ÜRETİM HATTINDA İŞLETİM OPTİMİZASYONU YAPILARAK ENERJİ VERİMLİLİĞİNİN SAĞLANMASI – 3e Electrotech Dergisi
Levent DOĞANAY Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Prof. Dr. Zehra YUMURTACI Yıldız Teknik Üniversitesi Makine Fakültesi
Dünya’da son yıllarda yaşanan hızlı nüfus artışı, buna bağlı olarak insanların ihtiyaçlarının ve taleplerinin artmasıyla beraber üretim sektörü hızlanmakta, üretim hacimleri artmaktadır. Talebin artmasına paralel olarak gelişen rekabet ile üretici firma sayısı da artmakta ve bu firmalar birbiri ile yarışmaktadır. Kaizen üretim sisteminin esas ana hedeflerinden biri olan sürekli iyileştirmeler ile üretimde yüksek kalite, düşük enerji tüketimi, stoksuz üretim, ergonomi gibi beklentiler gerçekleştirilmiştir. Boru üretim alanında varolan kaynakların (işgücü, zaman, süreçler, hammaddeler, kapasite, ekipman gibi) en verimli şekilde kullanılması hedeflenmiştir. Fabrika bünyesinde, boru ön montaj mahallinde gerçekleştirilen bu projede, öncelikli olarak mevcut durumdaki iş akışı ortaya konulmuştur. Boru İmal ön hazırlık istasyonunda boru hammadde veriminin artırılması için mevcut olan problemler ve darboğazlar gözlenip analiz edilmiş, iyileştirme çalışmaları uygulanmıştır. Bu çalışmaların sonucunda bir optimizasyon programı geliştirilmiş ve uygulanmıştır. Ön hazırlık üretim hattına daha yüksek tempo, firesiz ve hatasız üretim yapılabilme yeteneği kazandırılmış, daha düşük maliyet ve enerji verimliliği sağlanmıştır. Tez aşamasında yapılan projelerde ‘’Kaizen’’ metadolojisi ve optimizasyon programı kullanılmıştır. Yapılan analiz ve iyileştirmeler sonucunda ürünlerin üretim hattındaki vardiyalık temposu %5 artmıştır. Çalışan makinelerin ve operatörlerin verimlilikleri artmış, üretim maliyetleri ve fire miktarı düşmüştür. Üretim tesisinde yıllık 40.000 metre hammadde tasarrufu ve 36.000 kWh elektrik enerjisi tasarrufu sağlanmıştır.
Optimizasyon, bir sistemde varolan kaynakların (işgücü, zaman, kapital, süreçler, hammaddeler, kapasite, ekipman gibi) en verimli şekilde kullanılarak belirli amaçlara(maliyet en azaltılması, kârın arttırılması, kapasite kullanımının artırımı ve verimliliğin en üst düzeye getirilmesi gibi) ulaşmayı sağlayan bir teknoloji olarak tanımlanmaktadır . Rus matematikçisi Kantorovich üretim planlamasında en sıklıkla karşılaşılan problemlerin modellenmesine ve elde edilebilecek en iyi sonuçları bulma metodlarını anlattığı makalesiyle modern üretim sistemlerinde optimizasyona olan ihtiyacı ortaya koymuştur . Üretim, ülke kalkınmasının temel taşlarından biridir. Üretim, hem istihdam yaratır, hem de ulusal gelire önemli ölçüde katkıda bulunur. Etkinliğin ve verimliliğin plânlamadan geçtiği bilinen bir gerçektir. Verimlilik girdi başına çıktı olarak, etkinlik ise fiilî değerin plânlanan değere bölünmesi ile ölçülmektedir. Dolayısıyla bir sistemin etkinliğinin ve verimliliğinin arttırılması, öncelikle iyi bir plânlama yaklaşımının uygulanmasına bağlıdır . Üretim tasarlama ve kontrolü, genel olarak bir üretim yönetimi etkinliğidir. Bu etkinlikte, üretilecek ürünü belirlemek, üretim için donanım gereksinimini saptamak ve ürünlerin, istenen kalite ve maliyette, istenen sürede, doğru zamanlarda ve istenen sayılarda oluşumunu sağlayacak planlama, programlama çalışmalarını yapmak, ana öğelerdir.
Özetle üretim tasarlama ve kontrolü, üretimden sorumlu yöneticilerin, kısa zamanda ve yüksek verimde hedefe ulaşması için yol gösteren önemli bir üretim aracıdır. En genel anlamda üretim sistemlerinin tasarımı ile ilgili etkinlikleri içeren ve üretim etkinliklerinin sınırlarını belirleyen üretim işlevi olarak tanımlanan üretim tasarlama ve kontrol çalışmalarındaki hedef, gereken mal ve hizmetlerin oluşturulması için gerekli kaynakları bulmak, varlığını garanti altına almak, gereksiz kaynak harcamalarını en düşük düzeye indirmek, istenen miktarda ürünü, en iyi kalite, en kısa sürede ve en ucuz yöntemlerle üreterek en yüksek verimliliği sağlamaktır .
Üretim Sistemleri, kullandıkları üretim yönetimine göre (analitik, sentetik, montaj, vs.) ve üretilen ürüne göre (demir- çelik, petrol, makine, vs.) tesisin yerleşimine göre (ürüne göre, hücresel vs.), üretim miktarına göre (parti üretimi, siparişe göre üretim vs.) değişik açılardan sınıflandırılabilir. Bu sınıflandırma, üretim miktarına göre aşağıdaki gibi olabilmektedir. Kesikli üretimin bir kolu olan Montaj Hattı aşağıda tanıtılmıştır. Arka arkaya sıralanmış iş istasyonlarından meydana gelmektedir. Montaj hattında üretilen ürüne ait olan işlemler montaj hattı boyunca sıralanır. Malzemeler, istasyonlar arasında hareket ettirilerek ürün üzerinde gerekli işlemler tamamlanır. Bir montaj hattının sadece bir ürün modelinin üretimi için kullanılması söz konusu olabilir. Bu tip montaj hatlarına Tek Modelli Montaj Hatları adı verilir. Bir ürün modelinin üretimi tamamlandıktan sonra, aynı montaj hattında farklı bir modelin üretimi de gerçekleştirilebilir. Bu tip montaj hatlarına ise Çok modelli montaj hatları denir. Bununla birlikte bir montaj hattı aynı anda birden fazla modelin üretimini gerçekleştirebilecek esnekliğe sahip olabilir. Bu tip montaj hatlarına ise Karışık Modelli Montaj hatları adı verilir. Transfer hatları bu esnekliği sahip değildir. Her işletme, ürettiği veya üretmeyi planladığı ürünlerin tasarım özelliklerine, bu ürünlerin hayat seyirlerinde bulunduğu aşamaya, üretilmesi planlanan ürün çeşidine ve üretim hacmine göre, farklı üretim sisteminden en uygun olanını uygulamak zorundadır .
MONTAJ HATLARININ DENGELENMESİ
Montaj hatları, bir ürünün birçok parça ve bileşenlerinin bir araya getirildiği ve bunların üzerinde birtakım işlemlerin yapıldığı yerlerdir. Bir montaj hattının temel özelliği, iş parçalarının bir istasyondan diğerine hareket etmesidir. İş istasyonlarında bulunan işçiler, kendilerine ait bir veya birkaç işlemi yaparak, hatta giren yarı ürünlerin hattın sonundan ürün olarak çıkmasını sağlarlar. 20. yüzyılın ortalarında ortaya atılan “montaj hattı dengelenme” düşüncesi, talep miktarı çok yüksek olan ürünlerin en kısa sürede, verimli bir şekilde, ucuz ve istenen kalitede üretilmesi çabasının bir sonucu olarak doğmuştur . Montaj hattı, ilk kez Amerikan otomobil sanayi öncüsü Henry Ford (1863-1947) tarafından ortaya atılmıştır. Öncelikle işin verimini ve malların standartlaştırılmasını amaçlayan Ford, geliştirdiği yeni sistemde, işin olabildiğince çok parçaya ayrıştırılıp her parçanın standartlaştırılmasını; bunların büyük çapta ve seri olarak üretimini amaçlamıştır. Burada, işçilerin becerilerine olan bağımlılığın “yürüyen (akan) bant” kullanılarak azaltılacağı düşünülmüştür. Üstünde üretilecek nesnenin parçaları bulunan bant, üretim sürecinin gerektirdiği işlem sırasına göre dizilmiş makine ve iş istasyonları boyunca akmaktadır. Makine ve iş istasyonlarında bulunan işçilere ise, bir kolu çekmek ya da bir pedala basmak düşmektedir. Böylece küçük parçalara bölünen işler, yapılış sırasına göre dizilmekle, üretim sürecinde, işin gereği parça almak ya da makineler arasında gidip gelmeler (zaman kaybı) önlenmiş olmaktadır. İlk olarak 1913’te titizlikle yapılan zaman ve hareket etütleri sonucu, yaklaşık 50 metrelik bir üretim hattında üretim süreci 140 işçi arasında bölünmüş, montajı yapılan şasenin montajı için gerekli olan 12 saat 28 dakikalık süre, 5 saat 50 dakikaya indirilmiştir.
1914 yılında mekanik olarak hareket eden hat, yani yürüyen bant üretime sokulduğunda bu süre 1 saat 30 dakikaya indirilebilmiştir . Montaj hatlarının işletmelere sağladığı pek çok fayda vardır. Bunlardan birkaçı sayılacak olursa montaj hatları:
i. Düzenli bir malzeme akışı sağlar.
ii. İnsan gücü ve tezgâh kapasitelerinin en üst düzeyde kullanımını sağlar.
iii. Boş süreleri en aza indirmeyi amaçlar.
iv. Boş süreleri, iş istasyonları arasında düzgün şekilde dağıtır.
v. Üretim maliyetlerini en aza indirir.
Montaj hatlarının pek çok avantajı olmakla birlikte, dikkat edilmesi gereken önemli noktalar da vardır. Montaj hatlarında çalışan işçilerin sürekli aynı işleri yapmalarından bir dolayı monotonluk söz konusudur. Ayrıca, talepteki değişim oranlarıyla üretim sisteminin verimliliği doğrudan bağlantılıdır. Bir hat tasarlanırken ortaya çıkan temel problem, üretim hattındaki iş istasyonlarına dengeli yüklemenin yapılmasıdır. Dengenin sağlanamadığı durumlar, bazı istasyonlarda diğerlerinden daha fazla iş yükü olmasına ve çevrim süresinin olması gerekenden daha uzun olmasına böylece verimlilik kayıplarına neden olur .
Proje, boru imalat ön hazırlık alanında öncelikli olarak, boru hammaddelerinin işçiler tarafından manuel olarak kesilmesinin ortadan kaldırılmasını ve böylelikle işçi sağlığı ve güvenliğinin gözetilmesini ve uygulamanın ergonomik kriterler çerçevesinde olmasını, bununla birlikte verimliliğin arttırılarak, çevrim süresinin azaltılmasını hedeflemektedir. Çevrim süresinin azaltılması, firmada gelecekte gerçekleşmesi muhtemel bir üretim kapasite artırımı karşılayacak potansiyele sahip olmasını sağlayacaktır. Ayrıca bu proje, boru imalat ön hazırlık alanında stok hammaddesinin azaltılması ve böylelikle çalışmanın KAIZEN in hedefleri ile örtüşmesini amaçlamaktadır. Diğer bir yandan, boru imalat ön hazırlık çalışanları, mental ve fiziksel enerjilerini, hammadde kesim işlemi ve büküm makinalarında boru boyunun ölçülmesi için harcamayarak barcode programlaması ile otomatik boy dayamasının uygun konuma getirilmesi ve böylelikle enerjilerini üretim kalitesinin artmasına katkıda bulunmak için kullanacaklardır.
Montaj hattında üretilen seyahat otobüsünün mevcut 22 çapındaki Pirinç boruları aşağıdaki tabloya aktarılmıştır. Operatör Optimizasyon programından önce boruları testerenin boy hareketini dikkate alarak büyükten küçüğe doğru sıralıyordu, bu şekilde oluşan fire miktarı aşağıdaki örnekte görülebilir. Kesim verim raporu operatörün insiyatifine bağlı olarak %94 çıkmaktadır.
Optimizasyon Programı ile elde edilen Kesim Planı: Hammadde miktarı 6000 mm.’dir. Aynı tip aracın mevcut olan 22 Ms olan borularını Optimizasyon Programı kullanarak kestiğimizde kesim verim raporu aşağıdaki şekilde görülebilir.
Kullanılan Optmizasyon programı kesim verimini arttırmıştır.
ÇEVRİM ZAMAN İNCELEMESİ:
Optimizasyon programı ile elde edilen boru datalarını Excel’de makro programı yardımı ile listeye işlediğimiz zaman 1 araç ve toplam 1 vardiyada üretilen boru adedi otomatik olarak karşımıza çıkmaktadır. Bir araç için toplam boru adedinin 104 olduğu görülür. Bir vardiyada üretilen boru adedi yaklaşık 900 adettir. Çevrim süresi 14 araç için 61 dakika olan montaj istasyonu örnek alınarak 2 MTM operatörü (Measuring Timing Methoding – Ölçme Zamanlama ve Metodolojiden Sorumlu Operatör) ile birlikte her bir operatör için 10 farklı numunede (boru) 10’ar adet ölçüm alınmıştır. Kronometre ile yapılan ölçümler aşağıdaki tabloya aktarılmıştır.
TESTERE KESİMİNDE OPTİMİZASYON PROGRAMI İLE MEVCUT DURUM ANALİZİ:
Testere makinasında ve çapak alma prosesinde çalışan operatörün, 0,55 dakika boru başına zaman harcadığı tespit edilmiştir. 1 araçta geçen boru adedinin yaklaşık 100 adet olduğu düşünüldüğünde, 1 araç için gereken zaman yaklaşık 55 dakika olduğu görülebilir.
BÜKÜM PROSESİNDE OPTİMİZASYON PROGRAMI İLE MEVCUT DURUM ANALİZİ:
1 adet büküm işlemi için gereken zamanın 0,2 dakika olduğu görülür. Boru başına ortalama 5 adet büküm olduğu düşünülüp hesap yapıldığında 100 adet boru için araç başı 100 dakika büküm makinalarında zaman harcandığı görülebilir. 2 adet aktif olarak kullanılan büküm makinasında 50 dakika zaman harcadığı görülmektedir.
TESTERE KESİMİNDE OPTİMİZASYON PROGRAMI KULLANILMADAN ÖNCEKİ MEVCUT DURUM ANALİZİ:
Optimizasyon programı kullanılmadan önce testerede çalışan operatör, boru uzunluğunu manuel olarak testere ekranına yazdığında ortalama her bir boru adedi için 2 saniye zaman harcamakta idi. 0,55 dakika boru başına yapılan işçilik 0,57 dakikada olacağından dolayı Takt zamanında vardiyada istenilen boruları üretmede zorluk yaşanıyordu.
BÜKÜM PROSESİNDE OPTİMİZASYON PROGRAMI KULLANILMADAN ÖNCEKİ MEVCUT DURUM ANALİZİ:
Büküm prosesinde ise operatör her bir boru bükülmeden önce borunun uzunluğunu ölçüyordu. Ve büküm makinasını ekranında boruyu ara yüzlerden boru datasını bulmak için ilave zaman harcıyordu. Yaklaşık 3-4 saniye her bir boru için zaman harcıyordu. 1 dakika boru başına yapılan işçilik 1,06 dakikada olacağından dolayı 53 dakikada istenilen borular üretilebiliniyordu. Yakın ölçüde olan borular karışıklığı sebep olduğundan dolayı hataya sebebiyet verilip hatalı üretilen borular yeniden üretilmek durumunda kalıyordu.
i. Montaj boru ön hazırlık mahallinde gerçekleştirilen Optimizasyon programı ile işçi sağlığı ve güvenliği koşulları sağlanmış, ergonomik kriterler hayata geçirilmiş, ve çevrim süresi düşüşü elde edilerek projenin Kaizen felsefeleri ile örtüşmesi sağlanmış, iş adımlarındaki kaotik durum ortadan kaldırılmıştır.
ii. İstasyona göre üretim gerçekleştirildiğinden dolayı Kaizen felsefesi ile örtüşüp stok durumunda azalma sağlanmıştır.
iii. Boru manuel olarak operatör tarafından yazıldığından dolayı hammadde olarak operatörün insiyatifine bağlı olarak fire veriliyordu. Sistem otomatikleştirilerek operatörün tecrübesinden bağımsız hatasız bir üretim devreye alınmış oldu.
iv. Yaklaşık 5 saniye boru başına sağlanan üretim zamanındaki artış, araç başında yaklaşık 100 adet boru
olduğu hesaplandığında, araç başı 500 saniye, yani araç başı yaklaşık 8 dakika olduğu görülebilir. 1 adet otobüs için sağlanan 8 dakika kazanç, yıllık 4500 adet araç için yaklaşık 36000 dakika yani 600 saat olmuş, işçilik ücretinin saatte 8 Euro olduğu düşünüldüğünde 8 x 600 = 4800 Euro yıllık tasarruf sağlanmıştır.
v. Belirlenen ürünün üretim hattındaki vardiyalık temposu, 1 adet borunun üretim zamanının yaklaşık 2 dakika olduğu düşünüldüğünde, 5-6 saniye boru başına yapılan üretim zamanındaki iyileşme, verimi % 5 arttırmıştır.
vi. Boru imalat alanında büküm ve testere makinalarındaki elektrik üretimi 1 günde yaklaşık 2500 kWh’tir. 1800 günlük üretim için 1 boru üretimi için yaklaşık 1,40 kwh enerji ihtiyacı oluşmuştur. Üretim hattının yıllık üretim adedi 900 (1 vardiyada) x 2 vardiya x 26 iş günü x 12 ay = 561.600 adettir. Tatil günleri çıkarıldığında yaklaşık 515.000 adettir. Büküm ve testere kesimi için yıllık elektrik tüketimi 515.000 x 1,40 = 721.000 kWh’dir. Bu miktar verimin yaklaşık %5 artmış olması ile 685.000 kwh olmuştur.
vii. Ön hazırlık alanında çalışan makinelardan elde edilen yaklaşık 36.000 kWh enerji tasarrufundan yaklaşık 16.000 TL kazanç sağlanmıştır. (1 kWh elektrik enerjisinin tüm bedeller, fonlar ve vergiler dahil 45 kuruş olarak alınmıştır.)
viii. Vardiyada kullanılan tüm borular hesaplandığında bir araçta yaklaşık 180 metre boru kullanıldığı düşünülebilir, yıllık 4500 adet araç için 810.000 metre boru kullanılmıştır. Kesim verim raporunda optimizasyon programı ile elde edilen yaklaşık %5’lik iyileşme ile yeni durumda yaklaşık 768.500 metre boru kullanılmıştır. Senelik 39.500 metre boru firesi önlenmiştir. Bu sayıya hatalı üretim adetlleri de eklendiğinde yıllık yaklaşık 40.000 metre hammadde fire önlenmiştir.
 M Tanyaş, (2006). Üretim Plânlama ve Kontrol M Baskak İrfan Yayımcılık.  Olcay Polat,(2008). Montaj Hattı İşçi Atama ve Dengeleme Problemlerinin Genetik Algoritmalarla Çözülmesi.  Yakup Kara, (2004). U-tipi montaj hattı dengeleme problemleri için yeni modeller ve otomotiv yan sanayiinde bir uygulama.  S.K. ve Baykoç, Ö. F., (15-18 Haziran 2004), Tek Modelli Stokastik U Tipi Montaj Hattının Deterministik Dengeleme Teknikleri Kullanılarak Dengelenmesi Ve Benzetimi: Arçelik A.Ş’de Bir Uygulama, Yöneylem Araştırması / Endüstri Mühendisliği, XXIV Ulusal Kongresi, Gaziantep-Adana.  Raşit Özkan, (2003), Tek Modelli Deterministik Montaj Hattı Dengeleme Problemlerine Genetik Algoritma ile Çözüm Yaklaşımı.  Ağpak K., Gökçen H., Saray N. ve Özel S., (2002). ‘’ Stokastik Görev Zamanlı Tek Modelli U Tipi Montaj Hattı Dengeleme Problemleri İçin Bir Sezgisel’’ Gazi Üni. Müh. Mimarlık Fakültesi Dergisi, 17(4), 115-124.  Gass, S.I. (2000), Making Decisions with Precision, Business Week October 30, 2000.  Kantorovich, L. V. (1939), “Mathematical Methods in the Organization and Planning of Production”, Publication House of the Leningrad State University, Leningrad, U.S.S.R., 68.  Gunther R.E., Johnson G.D. and Peterson R.S.,(1983), Currently Practised Formulations for the Assembly Line Balance Problem”, Journal of Operations Management, 209-221.