Zaman-maliyet-kalite Ödünleşim Sorunlarının Evrimsel Algoritmalar Kullanımı İle Çözülmesi

Abstract

Büyük ölçekli inşaat projelerini üstlenen ana yükleniciler, projeyi belirli iş paketlerine ayırırlar. Belirledikleri iş paketlerinin yapımı için alt yüklenicilik hizmetinden faydalanma yolunu tercih ederler. Alt yüklenicilik hizmeti alacakları firmaları belirlerken, ana yükleniciler öncelikli olarak firmaların uzmanlık alanını gözetirler. İnşaat projelerinin çok taraflı yapıda proje gerçekleştirilirken çeşitli çatışmalar ve probleme neden olur. Bunların başında da ana yüklenici firmanın iş paketleri için doğru alt yüklenicileri seçmesi gelir. İş paketleri için uygun alt yüklenicilerin seçilmemiş olmaması, projenin sözleşme koşullarına uygun olarak tamamlanamamasına yol açar. Ana yüklenici, alt yüklenicilerin ürettikleri işlerin sözleşme koşullarına uygun olmasını temin etmekle yükümlüdür. Bu nedenle, alt yüklenicilik hizmeti alınacak firmalar belirlenirken firmanın performansını doğru değerlendirebilecek ölçüm modellerine ihtiyaç vardır. Ana yükleniciler, birlikte çalışacakları alt yüklenicileri belirlerken bu firmaların uzmanlık alanlarına göre yapımını gerçekleştirebilecekleri iş paketleri için teklif isterler. Alınan teklifler, zaman ve maliyet açısından incelenir. Ana yüklenici, iş paketi için teklif edilen “zaman” ve “maliyet” değerinden kendi açısından uygun olanını belirleyerek; teklif sahibi firmayı alt yüklenici olarak belirler. Bu seçimde “zaman ve maliyet” kriterleri kilit rol üstlenmektedirler. Ancak, inşaat projelerinde “zaman”, “maliyet” kriterleri kadar önemli olan “kalite” kriteri, bu seçimde göz ardı edilmektedir. Alt yüklenici hizmeti alınacak firmalar belirlenirken “kalite” kriterinin göz ardı edilmesi çoğunlukla uygun olan adayların belirlememesine neden olur. Bu nedenle, ana yükleniciler birlikte çalışacakları alt yüklenici adaylarını belirlerken projenin sözleşme koşullarına uygun zaman, maliyet ve kalitede tamamlanabilmesini sağlayacak firmaları iş paketleri için seçmelidirler. İnşaat sektöründe alt yüklenici seçimi, en düşük teklif fiyatı üzerinden yapılmaktadır. Seçimin sadece maliyet kriteri üzerinden gerçekleştirilmesi; çeşitli imalat hataları ve yeniden yapımlara neden olarak işin toplam maliyetinin artmasına neden olmaktadır. Bu nedenle, işverene karşı projenin belirlenen zaman ve maliyette ve istenilen kalite standardına uygun olarak tamamlanması ile sözleşme kapsamında sorumlu olan ana yüklenici birlikte çalışacağı alt yüklenici adaylarını belirlerken firmaların yapım performansını doğru değerlendirmelidir. Literatürde, son on yıldır inşaat projelerinin “zaman-maliyet-kalite” kriterleri açısından performansını değerlendiren birçok çalışma bulunmaktadır. Ancak, birçok ana yüklenicinin üstlendikleri projelerin büyük bir kısmını alt yüklenicilik hizmeti ile gerçekleştirdiği bilinmektedir. Ana yüklenicilerin, hizmetinden faydalanacağı alt yüklenici adayını belirlerken kullanabileceği çok kriterli modellere ait yapılan çalışmaların sayısı oldukça sınırlıdır. Bu nedenle, bu tezin amacı ana yüklenicilerin birlikte çalışacakları alt yüklenici adaylarını belirlerken kullanabilecekleri bir seçim modeli geliştirmektir. Geliştirilen modelde “zaman-maliyet-kalite” kriterleri seçim için kullanılacak temel amaçlardır. Bu açıdan tez kapsamında incelen problem bir ödünleşim problemi olup; “zaman-maliyet-kalite” kriterleri arasında uygun dengenin sağlandığı durumlar problemin çözüm kümesini teşkil eder. İnşaat projelerindeki “zaman” açısından ele alınan ödünleşim problemlerinde, sürenin kısaltılması ek kaynaklar kullanılarak zamanın kısaltılması amaçlanır. Zamanın kısaltılması genellikle ek maliyet ve düşük kalite standardında üretime neden olur. İnşaat projelerinde toplam proje süresinin belirlenmesi için kullanılan yöntemlerden biri “Kritik Yol Yöntemidir”. Kritik yol yöntemi, projede yer alan aktivitelerin kritikliğinin belirlenmesi açısından önemli bir araçtır. Bu yöntemle, projenin toplam süresi, kritik yol ve aynı zamanda projede bazı durumlarda geciktirebilecek veya daha uzun sürede yapımı gerçekleştirebilecek aktiviteler belirlenebilir. Tez çalışmasında incelenen problemde projenin toplam süresinin belirlenmesi için “Kritik Yol Yönteminden” faydalanılmıştır. “Ayrık zaman-maliyet-kalite ödünleşim problemi” çizelgesi bütçe kısıtına uygun bütçeyi geçmeden, projenin tamamlanma süresini en aza indirecek şekilde her aktivite için özelleştirilmiş yöntemlerin ayrık kümeleri arasında en uygun “zaman-maliyet-kalite” değerlerini içeren çözümleri seçer. Bütçe problemini uygun şekilde çözen alternatif yöntemler olabilir ancak elde edilen her çözüm farklı toplam maliyet değerine sahip olabilir. Bu tez çalışması kapsamında, ana yüklenici, alt yüklenici ve tedarikçi seçiminde ve değerlendirilmesinde kullanılan kriterler ve bu kriterlerin önemi incelenmiştir. Bu çalışmanın temel amacı, ana yüklenicinin birlikte çalışacağı alt yüklenici adayını belirlerken kullanabileceği bir model geliştirmektir. Geliştirilen model ile yapım performansı yüksek olan alt yüklenicilerin iş paketlerinin gerçekleştirilmesi için seçimin sağlanacaktır. Ayrıca bu çalışmanın bir diğer amacı belirlenmiş olan bütçeyi aşmadan optimum çözümler arasından uygun maliyet değerine sahip alt yüklenici dizilimlerinin iş paketleri için belirlenmesidir. “Ayrık zaman-maliyet-kalite ödünleşim probleminin” çözümü için Matlab yazılımında bir hibrit GA-SA (Hybrid Genetic Algortihm-Simmulated Annealing) algoritma geliştirilmiştir. Problemin çözüm uzayı belirlenmiş olan bütçeyi aşmadan, “zaman-maliyet-kalite ödünleşimi” için en iyi dizilimleri elde edilmesiyle oluşturulmuştur. Tez çalışmasında ele alınan inşaat projesi toplam 18-aktivite bulunmaktadır. Bu proje için optimum çözümleri içeren ödünleşimler araştırılmıştır. Tez çalışmasında, inşaat projelerindeki “zaman-maliyet-kalite ödünleşim probleminin” çözümü için GA ve SA meta höristik yöntemlerini kullanarak optimizasyon ile bu probleme çözüm aramak amaçlanmıştır. Bu optimizasyon problemi MATLAB R2013b üzerinde geliştirilen bir hibrit algoritma kodalanarak çözülmüştür. “Zaman-maliyet-kalite ödünleşim (Time-Cost-Quality-Tradeoff) problemi” proje yönetimi alanında önemli bir araştırma alanını kapsar. Bu nedenle, , TCQT (Time-Cost-Quality-Tradeoff) problemi birçok araştırmacının ilgisini çekmiştir. TCQT problemlerinin; zaman problemi, bütçe problemi ve kalite problemi olmak üzere üç ana gruba kategorize edilebileceği gözlemlenmiştir. Bu çalışmada kurulmuş olan modelin amacı, modeldeki çeşitli kısıtlamalara ve sınırlara bağlı kalarak her bir aktivite için maksimum nitelikleri yanında projenin belirlenmiş olan süresinin altında çözümler bulmaktır. Model için birçok alternatif uygun çözüm olabilir. Pratik olarak amaç; toplam tamamlama zamanının azaltılması, minimum bütçe koşulu dikkate alınarak kalitenin artırılması ve en uygun bütçeli çözüme ulaşılmasıdır. Tez çalışmasında, TCQT problemleri için daha verimli optimizasyon yöntemlerine ihtiyaç duyulduğunun görülmesi üzerine bu problemin çözümü için bir hibrit algoritma geliştirilmiştir. Geliştirilen hibrit algoritmada kullanılan üst sezgisel yöntemler benzetimli tavlama (Simulated Annealing-SA) ve genetik algoritma (Genetic Algortihm-GA) yöntemleridir. Benzetilmiş tavlama (SA) ve genetik algoritma (GA) tamamlayıcı güçleri ve zayıf yönleri ile modern sezgisel yaklaşımlar arasında, etkili ve güçlü birleştirilmiş optimizasyon algoritmalarını temsil eder. İki paradigmanın ilgili avantajlarının uygulanışı; genetik algoritmanın yerel arama yeteneğini geliştirmek, GA-SA algoritmaların etkili bir kombinasyonunu oluşturmak, hibrit GA-SA, zaman-maliyet-kalite ödünleşmesi (TCQT) problemini çözmek için geliştirilmiştir. Tez çalışmasında kullanılan örnek olarak bir karayolu inşaat projesi kullanılmıştır. Bu projede çalışılacak alt yüklenicilerin ana yüklenici tarafından seçimi sırasında yazılan hibrit algoritma kullanılmıştır. Otoyol projesinde 18-aktivite için uygun alt yüklenicilerin belirlenmesi sağlanmıştır. Bu araştırmanın temel amacı, maliyeti ve zamanı minimize ederken ve projenin kalitesini maksimize eden çözümlere ulaşmaktır. Bu optimizasyon probleminin geliştirilen hibrit algoritma ile çözümünün gerçekleştirilmesi ile baskın olmayan çözümleri içeren Pareto Font kümesi elde edilmiştir. Tez çalışmasının en önemli katkılarından biri bütçe kısıtının probleme eklenmesidir. Yine bu çalışmada, baskın olmayan çözümleri kaybolmasını önlemek için en iyi çözümler bir havuzda her tekrarda tutulmuşlardır. Tüm aktivitelerin zamanı, maliyeti ve kalitesi belirleyici kriterler olarak değerlendirilmiştir. Uygulamada, projenin alt elemanlarını çoğu olasılık ve güncel model hesaba katmaz. Daha verimli algoritmalar ve yöntemler kullanılarak daha verimli Pareto-optimal çözümler üretilebilir. Yerel optimal çözümlere takılmamak için hibrid bir GA-SA geliştirilmiştir. Tez çalışmasında, problemin çözümü için geliştirilen Matlab kodu farklı ağları çözmek için genişletilebilir ve yeni “zaman-maliyet-kalite” problemleri için yeni girdiler ve değerler kullanılarak çözümler elde edilebilir.

The time-cost-quality trade-off problem (TCQTP) is an important issue in the scheduling of construction and industrial projects. The construction projects are usually challenged with many conflicts, problems, and uncertainty due to a result of failure in selecting a competent contractor. To perform the project success, the owner’s team has an important role to figure out these many conflicts and problems such as schedule delays, cost overrun, low productivity, and contractor selection. Contractor selection continues to be an area of significant importance and interest to organizations responsible for delivering project outcomes. The selection of contractors and their ability is complex, comprising high levels of ambiguity and uncertainty as a result of multiple conflicting objectives. Time-cost-quality trade-off for networks has proved very useful for the performance evaluation of certain types of projects. It aims to compress the project completion time by accelerating the activity durations at an expense of additional resources. The critical path method is an important tool to identify the critical activities in the critical path of an activity network in project management. The budget problem in discrete time-cost-quality trade-off scheduling selects the time-cost-quality system among the discrete set of specified modes for each activity so as to minimize the project completion time without exceeding the available budget. There may be alternative modes that solve the budget problem optimally, however each solution may have a different total cost value. The importance of the criteria used to evaluate and select contractors or suppliers has been examined. It will help construction managers to identify contractors with the best potential to deliver satisfactory outcomes in a final contractor selection process. The aim of this study is also to find the cost solutions among the optimal solutions without exceeding the available budget. The problem analyzed by writing a hybrid GA-SA code with Matlab. The solution space investigated for best options for time cost-quality trade-off without exceeding the defined budget. Optimal solutions for 18-activity network problem illustrate reasonable trade-offs.