Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Mimari Tasarımda Bilişim, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2019
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: YİĞİTCAN ÜLKÜCÜ
Danışman: Sema Alaçam
Özet:
Endüstri 4.0 konseptinin çıkışıyla beraber, üretim kelimesinin tanımı ve üretim yolları devrimsel nitelikte değişmektedir. Bu konseptin üretim süreçlerinin dijitalleştirilmesi ve otomatikleştirilmesi yönünden inşai süreçlerdeki etkileri planlama ve inşa etme ediminde görülmektedir. Dolayısıyla bu konseptin inşaat endüstrisindeki izdüşümü olarak Yapı Bilgi Modellemesi (BIM) teknolojisi gösterilebilir. Endüstri 4.0 çağında uygun kullanımına bağlı olarak BIM, yüksek verimlilik sağlamaktadır; bu nedenle tesis sahipleri ve yöneticileri için de değer oluşturmaktadır. Tesislerdeki verimsizliğin en büyük nedenlerinden birinin etkin bir tesis yerleşimi sağlayamamanın neden olduğu görülmektedir. Diğer bir deyişle, günümüzün endüstriyel üretim ortamında, Tesis Yerleşim Sorunu' na (FLP) etkin bir çözüm önerisi, bir tesisin gelişmiş iş akışını sağlaması ile diğerlerine karşı rekabet avantajını sağlayıp sağlayamayacağına karar vermede önemli rol oynamaktadır ve bu avantaj, çoğunlukla genel işletme performansına katkıda bulunan etkin bir tesis yerleşiminden kaynaklanmaktadır. Buna ek olarak, değişken pazar ortamının taleplerine cevap verebilmek için, tesislerin süreçlerini ve üretim hatlarını mümkün olan en hızlı şekilde uyarlamaları gerekir. Bu nedenle, FLP' de sürekli bir çözüm arayışı mevcuttur. Bu çözüm arayışını da uzmanlık alanları gereği endüstri mühendisleri sağlamaktadırlar ve tez kapsamında bir mühendis ve işletme sahibiyle yapılan görüşme kayıtlarına göre mimarların bu uzmanlığa sahip olmamasından ötürü tesis yerleşimi aşamasında katılımlarının gereksiz olduğu yönündedir. Halbuki cihaz yerleşimlerinin bina entegre sistemleriyle olan ilişkisi, ve tesis iç mekanının nitel özellikleri göz önüne alındığında tasarım profesyonellerinin danışmanlığı önem kazanmaktadır. Bu nedenle bu tez bağlamında mimarlar, mühendisler ve yapı işletmesinin her birinin ayrı uzmanlık alanlarının kesişmesinin sağlanması, dolayısıyla ortak bir işbirliği ile nicel ve nitel amaçların birlikte gözetilerek tesis yerleşimi probleminin çözülmesi amaçlanmıştır. Hem akademik hem de ticari ürünler olarak kullanılabilen birçok alan tahsis programı olmasına rağmen, BIM ortamında endüstriyel alanların düzenlenmesi için yaklaşımlar henüz yaygın değildir. BIM' in yapı endüstrisindeki önemli rolünü göz önüne alarak, sadece inşaat belgelerinin hazırlanmasındaki etkinliği ile sınırlı değil, aynı zamanda bir binanın yaşam döngüsünün her aşamasından sorumlu olduğu da görülmektedir. Bu yönüyle beraber BIM teknolojisi, tez kapsamında endüstriyel binaların tesis yerleşim sorununa çözüm aramada temel bir araç işlevi görecektir. Üstelik bu teknolojinin ortak bir bilgi tabanı oluşturması sayesinde kullanımının mimarlar, mühendisler ve yapı işletmesinden sorumlu kadronun her birinin ortak katkısıyla FLP çözümünde daha etkin bir yol izlenmesi amaçlanmıştır. Tesis yerleşim problemlerinin çözümünde en sık optimize edilmeye çalışılan unsur iş akış gideri (MHC) olmaktadır. Fakat tesis yerleşim problemlerine tek amaçlı bir xxiv optimizasyon çözümü yerine gerçek ortamda niteliksel veriler de gözeltilmesi gerektiği için çok amaçlı algoritmalar kullanılması gerekmektedir. Çok Amaçlı Evrimsel Optimizasyon Algoritmaları' ndan (MOEAs) biri olan Domine Edilmemiş Sıralama Genetik Algoritması-II (NSGA-II), bu tezde önerilen çerçevenin yürütücü algoritması olarak çalışacaktır. Formenlerin görüş alanlarının, işçilerin performansına doğrudan etkisi olduğu varsayıldığından (Peponis, 1985), birincil hedef nicel unsur olan ve makinelerin yerleşim düzeni sonucu oluşan iş akış gideri (MHC), ikinci hedef olarak ise nitel bir unsur olan formenlerin yerleşim yerlerine göre görüş açıları (FOV) algoritmanın itici güçleri olacaktır. MHC minimize edilmeye çalışılmış, onunla çelişeceği düşünülen FOV' un ise maksimize olacağı düşünülmüştür. Bir BIM programı olan Revit içerisinde görsel yazılım aracı Dynamo ile beraber çalışan Refinery adlı optimizasyon programı kullanılarak tam ideal yerleşim olmasa da ideale yakın yerleşim önerileri geliştirilmesi amaçlanmış ve aynı program ile değerlendirilmiştir. Özetle, önerilen çerçeve ile seri üretim tesislerinde hem tasarımın öncül aşamalarında hem de tesisin yaşam döngüsü boyunca ekipman yerleşimi için en uygun çözümü üretmek için (NSGA-II) kullanan bir karar destek sistemi sunulmaktadır. Çalışmanın özgün katkılarından biri de bu optimizasyon sürecinin görsel programlama arayüzü olan Dynamo' da test edilmesidir. Aynı süreci görece daha eski ve üretken sistemlerin kullanıldığı örneklerin fazla olduğu, Rhino yazılımı içerisinde çalışan Grasshopper programı kullanılarak yürütülebilmesine karşın Revit' te test etmek hem programın ilerlemesine bir katkı sağlama isteğini oluşturmuş, hem de elde edilen sonucun BIM sınırları içerisinde kalmasının önemi vurgulanmak istenmiştir. Tez kapsamında, öncelikle endüstri mühendisliği alanına ait bir sorun olan FLP hakkında literatür araştırması yapılmış, çözüm metodları incelenmiş, ardından mimarlık alanında da tercih edilen çözüm yöntemlerinden olan Çok Amaçlı Optimizasyon Algoritmaları (MOEAs) FLP' de kullanımı özelinde incelenmiştir. Bu araştırmalar sonucu olarak bir karar destek sistemi önerisi sunulmuştur. Tesis yerleşimine konu olan, sırasıyla nicel ve nitel değerleri temsil eden cihazların ve formen yerlerinin kural tabanlı konumlanmaları bu çerçeve içerisinde açıklanmıştır. Oluşturulan çerçeve bir sonraki bölümde gerçek bir üretim tesisi özelinde denenmiş ve sonuçlar paylaşılmıştır. Seçilen üretim tesisinin özellikle Endüstri 4.0 konsepti kapsamında kalması adına özel yapım çelik imalatı üzerine çalışıyor olması tez kapsamına uygun düşmektedir. Örnek çalışmada sırasıyla uygulanan işlemler: çevresel parametreleri sağlayacak tesis modelinin BIM ortamında oluşturulması, tüm çözüm paydaşlarının amaçlarını tanımladığı ortak algoritmanın olduğu Dynamo görsel programlama ortamının hazırlanması, cihaz özellikleri ve yakınlık (adjacency) oranlarının bulunduğu Excel dosyalarının hazırlanması, optimizasyon aşaması ve sonuçların değerlendirilmesi şeklindedir. Sonuç değerleri görselleştiren 'scatterplot' ve 'parallel coordinates plot' adlı grafikler Refinery programının kendi arayüzünden alınmıştır. Fakat aynı programın .CSV ve .JSON formatlarında da kayıt alması sayesinde isteyen kullanıcılar daha detaylı data görselleştirmesi yapabilirler. Optimizasyon aşamasında öncelikli olarak populasyon miktarının artışı ile olacak değişimler, ardından da jenerasyon miktarının artırılmasıyla elde edilecek değişimler paylaşılmıştır. Elde edilen değerler ile örnek çalışma öncesinde çıkması tahmin edilen değerler arasında fark görülmektedir. MHC ve FOV değerlerinin birbirleriyle çelişen hedefler olduğu tahmin edilmiş, fakat sonuçlar tam tersi bir grafik ortaya koymuştur. Aynı şekilde, yakınlık parametrelerini tatmin eden değer sayısı büyüdükçe FOV değerinin de büyüyeceği örnek çalışma öncesindeki hedeflenen sonuç olsa da tam tersi çıkmıştır. Buna karşın yakınlık parametrelerini tatmin eden değer sayısı ile MHC değerlerinin ilişkisi beklendiği gibi çıkmıştır. Alınan sonuçlar tatmin edici olmasa da, zemindeki yerleşimleri, sütunların ve fabrika sınırlarının farkındalığı gibi daha fazla kısıtlama getirilerek iyileştirilebilir veya formenlerin yerleşme kuralları detaylandırılarak belirli bir mesafeden daha yakın durmamaları sağlanabilir. Bu çerçevenin gelişmeye devam etmesi ile, endüstriyel bina tasarımının farklı katılımcıları arasında daha iyi bir işbirliğinin sağlanacağını ve bu çalışmada önerilen çerçevenin diğer tesis türlerine de uygulanarak yeni araştırmalara zemin oluşturması ümit edilmektedir.