Tek ve Çift Tutuculu Malzeme Taşıyıcı Robotlu Akış Atölyelerinde Hat Dengeleme

Abstract

Bu çalışmada tek veya çift tutuculu robotların kullanıldığı ve tek tip veya değişik tip parça üreten robotik hücrelerin tasarımı problemi ele alınmıştır. Sistemde parçalar makinelerde işlenmekte, makineler arası parça transferi ve makinelerin yüklenmesi ve boşaltılması ise sistemde yer alan tek bir robot tarafından yapılmaktadır. Tek tip parça üreten sistemler için, üretilecek her parçanın sistemdeki makinelerde işlenmek üzere belirli sayıda işlemi bulunduğu varsayılmaktadır. Aralarında öncelik ilişkileri bulunan bu işlemler belirlenen bir hedef çıktı miktarını sağlamak üzere ve kullanılacak makine sayısını en küçükleyecek biçimde makinelere atanmalıdır. Değişik tip parça üreten sistemlerde ise parça sıralaması bir karar değişkenidir. Tek tutuculu robotlar aynı anda üzerlerinde tek bir parça bulundurabilirken, çift tutuculu robotlar iki parça bulundurabilmektedir. Robotlar belirli bir bilgisayar programını takip ettiği, uygulaması ve kontrolü daha kolay olduğu ve aynı zamanda tek tip parça üretiminde optimal çözümleri verdiği için, döngüsel üretim modelleri ele alınmıştır. Döngüsel üretimde, robot aynı aktiviteler dizisini sürekli takip etmektedir. Bunlar arasından döngünün bir tekrarında bir parçanın üretildiği 1-birim döngüler ele alınmıştır. Sonuçta, üç farklı problem ele alınmıştır. Tek tip parçaların üretildiği tek tutuculu veya çift tutuculu robotların yer aldığı sistemler için problem, işlemlerin makinelere atanmasını ve en iyi 1-birim robot hareket döngüsünü belirlemektir. Değişik tip parçaların üretildiği sistemler için ise problem parça sıralamasını ve en iyi 1-birim robot hareket döngüsünü belirlemektir. Tek tutuculu robotlu tek tip parça üreten sistemlerde amaç belirli çıktı miktarını sağlayacak şekilde, öncelikle makine sayısını, alt kriter olarak da çevrim zamanını en küçüklemek olarak belirlenmiştir. Diğer iki problemde ise amaç çevrim zamanını en küçüklemektir. Planlama hiyerarşisinde üst basamaklarda yer alan montaj hattı dengeleme problemleri üzerine 1950lerden başlanarak çok fazla sayıda çalışma yapılmıştır. Fakat hiçbirisinde bu tip robotik hücreler ele alınmamıştır. Diğer taraftan, 1990lardan itibaren yoğun bir şekilde çalışılan robotik hücre çizelgeleme literatürü de probleme operasyonel seviyeden yaklaşmakta, hat tasarımıyla ilgilenmeyerek robot hareketlerinin çizelgelenmesi konusunu ele almaktadır. Bu çalışmada ise bu iki alan birleştirilmekte ve önemli bir boşluk doldurulmaktadır. Çalışmada öncelikle tek tutuculu robotlu tek tip parça üreten sistemler ele alınmış, matematiksel modelleme tabanlı yöntemler geliştirilmiştir. Tek tutuculu robotlu değişik tip parça üreten sistemler için yine matematiksel modeller geliştirilmiş fakat problem karmaşıklığından dolayı artan çözüm zamanını düşürmek için Tabu Arama ve Genetik Algoritma'yı beraberce kullanan paralel hibrit metasezgisel yöntem geliştirilmiştir. Sonrasında çift tutuculu sistemler için de matematiksel model geliştirilmiş ve bir paralel genetik algoritma sezgiseli önerilmiştir. Geliştirilen sezgisel yöntemlerin tamamı için parametre kalibrasyonu bilgisayısal çalışmalarla yapılmıştır. Sezgisellerin performansları çok sayıda test problemi kullanılarak yapılan bilgisayısal çalışmalarla geliştirilen matematiksel modellerle karşılaştırılarak yapılmıştır. Son olarak, daha maliyetli olan fakat üretim hızını artırma kapasitesi daha yüksek olan çift tutuculu robotların hangi durumlarda tek tutuculu robotlara göre daha avantajlı olduğunu saptamak ve bu sonucun parametrelere ne kadar duyarlı olduğunu belirlemek üzere kapsamlı parametrik analizler yapılmıştır. Çalışmanın sonuçları hem montaj hattı dengeleme ve robotik hücre çizelgeleme alanında çalışan araştırmacılar tarafından ve hem de bu tip sistemleri kullanan veya kullanmayı düşüne firmalar veya bu firmalara bu tip sistemlerin satışını ve kurulumunu yapan firmalar tarafından kullanılabilecektir.