tipi çizelgeleme problemine yönelik olarak çizelgeleme ortamını anlık olarak ele alabilen değişken kromozom yapısına sahip ve hızlı bir şekilde çözüm üretebilen bir genetik algoritma (GA) geliştirilmiştir. GA'nın çeşitli problem boyutları için statik durumdaki çözüm kalitesi test edildikten sonra genetik algoritma popülasyonlarının nasıl değişen problem koşullarına entegre edilebileceği araştırılmıştır. Değişkenliğin olduğu ana kadar ki arama süreci kazanımlarını değişkenlik sonrası ortama aktarabilen değişken kromozom yapılı bir yaklaşımla algoritmanın çok hızlı bir şekilde yeni durum için çizelge üretebildiği görülmüştür. Geliştirilen GA, tasarlanan çizelgeleme sistemine uyarlanmıştır. Olay tabanlı bir yeniden çizelgeleme politikası tercih edilmiştir. Sisteme yeni iş gelişi ya da herhangi bir üretim aşamasından bir işin ayrılışı yeniden çizelgeleme noktası olarak kabul edilmiştir. Sürekli olarak çalışan bir üretim sistemine dinamik olarak çizelge üretebilmek için GA dinamik çizelgeleme sürecine entegre edilmiştir. Bu doğrultuda klasik GA yaklaşımından bağımsız olarak problem değişimi sonrası o anki mevcut popülasyon yeni probleme değişken kromozom yaklaşımı ile uyarlanmış ayrıca GA'nın evrilmesi için beklenmemiştir. Bunun yerine arama süreci kazanımlarını değişkenlik sonrası güncellenen ortama aktarabilen küçük ama sürekli iyileştirmelere güvenen bir yaklaşım benimsenmiştir. Dinamik çizelgeleme sistemi tasarlandıktan sonra, stokastik ortamın çizelgeleme sürecine nasıl yansıtılabileceği üzerinde durulmuştur. Önerilen genetik algoritmanın çözüm (çizelge) değerlendirme aşamasının simülasyon tabanlı sonuç üretmesi durumu incelenmiştir. Genetik algoritmanın çözüm değerlendirme modülü, simülasyon entegrasyonu ile stokastik bir yapıya getirilerek çizelgeleme sürecine stokastik ortam yansıtılmaya çalışılmıştır. Ele alınan dinamik melez akış tipi çizelgeleme problemine yönelik olarak GA strateji seçimi ve parametre optimizasyonu gerçekleştirilerek algoritmanın çözüm kalitesi iyileştirilmiştir. Dinamik deterministik ortamda geliştirilen GA'nın performansını analiz edebilmek için tavlama benzetim (TB) ve en kısa işlem zamanı önce (EKÖ) algoritmaları kıyaslama algoritması olarak kullanılmıştır. Öncelikle TB algoritmasında parametre optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Daha sonra hem TB algoritmasının hem de EKÖ algoritmasının GA için tasarlanan çözüm üretme ve çizelge gerçekleme sistemine entegrasyonu gerçekleştirilmiştir. Aynı çizelgeleme ortamında üç algoritma çözüm kalitesi ve çözüm süresi açısından kıyaslanmıştır. Önerilen GA yaklaşımı TB ve EKÖ algoritmalarına göre daha iyi sonuç vermiştir. Dinamik stokastik ortam içi önerilen GA'nın, uygunluk hesaplama simülasyon modülü koşum sayısı incelenmiştir. Çeşitli boyutlardaki test problemlerinde seçilen koşum sayıları için yarı güven aralığı değerleri incelenmiştir. Daha sonra dinamik stokastik ortamdaki GA'nın performansını analiz edebilmek için bir analiz prosedürü öne sürülmüştür. Buna göre dinamik deterministik ortam için iyi bir çözüm adayının dinamik stokastik ortam için de iyi bir çözüm adayı olabileceği varsayımında bulunulmuştur. Dinamik stokastik durum ile dinamik deterministik durum için önerilen GA çözümleri arasındaki fark performans kriteri olarak kabul edilmiştir. Alternatif test problemleri üzerinden dinamik stokastik durum ve dinamik deterministik durum kıyaslanmıştır. Dinamik stokastik durumda GA tarafından önerilen çözümlerin kalitesini artırabilmek için herhangi bir nesildeki toplam uygunluk hesaplama bütçesini değiştirmeden alternatif popülasyon büyüklükleri ve koşum sayıları için elde edilen sonuçlar analiz edilmiştir. Koşum sayısının mümkün olduğunca küçük tutulduğu büyük popülasyonlu bir GA, ele alınan dinamik stokastik melez akış tipi çizelgeleme problemine yönelik olarak daha iyi çözümler üretmiştir. Ayrıca iş geliş hızının daha düşük olduğu, sistemdeki dinamikliğin kabul edilebilir bir seviyede bulunduğu çizelgeleme ortamları için dinamik deterministik durumdaki bir çözüm adayının dinamik stokastik durum için iyi bir çözüm olabileceği varsayımı doğrulanmıştır.