makale yayımlama koşulları | abonelik | reklam | iletişim | arşiv |
|
ENDÜSTRİ
MÜHENDİSLİĞİ Ekim - Kasım - Aralık 2003 - Sayı 4 |
ÇOK-AJANLI MELEZ ATÖLYE YÖNETİM SİSTEMİ
İnci SARIÇİÇEK
Nihat YÜZÜGÜLLÜ
Osmangazi
Üniversitesi, Endüstri Mühendisliği Bölümü
ÖZET
Ajan teknolojisi, dağıtık zeki
imalat sistemi geliştirmek için önemli bir yaklaşım olarak görülmektedir.
Üretim planlama ve kontrole özerk ajan kuramı uygulama çalışmaları son yıllarda
başlamıştır. Bu kurama göre karar verme süreci, yerel amaçlara ulaşmak için
çalışan zeki ve özerk ajanlar arasında dağıtılır. Bütünsel amaç, gerçekte, birçok yerel amaca bölünmüştür. Böyle bir
yaklaşım, büyük hacimli veri, kaynaklar arasında dağıtık üretim kapasitesi gibi
karmaşıklık problemlerinin üstesinden gelmeye izin vermektedir.
Atölye, sürekli beklenmeyen
olayların gerçekleştiği ve planlanan faaliyetlere değişikliklerin yüklendiği
dinamik bir ortamdır. Belirsizlik problemleriyle ilgilenmede atölye kontrol
sistemi önemli rol oynamaktadır. Atölye bileşenlerinin izlenmesi ve kontrolü
ile üretim faaliyetlerinin eşgüdümü için gerçekçi bir atölye kontrol sistemi
geliştirilmelidir. Bu çalışmada, ATAYS adı verilen Ajan-Temelli Atölye Yönetim
Sistemi tasarlanmıştır.
Sistemdeki ajanlar, Pazarlama
Ajanı, Üretim Planlama Ajanı, Satın Alma Ajanı ve Atölye Ajanlardır. Atölye
Ajanlar, yarı-özerk yapıya sahip olup, özerkliğin derecesi Üretim Planlama Ajanı
tarafından belirlenmektedir. Heterojen birimlerden şekillenen dağıtık sistem,
melez kontrol mimarisi ile tasarlanmıştır. Tasarlanan sistem, işbirlikçi bir
imalat ortamında, atölye ajanların heterojen amaçları dikkate alınarak
çizelgelemenin yapılmasını mümkün kılmaktadır.
Anahtar kelimeler: Ajan Teknolojisi, Çok-Ajanlı
Sistemler, Ajan Temelli Üretim Sistemleri
ABSTRACT
Agent Technology has been
considered as an important approach for developing distributed intelligent
manufacturing systems . In the last years manufacturing research started to
study potential applications of autonomous agent theory to production planning
and control. According to this theory decision making process is distributed
among intelligent and autonomous agents, which act in order to reach local
objectives. The overall objective, in fact, is split into many local one. The
approach allows to overcome the problems of complexity such as large volume
data, production capacity distributed among resources.
Shop floor is a dynamic environment
where unexpected events occur and so impose changes on planned activities. In
dealing with problems associated with these uncertainties, the shop-floor
control system plays a very important role. A reliable shop-floor control
system should be developed to control and monitor shop floor components and to
coordinate the production activities. In this study, an Agent-Based Shop-Floor
Management System called ATAYS is designed.
Agents in the system are Marketing
Agent, Production Planning Agent, Purchasing Agent and Shop-Floor Agents.
Shop-Floor Agents are semi-autonomous agents so that the degree of autonomy is
determined by the Production Planning Agent. The distributed system forming
heterogeneous units was designed by hybrid control architecture. The designed
system is capable of scheduling by considering heterogeneous objectives of the
shop-floor agents within a collaborative manufacturing environment.
Keywords: Agent Technology, Multi-Agent Systems, Agent-Based Production Systems
GİRİŞ
Üretim kontrol
sistemlerinin karmaşıklığının hızla artması, bu sistemleri oluşturan iş
istasyonları, makinalar ve denetleyiciler gibi bileşenlere yapay zekanın
uygulanması konusunda önemli bir ilgi uyandırmıştır. Sözü edilen bileşenlerin
zekası artarsa, her bir bileşen sistemin tümünün performansını etkileyen
kararlar verme yeteneğine sahip hale gelecektir. Özerk karar verme
bileşenlerinin bütünleştirilmesi ve eşgüdümü, zeki üretim kontrol sistemlerinin
tasarımında temel bir araştırma konusu olmuştur.
Bilgisayar,
bilgi yönetimi ve iletişim teknolojilerindeki gelişmeler, zeki ve iletişim
yeteneğine sahip paletler, taşıma araçları ve makinalar gibi imalat sistemi
elemanlarını mümkün kılmıştır. İlgili zeki ve iletişim yeteneğine sahip öğeler,
atölye kontrolü için yeni fikirlerin ortaya çıkmasını sağlamaktadır. Sistem,
yerel bilgi ve diğer birimlerle iletişim yoluyla elde edilen bilgi temelinde,
bireysel karar verme yeteneğine sahip zeki özerk varlıklar (intelligent
autonomous entities) olarak ifade edilebilir. Atölye-kontrol için "dağıtık
(distributed)" veya "heterarşik (heterarchical)" kontrol olarak
tanımlanan bu alternatif yaklaşım, endüstri ve akademi çevrelerinde artan bir
şekilde ilgi ve kabul görmektedir.
İmalat
planlama, çizelgeleme ve kontrolü için fabrika bütünü, geleneksel merkezi
yaklaşımlarla, genellikle imalat sistemlerinin yeniden yapılandırılmasını ve
büyüme yeteneklerini sınırlayan merkezi yazılım ile kontrol edilmektedir.
Hiyerarşik organizasyon kullanma, bilginin bir merkezi yazılım denetleyicisiyle
sıralı olarak işlendiği, kalıcı, sıkıca birleştirilmiş alt gruplar içinde
imalat kaynaklarını gruplamaya zorlamaktadır. Bu, tek bir arıza noktasıyla
planların iptali ve artan işletme giderleri kadar, sistemin çoğunun
kapanmasıyla da sonuçlanabilmektedir. Dağıtık yapay zekadan (Distributed
Artificial Intelligence-DAI) türetilen Ajan Teknolojisi (Agent Technology)
böyle problemlerle başa çıkmak ve dağıtık zeki imalat ortamlarını tasarlamak ve
uygulamak için doğal bir yol sağlamaktadır [Maturana et al.,1999].
İmalat
sistemlerinde, farklı seviyelerde izlenen ve kontrol edilen birçok faaliyet
bulunmaktadır. Klasik anlamda atölye kontrol, hiyerarşik bilgi yönetimini
desteklemek için tasarlanan üretim planlama sisteminin önyüzüdür. Başka bir
ifadeyle, geleneksel karar verme, teknolojik ve lojistik açıdan üretim
sürecinin parametrelerini biliniyor varsayarak belirlilik görüntüsünü
vurgulayan merkezi yaklaşımlara doğru bir yönlendirmeye sahiptir. Özellikle,
kontrol faaliyetleri bütün sistem parametrelerinin bilindiğini ve planın
tasarlanması ile gerçekleştirilmesi arasındaki zaman akışının hep değişmeden
kaldığını varsaymaktadır. Böylece, atölye kontrol hiyerarşinin üst düzeylerinde
verilen kararlara göre çizelgeleri gerçekleştirmelidir. Sonuç olarak atölye
kontrol, programlanan hedeflerden gerçek davranışın sapmasına duyarsızdır ve
makina arızası, malzeme yokluğu, değişiklik talebi gibi beklenmeyen olayların
kontrolünü içermez. Diğer taraftan, matematiksel planlama modellerinin kesinlik
ve ayrıntısını arttırarak belirsizliği karşılama girişimleri başarısız
olmaktadır [Maione and Naso,2001]. Ancak, son yıllarda iletişim ve bilgisayar
teknolojisindeki gelişmeler, dağıtık yapay zeka konusunda imalatta zeki özerk
birimler oluşturma olanağı sağlamıştır. Güdülecek strateji özerk, dağıtık
ajanların işbirliğini destekleyen dağıtık kontrol mimarileri geliştirmektir.
Atölye
sürekli olarak beklenmeyen olayların olduğu ve planlanan faaliyetlere
değişikliklerin yüklendiği dinamik bir ortamdır. Söz konusu problemle
ilgilenmek için atölyede malzeme akışının ve bilgi akışının eşgüdüm ve
kontrolünden sorumlu uygun bir kontrol sistemi benimsenmelidir. Çalışmada,
ATAYS adı verilen Ajan-Temelli bir Atölye Yönetim Sisteminin tasarlanması
amaçlanmıştır. Melez bir kontrol yapısıyla tasarlanan sistemde, merkezi ve
dağıtık kontrolün her ikisinin de üstünlüklerinden faydalanılması
düşünülmüştür.
MEVCUT ÇALIŞMALAR
Zeki Ajan
Sistemleri (Intelligent Agent Systems), Dağıtık Yapay Zeka alanından
türemiştir. Dağıtık Yapay Zekanın temel iki tipi vardır: Homojen ve heterojen.
Homojen ajan sistemlerinde, ajanlar benzer tipte olup benzer bilgilere
sahiptir. Bir bilgisayar ağına bağlı bilgisayarlar bu gruba örnek olarak
gösterilebilir. Heterojen ajan sistemleri için ajanlar, form, fonksiyon, amaç
ve işlemde farklılıklar göstermektedir. Dağıtık Yapay Zekadaki çalışmalar
homojen sistemlerde odaklanmıştır. Heterarşik yapıda çalışmalar daha sınırlı
olup bu konuya son birkaç yılda ilgi artmıştır.
Son
yıllarda, DAI tekniklerinin kullanımı ve geliştirilmesi konusundaki
araştırmalara önemli çaba harcanmıştır. İşbirlikçi (colloborative) sistemleri
anlama ve modelleme ile ilgilenen dağıtık yapay zeka araştırmacılarının,
Dağıtık Problem Çözme ve Çok-Ajanlı Sistemler (Multi-Agent Systems-MAS) olmak
üzere iki ana araştırma alanında çalıştığı gözlenmiştir. DPS, farklı işler veya
problemlerin, problem ve onun çözümleri hakkındaki bilgiyi bölme ve paylaşmada
işbirliği yapan birçok düğüme nasıl bölüneceğini göz önüne almaktadır.
Çok-Ajanlı Sistemlerdeki araştırma, verilen bir problemi çözmeyi amaçlayan
özerk ajanların davranışlarını göz önüne almaktadır. MAS, bireysel
yeteneklerinin ötesindeki problemleri çözmek için birlikte çalışan problem
çözücüler ağı olarak da tanımlanabilmektedir [Kadar et al.,1998].
Geçmiş
yirmi yıldan bu yana DAI alanında özerk ajanlar ile dağıtık problem çözme ve
karar verme konusunda çalışmalar yapılmaktadır. Araştırmacılar dağıtık
sistemlerin tasarım, çözümleme ve kontrolü için oyun kuramı, otomasyon kuramı
ve kuyruk kuramı gibi çeşitli yaklaşımlar kullanmışlardır. 1980'lerde DAI
çalışmaları büyük ölçüde ajanların hesapsal kaynaklar için yarıştığı problemler üzerine odaklanmıştır. İlgili
çalışmalar, dağıtık bilgisayar sistemlerinde, bilgisayarlar arasında yük paylaşımı
(load sharing) ya da yük dengelemesini (load balancing) içeren, "Dağıtık
Çizelgeleme (Distributed Scheduling)" çalışmalarıydı [Stankovic and et
al.,1985; Wang and Morris,1985; Eager and et al, 1986; Chu and Lan, 1987;
Casavant and Kuhl, 1988; Lo, 1988; Ramamritham and et al.,1989; Shivaratri and
et al.,1992]. Bir kısım araştırmacı ise yukarıda sözü geçen sistemlerde
protokoller üzerinde yoğunlaşmıştır [Conry and et al.,1991; Zlotkin and
Rosenschein,1991; Sandholm and Lesser, 1997; Kraus, 1997; Krothapalli and
Deshmukh, 1999].
Veeramani
and Wang [1997], imalat sistemlerinde dağıtık kontrol konusunda ilk çalışmanın
1981 yılında Lewis tarafından yapılan bir doktora tezi olduğunu bildirmiştir.
Daha sonraları birçok araştırmacı açık-arttırma-temelli (auction- based),
karatahta-temelli (blackboard-based), fiyatlandırma-temelli (pricing-based)
yaklaşımlar kullanan dağıtık sistemler geliştirmiştir [Veeramani and Wang,
1997; Okubo and et al., 2000].
Atölye
kontrol için tasarlanan çoğu MAS, homojen sistemler için tasarlanmış olup
sadece pazar temelli mekanizmalar içeren atama kuralları uygulamaktadır.
Heterarşik yapıda çalışmalar daha sınırlı olup bu konuya son on yılda ilgi
artmıştır. Ajan teknolojisi, endüstriyel dağıtık sistemlerin geliştirilmesinde
önemli bir yaklaşım olarak görülmektedir. Birçok araştırmacı, ajan
teknolojisini tedarik zinciri yönetim sistemlerine, imalat çizelgeleme ve
kontrol sistemlerine ve malzeme taşıma sistemlerine uygulamaya girişmiştir
[Barbuceanu and Fox, 1997; Maturana et al. ,1999; Ottaway and Burns, 2000;
Huang and Nof, 2000; Gjerdrum et al., 2001; Maione and Naso, 2001; Lu and Yih,
2001; Khoo, Lee and Yin, 2001; Wu, Fuh and Nee, 2002].
AJAN-TEMELLİ ATÖLYE YÖNETİM SİSTEMİ
Klasik
anlamda atölye kontrol, hiyerarşik bilgi yönetimini desteklemek için tasarlanan
üretim planlama sisteminin ön-yüzüdür. Başka bir deyişle geleneksel karar verme
süreci, teknolojik ve lojistik açıdan üretim sürecinin belirgin bir görüntüsünü vurgulayan merkezi yaklaşımlara
doğru bir yönlendirmeye sahiptir. Sistem parametrelerinin bilindiği ve tasarlanan
ile gerçekleşen arasında koşulların değişmediği varsayılmaktadır. Böylece,
atölye kontrolü tarafından hiyerarşinin üst düzeylerinde verilen kararlara göre
çizelgelerin hazırlanması beklenir. Sonuç olarak atölye kontrol, programlanan
hedeflerden gerçek davranışın sapmasını algılayamaz ve makina arızası, malzeme
yokluğu, değişiklik talebi gibi beklenmeyen olayları yakalayamaz. Matematiksel
planlama modellerinin kesinlik ve ayrıntısını arttırarak, belirsizliği
karşılama girişimleri başarılı olamamaktadır [Maione and Naso, 2001]. Ancak,
son yıllarda iletişim ve bilgisayar teknolojisindeki gelişmeler, dağıtık yapay
zeka konusunda imalatta zeki özerk birimler oluşturma olanağı sağlamıştır.
Strateji özerk, dağıtık ajanların işbirliğini destekleyen dağıtık işbirlikçi
kontrol mimarileri geliştirmektir.
Atölye,
sürekli olarak beklenmeyen olayların gerçekleştiği ve planlanan faaliyetlere
değişikliklerin yüklendiği dinamik bir ortamdır. İlgili problem için atölyede
imalat fiziksel akışının ve bilgi akışının eşgüdüm ve kontrolünden sorumlu
uygun bir kontrol sistemi benimsenmelidir. Sonuç olarak, merkezi bir mimariden
ayrılma ve merkezi olmayan atölye kontrolüne doğru yönelim ortaya çıkmıştır.
Temelde, alan kontrolcüler yerel durumlara hızlı bir şekilde tepki verebilir.
Çok-Ajanlı Sistem yapılarına liderlik eden yeni kavramlar, özerk birimler
(ajanlar) ağı arasında bilgi, karar ve kontrol işlerini dağıtmaktadır.
Son on
yılda, ajanlarla ilgili kavramlar, Çok-Ajanlı Sistemler ve heterarşiler büyük
ilgi toplamıştır. Yeni sistemlerin anlayışında kontrol, atölyede her yerel
karar birimi beklenmedik durumlara aktif olarak sistem tepkisi sağlayacak
biçimde baştanbaşa dağıtılmaktadır.
Günümüzde
imalattaki karmaşıklığın giderek artması, atölye kontrolünü merkezi kontrol ile
başarmaya çalışan işletmeleri, imalat ortamındaki değişiklikler nedeniyle
planlanan imalat ile gerçekleşen imalat arasındaki farkın büyümesi, planlamaya
bağlı birimlerin eşgüdümünün sağlanamaması ve imalatın izlenememesi
durumlarıyla karşı karşıya bırakmaktadır. İmalatın bütünü için birbirine
bağımlı, ancak bağımsız atölyeler arasındaki iletişimin yokluğu ya da
yetersizliğinden kaynaklanan sorunların üstesinden gelmek ve eşgüdümü sağlamak
için etkin bir iletişimin gerekliliği açıktır. Geleneksel üretim kontrol
yaklaşımları, kendilerindeki bilgiyi kullanarak üretim birimi/hücresi/hattı
için çizelgeleme kararlarını vermektedir. Genellikle ilgili işletmelerde
planlama birimi tarafından yapılan program ve çizelgeler gerçekten uzak
olmaktadır. Atölye durum bilgisine en yakın olan atölyelere kendi çizelgelerini
üretme imkanı veren kontrol sistemlerine ihtiyaç vardır.
İmalat
sistemi, farklı seviyelerde izlenen ve kontrol edilen birçok faaliyet
içermektedir. Atölye, sürekli olarak beklenmeyen olayların olduğu ve planlanan
faaliyetlere değişikliklerin yüklendiği dinamik bir ortamdır. Bu problemle
ilgilenmek için, atölyede imalat fiziksel akışının ve bilgi akışının eşgüdüm ve
kontrolünden sorumlu uygun bir kontrol sistemi benimsenmelidir. ATAYS olarak
adlandırılan Ajan-Temelli Atölye Yönetim Sistemi, bir işletmede üretim planlama
ve kontrol birimi ile atölyeler ve atölyeler arası iletişimin planlanması
yoluyla, yer ve zaman açısından bakıldığında doğasında dağıtık olan birimlerin
eşgüdümü ve atölye yönetiminin etkin bir şekilde sağlanması amacıyla
tasarlanmıştır. Sistemin tanıtımına geçmeden önce izleyen kısımda atölye
kontrol mimarileri hakkında kısaca bilgi verilmiştir.
ATÖLYE KONTROL MİMARİLERİ
İmalat sistemlerinde
kontrol konusunda daha önce yapılan çalışmalarda farklı sınıflamalara rastlamak
mümkündür:
• Upton [1992],
bilgisayar-kontrollü imalat sistemleri için esnekliği işlediği çalışmasında
kontrolü hiyerarşik, heterarşik ve ikisinin karması olan melez kontrol olarak
sınıflamıştır.
• Diğer bir sınıflama
Gasser [1992] tarafından koordinasyonda kontrol dereceleri olarak verilmiştir.
İlgili dereceler; merkezi (centralized), yarı-merkezi (semi-centralized), yerel
olarak merkezi (locally-centralized) ve merkezi olmayan (decentralized)
şeklindedir.
• Kadar et al.[1998],
örgüt kavramındaki yapı ve kontrol rejimi bileşiminden hareketle, yapılar
kümesinin hiyerarşilerden karmaşık heterarşilere, kontrol rejiminin de merkezi
kontrolden dağıtık kontrole uzandığını belirterek farklı bir yaklaşım
getirmiştir.
• Son olarak Choi et
al, [2000], dört tip kontrol mimarisi bulunduğunu belirterek aşağıdaki
sınıflamayı yapmıştır:
1. Merkezi kontrol (Centralized Control)
2. Hiyerarşik kontrol (Hierarchical Control)
3. Heterarşik kontrol (Heterarchical Control)
4. Melez kontrol (Hybrid Control)
1. Merkezi Kontrol
Bütün
planlama ve bilgi işleme faaliyetlerinin kayıtlarını korumak ve yönetmek için
sadece bir merkezi bilgisayar ya da kontrolcü bulunmaktadır. Atölyede bulunan makinalar
merkezi kontrolcüden gelen komutları yerine getirmekte ve daha sonra sonuçları
merkezi kontrolcüye geri bildirmektedir. Geleneksel olarak atölye kontrolü bir
merkezi bilgisayar üzerinde yerine getirilmektedir. Bu mimari yaklaşımı,
tamamen belirlilik ortamları için en uygunudur. Ancak esnek imalat sistemleri
için sınırlı bir yeteneğe sahiptir. İşbirliği açısından bakıldığında pasif bir
işbirliğinin söz konusu olduğu söylenebilir. Üretim birimlerinin kontrol
kararlarını vermede aktif katılımı olmaksızın, merkezi kontrolün bütünsel
sistem amacına yönelik verdiği kararlar kabul edilerek pasif bir işbirliği
sağlanmış olur.
2. Hiyerarşik Kontrol
Hiyerarşik
kontrol mimarisi, iki bitişik kontrol düzeyi arasında katı bir yönetici-çalışan
ilişkisi içermektedir. Aynı düzeydeki kontrolcüler arasında bilgi alışverişine
izin verilmez. Kontrolcü hiyerarşisi içinde, amir sadece hemen altındakileri
görür. Onların ötesini göremez. İlgili kavram her bir kontrolcüye kendi
alanında belli bir kontrol yetkisi verir. Belirtilen yararlarından dolayı,
atölye kontrol sistemlerinde yaygın yapı atölye kontrolün merkezi
planlayıcılarının genel çizelge ve rota planları ürettiği hiyerarşik mimari
kullanılarak tanımlanmıştır. İlgili plan ayrıntılandırılacağı daha alt
seviyelere gönderilir. Son olarak, çizelge üst seviyeler tarafından verilen
kararları gerçekleştirecek olan donanımı kontrol eden işletmene gönderilir.
Ancak, bu mimari atölye kontrol sisteminin değişikliğe gereksinimi olduğunda
bazı çabalar gerektirmektedir [Choi et al.,2000]
Şekil
1. Hiyerarşik kontrol.
Şekil
1'de hiyerarşik kontrol yapısı gösterilmiştir. Aynı düzeydeki kontrolcüler
arasında bilgi alışverişi olmadığı görülmektedir.
3. Heterarşik Kontrol
Heterarşik
kontrol mimarisi, katı bir yönetici-çalışan ilişkisi içermeyen bir dizi
kontrolcüden ibarettir. Şekil 1'deki aynı seviyedeki birimler birbiriyle bilgi
alışverişinde bulunabilmektedir. Mimarinin önemli bir özelliği, bütünsel karar
verme için tamamen yerel özerklik ve işbirlikçi yaklaşım uğraşıdır. Bu nedenle,
ilgili kontrol mimarisi, atölye veya imalat sisteminin modüler,
genişletilebilir ve kendi şekillenebilir olmasını mümkün kılar. Ek olarak,
bilgisayar teknolojisi olağanüstü bir hızla gelişmekte olduğundan, kontrolcüler
arasındaki kontrol müzakereleri çok hızlı bir şekilde çalışır ve iletişim yükü
azalır. Bu mimarinin faydası, en alt düzeyde bütünsel bilgi tutan yüksek
derecede özerk birimlerden ibaret, karmaşık imalat sistemlerine uygulanabilir
olmasıdır. Ancak, heterarşik sistemler içten iyi düzenli ancak dıştan aşırı
izin verici olup işbirlikçi hiyerarşi olarak organize edilir. Öyle ki, çatışma
çözümünün yokluğu ve karar vericilerin izolasyonu sistemin zayıf
taraflarındandır. Fakat yine de bütünsel sistem performansı üzerinde işbirlikçi
kontrolün diğer kontrol mimarilerine göre daha iyi sonuç verdiğini gösteren
çalışmalar bulunmaktadır [Lu and Yih, 2001]. Sistemdeki üretim birimleri kendi
amaçlarını eniyilemenin yanında sistemin bütünsel performansını da dikkate
alarak karar verme sürecine aktif olarak katılmaktadır. İlgili amaçlar
birbiriyle çatıştığında çoklu müzakereler ile bir amaç üzerinde uzlaşma
sağlanmaktadır.
4. Melez Kontrol
Melez
kontrol mimarisinde, kontrol seviyeleri arasındaki gevşek bir yönetici-çalışan
ilişkisi mevcuttur. Alttakiler faaliyetleri tamamlayabilmek için işbirliği
halinde iken, amir faaliyetlerin sırasını başlatmaktan sorumludur. İşlerin
tamamlanması için her bir kontrolcü aynı seviyedeki kontrolcü ile ilişki
kurmaktadır. Melez kontrol hiyerarşi içinde heterarşi olarak da
tanımlanmaktadır [Upton,1992]. Şekil 2'de ilgili yapı gösterilmiştir. Alt
sistemlerde heterarşik ya da hiyerarşik yapılar söz konusu olabilir.
Şekil
2. Melez kontrol (Hiyerarşi içinde heterarşi)
Melez
kontrol ile merkezi ve dağıtık kontrolün olumlu taraflarından yararlanmak
olumsuz taraflarını elimine etmek amaçlanmaktadır.
SİSTEMİN KAVRAMSAL MODELİNİN GELİŞTİRİLMESİ
1. Geliştirilecek Modelin
Varsayımları
Çalışmada
tasarlanan Ajan-Temelli Yönetim Sistemi (ATAYS);
i. İmalatını, bir dizi atölyede imal ettiği parçaların,
son olarak montaj atölyesinde birleştirildiği heterojen atölyeler topluluğu ile
gerçekleştiren,
ii. İşletmenin Üretim Planlama biriminin atölyelere gönderdiği
program ve iş emirleri ile gerçekleşen imalat arasında farklılığın karmaşa ve
üretimin kontrol edilememesi gibi problemlere yol açtığı,
iii. Atölyeleri ve üretim planlama birimi arasında
iletişim eksikliğinden kaynaklanan problemler yaşanan,
iv. Atölyelerin kendi içinde imalatını eniyilemek için
yapacağı planlar ve çizelgeler için başka birimlerde/atölyelerde yapılan işler
hakkında bilgi ihtiyacı olan,
v. Atölyelerinde üretim biçimi ve çizelgeleme amaçları
farklılık gösterebilen,
vi. Ürün çeşidi fazla olan ve siparişlerde müşteri
isteklerinin ön planda olduğu,
vii. Bazı birimlerin aynı fabrika binası içinde olmadığı
(Örneğin; Pazarlama Bölümü, Satın Alma Bölümü vb.)
işletmeler
için, atölyeler ve üretim planlama birimi arasındaki iletişim ile atölyeler
arası iletişimi, tasarlanan ajanlar ağı temelinde ajan teknolojisi yaklaşımı
ile sağlamayı amaçlar. Böylece işlerin eşgüdümlü bir şekilde yürütülmesi ve
esnekliğin sağlanmasının yanı sıra, atölyelerin etkin bir şekilde kontrolünün
de mümkün olması beklenmektedir. Çalışmada Döküm, Mekanik ve Montaj olmak üzere
üç atölye olduğu varsayılmış olup, tasarım ilgili atölyeleri içermektedir.
2. Sistem Davranışı
Üretim
kontrol sistemleri için kontrol mimarileri konusunda yapılan çalışmalar,
yapısal olarak hiyerarşik ve heterarşik olmak üzere uçlarda odaklanmıştır. Bu
uçlardan birine tam olarak uymayan kontrol mimarileri kurmanın mümkün olduğu
gösterilmiştir. [Ottaway and Burns, 2000]. Hiyerarşik ve heterarşik kontrol
mimarilerinin arzu edilen nitelikleri sentezlenerek dinamik olarak değişebilen
ya da her iki kontrol mimarisinin üstün yanlarını kullanan zeki bir kontrol
mimarisi geliştirmek mümkün olacaktır.
Hiyerarşik
kontrol mimarileri, üretim sisteminin bütünsel kontrolü için tasarlanmaktadır.
Üretim kontrol sistemleri için bütün sistemin eniyilenmesi amacıyla bütünsel
kontrol konusu hiyerarşik kontrol mimarilerinin yandaşları için çok önemli
olduğu düşünülen bir konudur. Bir üretim sisteminde iş makina kararları
olmaksızın bütünsel eniyileme zordur. Ayrıca, üretim birimlerinin bütünsel
bilgiye sahip olmadığı bir ortamda makina kullanımı, çıktı, ve tamamlanma
zamanlarının kestirimi de çok zordur [Ottaway and Burns, 2000].
Üretim
süreçlerinin eniyilenmesinde hiyerarşik kontrol mimarisi yandaşları, klasik
hiyerarşik komut/geribildirim kontrol mimarilerinin üstünlüklerinin
görüldüğünden söz etmektedir. İlgili üstünlükler, bireysel kontrol modüllerinin
büyüklük, işlemsellik ve karmaşıklıklarının sınırlı olmasını garantiye
almasıdır.
Dağıtık
problem çözme, hız, güvenirlik ve bilinmeyen veri ve bilgiyi tolere etme
yeteneği gibi üstünlükler sunar. Hiyerarşik olmayan sistemler, maliyete karşın
performansta üstünlüğe sahiptir. Ancak, bir kontrol mimarisi tasarımında
hiyerarşik olmayan yaklaşım, bilgi ve kontrolü yerelleştirerek sistemin
karmaşıklığını azaltacağından yazılım geliştirme maliyetleri, denetimci düzeyi
modül ihtiyacı ortadan kaldırılarak azaltılacaktır.
Bir
fabrika, çeşitli üretim makinaları, süreçler ve çalışanlardan ibaret doğasında
dağıtık bir örgüttür. Makinalar, süreçler ve çalışanlar, üretim işlerine göre
mantıksal olarak hücrelere ayrılır. Bu hücreler üretim sistemini şekillendirir
ki işlerin başarılması için gerekli öğeler ve işler fabrika içinde dağıtıktır.
Buradan üretim sistemi ve üretim kontrol sistemi arasında en iyi uyum sağlayan
hiyerarşik olmayan kontrol mimarisi önerilir. Merkezi kontrol gereksinimi
sadece eniyileme sistem performansını geliştirdiğinde ortaya çıkacaktır.
Önerilen sistemde, atölyeler temelinde heterarşik kontrol söz konusu iken atölyelerle
Üretim Planlama birimi arasında hiyerarşik kontrol hakim olacaktır. İletişim ve
koordinasyonu sağlayacak Ajan-Temelli Sistemin melez kontrol mimarisi
kullanması, her iki kontrol mimarisinin olumlu özelliklerinden yararlanmayı
mümkün kılacaktır (Şekil 3).
Şekil 3. Ajan-Temelli Yönetim Sisteminin
melez kontrol mimarisi
ATAYS,
atölyelerin birbiriyle iletişimini mümkün kılmaktadır. Atölyeler arası ve atölyelerle
Üretim Planlama birimi arasında intranet yoluyla iletişim sağlanabilmektedir.
Pazarlama, Satın Alma ve Üretim Planlama birimleri arasında iletişim internet
yoluyla sağlanmaktadır.
3. Bilgi-Düzeyi Kavramlar
ATAYS' ın
temel bileşeni ajandır. Pazarlama Ajanı müşterilerden aldığı siparişleri Üretim
Planlama Ajanına bildirirken, Atölye Ajanlar; Döküm, Mekanik ve Montaj Ajanları
ile Üretim Planlama Ajanı çizelgelerin üretilmesinde işbirliği yapmaktadır.
Şekil 4'te genel olarak bir ajanın yapısı grafiksel olarak gösterilmiştir.
Sistemdeki her ajan;
1. Temel üretim fonksiyonlarını yerine getirmek için
gerekli üretim bilgisinin depolandığı yerel veritabanı,
2. İç kaynak yönetimi için gerekli modül,
3. Diğer ajanlarla
ve ortamla iletişim için gerekli iletişim modülünden ibarettir.
Şekil 4. Genel olarak bir ajanın yapısı
Üretim
bilgisi, kontrol altındaki üretim sistemiyle ilgili yetenek ve kapasite
bilgilerini kapsamaktadır. Çalışmada ele alınan atölyelere ilişkin üretim bilgisi,
tezgahların hazırlık sürelerinin de dahil olduğu, bir vardiyada üretilen parça
adedi bilgisini içermektedir. Her bir parça için ilgili tezgaha ilişkin olarak
veritabanında tutulan bilgi çizelgeleme aşamasında kullanılmaktadır. Ayrıca tezgah ve rota bilgileri de yerel
veritabanında saklanmaktadır.
4. Sembol-Düzeyi Kavramlar
Sembol-düzeyi
kavramlar, önceki bölümde sözü edilen bilgi-düzeyini kodlamak için bir çatı
sağlamaktadır. ATAYS içinde Pazarlama Ajanı, Üretim Planlama Ajanı, Atölye
Ajanlar (Döküm, Mekanik ve Montaj) ve Satın Alma Ajanı olmak üzere altı ajan
bulunmaktadır. Amaç, ilgili ajanları kullanan ajan mimarisi içinde
bilgi-düzeyini kodlayacak ek sembol-düzeyi kavramları geliştirmektir.
Pazarlama
ajanına bir sipariş geldiğinde ilgili sipariş Üretim Planlama Ajanına (ÜPA)
gönderilir. Üretim Planlama Ajanı denetleyici ajan olarak ortam bilgisinden
hareketle ilgili siparişin alınıp alınmayacağına karar verir. Gerekirse Atölye
Ajanlar ile iletişim kurarak karar verebilir. Üretim Planlama Ajanı, Malzeme
Gereksinim Planlaması ve Kapasite Gereksinim Planlamasından da sorumludur. ÜPA,
gerekli kaynakların sağlanması ve çizelgelenmesi için uygun ajanlarla iletişim
kurar. Atölye Ajanlar üretilecek parçaların çizelgelenmesinde işbirliği yaparak
son çizelgeyi oluşturur. ÜPA'nın her çizelgeleme isteğinde yeni çizelgeyi
üretmek için işbirliği yapılır. ÜPA, belirlenen çizelgeye göre Satın Alma
Ajanına satın alınacak parçaların gerekli miktar ve zamanlarını bildirir.
Tedarikçilerle iletişim ve gerekli parçaların zamanında getirtilmesi Satın Alma Ajanının görevidir.
Denetleyici
ajan, kendi kontrol alanı içindeki atölyelerin üzerinde bir yönetici gibi
davranır. Ottaway and Burns [2000]'e göre denetleyici ajanın kontrol alanını
belirlemek için iki yöntem vardır: Denetleyici ajan benzer işleme yeteneğine
sahip kaynakları yönetebilir ve bir işlevsel yönetici gibi davranır ya da bir
dizi benzer olmayan kaynağı yönetir ve bir ürün yöneticisi gibi davranır.
İkincisi, grup teknolojisi yönetim yaklaşımıyla paralellik gösterir. ATAYS
içinde denetleyici ajan, işlevsel bir yönetici durumundadır. Kontrol alanı
içinde atölyelerin mevcut durumunu değerlendirir ve sipariş kabul kararlarını
verir. Ayrıca atölyelerin çizelgeleme
müzakerelerinde denetleyici ajan olarak karar vermede rol oynar.
5. Ajan-Temelli Atölye Yönetim Sisteminin Mimarisi
ATAYS'ın
temel bileşeni ajandır. Veri ve bilgiler, yerel veritabanlarında
saklanmaktadır. Diğer ajanlarla ilgili ortam bilgisi iletişim yoluyla elde
edilmektedir. İç kaynak modülü yardımıyla çıkarsama yapılmaktadır. Arayüzler,
ajan arayüzü ve ortam arayüzü içerir. ATAYS'da her bir atölye kendi çizelgesini
üretmek için amaç ve kısıtları olan özerk bir birimdir. Özerkliğin derecesi,
Üretim Planlama biriminin denetleyici rolüyle ayarlanmaktadır. Şekil 5'de genel
ATAYS'ın yapısı grafiksel olarak gösterilmiştir. Atölye ajanlar iletişim
ağı yoluyla birbiriyle iletişim
halindedir.
Şekil 5. Ajan-Temelli Atölye Yönetim
Sisteminin yapısı.
Çalışmada
örnek olarak ele alınan sistem birimlerinden Pazarlama ve Satın Alma farklı yerleşim birimlerinde olduğundan
imalatın gerçekleştirildiği atölyelerin başındaki Üretim Planlamaya Geniş Alan
Bilgisayar Ağı (Wide Area Network-WAN) yoluyla bağlanırken, atölyeler aynı bina
içinde varsayılarak Yerel Bilgisayar Ağı (Local Area Network-LAN) yoluyla
birbirine bağlanmıştır. Günümüzde birçok işletmenin üretim birimiyle pazarlama
birimi farklı binalarda hatta farklı şehirlerde olup birbirleriyle iletişimin
gereği açıktır. Atölye temelinde bakıldığında montaj biriminin farklı bir yerde
olması da söz konusu olup tedarikçilerle iletişim ve eşgüdüm konusu da
önemlidir. Günümüzde tedarik zinciri konusunda da ajan-temelli yaklaşımlar
ortaya çıkmıştır. Bu çalışmada çizilen çerçeve sadece imalatın yapıldığı
atölyeler üzerinde odaklanmış olup, tedarikçilerle iletişim ve satın alma ile
Satın Alma Ajanı sorumlu kılınmıştır.
SONUÇ ve ÖNERİLER
İmalat
sistemlerinde, farklı seviyelerde izlenen ve kontrol edilen birçok faaliyet
bulunmaktadır. Klasik anlamda atölye kontrol, hiyerarşik bilgi yönetimini
desteklemek için tasarlanan üretim planlama sisteminin önyüzüdür. Başka bir
ifadeyle, geleneksel karar verme, teknolojik ve lojistik açıdan üretim
sürecinin parametrelerini biliniyor varsayarak belirlilik görüntüsünü
vurgulayan merkezi yaklaşımlara doğru bir yönlendirmeye sahiptir. Özellikle,
kontrol faaliyetleri bütün sistem parametrelerinin bilindiğini ve planın
tasarlanması ile gerçekleştirilmesi arasındaki zaman akışının hep değişmeden kaldığını
varsaymaktadır. Böylece, atölye kontrol hiyerarşinin üst düzeylerinde verilen
kararlara göre çizelgeleri gerçekleştirmelidir. Sonuç olarak atölye kontrol,
programlanan hedeflerden gerçek davranışın sapmasına duyarsızdır ve makina
arızası, malzeme yokluğu, değişiklik talebi gibi beklenmeyen olayların
kontrolünü içermez. Diğer taraftan, matematiksel planlama modellerinin kesinlik
ve ayrıntısını arttırarak belirsizliği karşılama girişimleri başarısız
olmaktadır. Ancak, son yıllarda iletişim ve bilgisayar teknolojisindeki
gelişmeler, dağıtık yapay zeka konusunda imalatta zeki özerk birimler oluşturma
olanağı sağlamıştır. Güdülecek strateji özerk, dağıtık ajanların işbirliğini
destekleyen dağıtık kontrol mimarileri geliştirmektir.
Geleneksel
merkezi imalat planlama, çizelgeleme ve kontrol mekanizmaları, ürün
gereksinimlerindeki oldukça dinamik
değişimlere ve üretim biçimlerindeki değişimlere cevap vermede yeterince
esnek değildir. İmalat planlama, çizelgeleme ve kontrolü için fabrika bütünü,
geleneksel merkezi yaklaşımlarla, genellikle imalat sistemlerinin yeniden
yapılandırılmasını ve büyüme yeteneklerini sınırlayan merkezi yazılım ile
kontrol edilmektedir. Hiyerarşik organizasyon kullanma, bilginin bir merkezi
yazılım denetleyicisiyle sıralı olarak işlendiği, kalıcı, sıkıca birleştirilmiş
alt gruplar içinde imalat kaynaklarını gruplamaya zorlamaktadır. Bu, tek bir
arıza noktasıyla planların iptali ve artan işletme giderleri kadar, sistemin
çoğunun kapanmasıyla da sonuçlanabilmektedir. Oysa İletişim Teknolojisindeki
yenilikler, üretimde tedarik zinciri konusunun boyutlarını alabildiğine
genişletmiştir. Modern üretim teknolojileri ile imalat birimleri arasındaki
coğrafi uzaklıklar önemini kaybetmiştir. Dünyanın bir ucundaki başka bir şirket
ile ortak kaynakları kullanmak ve teknolojide işbirliği yapmak mümkün hale
gelmiştir. İşletmeler, tedarikçisiyle imalat teknolojisini paylaşıp, tasarım,
süreç planlama ve üretim çizelgesini bütünleşik bir şekilde yürütme gereği
duymaya başlamıştır. Hızla değişen pazar ihtiyaçları, imalat ortaklarını
aralarında daha etkin kaynak paylaşımı yapmaya zorlamaktadır. Bu durumda Ajan
Teknolojisi, dağıtık zeki imalat ortamlarını tasarlamak ve uygulamak için doğal
bir yol sağlamaktadır.
Sürekli
olarak beklenmeyen olayların olduğu ve planlanan faaliyetlere değişikliklerin
yüklendiği, dinamik bir ortam olan atölyede, malzeme akışının ve bilgi akışının
eşgüdüm ve kontrolünden sorumlu uygun bir kontrol sistemi benimsenmelidir.
Çalışmada, ATAYS adı verilen Ajan-Temelli bir Atölye Yönetim Sistemi
tasarlanmıştır. Melez kontrol mimarisi ile tasarlanan sistemde, merkezi ve
dağıtık kontrolün her ikisinin de üstünlüklerinden faydalanılması
düşünülmüştür. Ajan teknolojisinin ardışık üç atölyede imalatı gerçekleştirilen
karmaşık bir ürünün çizelgelenmesi amacıyla kullanılması mümkün hale gelmiştir.
Her bir
atölye kendi imalat işlemleri ile ilgili yeterince birikmiş bilgiye sahip olup,
kendi çizelgesini yaratma potansiyeli vardır. Eğer, diğer atölyelerle
ilişkileri hesaba katarak atölyeye kendi çizelgesini üretme yetkisi verilirse,
Üretim Planlama biriminin denetiminde değişikliklere çabuk cevap verebilen,
kendini hızla yenileyebilen bir çizelgeleme sistemi geliştirmek mümkün
olacaktır. Çalışmanın bundan sonraki aşaması, atölyeler arası çizelgeleme
müzakereleri ve ilgili çizelgeleme sistemi üzerine odaklanmıştır.
KAYNAKÇA
1. Barbuceanu M. and Fox M., 1997, "Integrating
Communicative Action, Conversations and Decision Theory to Coordinate
Agents", Proceedings of the First International Conference on Autonomous
Agents, Marina del Rey, CA (ACM Press).
2. Casavant T.L. and Kuhl J.G., 1988, " Effects of
Response and Stability on Scheduling in Distributed Computing Systems",
IEEE Trans. on Software Eng., Vol. 14, No.11, pp. 1578-1588.
3. Choi K-H., Kim S-C. and Yook S-H., 2000,
"Multi-Agent Hybrid Shop Floor Control System", International Journal
of Production Research, Vol.38, No.17, pp. 4193-4203.
4. Chu W.W. and Lan L.M-T., 1987, "Task Allocation
and Precedence Relations for Distributed Real-Time Systems", IEEE Trans.
on Computers, Vol. C-36, No.6, pp. 667-679.
5. Conry S. E., Kuwabara K., Lesser V. R., and Meyer R.
A., 1991, "Multistage Negotiation for Distributed Constraint
Satisfaction", IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Vol.21, No.6, pp. 1462-1477.
6. Eager D.L., Lazowska E.D. and Zahorjan J., 1986,
"Adaptive Load Sharing in Homogeneous Distributed Systems", IEEE
Trans. on Software Eng., Vol. SE-12, No.5, pp. 662-675.
7. Gasser L., 1992, "DAI Approaches to
Coordination", Distributed Artificial Intelligent: Theory and Praxis, pp.
31-51.
8. Gjerdrum J., Shah N. and Papageorgiou L.G., 2001,
"A Combined Optimization and Agent-Based Approach to Supply Chain Modeling
and Performance Assessment", Production Planning & Control, Vol.12,
No.1, pp. 81-88.
9. Huang C-Y and Nof S.Y., 2000, "Formation of
Autonomous Agent Networks for Manufacturing Systems", International
Journal of Production Research, Vol.38, No.3, pp.607624.
10. Kadar B., Monostori L., and Szelke E., 1998, "An
Object-Oriented Framework for Developing Distributed Manufacturing Architectures", Journal of Intelligent
Manufacturing, No.9, pp. 173-179.
11. Khoo L. P., Lee S. G. and Yin X. F., 2001,
"Agent-Based Multiple Shop Floor Manufacturing Scheduling",
International Journal of Production Research, Vol.39, No.14, pp. 3023-3040.
12. Kraus S., 1997, "Negotiation and Cooperation in
Multi-Agent Environments", Artificial Intelligence, 94, pp. 79-97.
13. Krothapalli N.K.C. and Deshmukh A.V., 1999,
"Design of Negotiation Protocols for Multi-Agent Manufacturing
Systems", International Journal of Production Research, Vol.37, No.7, pp.
1601-1624.
14. Lo V.M., 1988, "Heuristic Algorithms for Task
Assignment in Distributed Systems", IEEE Trans. on Computers, Vol. 37,
No.11, pp. 1384-1397.
15. Lu T-P. and Yih Y., 2001, "An Agent-Based
Production Control Framework for Multiple-line Collaborative
Manufacturing", International Journal of Production Research, Vol. 39, No.
10, pp. 2155-2176.
16. Maione B. and Naso D., 2001, "Evolutionary Adaptation
of Dispatching Agents in Heterarchical Manufacturing Systems", ",
International Journal of Production Research, Vol. 39, No. 7, pp. 1481-1503.
17. Maturana F., Shen W. and Norrie D.H., 1999,
"MetaMorph: An Adaptive Agent-Based Architecture for Intelligent
Manufacturing", International Journal of Production Research, Vol. 37, No.
10, pp. 2159-2173.
18. Okubo H.,
Jiahua W. and Onari H., 2000, "Characteristics of Distributed Autonomous
Production Control", International Journal of Production Research, Vol.38,
No.17, pp. 4205-4215.
19. Ottaway T.A. and Burns J.R., 2000, "An Adaptive
Production Control System Utilizing Agent Technology", International
Journal of Production Research, Vol.38, No.4, pp. 721-737.
20. Ramamritham K., Stankovic J.A. and Zhao W., 1989,
"Distributed Scheduling of Tasks with Deadlines and Resource
Requirements", ", IEEE Trans. on Computers, Vol. 38, No.8, pp.
1110-1123.
21. Sandholm T. W. and Lesser V.R., 1997, "Coalitions
Among Computationally Bounded Agents", Artificial Intelligence, 94,
97-137.
22. Sarıçiçek İ., 2003, "İmalat Sistemlerinde Ajanlar
Ağı Tasarımı ve Ajan Teknolojisi ile Atölye Yönetimi", Osmangazi
Üniversitesi, Eskişehir.
23. Shivarathi N.G., Krueger P. and Singhal M., 1992,
"Load Distributing for Locally Distributed Systems", Computer,
Vol.25, No.12, pp.33-44.
24. Stankovic J.A., Ramamritham K. and Cheng S., 1985,
"Evaluation of a Flexible Task Scheduling Algorithm for Distributed Hard
Real-Time Systems", ", IEEE Trans. on Computers, Vol. C-34, No.12,
pp. 1130-1143.
25. Upton D. M., 1992, "A Flexible Structure for
Computer-Controlled Manufacturing Systems", Manufacturing Review,Vol.5,
No.1, March 1992, pp. 58-74.
26. Veeramani D. and Wang, K-J., 1997, "Performance
Analysis of Auction-Based Distributed Shop-Floor Control Schemes from the
Perspective of the Communication Systems", International Journal of
Flexible Manufacturing Systems, 9, pp. 121-143.
27. Wang Y-T. and Morris R.J.T., 1985, "Load Sharing
in Distributed Systems", IEEE Transactions on Computers, Vol. C-34, No.3, pp. 204-217.
28. Wu S.H., Fuh J.Y.H. and Nee A.Y.C., 2002,
"Concurrent Process Planning and Scheduling in Distributed Virtual
Manufacturing", IIE Transactions, 34, pp. 77-89.
29. Zlotkin G. and Rosenschein J. S., 1991,
"Cooperation and Conflict Resolution via Negotiation Among Autonomous
Agents in Noncooperative Domains", IEEE Transactions on Systems, Man,
and Cybernetics, Vol.21, No.6, pp.
1317-1324.