Scenario-based robust facility layout design for multi-block manufacturing: a data-driven MILP framework with an ındustrial application
Çok bloklu i̇malat için senaryo tabanli dayanikli tesis yerleşim tasarimi: endüstriyel uygulamali veri odakli bir karma tamsayili doğrusal programlama (MILP) çerçevesi
- Tez No: 983068
- Danışmanlar: PROF. DR. METİN TÜRKAY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği, Industrial and Industrial Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
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.
Özet (Çeviri)
This dissertation addresses the Unequal-Area Facility Layout Problem (UA-FLP) under uncertainty, with a particular focus on multi-block manufacturing environments where material flows are complex and subject to disruption. The motivation for this research stems from the limitations of traditional deterministic layout models, which often fail to accommodate the operational variability and spatial constraints characteristic of modern industrial systems. In response, the study proposes a structured and data-driven modeling framework based on mixed-integer linear programming (MILP), progressively incorporating realistic constraints and robustness features to enhance layout feasibility and long-term performance. The thesis begins with the development of a deterministic MILP model that assigns departments of unequal area to two fixed-size layout blocks. The model minimizes total transportation cost while integrating key industrial features such as AEIOUX-based closeness preferences, ramp-based inter-block material transfer, and capacity-constrained flow routing across multiple ramps. Building on this foundation, the second stage introduces a Gamma-robust optimization model that protects against material flow uncertainty by incorporating worst-case deviation terms. The uncertainty parameters are derived from a three-year historical flow dataset using a weighted two-sigma rule, and a protection level is applied to ensure robust yet cost-efficient layouts. In the final stage, a scenario-based robust MILP model is developed. Ten disruption scenarios are defined to represent potential operational disturbances, including ramp closures, peak demand surges, and supply shortages. Scenario-dependent flow matrices, ramp capacities, and external transportation costs are incorporated while maintaining a single, unified layout across all scenarios. The model allows for flexible flow redistribution and evaluates spatial configuration through penalty terms, offering a balanced trade-off between cost minimization and layout resilience. Scenario probabilities are used to assess expected performance and solution stability. The proposed framework is applied to a real-world case study involving the washing machine production plant of a leading home appliance manufacturer. The layout problem involves assigning 21 departments to two connected blocks under realistic spatial and operational constraints. Historical data from 2022 to 2024 is used to quantify uncertainty and validate the robustness of the proposed solutions. The scenario-based results are analyzed through a detailed cost breakdown, ramp utilization metrics, AEIOUX separation penalties, and layout visualizations. The findings demonstrate that the proposed robust layout configurations maintain feasible and efficient performance across a wide range of disruption scenarios. This dissertation contributes a comprehensive and implementable framework for solving robust multi-block facility layout problems under uncertainty. By integrating practical layout requirements, historical data-driven uncertainty modeling, and scenario-based robustness, the study advances both the theoretical understanding and industrial applicability of robust facility layout design. The resulting methodology provides a scalable decision-support tool for long-term facility planning in dynamic manufacturing environments.
Benzer Tezler
- Türkiye'deki para politikasının eleştirisi (1963-1981)
Criticism of monetary policy in Turkey: 1963-1981
MEHMET DEĞİRMENCİ
- 1964-1979 döneminde Türkiye'nin dış ticareti ve bir model denemesi
Başlık çevirisi yok
FÜSUN KAVRAKOĞLU
- Modelling and planning of the Turkis petrochemical industry
Başlık çevirisi yok
NURTEN KARTAL
Yüksek Lisans
İngilizce
1988
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiDOÇ. DR. TÜRKER GÜRKAN
- A Computer simulation of small break loss of coolant accident in PMK-NVH test facility
Başlık çevirisi yok
ALİ TANRIKUT
- Performance analysis of the music algorithm in direction finding systems
Başlık çevirisi yok
BÜLENT BAYGÜN
Yüksek Lisans
İngilizce
1988
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiDOÇ. DR. YALÇIN TANIK
