Üç boyutlu palet yükleme probleminin metasezgisel çözüm yaklaşımı ile bir otomotiv fabrikasında uygulaması

Bu çalışma, lojistik yönetimini yakından ilgilendiren iç ve dış lojistik disiplinlerinin her ikisinde de kullanılabilecek olan palet yükleme problem tipi üzerine yoğunlaşan bir çalışmadır. Bu tezin konusu olan üç boyutlu palet yükleme problemi (3B-PYP) sevkiyat zincirinin önemli bir halkasını oluşturur. Çalışmada, literatürde palet yükleme veya konteyner atama problemlerinin önümüze çıktığı bir diğer alt bölüm olan kutulama problemleri önceliklendirilmiştir. Bu çalışmanın amacı tır yükleme problemlerinin bir türevi olan 3B-PYP'yi kutulama başlığında ele alarak, sektörün ihtiyacı olan bazı özel kısıtlar altında en uygun çözümü üretmek ve sevk edilecek olan ürünlerin en az sayıda palete yüklenerek , kutulama için tam bir küp yaparken en az sayıda boş kutu kullanılarak sevk edilmesini sağlamaktır. Kutulama problemleri, yüke dayanım, kırılgan kutu tipleri (karton) üzerine başka nesne konulmaması ve her bir palete tek bir tedarikçinin tek bir iç rotasının ürünlerinin yerleştirilmesi (bağlantılı nesnelerin bir arada olması) kısıtları altında ele alınmıştır. Kutuluma problemleri ve 3B-PYP'leri için Türkiye'nin sayılı büyük otomotiv üretim tesislerinden montaj bölümü iç lojistik birimine bu çalışma ile çözüm önerisi sunulmaktadır. Farklı kutu tipinin en verimli nasıl küplenip sevk edileceği mevcutta, ilgili birimde sadece manuel olarak kutu tiplerinin tanınması ve tecrübeye dayalı şekilde planlanıyordu. Diğer taraftan tedarikçiler ise gelen siparişleri karmaşa ve tecrübeye dayalı el yordamıyla bulunan çözümler ile sevkiyata hazırlıyorlardı. Günümüzde teknolojinin gelişmesi ve küreselleşme ile artan ticaret hacmi, lojistik operasyonlarının optimizasyonunu zorunlu hale getirmiştir. Bu operasyonları yüksek hızda, yüksek doğrulukta ve düşük maliyetle yürütmek için matematiksel optimizasyon araç ve modelleri kullanılarak bu çalışma ile optimum çözüm sunmak amaçlanmıştır. Sevkiyatta kullanılan kutuların en, boy ve yükseklik ölçüleri dikkate alınarak sevkiyatta kullanılan ve firmanın ana kuralı olan standart tabanlara yükseklik limitleri içinde en az boş kutu kullanacak şekilde 3 boyutlu palet yükleme problemi örnek bir tedarikçi seçilerek örnek bir rotasında uygulanmaya çalışılmıştır. Bu örnek olarak seçilen tedarikçi firmanın yerel tedarikçiler içinde en yüksek sipariş hacmine sahip olan tedarikçidir. Sipariş hacmi dışında kullanılan kutu türleri ve rota çeşitliliği ve kısıtların %90'ı hedeflenerek test problemi oluşturulmuştur. Çalışma sonucunda, tabu arama sezgiselleri ile genetik algoritma kullanılarak firmaya 3B-PYP'leri çözümleri sunulmuştur. Bu çalışmadaki sonuçlar doğrultusunda firmada manuel yöntemlerden otomasyona geçiş ve boş kutu ile toplam palet kullanım oranında azaltma sağlanmaya çalışılmıştır. Paletlerin dolu kullanım hacmi artırılarak verimli paletleme yapılması ile maliyet azaltılması önerilmiştir. Genetik algoritma ve yükleme sezgiselleri ile amaç fonksiyonu ve problemin kısıtları Python da tanımlanarak sonuçlar listelenmiştir. Mevcut durumda insan beyni ile manuel olarak yerleştirme işlemi yapılan paletleme operasyonunda yerleşim kararı verilirken her kutu için yüzlerce farklı iterasyon yaparak en iyi sonucu seçmesi ve tüm iterasyonları değerlendirip dakikalar içerisinde en verimli paletleme çözümü yapması mümkün olmamaktadır. Fakat bu çalışmada kurulan GA ve TA algoritması ve çözüm yöntemleri ile örnek test problemi seçilen 1 tedarikçi 8 farklı kutu tipi ve 1 rota ve toplam 42 kutu için bile her bir kutuyu yerleştirirken ortalama 640 ile 450 arasında değişen çözüm seçenekleri oluşturulup verilen skorlama sonuçlarına göre en iyi çözüm seçilerek doluluk oranlarını maksimize etmesi saniyeler içinde tamamlanmıştır. Modelleme çalıştırıldığında tek 1 tedarikçinin 1 rotasına ait olan 8 farklı kutu tipi ve 46 adet kutunun maksimum verimle yerleştirilmesi problemi, sunulan bu çalışma ile toplam 5 palete sığdırılmıştır. Bu paletin 4 adeti %100, 1 adeti %32 oranında doluluk hacmine sahiptir. Son paletin doluluk hacmindeki düşüklük ise yerleştirilmesi gereken kutuların bitmiş olması kaynaklıdır. Bunun yanı sıra bu paletlerin yerleştirilmesinde paletleme dengesini sağlamak için hiç boş kutu kullanımı olmadan dengeli bir palet yerleşim düzeni sunulmuştur. Tüm bu sonuçlar tek seferde çalıştırıldığında ortalama 0.10 saniyede çözüm sunabilmiştir. Kullanılan kutuların elenerek programın ayrı ayrı yeniden çalıştırılması ile ise toplamda 0.42 saniyede çözüme ulaşılmıştır. Bu örneklem büyüklüğü için tüm kutuların yerleştirilmesi, verilerin manuel olarak hazırlanma süresi dahil 32 dakika sürmektedir. Bu çalışma kapsamında aynı problem 6 yıllık deneyimli bir çalışan ve 1 yıllık deneyimli bir çalışan tarafından ayrı ayrı çözülmüştür. Bu durumda 6 yıllık deneyimli çalışan tüm kutuları toplamda 6 palete, 1 yıllık deneyimli çalışan ise toplamda 7 palete sığdırabilmiştir. Sisteme göre deneyimli personel ve tecrübesiz operatör tarafından yapılan paletleme çözümünde palet sayısındaki artışın yanı sıra boş koli kullanımında da artış ortaya çıkmıştır. Bu çalışma ile firmaya manuelden dijitale geçiş, gelecekteki firma vizyonuna uygun olan robotik çalışma alanına kolay entegrasyon, iş yapış süresinde iyileşme ve maliyet kazancı sağlanmıştır. Toplam palet sayısında azalma elde edilerek sadece çalışma yapılan firmaya değil, tedarikçilere de işgücü ve maliyet kazancı fırsatı sunulmuştur.