07.03.2011 Modern Bir Organizasyonun Temel Fonksiyonel Birimleri DERS 2: ÜRETİM SİSTEMLERİNİN ANALİZİNDE SİMÜLASYON KULLANIMI Bölüm 1: İşletme Stratejisi Üretim Stratejisi İlişkisi ve Üretim Sistemleri ile İlgili Temel Kararlar İşletme Stratejisi ile Üretim Stratejisi İlişkisi Üretim Kararları Stratejik Planlama: Organizasyonun misyonunun tanımlanması ve gereken/algılanan temel yetenekler Üretim/ Operasyonlar: Ürün/hizmet Finans/ Muhasebe: Organizasyonun nakit akışının izlenmesi Pazarlama: Talep oluşturma ve sipariş alma İşletme Stratejisi ile Üretim Stratejisi İlişkisi Üretim Stratejilerini Etkileyen Birincil Faktörler Stratejik Kararlar: Organizasyonu uzun dönemli ilgilendiren hayati kararlardır. Yeni bir ürün için üretim sürecinin tasarımı Yeni bir fabrikanın nereye kurulacağı Yeni ürün geliştirme planlarının işletme içi ve dışında başarı kazanıp kazanmayacağı Üretim Stratejileri Operasyonel Kararlar: Pazardan gelen talebin devam etmesi, tüketicinin tatmini ve karı destekleyen ürün ve hizmet üretiminin devamını gerektiren kararlardır. Tamamlanmış ürün envanter düzeyi ne kadar olmalıdır? Gelecek hafta ne kadar fazla mesai yapılmalıdır? Gelecek ay hammadde satınalma detaylarımız nedir? Tesisler Envanter Taşıma Bilgi Kontrol-Denetim Kararları: Çalışanların günlük faaliyetleri, ürün ve hizmetlerin kalitesi, üretim ve genel giderler ve makine bakımı gibi konuları ilgilendiren kararlardır. Yeni ürün için işgücü maliyet standartları Önleyici bakım sıklığı Yeni kalite kontrol uygunluk kriterleri Yrd.Doç.Dr. Ceyda ŞEN- Üretimde Simülasyon ve Uygulamaları 1 07.03.2011 Envanterin Rolü Tesislerin Rolü Tesisler: Envanterin İşleneceği ve dönüştürüleceği (imalat) veya Bir sonraki aşamaya taşınmadan önce depolanacağı (depolama) lokasyonlardır. Birincil Kararlar Lokasyon Müşteriye yakınlık Kaynaklara yakınlık Pazara yakınlık Altyapı Operasyonel maliyetler ve vergi teşvikleri Kapasite İlk yatırım maliyeti Operasyon metodolojisi Ürün vs. Fonksiyonel odak Depolama metodolojisi Depo türleri ve malzeme akış organizasyonu Birincil envanter komponentleri: Hammadde Work In Process (WIP) Bitmiş ürünler Envanter tipleri: Emniyet stoğu (safety inventory): Talepteki rassallığı yönetmek için Dönemsel stok (seasonal inventory): Talepteki önceden kestirilebilir değişkenliği yönetmek için. Çevrim stoğu (cycle inventory): Bir satınalma veya üretim partisine karşılık gelen ve her parti için ikmal edilen stok miktarı Kararlar: Kullanılacak tedarikçi setinin belirlenmesi Tedarikçilere dönem bazında verilecek sipariş miktarları Taşımanın Rolü Birincil Kararlar: Taşıma modları Hava: en hızlı, fakat en pahalı Kamyon: Nispeten hızlı, pahalı olmayan ve çok esnek Demiryolları: Büyük miktarlar için pahalı olmayan taşıma modu Gemi: En yavaş, fakat denizaşırı taşımalarda en ekonomik Boru hattı: Öncelikli olarak yağ ve gazlar için Elektronik taşıma: Müzik ve film gibi ürünler için Rota ve ağ seçimi Dış kaynak kullanımı veya iç kaynaklar Bilginin Rolü Bilgi ile ilgili kararlar Bilgi paylaşımı ve koordinasyon modu Tahmin Fiyatlandırma ve kar yönetimi politikaları Teknoloji seçimi Elektronik veri değişimi-Electronic Data Interchange (EDI) Internet Enterprise Resource Planning (ERP) yazılımı Supply Chain Management (SCM) yazılımı Üretim Sistemlerinin Modellenmesinin Amaçları DERS 2: ÜRETİM SİSTEMLERİNİN ANALİZİNDE SİMÜLASYON KULLANIMI Bölüm 2: Üretim Sistemlerinin Modelleme Amaçları, Model Geliştirme Süreci, Model Çeşitleri, Simülasyon ve Alternatif Metotlar Yrd.Doç.Dr. Ceyda ŞEN- Üretimde Simülasyon ve Uygulamaları Üretim sisteminin tasarımının iyileştirilmesine yardımcı olmak, Üretim sisteminin performansının tahmin edilmesine yardımcı olmak. 2 07.03.2011 Üretim Sistemlerinin Modellenmesinin Amaçları Tasarım aşamasında SİSTEM Malzeme elleçleme sistemleri Makinelerin tipi ve sayısı Tesis yerleşimi Gerçek Sistem Üzerinde Deney Operasyonel aşamada Çizelgeleme İşçi Sistemin Bir Modeli İle Deney atamaları çabaları İyileştirme Fiziksel Model Matematiksel Model Analitik Çözüm Model Model Çeşitleri Bir sistemin gösterimi olarak tanımlanabilir. Bir model, gerçek sistem hakkında gerekli sonuçları çıkarmaya izin verecek detaya sahip olmalıdır. Gerçek Sistem SİMÜLASYON MODEL • Basitleştirme Fiziksel Modeller Model • Özetleme • Kabuller Fiziksel Gerçek Bir Sisteme Benzer. (Küçük Ölçekli Temsil ) Matematiksel Modeller Bir Sistemi Göstermek İçin Sembolik Notasyonlar ve Matematiksel Eşitlikler Kullanılır. BEGIN; EI=BI+PROD-DEMAND . END; Simülasyon Nedir? Model Çeşitleri (Devam) Fiziksel modeller (Prototipler) İki boyutlu (parça çizimleri, tesis çizimleri, tesis yerleşimi sembolik modelleri) veya üç boyutlu modeller Analitik Modeller (Matematiksel) Deneysel Modeller Simülasyon Modelleri Hibrit Modeller Prescriptive Models (Optimizasyon): Çözüm sunucu modeller: Amacı en iyileyici karar değişkeni değerlerini kısıtları göz önüne alarak bulan modeller. (amaç fonksiyonu, karar değişkenleri, kısıtlar) Descriptive Simülasyon, Models Tanımlayıcı modeller (Performans Analizi): Çıktıyı çeşitli faktörlerin fonksiyonu olarak tanımlar. Gerçek durumu tanımlamaya yönelik olup hiç bir tahmin, yorum ve tavsiye söz konusu değildir. Örnek: organizasyon şemaları, fabrika yerleşim diyagramları, bilanço vb. Yrd.Doç.Dr. Ceyda ŞEN- Üretimde Simülasyon ve Uygulamaları karmaşık sistemlerin tasarımı ve analizinde kullanılan en güçlü analiz araçlarından birisidir. Genel anlamda simülasyon, zaman içinde sistemin işleyişinin taklididir. Simülasyon, çeşitli koşullar altında sistemin tavrının gözlemlenebilmesi için, bu sistemin modellenmesi olarak da tanımlanabilir. Zaman içinde değişiklik gösteren bir sistemin tavrı, geliştirilen bir simülasyon modeli ile incelenir. Bu model, sistemin çalışması ile ilgili kabuller setinden oluşur. Bu kabuller, sistemin ilgilenilen nesneleri (varlıkları) arasındaki matematiksel, mantıksal ve sembolik ilişkiler ile ifade edilir. 3 07.03.2011 Simülasyon Nedir? (Devam) Bir simülasyon modeli geliştirildikten ve geçerliliği sağlandıktan sonra, gerçek sistem hakkındaki çeşitli sorulara (what-if) cevap aramak için kullanılır. Bir simülasyon modeli; gerçek sistem üzerinde yapılacak değişikliklerin etkilerini, yeni kurulacak bir sistemin performansını tahmin etmek için analiz aracı, tasarım aracı olarak kullanılır. Simülasyon Kullanımı Üniversitelerde ve işletmelerde simülasyon tekniğinin kullanımı ile ilgili çeşitli araştırmalar yapılmıştır. Bu Araştırmalardan Bazıları; (1978) Case Western Reserve Universitesinde- Yöneylem Araştırması Bölümünde yüksek lisans öğrencileri arasında yapılan bir araştırma sonucunda; simülasyon 15 teknik arasında aşağıda görüldüğü gibi 5. sırada yer almıştır. 1.istatiksel metotlar 2.tahmin 3.sistem analizi 4.bilişim sistemleri 5.simülasyon Aynı çalışmanın doktora öğrencileri ile ilgili bölümünde ise ; “İstatiksel metotlar” birinci sırada olmak üzere “doğrusal programlama” ile “simülasyon” ikinci sırayı paylaşmaktadır. Simülasyon Kullanım Amaçları Simülasyon aşağıda verilen amaçlardan birisini veya bir kaçını gerçekleştirmek için kullanılır: Değerlendirme : Belirlenen kriterlere göre önerilen sistemin ne kadar iyi çalıştığının gösterilmesi, Karşılaştırma: Önerilen sistem tasarımlarının veya politikaların karşılaştırılması, Tahmin: Önerilen koşullar altında sistemin performansının tahmin edilmesi, Duyarlılık Analizi: Sistemin performansı üzerinde hangi faktörlerin etkili olduğunu belirlenmesi, Optimizasyon: En iyi performans değerini veren faktör düzeylerinin bir kombinasyonunun belirlenmesi, Darboğaz Analizi: Bir sistemde darboğazların belirlenmesi Yrd.Doç.Dr. Ceyda ŞEN- Üretimde Simülasyon ve Uygulamaları Simülasyon Nedir? (Devam) Gerçek hayatta karşılaşılan sistemlerin bir çoğu karmaşık bir yapıya sahiptir. Bu durumda, bu sistemlerin modellerini matematiksel metotlar ile çözmek her zaman mümkün olmayabilir. Bu tür sistemlerin analizi ve çözümü genellikle simülasyon modelleri ile yapılır. Simülasyon çalışmasında, gerçek sistemden (mevcutsa) toplanan veri, sistemin modelinin çalıştırılabilmesi için gerekli olan girdi parametrelerinin tahmininde kullanılır. Simülasyon, yöneylem araştırması ve yönetim biliminde uygulama alanı geniş olan metotlardan birisidir. Simülasyon Kullanımı (Devam) Thomas ve Do Costa (1979), 137 firma arasında yapılan bir ankette simülasyonun bu firmaların %84’ü tarafından kullanıldığını belirlemiştir. “İstatiksel Analiz” ise %93 kullanım oranı ile 1. sıradadır. Shanon, Long ve Buckles (1980), A.B.D. de Endüstri Mühendisleri Topluluğunun YA(OR) Bölümündeki üyeleri arasında bir araştırma yapmıştır. Bu araştırma sonuçlarına göre, simülasyon 12 metot arasında, doğrusal programlamadan sonra 2. sırada yer almıştır. Forgionne (1983) ve Harpell, Lane ve Monsour (1989), Büyük şirketler arasında yaptığı bir araştırmada, sekiz farklı metot arasında simülasyonun 2.sırada yer aldığını göstermiştir. Simülasyon Ne Zaman Kullanılır? 1) Üzerinde çalışacak sistem çalışmaya, deney yapmaya uygun değilse, 2) Sistem henüz tasarım aşamasında ise, 3) Problemin analitik çözümü mümkün değilse, 4) Problemin analitik çözümü mümkün olmasına rağmen matematiksel modelin verebileceği sonuçlar dışında farklı sonuçlarla ilgileniliyorsa, 5) Sistemin davranış analizi yapılacaksa, simülasyon kullanılır. 4 07.03.2011 Simülasyon Ne Zaman Uygun Değildir? Simülasyon Ne Zaman Uygun Değildir? (Devam) 1- Problem Sağduyulu bir Analiz ile Çözülebiliyorsa: Arabaları için taşıt vergisi ödemek isteyen saatte 100 müşteri, rasgele olarak bankaya varmaktadır. İlgili memurun her müşteri için harcadığı süre değişmekle birlikte ortalama 5 dakikadır. Durumu kontrol altında tutabilmek için en az kaç görevli gereklidir ? 2- Problem Analitik Olarak Çözülebiliyorsa: Kararlı hal kuyruk modelleri, raslantısal envanter modelleri gibi kapalı form denklemler ile çözülebilen durumlarda simülasyon daha pahalı bir yöntemdir. 3- Gerçek Sistem Üzerinde Değişiklik ve Deney yapmak Daha Kolaysa: Bu seçenek bariz görünmekle birlikte gözden kaçabilir: Arabaya servis seçeneği olan bir restoran için detaylı bir model oluşturulup ikinci bir servis penceresi açmanın servis süresine ne kadar katkı sağlayacağını belirlemek için bir çalışma yapılmış ve modelin tamamlanması haftalar sürmüştür. Öte yandan rakip bir restoran aynı fikri test etmek için ikinci bir elemanına uzaktan ses iletişimi kuracak bir cihaz vererek çalışmayı birkaç gün içinde tamamlamıştır. Durumu kontrol altında tutabilmek için en az 9 görevli gerekir. (5dk*100/60dk) Daha fazla görevli olursa müşterilerin bekleme süresi kısalacaktır. Bu problem simülasyonla da çözülebilirdi ama bu çözüm için kod yazmak ve çalıştırmak daha uzun sürerdi ! Simülasyon Ne Zaman Uygun Değildir? (Devam) 4- Simülasyon Maliyeti Sağlanacak Kazancın Üzerinde ise: Hemen hemen tüm simülasyon projelerinin nitel faydaları olmakla birlikte maliyetler elde edilmesi umulan maddi fayda ile kıyaslanmalıdır. 5- Proje için Yeterli Kaynaklar Mevcut Değilse: Başarılı bir simülasyon projesinin tamamlanması için gerekli ana kaynaklar: İnsan-Yazılım-Bilgisayar-Para En önemli bileşen doğru detay seviyesini seçecek ve modeli oluşturacak insan(lar)dır. 6- Model sonuçlarından Faydalanmaya Yetecek Süre Yoksa: Proje süresi çok kısa, modelin geliştirilmesi ve testi çok uzun. Simülasyon modeli istenen cevapları verebilecek kadar detaylı olmalı ama çok detaylı da olmamalı! Simülasyon Ne Zaman Uygun Değildir? (Devam) 7- Gerekli Veriler Hatta Tahmin Bile Yoksa: Simülasyon projesinin tasarım aşamasında projeden beklentileri karşılayacak ve proje için planlanan detay seviyesini karşılayacak verilerin var olup olmadığı, yoksa nasıl elde edilebileceği araştırılmalıdır. 8- Modelin Doğrulanması ve Sağlaması Yapılamıyorsa: Modeli test senaryoları karşısında doğrulamak için kullanışlı veriler mevcut olmayabilir. Yeterli zaman olmayabilir... Simülasyonun Avantajları Simülasyon Ne Zaman Uygun Değildir? (Devam) 9- Projeden Beklentiler Karşılanabilir Düzeyde Değilse: Modeller ancak gözönüne aldıkları problemler ile ilgili sorulara cevap verebilir. Deneyimsiz yöneticiler sistem bir kez modellendiğinde sordukları tüm sorulara cevap alabileceklerini düşünebilirler ! 10- Sistem Davranışı çok Karmaşık ise veya Sistem Modellenebilir değilse: Özellikle insan davranışının sistemin önemli bir parçası olması durumunda karşımıza çıkar. Normal bir günün simülasyonu yapıldığında model sonuçları sağlıklı iken acil durum senaryolarının tümüyle tanımlanması veya modellenmesi imkansız olabilir. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Yrd.Doç.Dr. Ceyda ŞEN- Üretimde Simülasyon ve Uygulamaları Simülasyon modeli kurulduktan sonra, önerilen yeni tasarımların veya yeni politikaların analizinde kullanılabilir. Yeni bir sistemin analizine yardımcı olmak için kullanılır. Simülasyon modelinden veri elde etmek, gerçek sistemden aynı verileri elde etmekten daha ucuzdur. Simülasyon tekniği, analitik metotları uygulamaktan daha kolaydır. İncelenen olayı hızlandırmak veya yavaşlatmak mümkündür. Analitik modeller ile kısıtlı sayıda performans ölçütleri hesaplanabilir. Simülasyon modelleri ile akla gelebilen herhangi bir performans ölçütü tahmin edilebilir. Bazı durumlarda, simülasyon, bir çözümün elde edilmesi için tek araçtır. 5 07.03.2011 Simülasyonun Dezavantajları 1. Simülasyon modellerinin kurulması ve geçerliliğinin araştırılması, zaman alıcıdır ve tecrübe gerektirir. Bu nedenle bilgisayarlarda simülasyon modellerinin koşum maliyeti yüksek olabilir. 2. Simülasyon modellerinin yorumlanması güç olabilir. 3. Maliyeti etkileyen diğer bir faktör simülasyon modellerinin birden fazla ( n kez) çalıştırılması ihtiyacıdır. Bu durumda bilgisayar maliyeti artmaktadır. 4. Simülasyonun analitik tekniklerin yeterli olabileceği durumlarda da zaman zaman kullanıldığı gözlenmektedir. Simülasyon vs. Analitik Modeller Simülasyon modelleri analitik modellerin aksine en iyi çözümü üretmezler. (Bu durum, verilen bir girdi seti altında, kontrol değişkenlerinin hangi seti için, eniyi değer elde edilir? sorusunu cevaplama amacıyla kullanılan simülasyon optimizasyonu dışındadır.) Farklı analiz düzeyleri için simülasyonun ve analitik modellerin kendilerine göre üstünlükleri bulunmaktadır. Spesifik konularda karşılaştırma: Makro vs. mikro Uniformluk vs. rassallık Etkileşimlerin etkileri Tek cevap vs. çıktı aralığı Sayısal vs. animasyon Makro vs. Mikro Analitik modeller bir popülasyondaki elemanların değişkenliklerini ve aralarındaki farkları gözardı etmekte, ortalama davranışın analizine güvenmektedir. Simülasyon modelleri ise popülasyon davranışının dağılımını kullanmakta ve kısa zaman aralıkları boyunca elemanlar hakkında bilgi edinilmesine imkan sağlamaktadır. Etkileşim Etkileri Analitik modeller bağımsız bir prosesin çıktılarını değerlendirmek ile sınırlıdır ve paralel prosesler arasındaki etkileşim etkilerini dikkate almamaktadır. Simülasyon modelleri ise, bu etkileşimleri açık bir şekilde modelleyebilme ve analiste proses etkileşimlerini ölçme imkanı sağlamaktadır. Yrd.Doç.Dr. Ceyda ŞEN- Üretimde Simülasyon ve Uygulamaları Uniformluk vs. Rassallık Analitik modeller proseslerin üniform dağıldığını ve verilen bir zaman periyodunda homojen davrandığını kabul etmektedir. Simülasyon modelleri ise proseslerin rassallığını dikkate almaktadır. Tek Cevap vs. Çıktı Aralığı Analitik modellerin çözümü ilgilenilen sorunun tek bir cevabı üretmektedir. Simülasyon ise, genellikle sistemin performansını değerlendirmede kullanılacak çeşitli istatistikler üretmektedir. 6 07.03.2011 Sayısal vs. Animasyon Simülasyon Kullanım Alanları Analitik çözümler sadece basit ve daha az ikna edici sayısal sonuçlar vermektedir. Simülasyon modelleri ise, nümerik analizlere ek olarak bilgisayar animasyonu da sağlayabilmektedir. Bu resim analiz sonuçlarının aktarılmasında daha ikna edici olabilmektedir. 2.İŞLETME : Stok ve mal analizi, ücretlendirme politikası, pazarlama stratejileri, nakit akış analizleri, tahmin, ulaştırma alternatifleri, işgücü planlaması 3.ÜRETİM: Malzeme taşıma sistemleri, montaj hatları, otomatik üretim tesisleri, otomatik depolama tesisleri, stok kontrol sistemleri, fabrika yerleşimi, makina tasarımı 4.KAMU HİZMETİ: Askeri silahlar ve kullanımları, askeri taktikler, nüfus tahmini, arsa kullanımı, sağlık hizmetleri, polis servisleri, itfaiye hizmetleri, karayolu tasarımı, trafik kontrolü Simülasyon Kullanım Alanları (Devam) 5. EKOLOJİ VE ÇEVRE : Su kirliliği ve temizlenmesi, atık kontrolü, hava kirliliği, hava tahmini, deprem ve fırtına analizi, maden arama ve çıkarma, güneş enerjisi sistemleri, tahıl üretimi. 6. SOSYOLOJİ : Yiyecek/ nüfus analizi, eğitim politikaları, organizasyon yapısı, sosyal sistemlerin analizi, refah sistemleri, üniversite eğitimi 7. BİYOLOJİ : Salgın hastalık kontrolü, biyolojik yaşam çevrimi, biomedikal çalışmalar 1.BİLGİSAYAR SİSTEMLERİ: Yazılım sistemleri, bilgisayar ağları, veri tabanı yapısı ve yönetimi, bilgi işleme, donanım ve yazılım güvenliğinde Üretimde Rassallık, Değişkenlik, Belirsizlik Üretim ortamı rassal olaylarla doludur: Makine hataları Kalite hataları Siparişlerdeki değişimler İnsan değişkenlikleri Üretim işletmesinin ekonomik çevresi belirsizliklerle doludur: Talep değişkenlikleri Tedarikçi güvenilmezliği fiyat değişkenlikleri Maliyet ve Üretimde Simülasyon Kullanımı Üretim Çevresi Üretim Konuları Üretim Sisteminin Performans Ölçümü • Yeni ekipmanlar ve binalar gerekmektedir. • Belli bir amaç için makinelerin sayı ve tiplerinin belirlenmesi. • Ara stokların yer ve miktarlarının analizi. • Ürün karmasındaki değişimin değerlendirilmesi (yeni ürünlerin etkileri). • Mevcut bir üretim hattında yeni bir ekipmanın etkilerinin değerlendirilmesi. • Yatırım analizleri. • İşgücü gereksinim planlama. • Üretim miktarı analizleri • Üretim süresi analizleri. • Darboğaz analizi. • Operasyonel prosedürlerin değerlendirilmesi. • Komponent veya hammaddelerin envanter seviyeleri için yeni politikaların değerlendirilmesi. • Kontrol stratejilerinin değerlendirilmesi. • Birim zaman başına üretilen iş sayısı (Throughput). • Sistem zamanı (makespan). • İşlerin kuyrukta geçirdiği süre. • İşlerin taşınma sırasında geçirdiği süre. • İşlemde olan (WIP) envanter miktarları ve kuyrukta bekleyen envanter miktarları. • Ekipman ve personel kullanım oranları (örn: meşgul oldukları süre). • Yeniden işlenmesi gereken veya hurdaya ayrılan işlerin oranı. • Yeni veya modifiye edilmiş bir üretim sistemi için yatırımın geri dönüşü analizi. • Eski bir binada yeni ekipman gerekmektedir. • Mevcut bir binanın tamamında veya bir kısmında yeni bir ürün üretilecektir. • Mevcut bir ekipman veya onun işlemi iyileştirilecektir. • Mevcut ürünü daha etkin üretmek ile ilgili çalışmalar • Ekipman değişiklikleri (yeni robot kullanımı) ve operasyonel prosedürlerde (yeni çizelgeleme kuralları)değişiklikler yapılacaktır. Yrd.Doç.Dr. Ceyda ŞEN- Üretimde Simülasyon ve Uygulamaları 7