Anadolu Üniversitesi
Mühendislik Mimarlık Fakültesi Endüstri Mühendisliği Bölümü
Doç. Dr. Nil ARAS
ENM411 Tesis Planlaması
2013-2014 Güz Dönemi
TP ’ ye özel paketleri / modülleri kullanmak
CAD/CAM ortamından yararlanmak
Genel amaçlı bir veri tabanındaki verileri kullanmak
MatemaFk Programlama, yapay zeka, benzeFm gibi başka bir amaç için gelişFrilmiş yazılımlardan faydalanmak
Yeni programlar yazmak
2
Tek tesis yer seçimi problemi
Blok diyagramları
3
Verim ve kaliteyi arMrır.
Kısa zamanda çok sayısal işlem yapar.
Çok seçenek türeFr.
“ Öyle değil de böyle olsa” tarzı soruları cevaplandırır.
Yine de insan yargı ve deneyiminin yerini alamaz !
4
5
Değer ölçüsü (benimsenen amaç)
6
Tesis planlamacısının değer ölçüleri ve tercihlerine dayanan
AMAÇLAR
Bilgisayarın algılayabileceği SAYISAL DEĞERLERE
dönüştürülmelidir
7
Bütün bölümler dikdörtgendir. (Ya da farklı büyüklükteki dikdörtgen parçalardan oluşmuştur)
Malzeme akışı, bölüm merkezinden, bölüm merkezine olmaktadır.
Malzeme aktarma maliyetleri, uzaklıkla doğru oranVlıdır.
Malzeme akışı ile ilgili tüm veriler belirlidir ve eldedir.
Fire söz konusu değildir.
Akışlar iki boyuWa olmaktadır.
8
1. KULLANDIKLARI VERİLERE GÖRE ALGORİTMALAR
9
q Nitel (faaliyet ilişki çizelgesi)
q Nicel (gezi diyagramı)
q Melez (ikisinin karışımı)
2. BENİMSENEN AMACA GÖRE ALGORİTMALAR
2 temel amaç
1. Toplam maliyeFn enküçüklenmesi
2. Fayda / Yakınlık puanının enbüyüklenmesi
10
11
: bölüm/ faaliyet ilişkileri sayısı
: iki bölüm arasında bir dönemde yapılan taşımaların sayısı
: i. bölüm ile j. bölüm arasındaki uzaklık : aynı mesafedeki birim taşıma maliyeF
ENK z = f ij ⋅
j=1
∑ m i=1
∑ m c ij ⋅ d ij
Gezi diyagramı gibi nicel veri kullanıldığında uygun.
c ij değerlerinin aktarma donanımı kullanım
oranından bağımsız olduğu, taşıma mesafesiyle doğrusal ilişkili olduğu varsayımı.
Bazen her i, j için c ij =1 olarak alınır. Bu durumda tesis içerisindeki toplam birim yük taşımasına odaklanılmış olur.
Bazı durumlarda c ij ’ler, genellikle birim yükün büyüklük, ağırlık gibi özelliklerine dayanan nisbi
12
13
: bölüm/ faaliyet ilişkileri sayısı
: iki bölüm arasında bir dönemde yapılan taşımaların sayısı
: Yerleşim planında i. bölüm ile j. bölüm biFşikse
“1”, değilse “0”
ENB z = f ij ⋅
j=1
∑ m i=1
∑ m x ij
Faaliyet ilişki şeması gibi nitel veriler kullanıldığında
Normalleştirilmiş yakınlık puanı
Verimlilik oranı / Etkinlik oranı (efficiency raFng)
0 -‐1 arasında bir değer
1 olması, aralarında poziFf akış olan tüm bölümlerin yanyana yerleşFğini gösterir.
14
z = f ij ⋅
j=1
∑ m i=1
∑ m x ij
f ij
j=1
∑ m i=1
∑ m
Normalleştirilmiş yakınlık puanı (negatif akış olması durumu)
Bazen yanyana gelmesinin istenmediği iki bölüm için negaFf akış değeri verilebilir.
A: PoziFf akış olan bölümler kümesi
Ā: NegaFf akış olan bölümler kümesi
15
z = f ij .
(i, j )∈A
∑ x ij − ∑ (i, j )∈A f ij . (1-x ij )
f ij −
(i, j )∈A
∑ ∑ (i, j )∈A f ij
3. YERLEŞİM PLANININ GÖSTERİMİNE GÖRE ALGORİTMALAR
16
17
Kesikli gösterimde, eldeki yerleşimin bilgisayara aktarılabilmesi için, önce hücrelerden (BİRİM
KARELER) oluşan bir yapıya dönüştürülmesi gerekir.
D D D D B B D D D D B B D D D E E E C C D E E F A A A A A F A A A F F F 1 2 3 4 5 6 1
2
3
4
5
6
4. KULLANIM AMACINA GÖRE ALGORİTMALAR
18
q Kurma esaslı (construcFon)
q GelişErme esaslı (improvement)
Kurma Esaslı Yordamlar
BAŞLANGIÇ ÇÖZÜMÜ Bulur
Kurma esaslı algoritmalar, bir ön çözüme gerek duymaksızın sonuca ulaşabilmektedirler.
İki temel işlem SEÇME ve SIRALAMA’ dır.
Teknikler arasındaki farklılaşma, bu iki temel işlemin
değişik şekillerde yapılabilmesinden kaynaklanmaktadır.
Bütün kurma esaslı algoritmalarda seçim işlemi, bölümlerin hangi sırayla ele alınıp yerleşFrileceğini belirlemekFr.
19
KURMA ESASLI ALGORİTMALAR İÇİN ORTAK ADIMLAR
1. Henüz seçilmemiş bir faaliyeF seç.
2. Bu faaliyeF boş olan ve sırası gelen bir yere yerleşFr.
3. Faaliyetlerin hepsi bir yere atanmadıysa Adım 1'e dön, aksi halde DUR.
20
Geliştirme Esaslı Yordamlar
MEVCUT YERLEŞİM PLANININ İYİLEŞTİRİLMESİ amaçlanır.
Başlangıçta bir yerleşim planı verilmelidir.
Kurma esaslı algoritmaların çıkVları, gelişFrme
algoritmalarının girdisi olarak kullanılırsa, daha da iyi sonuçlar elde edilebilmektedir.
21
23
(Pairwise Exchange Method)
İyileşFrme esaslı bir yöntemdir.
MaliyeFn enküçüklenmesi veya faydanın
enbüyüklenmesi amaçlarından biri benimsenebilir.
Her adımda sadece iki bölümün yeri karşılıklı olarak değişFrilebilir.
Birbiri ile yerleri değişecek bölümleri bulmak için, tüm ikili kombinasyonlar denenir ve eniyi amaç fonksiyonu değerine sahip olan değişim seçilir.
Bu değişim adımları, bir iyileşme elde edilemediğinde sona erer.
24
25
ÖRNEK: Eşit büyüklükte yanyana dört bölüm, maliyet esaslı, birim taşıma maliyetleri aynı (c ij =1 alınabilir)
1 2 3 4
1 2 3 4
1 - 10 15 20
2 - 10 5
3 - 5
4 -
Gezi diyagramı
Yerleşim
Planı
26
1 2 3 4
1 2 3 4
1 - 1 2 3
2 - 1 2
3 - 1
4 -
Mevcut planın toplam maliyet değerinin hesaplanması
Uzaklık matrisi
1 1 1
27
1 2 3 4
1 - 1 2 3
2 - 1 2
3 - 1
4 -
Mevcut planın toplam maliyet değerinin hesaplanması
Uzaklık matrisi
1 2 3 4
1 - 10 15 20
2 - 10 5
3 - 5
4 -
Akış matrisi
z = j=1 f ij ⋅
i≠ j
∑ 4 i=1
∑ 4 c ij ⋅ d ij
TC = 10(1) +15(2) + 20(3) +10(1) + 5(2) + 5(1) = 125
Ardıştırma 1:
Mevcut planda yapılabilir ikili değişimler
28
1 2 3 4
Ardıştırma 1
29
TC
2134(1↔ 2) = 10(1) +15(1) + 20(2) +10(2) + 5(3) + 5(1) = 105
TC
3214(1↔ 3) = 10(1) +15(2) + 20(1) +10(1) + 5(2) + 5(3) = 95
TC
4231(1↔ 4) = 10(2) +15(1) + 20(3) +10(1) + 5(1) + 5(2) = 120
TC
1324(2 ↔ 3) = 10(2) +15(1) + 20(3) +10(1) + 5(1) + 5(2) = 120
TC
1432(2 ↔ 4) = 10(3) +15(2) + 20(1) +10(1) + 5(2) + 5(1) = 105
TC
1243(3 ↔ 4) = 10(1) +15(3) + 20(2) +10(2) + 5(1) + 5(1) = 125
Ardıştırma 1
En düşük taşıma maliyeF değerine sahip olan (1-‐3) değişimi seçilir.
Mevcut ve yeni yerleşim planları
30
1 2 3 4
1 2
3 4
Mevcut plan
Toplam maliyet = 125
Yeni plan
Toplam maliyet = 95
Ardıştırma 2:
Yeni planda yapılabilir ikili değişimler
31
1 2
3 4
Ardıştırma 2
32
TC
3124(1↔ 2) = 10(1) +15(1) + 20(2) +10(2) + 5(1) + 5(3) = 105 TC
1234(1↔ 3) = 10(1) +15(2) + 20(3) +10(1) + 5(2) + 5(1) = 125 TC
3241(1↔ 4) = 10(2) +15(3) + 20(1) +10(1) + 5(1) + 5(2) = 110 TC
2314(2 ↔ 3) = 10(2) +15(1) + 20(1) +10(1) + 5(3) + 5(2) = 90 TC
3412(2 ↔ 4) = 10(1) +15(2) + 20(1) +10(3) + 5(2) + 5(1) = 105
TC
4213(3 ↔ 4) = 10(1) +15(1) + 20(2) +10(2) + 5(1) + 5(3) = 105
Ardıştırma 2
En düşük taşıma maliyeF değerine sahip olan (2-‐3) değişimi seçilir.
1. ve 2. ardışVrmada elde edilen yerleşim planları
33
1 2
3 4 1. ardıştırma
Toplam maliyet = 95
1
2 3 4 2. ardıştırma
Toplam maliyet = 90
Ardıştırma 3:
Yeni planda yapılabilir ikili değişimler
34
1
2 3 4
Ardıştırma 3
35
TC
1324(1↔ 2) = 10(2) +15(1) + 20(3) +10(1) + 5(3) + 5(1) = 120 TC
2134(1↔ 3) = 10(1) +15(1) + 20(2) +10(2) + 5(3) + 5(1) = 105 TC
2341(1↔ 4) = 10(3) +15(2) + 20(1) +10(1) + 5(2) + 5(1) = 105 TC
3214(2 ↔ 3) = 10(1) +15(2) + 20(1) +10(1) + 5(2) + 5(3) = 95 TC
4312(2 ↔ 4) = 10(1) +15(1) + 20(2) +10(2) + 5(3) + 5(1) = 105
TC
2413(3 ↔ 4) = 10(2) +15(1) + 20(1) +10(3) + 5(1) + 5(2) = 100
Sonuç
Daha düşük maliyetli bir plan olmadığından algoritma sonlanır.
36
1 2
3 4 1. ardıştırma
Toplam maliyet = 95
1
2 3 4 2. ardıştırma
Toplam maliyet = 90
1 2
3 4 Mevcut plan
Toplam maliyet = 125
37
(Graph-based method)
38
Kurma esaslı bir algoritmadır.
Faaliyetler ya da bölümler düğüm olarak gösterilir.
Faaliyetler (bölümler) arası ilişkiler ikili bir ayırım yapılmasını sağlar: sağlanması gerekenler ve
gerekmeyenler
Sağlanması gereken komşuluklar ayrıtlarla gösterilir (BiFşik bölümler ayrıtlarla bağlanır)
Serim düzlemsel olarak yayılmamışsa (ayrıtlar kesişiyorsa) çözümü yoktur.
Serim düzlemsel ise, blok diyagramına geçilir.
39
40
Ayrıtlarla çevrilmi ş
bölgeye YÜZ denir.
41
Serimde Kabuller
Uzaklık ve komşuluktan başka ilişki göz önüne alınmaz.
Bölüm şekilleri ve sınır uzunlukları dikkate alınmaz.
Ayrıtlar kesişemez (düzlem)
Yerleşimin değeri, ağırlıklara duyarlıdır.
42
İyi yönler
Faaliyet ilişki çizelgesinden, doğrudan alan-‐ilişki diyagramına geçilebilir.
Zayıf yönler
BiFşik tesislerin arasındaki ilişkiyi kuvvetli sayar.
Birden fazla çözümü vardır.
Bilgisayar uygulaması zordur.
Serim tekniği sadece bir ARAÇ Br.
Kullanabileceğimiz yerlerde bütün üstünlükleriyle kullanmalıyız.
43
ÖRNEK:
44
Adım 1: En ağır çifti seç → 3 ve 4
3 20 4
45
Adım 2: Bunlara toplam ağırlığı enbüyük olanı, bir yüz oluşturacak şekilde ekle. Son düğüme kadar bu adımı tekrarla.
düğümler 3 4 Toplam
1 8 10 18
2 12 13 25
5 0 2 2
3 20 4
2
12 13
3 20 4
46
Bu yüze eklendiğinde, en büyük ağırlığı veren dördüncü düğümü bir yüz oluşturacak şekilde ekle
düğümler 2 3 4 Toplam
1 9 8 10 27
5 7 0 2 9
8
1
12
13
2
10 9
20
2
12 13
47
Alternatif yerleşim
20
2
12 13
1
8 9 10
2 3 4 Toplam
1 9 8 10 27
5 7 0 2 9
3 20 4
2
12 13
3 4
8
1
12
13
2
20
10
9
48
Son düğümü ekle.
Beşinci bölüm (5), hangi yüze?
Yüzler Ağırlıklar Toplam
1-2-3 0+7+0 7
1-2-4 1-3-4 2-3-4
0+7+2 0+0+2 7+0+2
9 2 9
3 4
1 2
3. yüz
4. yüz
49
Adım 3: Son düğümü ekle.
Beşinci bölüm (5), hangi yüze?
3 4
8
1
12
13
2
20 10 9
0 5
2 7
3 4
8
1
12
13
20 10 9
2
50
3 4
8
1
12
13
2
20 10 9
0 5
2 7
2
3
4
1 5
blok diyagramına geçiş
51
Computerized Relative Allocation of Facilities Technique
52
CRAFT için gerekli girdiler
Başlangıç yerleşim düzenlemesi planı
Gezi diyagramı (Bölümler arasında birim zamandaki taşıma sayıları)
Birim yükün birim mesafeye taşınma maliyetleri
Düzenlemede yerleri değişmeyecek sabit bölümlerin yerleri ve sayısı
53
CRAFT çıktıları
Yalnız ikili değişim
Yalnız üçlü değişim
İkili değişimi izleyen üçlü değişim
Üçlü değişimi izleyen ikili değişim
Eniyi ikili ve üçlü değişim
54
CRAFT’ın Özellikleri
GelişFrme esaslı bir algoritmadır.
Düzenleme alanı br 2 lerden oluşur.
Tesisin dış yapısı kare ya da dikdörtgen olmalıdır.
Değilse, kalan alanlar sabit alan olur.
Maliyet bilgisi, birim yük için birim uzaklık başına
hesaplandığından, bu uzaklık biriminin yerleşim düzeni planındaki 1 br 2 nin bir kenarının uzunluk birimiyle aynı olması uygulamada büyük önem taşır. (Örn: Bir karenin kenarı 2 m. ise, maliyet matrisi elemanlarının birimi 2 m.
başına (TL/adet) ya da (TL/ton) olmalıdır)
Bölümler arası akış verilirken br 2 ye göre verilmelidir.
55
1. Bölümlerin ağırlık merkezlerini bul.
2. Uzaklıkları hesapla.
3. Toplam taşıma maliyeFni hesapla.
4. ∀ 2-‐3 değişiklikleri dene. En iyisini yap.
5. Gerçek ağırlık merkezlerini hesapla.
6. Tekrarla (daha iyisi bulunmayıncaya kadar yeni seçenekler)
CRAFT-‐ALGORİTMA
56
Adım adım İYİLEŞTİRME (2 ’ li, 3 ’ lü değişim)
Bölümler arasında ikili ve/ veya üçlü yer değişimleri yapılır.
Değişecek bölümler ya KOMŞU olmalı ya da alanları EŞİT bölümler olmalıdır.
Bölümlerin alanları eşitse problem yok.
Komşu ise ve alanlar da farklı ise:
Ağırlık merkezleri değişebilir
Bölünme olabilir
57
İkili değişim (5-‐4)
58
Üçlü değişim (A-‐B-‐D)
59
Avantajları
Sabit yerlerin tanımlanabilmesi
Kısa bilgisayar zamanı gerekFrmesi
Karışık matemaFksel hesaplamalar gerekFrmemesi
Maliyet ve tasarrufları göstermesi
Şekillerin değişFrilebilmesi
60
Dezavantajları
Olası değişikliklerin hepsi sınanmaz bu yüzden yerel eniyi çözüm sağlanır.
Başlangıç yerleşim düzenini kendisi oluşturmaz.
İstenmeyen yakınlıkları gözönüne almaz.
Bölüm sayısı sınırlıdır.
Bir faaliyete ayrılan alanda bölünmeler olabilir.
Bölümler birbiriyle yer değişFrirken,
aynı büyüklükte olmak,
veya birbiriyle komşu olmak veya
ortak başka bir bölümle sınırdaş olmak zorundadır.
61
İstenmeyen bir duruma örnek:
2 -‐ 4 değişiminde bölünme
6 6 6 5 5 6 6 6 5 5 6 6 6 5 4 6 6 6 4 4 2 2 2 2 2 1 1 2 3 3 1 1 2 3 3
6 6 6 5 5 6 6 6 5 5 6 6 6 5 2 6 6 6 2 2 2 2 2 2 4 1 1 4 3 3 1 1 4 3 3
6 6 6 5 5 6 6 6 5 5 6 6 6 5 2 6 6 6 2 2 4 4 4 2 2 1 1 2 3 3 1 1 2 3 3
62
ÖRNEK : Mevcut ve önerilen planları CRAFT algoritmasının amacına göre karşılaşVrınız.
63
A A A C B B B B B A A A C B B B B B A A A C B B B B B
Mevcut yerleşim
A A A B B B B B C A A A B B B B B C A A A B B B B B C
Önerilen yerleşim
A B C
A - 10 6
B 2 - 7
C 0 0 -
Akış matrisi
Uzaklık matrisi (mevcut durum)
64
A A A C B B B B B A A A C B B B B B A A A C B B B B B
Bölümlerin ağırlık merkezleri arasındaki uzaklıklar
A B C
A - 5 2
B 5 - 3
C 2 3 -
5 birim
Uzaklık matrisi (önerilen durum)
65
Bölümlerin ağırlık merkezleri arasındaki uzaklıklar
A B C
A - 4 7
B 4 - 3
C 7 3 -
4 birim
A A A B B B B B C
A A A B B B B B C
A A A B B B B B C
Toplam ta ş ıma maliyetleri (uzaklık x akı ş x birim maliyet)
66
93 )
3 ( 7 )
5 ( 2 )
2 ( 6 )
5 ( 10 )
mevcut (
TM = + + + =
111 – 93 = 18 birimlik bir arVş olacağından, değişiklik uygun değildir.
111 )
3 ( 7 )
4 ( 2 )
7 ( 6 )
4 ( 10 )
önerilen (
TM = + + + =
Başlangıç yerleşim planı
67
ÖRNEK :
68
Başlangıç
yerleşim planı
69
A A A A A A A A A A G G G G G G G G
A A G G
A A A A A A A A A A G G G G
B B B B B C C C C C E E G G G G G G B B C C E E E E E E E E B B C C C C C E E E E E E E E B B B B B D D D D F F F F F F F E E
D D D D D D D F F F F
D D D F F F F F F
70
Başlangıç yerleşim planı ve ağırlık merkezleri
TM = 2974 x 20 = 59480 birim
71
E ve F bölümlerinin yer değişimi
sonucunda elde edilen plan
TM = 2953 x 20 = 59060 birim
72
Elde edilen eniyi yerleşim TM = 56670 birim
Ufak
düzeltmelerden
WINQSB ile çözüm
73
74
75
76
77
78
79
80
A A A A A A A A A A G G G G G G G G
A A G G
A A A A A A A A A A G G G G
B B B B B B B B B B F F G G G G G G B B B B B B B B B B F F F F F F F F C C C C C C C C C C F F F F F F F C C C C C D D D D E E E E E E F F
D D D D D D D E E F F
BAŞLANGIÇ YERLEŞİM
CRAFT İLE ELDE
EDİLEN
MicroCraft
81
Kesikli + gelişfrme esaslı
Yerleşim alanı eşit genişlikte bantlara bölünür.
Bant sayısı, tesis eni ve boyu, başlangıç yerleşim vektörü (örnek : 1-‐7-‐5-‐2-‐4-‐6-‐3)verilir.
İkili değişim için kısıt YOKTUR
Bölmez, hepsini kaydırır.
1
5 6
7 2
4 3
1 5
6 7
4
3 â 2
82
83
(Başlangıç yerleşim vektörü: 1-7-5-3-2-4-8-6 )
84
85
Kurma-‐veya gelişfrme esaslı
2-‐3 bant (kendi seçer)
Bant genişlikleri değişebilir.
Sürekli gösterim
Akış veya yakınlık diyagramı
Bölümü bir banda ata
Eni-‐boyu belirle (bölme yap)
Bölümleri sıraya göre diz
Faaliyet ilişki şemasını kullanır. Gezi diyagramı verilse bile onu faaliyet ilişki şemasına
dönüştürür.
Değerlendirmede CRAFT gibi ve ∀ cij=1
Veya A=10, E=5, I=2, O=1, U=0, X= -‐10
A E
C B
D F
Hesapla
86
87
88
(Layout Optimization with Guillotine Induced Cuts)
89
Kurma esaslı bir algoritmadır.
Akış verileri, uzaklık esaslı
d/d, sürekli, kurma
Böle-‐böle kurar (düşey-‐yatay kesmeler)
Rassal atamalar (alan belli→en-‐boy bul)
Ağaçta değişim→iyileşFrme
D
k 2. Y g
. . k Y g
3.
.
b 4. D d
. D d
5.
. b 6. . D d
1.
.
B
A, B, C, D, E, F,G
B, C, E, G
B, C
A, D, F
E,G A D, F
b d
C E G D F
b
G D E
B C A
F
90
91
92
1
2
3
93
4
5
6
7
94
95
(MULTIfloor PLant EvaluaFon)
96
Kurma esaslı bir algoritmadır.
CRAFT ’ a benzer (değişim ve yerleşim farklı)
İkili değişimler daha esnekFr.
Boşluk dolduran eğri (Hilbert)
Sabit bölümleri atlar
(köşegen geçişler â kopukluk)
Eğriler çok değişik değilse â Sonuç seçilen eğriye duyarsız
97
98
99
100
A, B, C, D ve E tesislerinin alanları, sırasıyla 8, 8, 8, 4 ve 4 birim kare, BECDA sırasıyla yerleşim
B C D E
A 10 1 0 1
B 1 0 0
C 5 2
Maliyet:
10(6)+4+0+3+4+0+0+5(3)+2(3)+12(6) = 164
D D A A
D D A A
C C A A
C C A A
C C E E
C C E E
B B B B
B B B B
101
D D A A
D D A A
C C A A
C C A A
C C E E
C C E E
B B B B
B B B B
A-B arası d/d uzaklık = 6 br.
102
B ↔ D değişimi DECBA sırasıyla yerleşim
D D A A
D D A A
C C A A
C C A A
C C E E
C C E E
B B B B
B B B B
B C D E
A 10 1 0 1
B 1 0 0
C 5 2
B B A A
B B A A
B B A A
B B A A
C C C C
C C C C
D D E E
D D E E