Takım çalışması esaslı demontaj hattı işgören atama ve dengeleme problemi için oyun teorisi odaklı yaklaşımlar

Abstract

Doğal kaynakların korunması, enerji tasarrufu, çevresel kirliliğin azalması ve yeşil iş imkanları sürdürülebilir bir gelecek için gerekli olduğundan ürün geri kazanımının teşvik edilmesi ve desteklenmesi önemlidir. Ürün geri kazanımı atık ürünlerin, malzemelerin veya bileşenlerin toplanması, ayrıştırılması ve işlenerek yeniden kullanıma veya geri dönüşüme kazandırılması sürecidir. Yeniden imalat sayesinde de geri kazanılmış malzemeler, yeni ürünlerin üretiminde kullanılarak kaynakların daha verimli bir şekilde tüketilmesini sağlar, yeni hammaddelerin çıkarılmasını azaltır, atıkların üretimiyle ilişkili olan çevresel etkileri engeller ve yeni iş imkanları yaratır. Bu bağlamda yeniden üretim ve ürün geri kazanımı kavramları döngüsel ekonomi modelinin temel parçalarıdır. Bu kavramlar içerisinde demontaj işlemi önemli bir adımdır. Demontaj faaliyetlerinin iyi yapılandırılmış demontaj hatları aracılığıyla kaynakların etkin bir şekilde kullanılarak yürütülmesi, ürün geri kazanım sürecinin verimliliği üzerinde doğrudan bir etkiye sahiptir. Bir ürünün yeniden kullanımı için gerekli olan demontaj, ürünün bileşenlerine veya alt montajlarına sistematik bir şekilde ayrılmasıdır. Ürün demontajı için yüksek verim oranı elde etmek ve otomasyonu sağlayabilmek adına en uygun tasarım bir hücre veya bir iş istasyonundan ziyade akış hatlarıdır. Bu hatlarda tek parça akışın sağlanması verimliliği artırarak, hataları azaltarak ya da görünür yaparak ve zamanın etkin bir şekilde kullanılmasını sağlayarak stok miktarını azaltır, maliyeti düşürür ve müşteri taleplerine daha hızlı yanıt verme yeteneği sağlar. Tek parça akışı sağlamak için de önemli noktalardan biri hattın etkin bir şekilde dengelenmesidir. Bu bağlamda demontaj hattı dengeleme problemi (DHDP), demontaj işlerinin çeşitli kısıtları karşılayarak iş istasyonlarına dağıtılması olarak ifade edilebilir. Etkin bir şekilde çözülen DHDP ekonomik, çevresel ve sosyal avantajları sunarak sürdürülebilirlik hedeflerine katkıda bulunur. Demontaj hattının fiziksel ve operasyonel yönleri, DHDP için çeşitli çözüm yöntemlerinin geliştirilmesine yol açmıştır. Sistem tasarımı yönlerinden biri takım çalışması esaslı demontaj hatlarıdır. Bu tasarım birden fazla çalışanın bir istasyonda aynı ürün üzerinde eşzamanlı olarak farklı işlemleri yürüttüğü takım çalışması esaslı demontaj hatlarıdır. Bu tür demontaj hattının performans, teslim süresi, alan kullanımı, esneklik ve çalışan motivasyonu üzerinde olumlu etkileri vardır. Ayrıca kusurların çabuk fark edilmesi ve görerek öğrenme de bu istasyonlarda çalışanlar arasındaki bilgi ve deneyim paylaşımı, iş birliği içinde hareket etme ve ortak hedeflere odaklanma sayesinde gerçekleşir. Diğer bir DHDP çözüm yöntemi geliştirme potansiyeli olan yön ise insan faktörüne dayanmaktadır. Bir demontaj hattında çalışanların performansları farklı beceri ve çabalarından dolayı heterojenlik göstermektedir. Dolayısıyla bir demontaj işinin işlem zamanı, kalitesi ve çıktı oranı çalışana bağlı olarak değişebilmektedir. Bu varsayım, problem ile gerçek hayat uygulamaları arasındaki tutarlılığı sağlar. Organizasyonel bakış açısıyla bakıldığında ise atama kararlarında çalışanların tercihlerinin dikkate alınması DHDP için yeni bir yönelimdir. Günümüz örgütlerinde çalışanların tercihlerini dikkate almak iş memnuniyetinin, motivasyonun ve performansın yükseltilmesini sağladığından, çalışan bağlılığını artırmak ve onlara esnek çalışma programları sunmak cazip hale gelmiştir. Tüm bu yönler aynı anda dikkate alındığında DHDP çok amaçlı optimizasyon problemine dönüşmektedir. Bu problemde bazıları birbiriyle çelişebilen çeşitli amaçlar olması nedeniyle çözüme ulaşılması zor olan bir problem türüdür. Bu tarz problemde karar vericiler, tek bir çözüm yerine birbirine baskın olmayan çözümlerden oluşan Pareto optimal çözüm kümesini kullanarak kendi hedefleri doğrultusunda en çok tercih edilen çözümü bulma eğilimindedirler. Bu çalışmada ele alınan demontaj hattı işgören atama ve dengeleme probleminde (DHİADP) yalnızca heterojen çalışanlara sahip takım çalışması esaslı iş istasyonları değil, aynı zamanda çalışanların demontaj işleri üzerindeki tercihleri ve performansları da dikkate alınmaktadır. Bu doğrultuda, yeni çok amaçlı karma tamsayılı doğrusal programlama modeli (KTDPM), amaçları işgören sayısını, iş istasyonu sayısını, iş yükü dengesizliğini en aza indirmek, işgören memnuniyetini ve performansını en üst düzeye çıkarmak olan beş amaçla formüle edilmiştir. Aynı anda dikkate alınan ve birbiriyle çelişebilen çeşitli amaç fonksiyonlarının varlığı DHDP'de çözüme ulaşmanın zor olmasına neden olabilmektedir. Bu nedenle bu çalışmada ele alınan DHİADP bağlamında oyun teorisi odaklı yaklaşımlardan yararlanılarak sezgisel yöntemler geliştirilmiştir. Etmenleri iş, okul, ev gibi kaynaklarla verimli ve adil bir şekilde eşleştirmek için kullanılan eşleştirme algoritmaları uyarlanmıştır. Bu amaçla, Olasılıksal seri, Rassal diktatörlük ve Ertelemeli kabul algoritmalarının çeşitli versiyonlarını formüle edilmiştir. Eşleştirme algoritmaları gibi oyun teorisi odaklı sezgisel yöntemler, birden fazla etkileşimli karar vericinin olduğu problemler de dahil olmak üzere çok çeşitli karar verme problemlerine uygulanabilir. Birden çok etmenin aynı anda aynı kaynağı kullanmak istemesi gibi, farklı etmenlerin veya kaynakların amaçlarının çeliştiği durumlarla başa çıkabilirler. Olasılıksal seri, Rassal diktatörlük ve Ertelemeli kabul algoritmalarını içeren oyun teorisi mekanizmalarına ve işgören tercihlerini ve performanslarını içeren listelere göre altı farklı sezgisel yöntem geliştirilmiştir. Geliştirilen sezgisel yöntemlerin performansını test etmek ve karşılaştırmak için çeşitli analizler yapılmıştır. Demontaj hattı dengeleme literatüründeki algoritmalar ile endüstriyel vakalar üzerinden karşılaştırılması yapılarak önerilen algoritmaların geçerliliği test edilmiştir. Literatürde montaj hattı dengeleme problemlerinin çözümü için kullanılan bazı test problemleri, geliştirilen bir prosedür ile demontaj hattı dengeleme problemlerine uygun olacak şekilde dönüştürülmüştür. Yeni oluşturulan doksan tane test örneği üzerinden önerilen altı sezgisel yöntemin birbirleriyle karşılaştırılması yapılmıştır. Küçük problemler üzerinden optimal sonuçlara göre sezgisel yöntemleri karşılaştırmak için de problemin matematiksel modeli Artırılmış Epsilon Kısıt Yöntemi 2 (AUGMECON2) metodu ile çözülmüştür. Yeni oluşturulan test problemlerinin çözümleri üzerinde yapılan istatistiksel analizler ile DHDP çözümünü etkileyen faktörlerin etkileri ortaya konulmuştur. Bağımlı değişken olarak alan kullanım faktörünü (AKF), bağımsız değişken olarak çevrim süresi ve esneklik oranını içeren bir varyans analizi (ANOVA) testi gerçekleştirilmiştir. Önerilen sezgisel yöntemlerin üstünlüğü karşılaştırmalı çalışmalarla gösterildikten sonra atık elektrikli ve elektronik eşya (AEEE) endüstrisindeki bir çamaşır makinesi demontaj sistemine uygulanmıştır. Uygulama, klasik bir demontaj sistemi tasarımına kıyasla önerilen sistemin demontaj hazırlık süresi (%65) ve alan gereksinimi (%64) için performans artışı sağladığını göstermiştir. DHDP'nin popüler bir araştırma konusu olduğu düşünüldüğünde, bu çalışmanın sunduğu katkılar literatürü oldukça zenginleştirecektir. Bu katkılardan biri oyun teorisine dayalı yaklaşımlar geliştirilerek ilk kez takım çalışması esaslı istasyonlarla demontaj hattı dengeleme probleminin çözülmesidir. Dahası DHDP'inde işgören tercihleri modellenerek çalışan memnuniyeti ilk kez ele alınmıştır. İşgören becerilerine ve çabalarına dayalı olarak demontaj işlerinin süreleri tempo derecelendirme yöntemine başvurularak hesaplanmış ve işgörene bağlı olarak kabul edilmiştir. Literatürdeki montaj hattı dengeleme veri setinin demontaj hattı dengeleme veri setine dönüştürülmesi için bir prosedür geliştirilmiş ve geliştirilen sezgisellerin performans karşılaştırması bu veri kümeleri üzerinden gerçekleştirilmiştir. Son olarak da çamaşır makinesi demontajı için gerçek bir endüstriyel DHDP veri seti literatüre kazandırılmıştır.