Esnek imalat sistemlerinin tasarım süreci ve performans analizinde kuyruk ağı modelleri

Abstract

Bu çalışmada Esnek İmalat Sistemleri (EİS) incelenerek, tasarım süreci ve kuyruk ağları ile modellerinin oluşturulması ve performans analizi çalışmaları yapılmıştır. EİS için Integration Definition for Function Modeling (IDEF) diyagramları kullanılarak tasarım modelleri sunulmuştur. Bu modeller detaylı olarak incelenmiş, EİS tasarımı için gerekli parametreler araştırılarak, girdi, çıktı, kontrol ve mekanizma faktörleri tespit edilmiştir.Daha sonra, IDEF diyagramlarında belirlenen parametrelerden EİS tasarım sürecine etki eden faktörler belirlenmeye çalışılmıştır. Bu faktörler Operating Characteristic (OC) eğrileri kullanılarak değerlendirilmiştir. OC eğrileri iki veya daha fazla değişken arasındaki ilişkinin incelenmesini sağlayan bir karar destek sistemi olarak kullanılmıştır. Çalışmada Kırıkkale Üniversitesi CIM (Computer Integrated Manufacturing) laboratuarının simülasyon modeli oluşturulmuş, doğrulandıktan sonra, OC eğrileri ile tespit edilen parametreler ile test edilmiştir. EİS tasarım süreci üzerinde etkili olan bekleme yeri kapasiteleri, konveyör hızı ve işlem zamanlarının olasılık dağılımları faktörlerinin etkileri izlenmiştir.Kuyruk ağları ile analitik performans değerlendirmesi hakkında bilgiler verilmiştir. EİS sistemlerinin kuyruk ağları ile performans ölçümü için Ortalama Değer Analizi (ODA) algoritmaları kullanılmış, çeşitli kuyruk ağları topolojileri incelenmiş ve bu topolojilere ait algoritmaların yer aldığı bir yazılım geliştirilmiştir. Yazılım tek sınıflı blokesiz ve blokeli, çok sınıflı blokesiz sistemler için performans değerlendirmesi yapmaktadır.Simülasyon kullanılarak kuyruk ağı algoritmaları test edilmiştir. Müşteri/ürün sayıları, işlem oranları ve işlem zamanları dağılımları incelenerek ODA algoritmaları değerlendirilmiştir. Simülasyon modeli sonuçları ile kuyruk ağı sonuçlarının %5 izafi fark değerini aşmadığı tespit edilmiştir. Bu durum kuyruk modellerinin esnek imalat sistemlerinin performans ölçümü için etkin bir araç olduğunu göstermiştir.Çalışmalar otomotiv ve uçak endüstrisinde faaliyet gösteren iki firmadan elde edilen bilgilerle desteklenmiştir. Otomotiv firması EİS hücresi ile Kırıkkale Üniversitesi Bilgisayarla Bütünleşik İmalat laboratuarı simülasyon modelleri ve kuyruk ağları ile analiz edilmiştir. Uygulama ve vaka çalışması olarak, Turkish Aerospace Industries (TAI) yeni kurulması planlanan bir EİS hücresi için tasarım süreci, parametrelerin belirlenmesi ve optimizasyonu çalışmaları yürütülmüştür. TAI sistemi için bir EİS modeli önerilmiş, bu sistemin simülasyon modeli oluşturulmuştur. Önerilen sisteme ait kuyruk modeli ortaya konulmuştur. Simülasyon modeli ve kuyruk ağı modeli sonuçları karşılaştırılarak performans değerlendirmesi yapılmıştır. Sonuç olarak EİS'in TAI'deki mevcut duruma nazaran daha iyi bir üretim sistemi tercihi olacağı öngörülmüştür.Anahtar kelimeler: Esnek ?malat Sistemleri, Kuyruk Ağları, Performans Değerlendirme, Simülasyon, Tasarım Süreci

In this study, the design process of Flexible Manufacturing Systems (FMS) and performance analysis with queueing network models has been studied. Design models for FMS have been presented using the Integration Definition for Function Modeling (IDEF) diagrams. These models have been analyzed in detail. Also parameters that are necessary for the FMS design are examined and input, output, control and mechanism factors are determined.The factors affecting on the FMS design process have been determined considering IDEF diagrams parameters. These factors have been determined by using OC curves. OC curves have been used as a decision support system that investigates interactions of between two or more variables. In this thesis, simulation model of Kırıkkale University Computer Integrated Manufacturing Laboratory has been created and the model has been verified, then analyzed with parameters determined with OC curves. The parameters effective on FMS design process such as buffer capacities, conveyor velocity and probability distributions of process times are analyzed.Also, information about analytical performance evaluation with queueing networks has been given. Mean Value Analysis (MVA) algorithms have been used for the performance measurements of the FMS systems with Queueing Networks (QN). Different types of QN topologies have been analyzed and software has been developed which includes algorithms for these topologies. Software makes performance evaluation for single-class networks with blocking and unblocking and also multi-class networks with unblocking systems.QN algorithms are tested with simulation. Number of customers/products, service rates and distributions of process times are examined and then MVA algorithms are evaluated. It has been observed that simulation model and queuing network model results did not exceed %5 relative difference value. This results show QN models is an effective tool for performance evaluation of FMS.Studies have been supported by the information obtained from two firms which are operating in automotive and aircraft industries. Automotive firm FMS cell and Kırıkkale University Computer Integrated Manufacturing Laboratory are analyzed with simulation models and queueing networks. In this thesis, design process, parameters design and parameters optimizations are studied for new FMS cell of Turkish Aerospace Industries (TAI) as an application and case study. A FMS model has been proposed for TAI production system and the system simulation has been created. Also a QN model has been created for the system. Results of the simulation and QN model have been compared and then system performances have been evaluated. As a result, it is shown that the FMS is better alternative than current system for TAI. Keywords: Flexible Manufacturing Systems, Queueing Networks, Performance Evaluation, Simulation, Design Process