Çok amaçlı enerji verimli atölye çizelgeleme problemi için yeni bir çözüm yaklaşımı: WASPAS tabanlı NSGA-2

Son yıllarda sanayileşmenin artması ile birlikte enerji tüketiminin ve sera gazı emisyonunun artması gibi çeşitli sebepler işletmeleri, imalat süreçlerini çevre bilinci ile gerçekleştirmeye yönlendirmiştir. Çevreye olan zararlı etkilerin azaltılmasının yanı sıra enerji tüketiminin işletmelerde imalat maliyetlerini arttıran önemli unsurlardan biri olması da bu konuda çalışma yapılması gerekliliğini ortaya çıkarmıştır. Çevre bilinci ile imalat süreçlerinin gerçekleştirilmesi; çevrenin zarar görmesinin önlenmesi ile sürdürülebilir bir imalat ortamının sağlanabilmesi, enerji maliyeti gibi büyük maliyetlerin azaltılması ve rekabet avantajı gibi birçok yarar sağlamaktadır. İşletmeler açısından çevre bilinçli bir üretimi gerçekleştirmek için uygun yeni teçhizatların alımı, sistem ve makine kurulumları yapılabileceği gibi mevcut üretim proseslerinde de düzenlemeler yapılabilmektedir. Özellikle işletmelerde yapılacak işlerin belirli hedefler doğrultusunda hangi operasyonlarının hangi makinelerin kullanımı ile hangi sırada yapılacağının belirlendiği çizelgeleme çalışmalarının daha az maliyetli olması ve daha kolay uygulanabilir olması sebebiyle, bu alanda yapay zeka tekniklerinden de yararlanılan birçok çalışma yapılmıştır. Çizelgeleme çalışmalarında imalatın süresinin, maliyetlerinin, gecikmelerinin azaltılması hedefleri ile uzun yıllar çalışmalar yapılmış, son yıllarda çevresel konuların öne çıkması ile enerji tüketim miktarının, enerji maliyetlerinin, sera gazı emisyonlarının azaltılması gibi çevresel hedeflerin de dahil edildiği çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmada atölye tipi bir imalat ortamında, klasik bir imalat hedefi olan maksimum tamamlanma zamanının azaltılması ile çevresel açıdan önemli olan toplam enerji tüketiminin azaltılması hedeflerinin birlikte gerçekleştirilmesinin istendiği, çok amaçlı enerji verimli bir atölye çizelgeleme probleminin çözümüne odaklanılmıştır. Birçok çizelgeleme probleminin çözümünde uygulanmış bir algoritma olan NSGA-2 (Baskın Olmayan Sıralama Genetik Algoritması-2) yöntemi ile çok kriterli karar verme yöntemlerinden biri olan WASPAS (Bütünleşik Ağırlıklı Toplam ve Çarpım Yöntemi) yöntemi entegre edilerek WSBNSGA-2 (WASPAS Tabanlı NSGA-2) önerilmiş ve çok amaçlı enerji verimli atölye çizelgeleme test problemleri üzerinde uygulanmıştır. Uygulamalarda kullanılmak üzere, Taguchi Deney Tasarımı yöntemi ile parametre optimizasyonu yapılmıştır. Öncelikle algoritmanın performansında etkili olabilecek parametreler ile faktörler ve seviyeler belirlenmiştir. Bu faktör ve seviyeler ile Minitab programında Taguchi tasarımı yapılarak 9 farklı parametre kombinasyonuna sahip deney seti elde edilmiştir. Bu kombinasyonların her biri için WSBNSGA-2 ve NSGA-2 ayrı ayrı 5'er tekrarlı olarak uygulanmıştır. Her bir parametre kombinasyonu için yapılan 5 tekrar sonucunda elde edilen TEC (toplam enerji tüketimi) ve Cmaks (maksimum tamamlanma zamanı) değerlerinin ayrı ayrı ortalamaları sonuç değerleri olarak kullanılmıştır. Hesaplanan TEC ve Cmaks değerlerinin birlikte değerlendirilebilmesi için bu değerlere min-maks normalizasyonu ile normalizasyon işlemi uygulanmıştır. Normalizasyon yapılan değerler iki problem hedefi de eşit önem düzeyine sahip olacak şekilde ağırlıklandırılarak toplanmış ve Minf(x) değerleri hesaplanmıştır. Bu değerler ile Taguchi analizi yapılarak en iyi sonuç veren parametreler belirlenmiştir. ANOVA testi ile Taguchi yöntemi sonuçları analiz edilmiş ve parametrelerin sonuca katkıları değerlendirilmiştir. Taguchi ile belirlenen parametrelerin etkinliğinin değerlendirilebilmesi için parametre belirleme sürecinde hesaplanan Minf(x) değerleri ve test problemleri üzerinde belirlenen parametrelerin kullanımıyla hesaplanan Minf(x) değerlerinden yararlanılmıştır. Bu değerlerin ortalamalarının kıyaslanması ile belirlenen parametrelerin etkin olduğu ve uygulanabilirliği görülmüştür. Test problemleri üzerinde Taguchi ile belirlenen parametreler kullanılarak yapılan çok tekrarlı uygulama sonuçlarından yararlanılarak; minimum TEC, minimum Cmaks, ortalama RPI (Bağıl Yüzdelik Artış) değerleri, ortalama Minf(x) ve istatistiksel testler ile WSBNSGA-2 ve NSGA-2 yöntemleri karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonuçları, önerilen yöntemin yüksek oranda başarı sağladığını ve yöntemin kullanımı ile bu problem türünde etkin çözüm elde edilebileceğini göstermiştir.