Heuristic approaches for assembly line balancing and competent worker assignment problem (ALWABP)

Abstract

Bu çalışmada işçilerin yetenekleri ve devamsızlık durumunu göz önünde bulunduran, işçilerin havuz kadrosundan çoklu üretim hatlarına atanmasını konu edinen hat dengeleme ve işçi ataması problemine odaklanılmıştır. Avrupa'nın en büyük ikinci TV üreticisi olan Vestel Elektronik A.Ş.'nin gerçek hayat durumunu yansıtan iki matematiksel model geliştirilmiştir. Modellerin bir tanesinde karşılaşılan doğrusal olmama durumu McCormick Gevşetmesi kullanılarak çözülmüştür ve iki model de küçük örnekler için kısa sürede en iyi çözümü vermektedir. Ancak, gerçek hayat örnekleri için iyi bir sonuç alınamamaktadır. Vestel'de işçihat ve iş-işçi atamaları işçilerin yetenekleri göz önünde bulundurularak yapılmaktadır. Devamsızlık problem nedeniyle hat dengeleme, vardiya başlangıcında yapılmalıdır ve bu durum çözüm süresine bir zaman limiti getirmektedir. Bu zorluğun üstesinden gelmek için, üç sezgisel algoritma geliştirilmiştir. İlk algoritmada ana problem iki ayrı alt problem ayrılmıştır ve çok geçişli hiyerarşik çözüm yapısı kullanılmıştır. İkinci sezgisel algoritmada, ilk sezgisel algoritmada ulaşılan çözümün geliştirilmesi hedeflenir. İlk sezgisel algoritmadaki ikinci alt problem çözüldükten sonra işler mevcut işçi ataması kullanılarak yeniden atanır ve işçilerin ve işlerin istasyonlara yeniden atanmasını sağlayan algoritmalar daha iyi çözüm bulunamayana dek ardışık olarak çalıştırılır. Üçüncü sezgisel algoritmada işçilerin işleri yapabilirliği göz önünde bulundurularak, algoritma ile hatlara atanması sağlanır. Sonrasında ana modeller bu girdi ile çalıştırılarak istenilen sürede çözüme ulaşılması beklenir. Uygulama sonuçları, alt problemlere ayırma yöntemi ile geliştirilen algoritmaların izin verilen süre içerisinde yeterince iyi sonuçlar verdiğini göstermektedir ve Vestel üretim ekibinin önerilen yaklaşımları karar destek sistemi olarak kullanma yönünde teşvik etmiştir.Anahtar Kelimeler: Çok Ürünlü Paralel Montaj Hatları Problemi, İşçi Ataması, İşçi Yeteneği ve Devamsızlığı, Karışık Tamsayılı Doğrusal Olmayan Programlama, McCormick Gevşetmesi, Alt Problemlere Ayırma Yöntemi

In this study, we focus on assembly line balancing and worker assignment problem, where multiple production lines are executed by a shared pool of workers with varying skills and having absenteeism issues. We developed two mathematical models for the real life situation at Vestel Electronics, which is the second largest TV manufacturer in Europe. Nonlinearity in one of the developed mathematical models is resolved through McCormick relaxations and both models provide optimal results for small instances in short time. However, it is seen that the models are intractable for the real life cases. In Vestel Electronics, worker-line and task-worker assignments should be determined by considering skill of workers. Due to the absenteeism problem, line balancing should be resolved at the beginning of each shift, which brings up a rigid limit on the solution generation time. To overcome this complexity, three heuristic approaches are developed. In first heuristic, master problem is decomposed into two sub-problems and constructing a multi-pass hierarchical solution framework. In Heuristic 2, solution of first heuristic is aimed to be improved. Once second sub-problem in Heuristic 1 is solved, tasks are reassigned to stations with the given worker assignment and algorithms are run iteratively until objective value no more improves. In Heuristic 3, workers are first assigned to lines in a balanced way in terms of task abilities of the workers with an algorithm. Then, master problem is solved with this input. Experimental results reveal that our decomposition approaches provide good enough solutions within the allowed time; encouraging Vestel Electronics' production team to implement the proposed approach as an online decision support system.Keywords: Multi Product Parallel Assembly Line Balancing Problem, Worker Assignment, Worker Skill and Absenteeism, Mixed Integer Nonlinear Programming, McCormick Relaxation, Decomposition Methods.