Bir mühendislik dalı olarak Endüstri Mühendisliği
Mühendislik, TÜBA Türkçe Bilim Terimleri Sözlüğü’nde “doğadaki madde ve enerji kaynaklarından insanlar için yararlı ürünler, hizmetler sağlanması ve bunların kullanımı ile uğraşan uygulamalı bilim dallarının genel adı” olarak tanımlanıyor.
İnsanlık tarihi kadar eski olan mühendislik, askeri ve sivil yapılarla şehirlerin ve medeniyetlerin kurulmasında önemli rol oynadı. Mekanik, mühendisliğin insanlığa erken hediyelerinden biri oldu, fizik ve kimyadaki gelişmeler elektrik ve kimya mühendisliği alanlarının kurulmasını sağladı. Endüstri Devriminin insan ve iş ilişkisini kökünden değiştirmesi endüstri mühendisliğinin ortaya çıkmasına yol açtı, hesaplamanın ne olduğunu anladıktan sonra bilgisayar mühendisliği ayrı bir alan olarak tanımlandı. Malzeme, biyoloji ve tıp alanları da günümüzde mühendislik alanları ile gittikçe iç içe geçen çalışmalar yapıyor. İnsan ve iş ilişkisinin tekrar kökten değişimini gözlediğimiz bu günlerde endüstri mühendisliğinin geleceğimizi belirlemekte tekrar öncü rol üstlenmesini bekleyebiliriz. Gelecekte robotlarla ya da siborglarla birlikte çalışacaksak gene endüstri mühendislerinin bu ilişkiyi düzenlemesi gerekecek.
Endüstri mühendisliği, üretim ve hizmet sistemlerinin daha verimli, etkin, düşük maliyetli, dayanıklı ve daha az hatalı çalışmaları amacıyla ne yapılması gerektiği ile ilgili en iyi (optimal) kararları vermek için geliştirilen ve uygulanan bilimsel yöntemlerde uzmanlaşmış mühendislik dalıdır. Çok geniş uygulama alanları ve disiplinler-arası yapısı ile farklı uzmanlıklara yönelme imkânı sağlar. Bu sayede endüstri mühendisleri, karmaşık ve yüksek getirili karar problemleri barındıran çok farklı sektör ve alanlarda uzmanlaşabilir.
Endüstri mühendisliği eğitimi
Endüstri mühendisliği eğitiminin ilk aşamasında her mühendislik alanı için temel oluşturan ileri seviye matematik, fizik ve kimya dersleri alınır. Bunları olasılık, istatistik, iktisat, programlama, tasarım, malzeme, imalat dersleri izler. Buraya kadar çoğu mühendislik programı aşağı yukarı benzeşir. Ardından, endüstri mühendisliği temel dersleri olan, matematiksel programlama, eniyileme (optimizasyon), ve benzetim (simülasyon) dersleri gelir. Bu derslerin temelleri, lise matematik dersleri kapsamındaki türev, integral, matris işlemleri ve olasılık hesaplamalarına dayanır.
Öğrenciler, temel endüstri mühendisliği dersleri arasında, mutlaka imalat/üretim ve dağıtım sistemlerinin tasarımı ve planlanmasına dair dersler alırlar. Üretim ve dağıtım, endüstri mühendisliğinin ana uzmanlık alanıdır. Diğer mühendislik alanlarının uygulama alanları ile karşılaştırıldığında, endüstri mühendisleri daha büyük ölçekte ve içinde insanların, organizasyonların yer aldığı sistemleri tasarlayıp planlarlar. Bu nedenle Endüstri mühendisi adaylarının sosyal bilimler, işletme, psikoloji konularında da kendilerini geliştirmeleri ve bilgiyi sistem düşüncesi ve sistem yaklaşımı ile bütünleştirmeleri beklenir.
Ayrıca, üniversitesine göre farklılık gösteren çeşitli seçmeli dersler alarak uzmanlaşırlar. Bu seçmeli uzmanlık derslerine örnek olarak veri analizi ve madenciliği, yapay öğrenme, risk analizi, ergonomi, karar analizi, ileri optimizasyon teknikleri, akıllı üretim sistemleri, tedarik zinciri yönetimi, ağ bilimi, graf teorisi (çizge kuramı), enerji sistemleri, sağlık sistemleri, gelir yönetimi, finans mühendisliği, kalite yönetimi, oyun kuramı, insani yardım lojistiği gibi hayli geniş bir yelpazeden dersler sıralanabilir. İleri seviyede bilgisayar programlama becerisi de endüstri mühendisliği programlarının vazgeçilmez bir parçasıdır.
Endüstri mühendisliği, kurum ve kuruluşların üst yönetimine en yakın mühendislik dalı olarak bilinir ve yönetim ile teknik işlemler arasında köprü işlevi görür. Gündelik teknik işlemler, kurum ve kuruluşların davranışını ve performansını belirler. Bunların organizasyon ve planlanmasından sorumlu endüstri mühendisleri, uzun vadeli stratejik karar vermesi gereken üst yönetimi bilgilendirir ve yönlendirir.
Endüstri mühendisliğini diğer mühendisliklerden ayıran en önemli özelliği, en başta yöneylem araştırması (operations research) teknikleri olmak üzere, öğrenilen matematiksel modelleme yöntemlerinin çok esnek ve geniş uygulama alanlarına sahip olmasıdır. Bu teknik altyapı sayesinde, üniversite eğitimi sonrasında farklı sektör ve uygulama alanlarına yönelebilme imkânı sağlar. Günümüzde, çalışanlar iş yaşamları boyunca birden fazla kere alan değiştirmek zorunda kalıyor. Endüstri mühendisliği yetkinliklerinin bu esneklik ile uyumlu olması bir avantaj olarak ortaya çıkıyor.
Endüstri mühendisliği çalışmalarına bazı örnekler
Okul servislerinin rotalanması
Her okul döneminde çok sayıda öğrencinin servislerle okullara taşınması büyük boyutlu ve çok kriterli bir optimizasyon problemi oluşturuyor. Öğrencilerin servislere dağıtılması, her bir servisin izleyeceği rotanın belirlenmesi ve servislerin saat çizelgelerinin oluşturulması birçok farklı kriteri optimize edecek şekilde gerçekleştirilmelidir. Endüstri mühendisleri, tüm talepleri belli kalite ölçütlerini ve zaman kısıtlarını sağlayarak karşılarken, bir yandan da en az sayıda servis aracı ve şoför kullanılmasını ve toplam kat edilen yolun minimum kılınarak yakıt maliyeti ve CO2 emisyonunun en aza indirilmesini sağlayan yazılımlar geliştiriyor.
Tedarik zinciri yönetimi
Dünya büyük bir pazar haline geldi. Ürünlerin üreticinden tüketiciye ulaştırılması sırasındaki tüm süreçlerin etkin yönetiminde büyük ilerlemeler kaydedildi. Endüstri mühendisleri, tedarik zincirlerinin kesintisiz ve belli kalite standartlarını sağlayacak şekilde işlemesi için dağıtım ağlarının tasarımını ve stok yönetimini (ne zaman, nerede ve ne kadar?) sağlıyor.
Uçuş çizelgelenmesi:
Günümüzde çok büyük boyutlarda talep gören havayolu trafiği, uçuşların tarifelerinin planlaması, uçak çizelgelerinin yapılması ve uçuşlara personel atanması gibi karmaşık problemleri de beraberinde getirir. Birçok ulusal ve uluslararası düzenlemeye tabi olan havayolu işletmeleri için bu karmaşık problemleri çözmek için endüstri mühendisleri, tamsayılı programlama ve sezgisel algoritmaların ağırlıkta olduğu optimizasyon yöntemleri kullanarak günlük/haftalık/aylık planlar oluştururlar. Bunu yaparken maliyetleri azaltır, gelirleri artırır, uçuşların karbon salımlarını da gözetirler.
Salgın hastalıkların yayılması
COVID-19’un yayılmasına engel olmak amacıyla, farklı önlem senaryoları altında yapılan benzetim (simülasyon) çalışmaları, tüm dünyada hangi önlemlerin ne zaman alınacağını belirlemede öncü rol oynadı. İnsanlar arası fiziksel etkileşimi modelleyen ağ bilimi, benzetim modellerinde kullanılan iyileşme oranı, bulaş ihtimali gibi parametreleri doğru kestirmek için kullanılan ölçme, tahmin ve büyük veri yöntemlerinin hepsi yine endüstri mühendisliği kapsamına giriyor.
Bir salgını simüle etmek (Dünya Sağlık Örgütü, video), Covid19 ve epidemik modelleri (Sarkaç, Mart 2020), Türkiye’de Covid19 salgını normalleşme süreci ve dalgalanmalar (Sarkaç, Haziran 2020)
Öğrenci yerleştirme problemi
Etik ve/veya hukuki nedenlerden dolayı ücretlendirme politikaları ile düzenlenmesi mümkün olmayan durumlarda kararlı eşleme algoritmaları ile eşleştirmeler yapılır. Üniversite sınavına giren öğrencilerin bölümlere yerleştirilmesi, tıp mezunlarının hastanelere veya öğretmenlerin okullara yerleştirilmesi ve böbrek hastaları ile donörlerin eşleştirilmesi problemleri gibi son derece hayati problemler bu durumlara örnek olarak verilebilir. 2012 Nobel Ekonomi Ödülü’ne layık görülen bu konu ekonomi, bilgisayar bilimleri ve endüstri mühendisliğinin araştırma alanına girer.
Rastgele #25: Çizge Kuramı Uygulamaları: Öğrenci Yerleştirme ve Böbrek Takası Problemleri (Matematiğin Peşinde, 8 Nisan 2020, video)
Eşleme Kuramı ve 2012 Nobel Ekonomi Ödülü (Matematik Dünyası 2020)
Eşleşme kuramı nedir? (Sarkaç, Ocak 2020)
Sosyal ağların analizi
Günlük hayatımızın vazgeçilmez bir parçası olan sosyal ağlar artık yönetimlerde önemli kararların alınmasından, ülkelerdeki politik eğilimlere kadar her alanda etkili. Sosyal ağlardaki etkili kişilerin bulunması, belli kişilerin bir ağdaki rolü, bilginin bir ağda nasıl yayıldığı ve bir sosyal ağın ne kadar kutuplaştığı gibi soruların cevaplarını bulmakta ağ analizi yöntemleri bizlere yardımcı oluyor.
İnsani Yardım ve Afet Yardım Yönetimi
Deprem, sel, salgın, orman yangını gibi doğal afetlere ya da savaş, sabotaj gibi insan eliyle gerçekleştirilen olaylara hazırlık planları yapmak ve afet gerçekleştiğinde yardım götürebilmek kritik önemdedir. Afetlere karşı hazırlık ve insani yardım planları hayli karmaşık, değişik aktörlerin eşgüdümünü gerektiren, yüksek belirsizlik altında çözülmesi gereken problemlerdir. Bu problemler matematiksel modelleme, optimizasyon, benzetim yöntemleri ile incelenir ve politika önerileri üretilir. Sadece afet için değil, kan bankası yönetimi, (taze) süt dağıtımı, ulusal aşı üretim ve dağıtım programları gibi problemler de bu gruba dahildir.
Afetlere hazırlıkta sistem bakış açısı (Konuşma metni, Sarkaç, Eylül 2023)
Kara para aklama faaliyetlerinin belirlenmesi
Dünya üzerinde aklanan kara paraların ancak %2’sinin tespit edilebildiği düşünülüyor. Milyonlarca banka hesabı arasındaki para transferlerinden oluşan çok büyük ağlarda kara para aklama faaliyetlerinin tespit edilmesi için veri analizi ve ağ tabanlı yapay öğrenme yöntemleri kullanarak yakın gelecekte daha fazla kara para aklama faaliyetinin tespit edilmesi hedefleniyor.
Çok geniş ölçekte tümdevre tasarımı:
Çok geniş ölçekte tüm devrelerin tasarımında, sinyallerin dağıtımı ve yönlendirilmesi, zamanlama optimizasyonu ve bileşenlerin yerleştirilmesi gibi problemlerin çözülmesi gerekir. Elektrik-Elektronik mühendislerinin bilgilerine ek olarak endüstri mühendisleri de ağlarda en kısa yol, kapsayan ağaç (Min spanning tree), akış ve düzlemsel çizim/yerleştirme gibi optimizasyon problemleri ve tesis planlama alanlarındaki yetkinliklerini elektronik devre tasarımına taşıyor.
Tuvalet Kağıdı ve 4 Renkle Harita Boyama (Koyu Matematik, Eylül 2020)
Dört Renk Teoremi, Bilgisayar Destekli İspatlar, Düzlemsel Çizgeler (Koç UNIV101, 15 Mart 2021, video)
Endüstri Mühendislerinin çalıştıkları alanlar
- Üretim ve Tedarik Zinciri
- Talep tahmini
- Stok optimizasyonu
- Üretim çizelgeleme
- Bakım Planlama
- Lojistik Yönetimi
- Tesis yeri seçimi
- Dağıtım Planlama – Araç Rotalama
- Satış-Pazarlama
- Fiyat belirleme
- İndirim oranı belirleme
- Kalite yönetimi
- Altı sigma, yalın altı sigma
- Sağlam ve sürdürülebilir ürün ve süreç tasarımı
- Toplam kalite yönetimi
- İstatistiksel kalite kontrol
- Sağlık Sistemleri
- Hastane süreçlerin iyileştirilmesi
- Kısıtlı kaynakların kullanım çizelgelenmesi
- Radyoterapi: optimal ışın yönü belirleme
- Kişiselleştirilmiş tedavi
- İnsani Yardım ve Afet Yardım Yönetimi
-
- Afet Hazırlık ve İlkyardım Planlama
- İnsani lojistik
-
- Finans
- Finansal ürün tasarımı/mühendisliği
- Yatırım planlama/fon yönetimi
- Enerji
- Enerji üretim ve dağıtım sistemlerinin tasarımı
- Talep tahmini ve fiyatlandırma / Arz-talep dengeleme
- Ergonomi
- İnsan-iş ilişkilerinin fiziksel olarak iyileştirilmesi (tasarım, ölçüm, uygulama). Örnek: bilgisayar klavyesi tasarımı
- Bilişsel ergonomi: çalışanların işlerine dikkatini vermesi için gerekli tasarım, ölçüm ve uygulama. Örnek: kullanıcı arayüzü tasarımı
Tınaz Ekim, Gönenç Yücel, Taner Bilgiç
Boğaziçi Üniversitesi, Endüstri Mühendisliği Bölümü
Ekler:
A New View of Analytics and Operations Research (Endüstri Mühendisliği – video)
Science of Better (Tedarik zinciri yönetimi – video)
Farklı mühendislik alanlarını anlatan Sarkaç yazılarına ulaşmak için tıklayınız.
