Kompozit Malzeme Üretiminde Kullanilan Paralel Firinlarin Çizelgelenmesi için Bir Optimizasyon Modeli ve Sezgisel Çözüm Yaklasimi Gelistirilmesi

Abstract

Bu çalisma kapsaminda havacilik ve uzay sanayine yönelik çalisan ve kompozit parçalar üreten gerçek bir üretim departmaninda karsilasilan bir çizelgeleme problemi ele alinmaktadir. Kompozit parçalarin üretim sürecindeki iki ana adim, kompozit parçalarin kaliplara montesi ve ardindan parçalarin kaliplar içerisinde otoklav adi verilen basinçli paralel firinlarda isil islem görmesidir. Parçalar, isi seviyesi, basinç ve süre açisindan farkli islem gereksinimlerine sahiptirler. Yalnizca bu özelliklere göre uyumlu parçalar bir arada ayni partiye girebilir. Çizelgeleme problemi, sürecin ikinci adimi ile ilgilidir ve parçalarin birlikte gruplandirilip partilerin olusturulmasini ve ardindan otoklav adli firinlara giren partilerin firinlarda çizelgelenmesini içerir. Problemin otoklavlarin alan ve termocouple kapasiteleri, süreçte kullanilan kalip sayisi, parçalarin teslim tarihi, en erken ve en geç isleme alinabilecekleri zaman, ardisiklik durumu gibi pek çok kisitlari vardir. Otoklavlar yüksek düzeyde elektrik tükettigi için problemin amaci kullanilan parti sayisini en azlayarak enerji tüketiminin en aza indirilmesidir. Problem literatürde uyumsuz is aileleri ile parti çizelgeleme olarak geçmektedir. Tez kapsaminda problemin matematiksel modeli gelistirilmis ve farkli senaryolar altinda ön çözümler elde edilmistir. Problem NP-zor kategoride oldugundan yüksek boyutlu problemler için makul sürede çözüm elde edilememektedir. Bu sebeple problem için K-ortalama algoritmasi ile isleri partilere bölen, sonra partileri firinlara çizelgeleyip ilk olurlu çözümü elde eden ve degisken komsu arama (DKA) algoritmasi ile elde edilen çizelgeleri iyilestiren bir sezgisel algoritma gelistirilmistir. Problem farkli senaryolarda denenerek olusturulan matematiksel modelin parametre hassasiyet analizi ve gelistirilen sezgiselin performansi test edilmistir. Yapilan testler sonucu sezgisel algoritmanin ortalamada optimalden %5,12732 saptigi gözlemlenmistir.

We tackle a scheduling problem encountered in a real production department that produces composite parts in an aircraft manufacturing plant. Two main steps in the production process of composite parts are mounting the composite parts on molds and then heat treatment of the parts in pressurized parallel ovens, called autoclaves. Parts have different process requirements in terms of heating level, pressure, and time. Only the compatible parts can go into the same autoclaves together in a batch. The scheduling problem is about the second step of the process and it involves batching the parts together and then scheduling batches into the autoclaves. The problem has several different types of constraints, such as the capacity of autoclave in terms of space and thermocouple, the number of molds available for the process, due dates, the earliest and latest processing time for parts, and the sequence status of parts. The objective is taken as the minimization of the energy consumption since the autoclaves consume high levels of electricity. Closest problem to our problem in the literature is called batch scheduling with incompatible job families. In this study we introduced a mathematical model of the problem and preliminary solutions were obtained under different scenarios. Since the problem is in the NP-hard category, solutions cannot be obtained in a reasonable time for complex problems. For this reason, the K-means algorithm is developed for the problem, which divides the works into batches then schedules the batches to the furnaces, obtains the first feasible solution, and improves the schedules by the variable neighbor search (DKA) algorithm. In this way parameter sensitivity analysis of the mathematical model and the performance of the developed heuristic tested. As a result of the tests, it was observed that the heuristic algorithm deviated from the optimal by 5,12732% on average.