Vaka Çalışması · Üretim

MMK: çelik sac üretiminde hat dengeleme ve sipariş–hammadde eşleştirme

Açık siparişleri doğru hammaddeyle eşleştiren, bunu yaparken üretim hatlarının kapasitesini ve ürün ağacının her aşamasını gözeten bir optimizasyon sistemi. Üç fazda kuruldu.

4.000+
Açık satış siparişi: ~9
Sipariş başına hammadde adayı: 5
Üretim hattı tipi: 3 / 4
Tamamlanan faz

Problem

MMK yassı çelik üretiyor. Bir siparişin nihai ürüne dönüşmesi tek adımda olmuyor: malzeme asitleme, soğuk haddeleme, galvanizleme, boyama gibi aşamalardan sırayla geçiyor. Her aşamanın kendi hattı, kendi hızı ve kendi kapasitesi var; her sipariş ürün ağacına göre bu hatların bir alt kümesinden belirli bir sırayla geçiyor.

Hat	İşlem	Rol
CPL	Asitleme	Yüzey temizliği; soğuk haddeleme öncesi
CRM	Soğuk haddeleme	Kalınlık düşürme; kapasitesi en kritik hatlardan biri
HDGL	Sıcak daldırma galvanizleme	Kaplama; galvanizli ürün ağacının ana adımı
CCL	Boyama	Boyalı ürün ağacının son işlem adımı
SSC	Dilme / kesme	Müşteri ölçüsüne getirme

Buradan iki bağlı problem çıkıyor.

Birincisi hat dengeleme. Bir siparişin ürün ağacındaki bir aşaması tamamlanmadan sonraki aşama üretilemez, ve bir siparişe başlandıysa bütün aşamaları aynı planlama döneminde bitmelidir. Hatların kapasitesi süre cinsinden sınırlı: hattın hızı ile üretim miktarının çarpımı, o dönemde hattın çalışabileceği süreyi aşamaz. Bir aşamadaki yoğunluk, zincirin tamamını etkiliyor.

İkincisi sipariş–hammadde eşleştirme. Bir siparişin hangi hammaddeden üretileceği sabit değil; kalınlık, kalite ve genişlik açısından uygun alternatifler var. Hammadde üç ayrı kaynaktan gelebiliyor: depodaki fiziksel bir parça (PieceID), yoldaki bir tedarik siparişi, ya da henüz verilmemiş bir satın alma. Sipariş başına ortalama dokuz hammadde adayı bulunuyor ve her adayın üreticisi, fiyatı ve tedarik süresi farklı.

Üç aylık bir planlama çalışmasında yüz binlerce olasılık ortaya çıkıyor. Mevcut sistem kural tabanlıydı ve önceden tanımlanmış önceliklere bağlıydı; bu yüzden bulduğu eşleştirmenin en iyisi olduğu garanti edilemiyordu. İki alt problem birbirinden bağımsız çözülemiyor: hammadde seçimi hangi hatlardan geçileceğini ve hat yükünü belirliyor; hat kapasitesi hangi siparişlerin plana gireceğini belirliyor.

Model

Sistem iki aşamada çözüyor. Önce MMK’nın kendi planladığı (sabitlenmiş) siparişler, kurallara ve kısıtlara göre hatlara yerleştiriliyor ve kapasiteler güncelleniyor. Ardından açık siparişler, güncellenmiş kapasiteler altında CPLEX ile optimize ediliyor. Bu yapı planlamacının elle verdiği kararları koruyor ve optimizasyon yalnızca serbest kalan karar alanında çalışıyor. Sistemin planlama ekibince benimsenmesinde bu tercih belirleyici oldu.

Amaç fonksiyonu leksikografik: önce kar maksimize ediliyor, sonra kullanılan hammadde çeşidi minimize ediliyor. İkinci hedef pratikte şu anlama geliyor: kar açısından eşdeğer iki plandan, daha az sayıda farklı hammadde kalemiyle çözen seçilir. Sahada bu, daha az set-up ve daha basit bir malzeme akışı demek, dolayısıyla planı uygulamak kolaylaşıyor. Kar ile hammadde çeşidi farklı birimlerde olduğu ve öncelik sırası net olduğu için ağırlık kalibrasyonu gerektirmiyor.

Birincil amaç olarak kar dışında senaryo bazında iki seçenek daha tanımlı: tonaj maksimizasyonu ve zamanında tam teslimat (OTIF) maksimizasyonu. Kullanıcı amaç fonksiyonunu senaryoyu oluştururken seçiyor.

Karar değişkenleri hangi siparişin hangi hammaddeyle eşleştiğini (ikili), her dönemde ne kadar hammadde tüketileceğini ve tedarik edileceğini, her ürün ağacı seviyesinde ne kadar üretim yapılacağını ve hatların ne kadar dolacağını kapsıyor.

Sistem

Veri SAP’ten geliyor ve katmanlı bir şema yapısından geçiyor: ham veri staging katmanında toplanıyor, dönüştürülüp ana şemaya taşınıyor, senaryo oluşturulduğunda senaryo kimliğiyle birlikte çalışma katmanına kopyalanıyor. Kullanıcı bu katmanda ana veriye dokunmadan değişiklik yapabiliyor.

Senaryo yapısı sistemin merkezinde. Farklı kullanıcılar farklı amaç fonksiyonları ve farklı yapılandırmalarla çalışabiliyor; üretim miktarları, karlılık ve hat doluluğu senaryolar arasında karşılaştırılabiliyor. Bir senaryoda tüm siparişlerin karşılanması hedeflenirken, diğerinde kar maksimize edilip sonuçlar yan yana konabiliyor.

Model çalıştırılmadan önce bir ön işlem katmanı çalışıyor. Bu katman diğer işlerinin yanında entegrasyondan eksik gelen hat hızı bilgilerini kademeli bir algoritmayla tamamlıyor. Hız verisi eksik kalsaydı kapasite kısıtları anlamını yitirirdi.

Çalışmanın her adımı zaman damgasıyla veritabanına yazılıyor, böylece bir senaryonun hangi aşamada olduğu ve ne kadar sürdüğü izlenebiliyor.

Tasarım tercihleri

Kapasite ton yerine süre cinsinden. Aynı hat farklı ürünlerde farklı hızla çalışıyor; kapasiteyi saat cinsinden tanımlamak ürün karmasının etkisini doğru yansıtıyor.
Aynı dönemde tamamlama kısıtı model boyutunu kontrol ediyor. Aşamaların dönemler arasına yayılmasına izin vermek ara stok değişkenleri getirirdi; planlama seviyesinde tek dönemde tamamlama gerçekçi ve model çözülebilir boyutta kalıyor.
Aday kümesi ön işlemde daraltılıyor. Kalınlık, kalite ve genişlik uygunluğuyla sipariş başına ~9 adaya inen küme ve sabit siparişlerin modelden çıkarılması, yüz binlerce ikili değişkenli problemi CPLEX’in çözebileceği boyutta tutuyor.

Sonuç

Sistem dört faz olarak tasarlandı ve üçü hayata geçti:

Faz	Kapsam	Durum
1	Stratejik (aylık): bütçe ve üretim planlama, hammadde tedarik planlaması, senaryo karşılaştırma	Tamamlandı
2	Taktiksel (günlük / ad hoc): üretim tahsisi, açık sipariş–hammadde eşleştirme	Tamamlandı
3	Operasyonel (günlük): eşleştirmenin operasyon seviyesine indirilmesi	Tamamlandı
4	Detaylı çizelgeleme ve sıralama	Kapsam dışı kaldı

Planlama ekibi artık aylık bütçe çalışmasını senaryolar üzerinden yürütüyor: “şu hattın kapasitesini artırırsak”, “şu tedarikçiden alım yapmazsak” gibi sorular sayısal olarak cevaplanabiliyor. Açık sipariş–hammadde eşleştirmesi kural tabanlı önceliklerden optimizasyona taşındı; eşleştirmenin optimal olduğu artık garanti edilebiliyor.

Proje IBM iş ortağı olarak yürütüldü. Ekibe ayrıca IBM CPLEX ve optimizasyon eğitimi verildi (Lumtify Academy, 2021).

Modelin kurulumu

Amaç	Yön	Çatışma
Kar	↑	Leksikografik sıralamada birinci öncelik
Kullanılan hammadde çeşidi	↓	Kar eşit kaldığında daha az hammadde kalemiyle çözüm tercih edilir

Kısıtlar

Ürün ağacı sırası: bir aşama tamamlanmadan sonraki aşama üretilemez
Bir siparişin tüm ürün ağacı adımları aynı dönemde tamamlanmalı
Üretim hattı kapasitesi: hat hızı × üretim miktarı, hattın süresini aşamaz
Kullanıcı tanımlı ek hat kapasitesi kısıtları
Tedarikçi kapasiteleri
Stoktaki her parça (PieceID) yalnızca bir kez kullanılabilir
Üretim, siparişin kalan miktarını aşamaz
Yoldaki malzeme ancak beklenen varış döneminden sonra tüketilebilir

Tüm işlerimiz