Scenario-based robust facility layout design for multi-block manufacturing: a data-driven MILP framework with an ındustrial application

Bu tez, belirsizlik altında çok bloklu üretim ortamlarında karmaşık ve kesintiye açık malzeme akışlarının söz konusu olduğu Unequal-Area Facility Layout Problem (UA-FLP)'yi ele almaktadır. Araştırmanın temel motivasyonu, geleneksel deterministik yerleşim modellerinin, modern endüstriyel sistemlerin karakteristik özellikleri olan operasyonel değişkenlik ve mekânsal kısıtları yeterince dikkate alamaması gerçeğinden kaynaklanmaktadır. Bu kapsamda, çalışmada mixed-integer linear programming (MILP) tabanlı, gerçekçi kısıtları ve dayanıklılık unsurlarını aşamalı olarak içeren yapılandırılmış ve veri odaklı bir modelleme çerçevesi önerilmektedir. Amaç, yerleşim fizibilitesini artırmak ve uzun vadeli performansı güvence altına almaktır. Tez, ilk olarak iki sabit boyutlu yerleşim bloğuna farklı alan gereksinimlerine sahip departmanların atanmasını amaçlayan deterministik bir MILP modeliyle başlamaktadır. Model, toplam taşıma maliyetini minimize etmeyi hedeflerken, endüstriyel açıdan önemli bazı özellikleri de içermektedir: AEIOUX tabanlı yakınlık tercihleri, bloklar arası malzeme transferinin rampalar üzerinden yönlendirilmesi ve kapasiteye dayalı çoklu rampa akışı gibi. Bu temel üzerine inşa edilen ikinci aşamada, malzeme akışındaki belirsizliğe karşı koruma sağlamak amacıyla Gamma-robust bir optimizasyon modeli geliştirilmiştir. Belirsizlik parametreleri, 2022–2024 yılları arasındaki üç yıllık tarihsel veri seti üzerinden ağırlıklı iki sigma kuralı kullanılarak hesaplanmış ve maliyet etkinliği ile dayanıklılık arasında denge kuracak şekilde bir koruma seviyesi belirlenmiştir. Son aşamada, scenario-based robust MILP modeli geliştirilmiştir. Bu kapsamda, rampaların kullanılamaması, üretim talebindeki ani artışlar ve tedarik problemleri gibi potansiyel operasyonel bozulmaları temsil eden on farklı senaryo tanımlanmıştır. Modelde senaryoya bağlı malzeme akış matrisleri, rampa kapasiteleri ve dış taşıma maliyetleri dikkate alınmış; tüm senaryolar için ortak bir yerleşim planı korunmuştur. Akışların farklı senaryolarda rampalar arasında esnek şekilde yeniden dağıtılmasına izin verilmiş, ayrıca yerleşim yapılandırması penalty terimleri ile değerlendirilmiştir. Senaryo olasılıkları, beklenen performansın ve çözüm kararlılığının ölçülmesinde kullanılmıştır. Önerilen modelleme çerçevesi, önde gelen bir beyaz eşya üreticisinin çamaşır makinesi üretim tesisinde uygulanan bir gerçek dünya vaka çalışmasıyla test edilmiştir. Yerleşim problemi, 21 departmanın mekânsal ve operasyonel kısıtlar altında iki bağlantılı bloğa atanmasını kapsamaktadır. 2022–2024 dönemine ait tarihsel veriler, belirsizliğin nicelenmesinde ve modelin dayanıklılığının doğrulanmasında kullanılmıştır. Senaryo temelli sonuçlar, ayrıntılı maliyet dökümü, rampa kullanım oranları, AEIOUX ayrışma cezaları ve yerleşim görselleştirmeleri ile analiz edilmiştir. Bulgular, önerilen dayanıklı yerleşim konfigürasyonlarının çeşitli bozulma senaryoları altında dahi fizibilitesini ve verimliliğini koruduğunu göstermektedir. Bu tez, belirsizlik altında robust multi-block facility layout problemlerinin çözümüne yönelik kapsamlı ve uygulanabilir bir çerçeve sunmaktadır. Gerçekçi yerleşim gereksinimlerini, tarihsel veriye dayalı belirsizlik modellemesini ve senaryo tabanlı dayanıklılığı entegre ederek, hem teorik bilgi birikimine hem de endüstriyel uygulamalara önemli katkılar sağlamaktadır. Geliştirilen metodoloji, dinamik üretim ortamlarında uzun vadeli tesis yerleşim planlaması için ölçeklenebilir ve veri destekli bir karar destek aracı olarak öne çıkmaktadır.