— (257)

centercenter

1978778-574158
وزارت علوم، تحقیقات و فناوری
دانشگاه علوم و فنون مازندران
پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد
رشتهی مهندسی صنایع-صنایع
موضوع:
برنامه ریزی عملیات ترمینال های کانتینری با استفاده از بهینه سازی شبیه سازی
استاد راهنما:
دکتر بابک شیرازی
دکتر ایرج مهدوی
استاد مشاور:
دکتر همایون موتمنی
دانشجو:
سید ایمان جلالی
تابستان 1392
تقدیم به
پدر و مادر عزیزم

چکیده:
در چهار دهه گذشته، کانتینرها به عنوان ابزار مناسب و ضروری بسته بندی بار از جایگاه ویژه ای در حمل و نقل بین المللی از طریق دریا برخوردار شده اند. با افزایش فزاینده کانتینری سازی، تعداد پایانه های کانتینری در بنادر دریایی و رقابت میان آنها بسیار چشمگیر شده است . امروزه بدون استفاده ثمربخش و کارآمد از فن آوری اطلاع رسانی و روش های بهینه سازی، نمی توان به عملیات کانتینری اندیشید. اخیرا بنادر برای بهبود کارایی جابجایی کانتینر ها با چالش های بزرگی مواجه شده اند. بنابراین چگونگی بهبود کارایی سرویس و همچنین کاهش هزینه ها مساله اساسی در اینگونه بنادر می باشد. به طور کلی برای این کار دو رویکرد وجود دارد : اولی افزایش تعداد تجهیزات بارگیری و تخلیه، دومی اتخاذ بهینه ترین برنامه عملیاتی.
در اغلب ترمینال ها معمولا سه نوع تجهیز برای انجام عملیات وجود دارد: جرثقیل های عرشه(QC)، تریلرهای محوطه(YT) و جرثقیل های محوطه(YC). به محض ورود یک کشتی به ترمینال، QCها کانتینرها را از کشتی تخلیه یا اینکه به داخل کشتی بارگیری می کنند و YTها کانتینرها را از عرشه به سمت انبار و سکوی بارانداز جابجا می کنند. در محوطه انبار، YTها کار تخلیه و بارگیری را برای تریلرها انجام می دهند.
وقتی نیاز به بهینه ساختن عملیات می باشد، ابتدا مدل شبیه سازی طراحی می شود سپس مدل بهینه سازی ساخته می شود تا پارامترهای مدل شبیه سازی را بهینه کند. آماده سازی متغیرهای ورودی و خروجی مانند جواب اولیه، محدودیت های متغیرهای تصمیم، تابع هدف و زمان تکرار شبیه سازی از مدل بهینه سازی استخراج می شود. برای انجام این کار، الگوریتم بهینه سازی باید یک جواب شدنی ایجاد کند و آن را به شبیه سازی منتقل می کند و شبیه سازی شروع می شود. سپس نتایج شبیه سازی به مدل بهینه سازی برمی گردد. بر طبق نتایج بدست آمده، الگوریتم بهینه سازی به سمت یک جواب بهینه پیش می رود و یک مجموعه جدید از جواب ها ایجاد می کند. این چرخه تکرار می شود تا معیار توقف برآورده شود. سرانجام متغیرهای تصمیم بهینه شده و بهترین مدل برنامه ریزی بدست می آید.
فهرست رئوس مطالب
TOC \o “1-2” \h \z \u فصل اول: مقدمه و کلیات تحقیق PAGEREF _Toc250324795 \h 101-1- مقدمه PAGEREF _Toc250324797 \h 111-2- ضرورتهای انجام تحقیق: PAGEREF _Toc250324798 \h 111-3- اهداف: PAGEREF _Toc250324799 \h 14فصل دوم: ادبیات و پیشینه تحقیق PAGEREF _Toc250324800 \h 162-1- حمل و نقل کانتینری PAGEREF _Toc250324802 \h 172-2- مروری بر فعالیتهای ترمینال های کانتینری PAGEREF _Toc250324803 \h 192-3- روش های بهینه سازی حمل و نقل ترمینال PAGEREF _Toc250324804 \h 212-4- فرآیند برنامه ریزی کشتی ها PAGEREF _Toc250324805 \h 222-4-1- برنامه ریزی اسکله PAGEREF _Toc250324806 \h 232-4-2- برنامه ریزی چیدن PAGEREF _Toc250324807 \h 232-4-3- برنامهریزی جرثقیل PAGEREF _Toc250324808 \h 242-5- ذخیره سازی و انباشتن کالا PAGEREF _Toc250324809 \h 252-6- حمل و نقل تدارکات PAGEREF _Toc250324810 \h 272-7- بهینهسازی حمل و نقل اطراف اسکله PAGEREF _Toc250324811 \h 272-8- بهینهسازی حمل و نقل ساحلی PAGEREF _Toc250324812 \h 292-9- بهینه سازی حمل و نقل جرثقیل PAGEREF _Toc250324813 \h 312-10- مرور ادبیات: PAGEREF _Toc250324814 \h 312-14- نتیجه گیری و تحلیل مقالات قبلی: PAGEREF _Toc250324815 \h 34فصل سوم: روش تحقیق PAGEREF _Toc250324816 \h 373-1- شبیه سازی: PAGEREF _Toc250324818 \h 383-2- مدل سازی: PAGEREF _Toc250324819 \h 393-3- مدل مفهومی مساله: PAGEREF _Toc250324820 \h 403-4- شبیه سازی کامپیوتری: PAGEREF _Toc250324821 \h 413-5- نرم افزارهای شبیه سازی PAGEREF _Toc250324822 \h 423-6- روش های بهینه سازی شبیه سازی PAGEREF _Toc250324823 \h 433-6-1 روش مبتنی بر گرادیان PAGEREF _Toc250324824 \h 433-6-2- بهینه سازی تصادفی PAGEREF _Toc250324825 \h 443-6-3 روش پاسخ سطح PAGEREF _Toc250324826 \h 443-6-4- روش های اکتشافی PAGEREF _Toc250324827 \h 453-6-5- روش های آماری PAGEREF _Toc250324828 \h 463-7- طراحی آزمایشات تاگوچی PAGEREF _Toc250324829 \h 473-8- خطوط راهنما برای طراحی آزمایشها PAGEREF _Toc250324830 \h 483-8-2- انتخاب عاملها و سطوح: PAGEREF _Toc250324831 \h 493-8-3- تعیین متغیر پاسخ: PAGEREF _Toc250324832 \h 493-8-4- انتخاب نوع آزمایش طراحی شده PAGEREF _Toc250324833 \h 493-8-5- انجام آزمایش PAGEREF _Toc250324834 \h 503-8-6- تجزیه و تحلیل داده ها: PAGEREF _Toc250324835 \h 503-8-7- نتیجه گیریها و پیشنهادات PAGEREF _Toc250324836 \h 503-9- الگوریتم حل: PAGEREF _Toc250324837 \h 503-10- نظریه صف: PAGEREF _Toc250324838 \h 513-11- فرمول های صف PAGEREF _Toc250324839 \h 53فصل چهارم: محاسبات و یافته های تحقیق PAGEREF _Toc250324840 \h 574-1- شبیه سازی ترمینال کانتینری با نرم افزار Arena PAGEREF _Toc250324842 \h 594-2- تحلیل خروجی شبیه سازی: PAGEREF _Toc250324843 \h 632-4-1- تاثیر افزایش جرثقیل: PAGEREF _Toc250324844 \h 644-2-2- تاثیر افزایش سکو: PAGEREF _Toc250324845 \h 654-3- طراحی آزمایشات تاگوچی: PAGEREF _Toc250324846 \h 674-4- نتیجه گیری محاسبات: PAGEREF _Toc250324847 \h 70فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات PAGEREF _Toc250324848 \h 725-1- نتیجه گیری: PAGEREF _Toc250324850 \h 735-2- پیشنهادات: PAGEREF _Toc250324851 \h 75منابع و ماخذ PAGEREF _Toc250324852 \h 76
فهرست جداول
TOC \h \z \u \t “Heading 4;1” جدول 2-1 مقالات ارائه شده در مساله تخصیص عرشه PAGEREF _Toc250324523 \h 35جدول 2-2 مقالات ارائه شده در مساله برنامه ریزی جرثقیل های عرشه PAGEREF _Toc250324524 \h 36جدول3-1 اجزای مدل شبیه سازی PAGEREF _Toc250324525 \h 39جدول3- 2 پارمترهای مدل صف PAGEREF _Toc250324526 \h 54جدول4-1 متغیرهای معرفی شده در شبیه سازی PAGEREF _Toc250324527 \h 62جدول 4-2 نتایج حاصل از شبیه سازی برای حالت 3 سکویی PAGEREF _Toc250324528 \h 64جذول4-3 نتایج حاصل از شبیهسازی برای حالت 2 جرثقیله PAGEREF _Toc250324529 \h 66جدول4-4 مقادیر S/N برای سطوح هر عامل PAGEREF _Toc250324530 \h 68جدول4-5 محاسبات آزمون ANOVA PAGEREF _Toc250324531 \h 70

فهرست اشکال و نمودارها
TOC \h \z \u \t “Heading 3;1” شکل2-1 انواع کشتی ها برحسب اندازه PAGEREF _Toc250324768 \h 18شکل2-2 میزان کانتینر جابجا شده در 5 بندر ایالات متحده PAGEREF _Toc250324769 \h 19شکل2-3 ترمینال کانتینری PAGEREF _Toc250324770 \h 20شکل 2-4 بخش های عملیاتی ترمینال های کانتینری PAGEREF _Toc250324771 \h 22شکل 3-1 ارکان اصلی سیستم PAGEREF _Toc250324772 \h 38شکل3-2 مدل مفهومی مساله PAGEREF _Toc250324773 \h 40شکل 3-3 ساختارهای سرویس رسانی PAGEREF _Toc250324774 \h 53شکل4-1 ماژول های Arena برای ورود و استقرار کشتی ها PAGEREF _Toc250324775 \h 60شکل4-2 اجزای مدل Arena مربوط به قسمت دوم شبیه سازی PAGEREF _Toc250324776 \h 61نمودار4-1 روند تغییر درآمد با افزایش تعداد جرثقیل PAGEREF _Toc250324777 \h 65نمودار4-2 روند تغییر درآمد با افزایش تعداد سکوها PAGEREF _Toc250324778 \h 67شکل4-3 نمودار S/N برای هر سه عامل PAGEREF _Toc250324779 \h 68
فصل اولمقدمه و کلیات تحقیق
1-1- مقدمهدر چهار دهه گذشته، کانتینرها به عنوان ابزار مناسب و ضروری بسته بندی بار از جایگاه ویژه ای در حمل و نقل بین المللی از طریق دریا برخوردار شده اند. با افزایش فزاینده کانتینری سازی، تعداد پایانه های کانتینری در بنادر دریایی و رقابت میان آنها بسیار چشمگیر شده است . امروزه بدون استفاده ثمربخش و کارآمد از فن آوری اطلاع رسانی و روش های بهینه سازی، نمی توان به عملیات کانتینری اندیشید. اخیرا بنادر برای بهبود کارایی جابجایی کانتینر ها با چالش های بزرگی مواجه شده اند. بنابراین چگونگی بهبود کارایی سرویس و همچنین کاهش هزینه ها مساله اساسی در اینگونه بنادر می باشد. به طور کلی برای این کار دو رویکرد وجود دارد : اولی افزایش تعداد تجهیزات بارگیری و تخلیه، دومی اتخاذ بهینه ترین برنامه عملیاتی.
مدلسازی سیستم های پیچیده مانند سیستم های تولیدی، زنجیره تامین و ترمینال های کانتینر با استفاده از معادلات جبری کار بسیار دشواری است. شبیه سازی گسسته پیشامد ابزار مفیدی برای ارزیابی عملکر این سیستم ها می باشد. اگرچه شبیه سازی فقط یک طرح داده شده را ارزیابی می کند و هیچ تابع بهینه سازی ارائه نمی کند. بنابراین نیاز است که شبیه سازی و بهینه سازی باهم ادغام شوند. بهینه سازی شبیه سازی فرایند پیدا کردن بهترین مقدار از متغیرهای تصمیم سیستم است که عملکرد آن توسط خروجی های شبیه سازی ارزیابی می شود.
اهداف اجرای این پروژه عبارتند از:
ادغام مناسبی از شبیه سازی و بهینه سازی.
کمک گرفتن از رویکرد “چه می شود-اگر” در مساله با استفاده از شبیه سازی.
پیاده کردن مدلی که دربرگیرنده تمامی اجزای سیستم باشد و بتواند تمامی عملیات را شبیه سازی کند.
تعیین تاثیر عوامل موثر بر عملکرد سیستم
کمک به تصمیم گیرنده با ارائه سناریو های مختلف و نتایج مربوط به هریک.
1-2- ضرورتهای انجام تحقیق:براساس نمودارهای ارائه شده توسط UNCTAD1، تجارت از طریق حمل و نقل کانتینری در سالهای 2003 تا 2025، از میانگین رشد سالانه 32/5 درصدی برخوردار خواهد بود. امروزه اکثر محموله های بین المللی در بنادر دریایی، در کانتینرها قرار گرفته و جابجا می شوند. اخیرا رقابت شدید بین بندرهای مختلف به ویژه در آسیا و اروپا باعث شده است تا بنادر مختلف به سمت فرآهم آوردن امکانات و تسهیلات بیشتر و بهبود عملیات و کاهش هزینه ها حرکت کنند[8].
اخیرا در بیشتر مقالات از مدل های برنامه ریزی (scheduling) برای مدلسازی عملیات استفاده کرده اند. اما در چنین مسائل پیچیده ای تنها با استفاده از مدل های ریاضی نمی توان به جواب بهینه رسید. از این رو اخیرا استفاده از شبیه سازی روبه افزایش است. در این پروژه ابتدا مدل ریاضی و شبیه سازی مربوط به مساله طراحی شده و سپس برای اجرا ابتدا مدل شبیه سازی را با استفاده از نرم افزار مربوطه اجرا نموده و به یک جواب اولیه برای مدل ریاضی خود می رسیم. سپس با استفاده از این جواب و تکنیک های فراابتکاری به حل مدل ریاضی می پردازیم. در هر مرحله جوابها را با مراحل قبلی مقایسه می کنیم. اگر جوابهای بدست آمده نسبت به مراحل قبلی بهتر بودند الگوریتم متوقف می شود درغیراینصورت دوباره مدل شبیه سازی را این بار با جوابهای جدیدتری که از حل مدل ریاضی بدست آمده اجرا می کنیم.
فرضیات این مساله که باعث تمایز در مدل سازی می شود مربوط به موارد زیر می باشد:
نوع تخصیص لنگرگاه به هر کشتی: به این معنی که کشتی های ورودی به چه ترتیب در صف لنگرگاه قرار گیرند و چه نوع کشتی هایی با چه نوع محصولاتی دارای اولویت برای ورود هستند.
تعداد لنگرگاه: کاملا واضح می باشد. بسته به ابعاد مساله، تعداد بهینه لنگرگاه قابل محاسبه است.
تعداد جرثقیل اسکله: هر چه تعداد جرثقیل بیشتر باشد هزینه و بیکاری نیز بیشتر خواهد شد اما زمان انجام عملیات کمتر می شود. در این مسائل یکی از عوامل مهم تعیین تعداد بهینه جرثقیل اسکله می باشد که تا به حال تحقیقات زیادی به این مساله پرداخته اند و با روش های مختلف سعی در تعیین تعداد بهینه این جرثقیل ها نموده اند.
زمان بندی جرثقیل های اسکله و الویت آن ها برای انجام عملیات
سیاست تعمیر و نگهداری مربوط به جرثقیل های اسکله
تعداد کامیون ها یا تریلرهای محوطه: وظیفه تریلرها همانطورکه گفته شد جابجایی کانتینر ها از کشتی به انبار یا برعکس می باشد. تعیین تعداد بهینه تریلر بسته به ابعاد مساله قابل محاسبه می باشد.
زمان بندی و الویت انجام عملیات برای تریلرها
مکان یابی محل انبار
نحوه ذخیره کردن کانتینرها در انبار: نحوه انبار کردن کانتینرها بسته به نوع محصولی که در کانتینر می باشد،زمانی که کانتینر باید از ترمینال خارج شود یا بسته به پر یا خالی بودن کانتینر می تواند متفاوت باشد. اتخاذ تصمیم مناسب برای این موضوع می تواند باعث تسریع در انجام عملیات و نیز کاهش هزینه ها شود.
تعداد جرثقیل های محوطه: این جرثقیل ها نسبت به جرثقیل های اسکله از حجم کوچکتری برخوردارند و برای تخلیه یا بارگیری کانتینرها از تریلرها مورد استفاده قرار می گیرند.
مساله برنامه ریزی ترمینال شامل متغیرها و محدودیت های متفاوتی است. بنابراین برای غلبه بر پیچیدگی های مساله باید غیرقطعی بودن و فاکتورهای احتمالی را در نظر گرفت. بنابراین اخیرا شبیه سازی به طور گسترده در این گونه مسائل استفاده شده است. مدل های شبیه سازی گسسته پیشامد(DES) برتری هایی نسبت به مدل های ریاضی بهینه سازی دارند که شامل: پوشش محدودیت های مدل های ریاضی، پشتیبان از کامپیوتری کردن سیاست ها و استراتژی ها و قابل فهم کردن آن ها و کمک کردن به تصمیم گیرنده در تصمیم گیری های روزانه با استفاده از رویکرد “چه می شود-اگر” (What-if).
اگرچه شبیه سازی فقط یک طرح داده شده را ارزیابی می کند و هیچ تابع بهینه سازی ارائه نمی کند. بنابراین نیاز است که شبیه سازی و بهینه سازی باهم ادغام شوند. بهینه سازی شبیه سازی فرایند پیدا کردن بهترین مقدار از متغیرهای تصمیم سیستم است که عملکرد آن توسط خروجی های شبیه سازی ارزیابی می شود. وقتی نیاز به بهینه ساختن عملیات می باشد، ابتدا مدل شبیه سازی طراحی می شود سپس مدل بهینه سازی ساخته می شود تا پارامترهای مدل شبیه سازی را بهینه کند. آماده سازی متغیرهای ورودی و خروجی مانند جواب اولیه، محدودیت های متغیرهای تصمیم، تابع هدف و زمان تکرار شبیه سازی از مدل بهینه سازی استخراج می شود. برای انجام این کار، الگوریتم بهینه سازی باید یک جواب شدنی ایجاد کند و آن را به شبیه سازی منتقل می کند و شبیه سازی شروع می شود. سپس نتایج شبیه سازی به مدل بهینه سازی برمی گردد. بر طبق نتایج بدست آمده، الگوریتم بهینه سازی به سمت یک جواب بهینه پیش می رود و یک مجموعه جدید از جواب ها ایجاد می کند. این چرخه تکرار می شود تا معیار توقف برآورده شود. سرانجام متغیرهای تصمیم بهینه شده و بهترین مدل برنامه ریزی بدست می آید[2].
1-3- اهداف:هدف این مقاله شبیه سازی عملیات ترمینال های کانتینری و بهبود آن می باشد. شبیه سازی توسط نرم افزار Arena انجام شده است. ابتدا مدل اصلی با مفروضات اولیه شبیه سازی شده و نتایج آن جمع آوری می شود. برای بهبود مدل نیاز به این می باشد که حالت های مختلف از سیستم را شبیه سازی کنیم. بنابراین در انتهای مرحله اول چند سناریو تعریف کرده و به کمک نرم افزار، نتایجی که مورد نیاز می باشد را استخراج می کنیم. سپس به دنبال روشی می گردیم تا مدل فعلی را بهبود داده و از آن نتایج بهتری استخراج کنیم. برای این کار روش های مختلفی وجود دارد. چون در این سیستم چندین عامل اساسی موثر بر عملکرد کل سیستم وجود دارد بهتر دانستیم تا به دنبال روش های مدیریت تصمیم گیری باشیم. از این رو روش طراحی آزمایشات را انتخاب کردیم. در ادامه به دنبال این هستیم که میزان تاثیر عوامل بر تابع ارزیابی که مدنظر تصمیم گیرنده می باشد را بدست بیاوریم.
در ترمینال های کانتینری، هزینه و درآمد موضوع مهمی است که همه مدیران و محققان در این زمینه تاکنون سعی کرده اند با بهبود سیستم، هزینه ها را کاهش و درآمد را افزایش دهند. درآمد ترمینال با خروج هر کشتی حاصل می شود و هزینه های آن شامل هزینه خرید تجهیزات، هزینه انتظاری کشتی ها و غیره می باشد. پس باید بیابیم که میزان تاثیر عوامل موثر بر عملکرد بر تابع هزینه و درآمد به چه میزان می باشد.
در فصل دوم، ادبیات مربوط به مساله ترمینال های کانتینری تشریح می شود و روش ها و مدل هایی که تاکنون ارائه شده مورد ارزیابی قرار گرفته و اشکالات و کاستی های هر مدل و روش بیان می شود. در ادامه و در فصل سوم به تشریح کامل نحوه شبیه سازی سیستم مورد نظر در نرم افزار Arena می پردازیم و همچنین توضیحاتی در رابطه با روش بهینه سازی شبیه سازی و روش طراحی آزمایشات داده می شود. فصل چهارم شامل جداول و نمودارهای حاصل از انجام شبیه سازی و بهینه سازی می باشد که به تحلیل آن ها پرداخته شده و فصل پنجم نیز شامل پیشنهادات کارهای آتی و نتیجه گیری می باشد.

فصل دومادبیات و پیشینه تحقیق
2-1- حمل و نقل کانتینریدر اواخر دهه 1950، اولین کشتی های کانتینری اقیانوس ها معرفی شدند و حمل و نقل کانتینری به طور جدی به یک روش حمل و نقل دریایی تبدیل شد. قبل از کانتینری شدن، اغلب محموله های دریایی بر روی پاات ها قرار می گرفتند و به وسیله جرثقیل های روی کشتی و اسکله تخلیه و بارگیری می شدند. این روش بسیار زمان بر بود و محصولات با آسیب پذیری بالایی جابجا می شدند. با کانتینرها، جایجایی آسان، سریع و ایمن ممکن شد.
کانتینرها جعبه های فلزی با اندازه های استاندارد هستند که 5 طول استاندارد آن رایج است. 20، 40، 45، 48 و 53 فوت. کانتینرهای 48 و 53 فوتی در حمل و نقل های بین المللی استفاده نمی شوند و در عوض از آنها برای حمل و نقل داخلی استفاده می شود. برای نام گذاری کانتینرها از واحد TEU که معادل با کانتینری با 20 فوت طول، 8 فوت پهنا و 6 فوت ارتفاع، می باشد استفاده می کنند. همچنین TEU یک واحد تقریبی می باشد. برای مثال به یک کانتینر 45 فوتی، کانتینر TEU2 می گویند[22].
در اواخر قرن بیستم حمل و نقل کانتینری رشد قابل مشاهده ای داشته و به همین منظور کشتی های با ظرفیت های بالاتری نیز ساخته شد که امروزه ظرفیت این کشتی ها به TEU15000 می رسد. شکل زیر انواع کشتی ها را در اندازه های متفاوت نشان می دهد.

شکل2-1 انواع کشتی ها برحسب اندازهدر شکل بعدی می بینیم که حمل ونقل کانتینری با چه سرعتی در حال افزایش می باشد. این شکل میزان کانتنیر جابجا شده را در 5 بندر مهم در ایالات متحده بر حسب واحد TEU نشان می دهد.

شکل2-2 میزان کانتینر جابجا شده در 5 بندر ایالات متحده2-2- مروری بر فعالیتهای ترمینال های کانتینریعموما ترمینال های کانتینری به عنوان سیتم های باز از جریان مواد با دو مجرای بیرونی در نظر گرفته می شوند. این دو مجرا شامل طرف روبه دریا که برای تخلیه و بارگیری کشتی ها می باشد و طرف ساحل که برای تخلیه و بارگیری کامیون ها و تریلرها می باشد. ترمینال کانتینری این دو مجرا را به هم وصل کرده و فضایی برای ذخیره کانتینرها در نظر می گیرد. کانتینرها یا بر روی هم انباشته و ذخیره می شوند با اینکه بر روی شاسی تریلرها قرار می گیرند. تحت ذخیره سازی بر روی شاسی تریلرها، هر کانتینر به طور جداگانه در دسترس می باشد و انتقال در محوطه ساحل سریعتر انجام می گیرد. اما تحت ذخیره سازی توده ای، کانتینرها در چندین توده و دسته به ارتفاع چندین کانتینر ذخیره شده و دیگر هر کانتینر به طور مستقیم در دسترس نمی باشد. جرثقیل های محوطه برای دست یابی و جابجایی کانتینرها در توده ها مورد استفاده قرار می گیرند.

شکل2-3 ترمینال کانتینریوقتی یک کشتی به ترمینال می رسد ابتدا برای انجام عملیات تخلیه یا بارگیری لنگر می اندازد. برای این منظور، تعدادی لنگرگاه در هر ترمینال وجود دارد. لنگرگاه ها هزینه ساخت بسیار بالایی دارند و بنابراین تعداد و طول آن ها یکی از مهم ترین تصمیمات استراتژیک در ترمینال می باشد که باید در سطوح مدیریتی بالا به آن پرداخته شود. تصمیم گیری برای لنگرگاه کار را برای ورود یا خروج کانتینرها به یا از محوطه های ذخیره سازی آغاز می کند. به طور واضح، بهره وری لنگرکاه ها به طور مستقیم بر بهره وری کل ترمینال موثر می باشد، بنابراین تصمیمات سطوح عملیاتی مربوط به تخصیص فضای لنگرگاه برای کشتی ها، حیاتی می باشد.
در مرحله بعد، هنگامی که یک کشتی در لنگرگاه قرار گرفت، عملیات تخلیه و بارگیری انجام می گیرد. جرثقیل های عرشه تجهیزات استانداردی هستند که برای این منظور طراحی شده اند. جرثقیل های عرشه، یک نوع از جرثقیل های دروازه ای با اسکلت آهنی بزرگی می باشند که در طول عرشه و جایی که کشتی ها انگر انداخته اند قرار می گیرند. این تجهیزات معمولا بر اساس ظرفیت بلند کردن و اندازه کاننتیرهایی که می توانند بارگیری و تخلیه کنند تقسیم بنده می شوند. جرثقیل های مدرن امروزی قادرند دو کانتینر کانتینر 20 فوتی را در یک زمان بلند کنند و دارای حداقل ظرفیت بلند کردن 40 تن می باشند. سرعت جابجایی جرثقیل ها نیز دارای اهمیت می باشد. جرثقیل های امروزی هنگام حمل بار دارای سرعت 60 تا 80 متر بر دقیقه می باشند. برحسب پارامترهای داده شده، برای جابجایی یک جرثقیل کانتینر 40 فوتی توسط یک اپراتور حرفه ای حدود 90 ثانیه وقت نیاز می باشد.
جرثقیل های عرشه بعد از لنگرگاه ها دومین تجهیز از نظر هزینه در ترمینال ها می باشند. یکی از پارامترهای کلیدی دیگر در این ترمینال ها، تعداد جرثقیل های در دسترس می باشد. با بهبود جرثقیل ها، ترمینال ها می توانند مدت زمان توقف کشتی ها را کاهش داده و بازده و بهره وری ترمینال را افزایش دهند[22].
2-3- روش های بهینه سازی حمل و نقل ترمینالنیاز به بهینه سازی با استفاده از روش های تحقیق در عملیات در ترمینال کانتینری به مساله مهمی در سالهای اخیر تبدیل شده است. این یک واقعیت است که حمل و نقل به ویژه در پایانه های کانتینری بزرگ، در حال حاضر به درجه ای از پیچیدگی رسیده است که برای پیشرفت نیاز به روش های علمی دارد. تأثیر روش های همزمان حمل ونقل و بهینه سازی برای مدت طولانی توسط کارشناسان عملیات قابل ارزیابی نمیباشد.
روش های هدفمند برای حمایت از تصمیم گیری ضروری میباشند. مفاهیم مختلف حمل و نقل قوانین تصمیم و الگوریتم های بهینه سازی، قبل از اینکه در سیستم واقعی پیاده شوند، توسط شبیه سازی ارزیابی میشوند[9].
کاراکترهای عملیات ترمینال کانتینر، نیازمند بهینه سازی و تصمیم گیری در زمان واقعی و آنلاین میباشند زیرا بیشتر فرآیند های در حال اجرا در پایانه ها، برای مدت زمان طولانی قابل پیش بینی نمیباشند. به طور کلی، افق برنامه ریزی بهینه سازی بسیار کوتاه میباشد. برخی از نمونه ها این واقعیت را اثبات میکند اگر چه داده های کانتینر که توسط کامیون به پایانه میرسند، ممکن است از قبل توسط تبادل الکترونیکی داده ها (EDI) تعیین شده باشند، اما زمان دقیقی که کانتینر به ترمینال میرسد، مشخص نیست. در زمان ورود کانتینرها نباید برای خسارت وارد شده بررسی شوند چون ممکن است داده های از پیش تعیین شده اشتباه باشند. هر 2 نوع داده، مکان محموله ها (stack) را تحت تاثیر قرار میدهد. همان طور که کامیون ها مجبور به جا به جایی به نقاط حمل و نقل میباشند، جایی که کانتینرها توسط جرثقیل برداشته میشوند نیاز نیست که توالی کامیون ها در ورودی و در نقاط حمل و نقل یکی باشند. بنابر این فقط آن دسته از کارهای کانتینری می توانند دارای توالی باشند که در حال حاضر برای حمل و نقل تجهیزات داخلی آزاد میباشند همان طور که کامیون ها به طور دائم از راه میرسند، تجدید نیاز میباشد. این موضوع استدلال مشابهی برای قطار نیز میتواند باشد[12],[13].
هر چند که داده های کانتینر و سایر مواضع در درون کشتی، دقیقاً در پیشرو برنامه ریزی روندها شناخته شده اند و اجازه میدهند که توالی کارها محاسبه شوند، آنها اغلب به دلیل اختلالات عملیاتی مجبور به تغییر میباشند. همانطور که کشتی (vessel) ایستا نمیباشد و حرکت آن بطور دائم است ( به دلیل جز و مد آب و هوا ) کانتینرهایی که در دنباله میباشند، با حرکت جرثقیل دیده نمیشوند.راننده جرثقیل تصمیم خود را میگیرد و ممکن است بارگذاری یا تخلیه خود را تغییر دهد.

شکل 2-4 بخش های عملیاتی ترمینال های کانتینریمنطقه بهینه سازی از عوامل موثر برعکس و کلی تشکیل میشود که عبارتند از: برنامه ریزی کشتی ها، ذخیره تدارکات و حمل و نقل. بر طبق طبقه بندی بالا، این بخش فرآیندهای مهم در پایانه های کانتینری را توصیف میکند که میتوان آن را توسط روش های تحقیق در عملیات بهینه سازی کرد.
2-4- فرآیند برنامه ریزی کشتی هاBruzzone و Signorile3 فرآیند را در برنامه ریزی کشتی ذکر کردهاند [22].
برنامه ریزی اسکله
برنامه ریزی چیدن کالاها
تقسیم جرثقیل
2-4-1- برنامه ریزی اسکلهقبل از رسیدن یک کشتی، اسکلهای که کشتی باید در آن مستقر شود باید مشخص گردد. برنامه ریزی کشتی های بزرگ خارجی از حدود 1 سال قبل انجام میشود. اختصاص دادن اسکله قبل از رسیدن اولین کانتینر به کشتی شروع میشود بطور متوسط 2 تا 3 هفته قبل از رسیدن کشتی ها.
با وجود اطلاعات فنی از کشتی ها و جرثقیل اسکله، همهی جرثقیل کشتی ها را نمیتوان برای کشتی ها بکار گرفت. معیارهای دیگری مانند طول جرثقیل سقفی باید در نظر گرفته شود. تمام کشتی ها در طول دورهی در نظر گرفته شده باید به سیستم اسکله برگردانده شوند.
چندین هدف از بهینه سازی اسکله وجود دارد. از نظر علمی تمام کانتینرها در محوطه بایر بارگذاری شود و تخلیه به حداقل برسد. این عملیات مربوط به بهره برداری حداکثر از کشتی میباشد. تخصیص خودکار و بهینه سازی اسکله، به خصوص در صورت تأخیر کشتی بسیار مهم میباشد، زیرا عمل جدید اسکله در حالیکه کانتینرها در محوطه انباشته شده است به کشتی اختصاص داده خواهد شد[15].
2-4-2- برنامه ریزی چیدنبرنامه ریزی چیدن هسته برنامه ریزی کشتی میباشد. این برنامه ریزی در 2 مرحله انجام میشود. گام اول توسط حمل و نقل اجرا میشود. برنامه ریزی چیدن خطوط کشتی باید برای تمام بنادر شناور طراحی شود. موقعیت برای همهی کانتینرها و بنادر باید در کشتی انتخاب شود. برنامه ریزی چیدن خطوط کشتی معمولاً توسط کانتینرهای مشخصی که شماره گذاری شده اند، انجام نمیشود بلکه بر حسب نوع کانتینرها تقسیم بندی میشود. این طبقه بندی شامل: طول و نوع کانتینرها، تخلیه بندر و وزن کانتینرها یا وزن طبقه بندی کانتینرها می باشد.
کانتینرها با این ویژگی ها به موقعیت خاص کشتی اختصاص داده میشود. هدف از بهینه سازی خطوط حمل و نقل، به حداقل رساندن میزان تغییرات و به حداکثر رساندن استفاده از کشتی در طول عملیات بندر میباشد.
برنامه ریزی چیدن خطوط کشتی توسط تبادل الکترونیکی داده ها به ترمینال منتقل میشود. سفارش برنامه ریزی چیدن خطوط کشتی در ترمینال بایگانی (filed) میشود و به عنوان سفارش (instruction) کار یا طرح قبل از کار برای برنامه ریزی ترمینال ارائه میشود.
براساس این دستورالعمل برنامه ریزی ترمینال و سپس اختصاص به کانتینر مشخص شده توسط اعداد انجام میشود. مجموعه ویژگی های سکوها و کانتینرهای انتخاب شده در محوطه باید با هم مطابقت داشته باشد. سیستم برنامه ریزی چینش کشتی از مقصد، موقعیت حیاط و قسمتی که از کشتی که برنامه ریزی باید شود را نشان میدهد. برخی سیستم ها اجازه انتساب و بهینه سازی اتوماتیک را دارند.
هدف های مختلف از بهینه سازی وجود دارد، به عنوان مثال، حداکثر کردن بهره وری جرثقیل، کاهش هزینه و به حداقل رساندن (دوباره چیدن) از نقطه نظر عملی، حداقل رساندن تجدید سازمانی محیط (چینش محیط) تنش مهمی دارد[3],[4].
دوباره چیدن زمانی اتفاق میافتد که یک کانتینر باید برداشته شود در حالیکه کانتینرهای دیگر در بالای آن برای اولین بار حرکت داده میشوند. در زمان چیدن دوباره یک تعادلی برای حمل و نقل ایجاد میشود و موجب کاهش بهره وری عملیات کشتی میشود.
2-4-3- برنامهریزی جرثقیلبرای بدست آوردن بهره وری بالا برای عملیات جرثقیل، کانتینرها باید در زمان و مکان مشخصی در دسترس باشند، یعنی توالی بارگذاری و حمل و نقل افقی باید با یکدیگر مطابقت داشته باشند.
در غیر این صورت انتظار یا صف در وسایل نقلیه حمل و نقل رخ میدهد. هر دوی این موارد، بهره وری جرثقیل را کاهش میدهد و زمان لنگر گرفتن کشتی را افزایش میدهد[11]. به عنوان یک ویژگی مشترک، کانتینرها به طور کم یا زیاد در محوطه پخش میشوند و فواصل متفاوتی تا جرثقیل دارند. کانتینرهای ویژه مانند کانتینرهای سنگین تجهیزات ویژه ای نیاز دارند که باید قبل از اینکه جا به جا شوند شمارش شوند.
جمع کننده کانتیتر باید از مدار الکترونیکی قطع شود و چینش در محوطه به طور ناقص انجام میشود. همهی این کارها زمان اضافی مصرف میکنند. در یک سیستم رانندگی، عملکرد، علاوه بر مهارت راننده و تصمیم او، به راه سفر هم بستگی دارد.
حتی در زمان تغییر توالی بارگیری، اختلالات منحنی یا عملیاتی جرثقیل رخ میدهد. بنابراین، زمان حمل و نقل بار را نمیتوان دقیق محاسبه کرد، حتی اگر از تجهیزات خودکار استفاده شود[12].
2-5- ذخیره سازی و انباشتن کالاانباشت کالا به کار مهمی تبدیل شده است زیرا کانتینرهای زیادی که باید در بنادر ذخیره شوند، ایجاد ترافیک خواهد کرد و فضای انبار کانتینرها کاهش خواهد یافت.
به طور کلی کانتینرها در ردیف های مختلفی روی زمین انباشته میشود و کل منطقه ذخیره سازی به بلوک های مختلفی از هم جدا میشوند موقعیت کانتینرها در منطقه انبار توسط بلوک ها و خطوط آدرس یابی میشوند.
حداکثر تعداد ردیف بستگی به تجهیزات انباشته دارد با توجه به نیازهای عملیاتی، منطقه ذخیره سازی معمولاً به مناطق مختلفی تقسیم میشود. مناطق مختلفی برای واردات و صادرات وجود دارد، مناطق ویژه ای برای باربان ها و مناطق مختلفی برای کارهای آسیب دیده و خطرناک وجود دارد. بطور متوسط استفاده بهینه از کانتینر های بزرگ در اروپا حدود 15000 تا 20000 کانتینر، نتیجهی 15000 جابجایی روزانه میباشد.
متوسط زمان کانتینر ساکن در محوطه در حدود 3 تا 5 روز برنامه ذخیره سازی و یا سیستم تصمیم گیری انباشته باید تصمیم بگیرد که کدام مکان باید برای کانتینرها انتخاب شود. از آنجایی که وقتی کانتینر ها انباشته شدند، کسی دسترسی مستقیم به تجهیزات انباشته نخواهد داشت کانتینرهایی که در ردیف بالای نیازها قرار دارند، نیاز است که اولین بار برداشته شوند[22].
تغییرات ممکن است به چند دلیل رخ دهد، مهم ترین دلیل آن شاید اطلاعات اشتباه از کانتینرها باشد، در پایانه های اروپایی بالای 30 درصد از کانتینرهای صادرات، بدون اطلاعات دقیق کشتی مربوط به ترمینال میرسند. بندر تخلیه یا وزن کانتینرها، اطلاعاتی هستند که برای تصمیم گیری خوب برای ذخیره سازی ضروری میباشند. حتی پس از رسیدن، کشتی ها و بندر تخلیه را میتوان توسط خطوط حمل و نقل تغییر داد. برای تخلیه کانتینرها وارداتی از کشتی ها، وضعیت حتی بدتر میباشد[11].
ذخیره سازی و انباشتن تدارکات در حال تبدیل شدن به یک فرآیند پیچیده میباشد و نقش مهمی برای عملکرد کلی پایانه ها بازی میکنند. در سیستم ذخیره سازی یا برنامه ریزی محوطه، انتظار میرود که ناحیه ذخیره سازی و کانتینریت ذخیره سازی به یک کشتی که از راه رسیده است اختصاص داده شود. در زمان رسیدن یک کانتینر، سیستم کامپیوتری محل پهلوگیری کشتی را از برنامه کشتی انتخاب میکند و بطور خودکار برای یک محل خوب انباشته در منطقه اختصاص شده به اسکله به جستجو میپردازد. موقعیت انباشته در زمان واقعی انتخاب میشود و کانتینرها با ویژگی مشابه انتخاب میشوند. طول و نوع کشتی، تخلیه و وزن یکی بالای دیگری انباشته میشوند. کانتینرها برای یک کشتی به طور تصادفی حول محوطهی انباشته پراکنده میشوند[16].
عملکرد جرثقیل اسکله بالاتر از عملکرد انباشته و تجهیزات حمل و نقل است. بنابراین، کانتینرها الگوریتم یکپارچه ای تبدیل شوند، در حالیکه وزن هر یک از عوامل توسط پارامترهایی محاسبه میشوند. هدف از بهینه سازی محوطه، به حداقل رساندن آشفتگی و به حداکثر رساندن استفاده از ذخیره سازی با ویژگی های مشابه باید به چند قسمت و ردیف توزیع شود، برای جلوگیری از تراکم و زمان انتظار غیرضروری وسایل حمل و نقل.
حجم کار واقعی از یک جرثقیل واقعی و یا دیگر تجهیزات انباشته باید در نظر گرفته شود، زیرا تخصیص مشاغل اضافی به تجهیزات، زمان اضافی در بر میگیرد. همهی این عوامل، میتوانند به میباشد[16],[22].
2-6- حمل و نقل تدارکاتهمانطور که در بالا اشاره شد، 2نوع از حمل و نقل را در ترمینال کانتینرها میتوان متمایز کرد: حمل و نقل افقی و حمل و نقل انباشته توسط شبکه های جرثقیل.
حمل و نقل افقی به خودی خود به سمت اسکله بخش بندی میشود و حمل و نقل ساحلی، کشتی ها یا کامیون ها و قطارها به ترتیب خدمات رسانی میکند. بخش زیر به مسائل بهینه سازی مربوط به منابع طبقه بندی شدهی مشخص میپردازد.
2-7- بهینهسازی حمل و نقل اطراف اسکلهبرای بارگیری کشتی و تخلیه کانتینرها باید انتقال از انباشته به کشتی انجام گیرد و بهینه سازی حمل و نقل در اطراف اسکله نه تنها به معنی کاهش زمان حمل و نقل میباشد، بلکه همچنین معمولاً برای همزمان سازی حمل و نقل با بارگیری و تخلیه فعالیت جرثقیل اسکله میباشد. یک هدف کلی، افزایش بهره وری جرثقیل میباشد.
بهره وری جرثقیل، نه تنها بستگی به اطلاعات فنی جرثقیل وارد، عملکرد واقعی در عمل بسیار پایین تر است. اتلاف زمان، نتیجهی زمان های اضافی مانند مکث کردن، استراحت در طول شیفت، حرکت تجهیزات، اختلالات فنی یا عملیاتی و تراکم حمل و نقل افقی میباشد. علاوه براین، بیشتر وسایل نقلیه هزینهی اضافی دارند و عملیات کشتی از لحاظ اقتصادی پایین میباشد. متمرکز بر تدارکات، افزایش در بهره وری کشتی را نمیتوان لزوماً با افزایش تعداد یا سرعت حمل و نقل در اطراف اسکله، بدست آورد.
این علتی است که مکان تراکم در جرثقیل و محوطه افزایش پیدا میکند، بیش تر از چیزی که تعداد و سرعت حمل و نقل متناسب باشند. بنابراین، توسعهی سیستم بهینه سازی معمولاً با به حداقل رساندن تراکم مقابله میکند.
حالتهای مختلف از حمل و نقل و استراتژی های لازم برای تخصیص وسایل نقلیه به جرثقیل در اطراف اسکله رخ میدهد. در حالت تک چرخ، وسایل نقلیه تنها در خدمت یک جرثقیل میباشد. با توجه چرخهی جرثقیل، آنها کانتینر را تخلیه میکنند از اسکله به محوطه و یا کانتینرها صادراتی را از زمین به جرثقیل در حالت 2 چرخ، وسایل حمل و نقل به ترتیب در خدمت چندین جرثقیل که در محل بارگیری یا تخلیه هستند، میباشند و سپس کانتینرها انتقال صادرات و واردات را ترکیب میکنند. وسایل نقلیه، میتوانند به طور انحصاری به یک جرثقیل اختصاص داده شوند (ساختار دسته ای) یا به چند جرثقیل و کشتی (ادغام) kim and kim (2003) استدلال میکنند که هیچ پتانسیلی برای بهینه سازی در حالت تک چرخه واردات وجود ندارد. بهینه سازی برای کانتینرها تخلیه شده که به انتخاب بهینه موقعیت محوطه که وظیفه واحد برنامه ریزی محوطه میباشد، محدود شده است[14].
همانطور که کانتینرها واردات باید مکان انباشتهی از قبل انتخاب شده، منتقل شود، حمل و نقل خالی را نمیتوان کاهش داد.مسافت حمل و نقل، اگر کلان نزدیک به اسکله انتخاب شود، کاهش مییابد. اگرچه برای بارگذاری صادرات، پتانسیلی برای بهینه سازی وجود دارد.
حالت سیکل دو گانه، حمل و نقل کانتینرها صادرات و واردات را از جرثقیل به یک کشتی منتقل میکند. تخصیص ثابت وسایل نقلیه حمل و نقل به جرثقیل داده میشود، وسایل نقلیه برای چندین جرثقیل در حالت های مختلف کار میکند (بارگیری یا تخلیه). زمان های حمل و نقل و مسافت خالی در حالت سیکل 2 گانه کاهش پیدا میکند. این حالت کارآمدتر است، اما برای سازماندهی سخت تر است، زیرا از پیچیدگی بالاتری برخوردار است.
احتمال زمان انتظار جرثقیل را میتوان کاهش داد، اگر کانتینرها زیر ورودی جرثقیل جا داده شود. عملیات کشتی در عمل پویا میباشد، بنابراین، نیازمند بهینه سازی آنلاین میباشد. برای مثال، برای کانتینرها وارداتی، محل دقیق محوطه را قبل از تخلیه کانتینرها و چک کردن وضعیت فیزیکی و داده های کانتینرها نمیتوان انتخاب کرد. اختلالات در طول عملیات کشتی اتقاق میافتد و موجب تغییرات سریع بارگیری یا تخلیه میشود بعضی از اختلالات عبارتند از: وقفه عملکرد جرثقیل به دلیل مشکلات عملیاتی یا فنی، تغییرات مراحل تصمیم گیری بارگیری یا تخلیه توسط رانندهی جرثقیل به علت، دلایل پایداری کشتی یا مشکلاتی که در زمان حمل و نقل عمودی رخ میدهد. چنین دلایلی محاسبهی دوبارهی مراحل را برای تعداد کمی از کانتینرها ضروری میسازد.
هدف از بهینه سازی در هر موردی، برای به حداقل رساندن تأخیرات کانتینرها برای جرثقیل و زمان حمل و نقل وسایل نقلیه میباشد[12],[13].
2-8- بهینهسازی حمل و نقل ساحلیحمل و نقل ساحلی به عملیات ریلی تقسیم میشود، عملیات کامیون و حمل و نقل داخلی. روشی متعادل از عملیات، اختصاص تعدادی از وسایل نقلیه به هر یک از حوزه های مناسب برای حجم کار مورد انتظار میباشد. یک استراتژی پیشرفته تر، کشیدن و سایل نقلیه برای تمام مناطق مشغول به کار میباشد.
قطارها معمولاً توسط جرثقیل ها بارگذاری و تخلیه میشوند، در حالیکه حمل و نقل بین بسته ها و راه آهن توسط حمل سواری کار میکنند، کامیون ها و ترمیرها یا تجهیزات مشابه آن. سپس، کانتینرها در کنار ریل یا مستقیماً روی آن حائل میشوند. گاهی اوقات، عملیات خاص حمل کننده وجود دارد، جایی که حمل کننده ها بالای واگن ها به بلند کردن و رها کردن کانتینرها میپردازد. عملیات در سر ریل، مشابه عملیات اطراف زمین باری میباشد.
یک طرح بارگذاری، واگنی را که کانتینرها باید در آن قرار گیرند، شرح میدهد. موقعیت واگن کانتینرها بستگی به مقصد آن دارد، نوع و وزن آن، حداکثر بار واگن و موقعیت واگن در توالی قطار. یک برنامه بارگذاری توسط شرکت راه آهن تهیه میشود و توسط انتقال الکترونیکی داده ها به اپراتور ترمینال یا توسط خود اپراتور فرستاده میشود.
هدف اپراتور راه آهن، حداقل کردن فعالیت های اضافی در طول حمل و نقل است، در حالیکه هدف اپراتور ترمینال حداقل سازی آشفتگی محیط، حداقل کردن زمان اتلافی جرثقیل و فواصل خالی حمل و نقل جرثقیل و وسایل نقلیه میباشد.
بهینه سازی راه آهن اگر تنها یک دستورالعمل آموزشی به اپراتور ترمینال فرستاده شود که موقعیت واگن برای ویژگی های کانتینرها را به جای موقعیت خاص برای هر کانتینر را نشان دهد، تسهیل میشود. سپس وضعیت محوطه مشخص میشود. فعالیت های حمل و نقل و جرثقیل باید برای جلوگیری زمان اضافی غیر ضروری یا حرکات اضافی با هم انطباق داشته باشند. سیکل تک و 2 گانه بسته به یک یا چند قطار به طور موازی در حال بارگذاری یا تخلیه باشند، وجود دارد[6],[7].
کامیون ها به ورودی ترمینال میرسند جایی که داده های کانتینرها باید بررسی شود و به سیستم کامپیوتری وارد شوند. کامیون ها سپس وارد منطقهی حمل و نقل میشوند جایی که کانتینرها توسط تجهیزات داخلی بارگذاری یا تخلیه میشوند. ترمینال کانتینرها بزرگ، روزانه چندین هزار کامیون را خدمت میکنند.
حداقل سازی فاصلهی خالی و زمان سفر، هدف از بهینه سازی در منطقه عملیات کامیون میباشد. فاصله های خالی را میتوان حداقل کرده اگر حمل و نقل کانتینرها صادرات از نقطه محل به حیاط، با حمل و نقل کانتینرها واردات از حیاط به نقطهی تبادل، ترکیب شود.
حرکات داخلی به دلایل مختلفی اتفاق میافتد. اگر shed یا مخزنی برای کانتینرها خالی وجود داشته باشد، در حمل و نقل اضافی ترمینال، باید کارهای زیر انجام شود. کانتینرها واردات تکمیل شده باید به مخزن مربوطه هدایت شود، در حالی که، کانتینرها بسته بندی شده باید به جهت مخزن صادرات هدایت شود.
کانتینرها خالی در مخزن، برای تکمیل فرآیند نیاز میشود، در حالی که کانتینرها غیر بسته بندی شده باید در انبار خالی یا محوطه ذخیره شوند. از آنجا عدم تعادل وجود دارد، کانتینرها خالی برای بارگذاری کامیون، کشتی یا قطار نیاز میشود و باید به محوطه مربوطه یا منطقه حمل و نقل انتقال داده شوند. زمانی که کانتینرها تعیین شده برای خروج یک کشتی به سمت عقب به دلیل رزرو زیاد کشتی وجود داشته باشد، حمل و نقل اضافی رخ میدهد. سپس سازماندهی مجدد محوطه باید انجام گیرد. ویژگی این نوع از حمل و نقل این است که، توالی شغل باید انجام گیرد. گاهی اوقات دریچه ها باید داشته شوند.
به طور کلی، این نوع از حمل و نقل به اندازه ای که برای عملیات کامیون یا کشتی بحرانی میباشد، بحرانی نیست. بنابراین، پایانه ها سعی میکنند آنها را در کمترین زمان کاری انجام دهند. هدف این کار، حداقل سازی زمان بیکاری و بارگذاری میباشد.
2-9- بهینه سازی حمل و نقل جرثقیلیکی دیگر از زمینه های استفاده از بهینه سازی، عملیات حمل و نقل جرثقیل در بسته بندی میباشد. نیازمندی های حمل و نقل تفاوتی با آنهایی که در مورد حمل و نقل افقی گفته شده است، ندارد. توالی کارها باید محاسبه شوند و کار به جرثقیل مربوطه اختصاص داده شود. معمولاً، جایی که کانتینرها در انبار باید قرار بگیرند، توسط مدل محوطه محاسبه میشود.
بنابراین، طبق ادعای kim و همکارانش(2000) بهینه سازی حمل و نقل بارهای جرثقیل را کاهش میدهد. همان طور که برای حمل و نقل افقی کاهش مییافت و الگوریتم های یکسانی را میتوان بکار گرفت. اولویت مشاغل باید محاسبه شوند، همانطور که در حمل و نقل انجام میشد. هدف از بهینه سازی، حداقل کردن زمان انتظار وسایل حمل و نقل در ورودی انبار و زمان سفر از انباشتهی جرثقیل میباشد. از آنجایی که ترافیک در ورودی به سرعت تغییر میکند، بهینه سازی آنلاین نیاز میباشد و توالی کارها زمانی که یک کار جدید مطرح میشود، باید دوباره محاسبه شود[12].
2-10- مرور ادبیات: تحقیقات انجام شده بر روی این مساله را می توان با توجه به ترتیب عملیاتی زیر تقسیم بندی کرد:
ورود کشتی ها
تخلیه و بارگیری کشتی ها
انتقال کانتینرها از کشتی به انبار و یا برعکس
انبار کردن کانتینرها.
مهم ترین مساله در دسته اول، مساله تخصیص عرشه(BAP) می باشد. Imai , Nagaiwa مدلی معرفی کردند که مجموع زمان ماندن کشتی ها در بندر را مینیمم می کرد و به همان اندازه میزان نارضایتی کشتی ها از ترتیب مستقر شدن در عرشه را به حداقل می رساند. Imai, Nishimura, Papadimitriou هردو مدل پویا و ایستای تخصیص عرشه را معرفی کردند. آنها یک روش ابتکاری بر مبنای تخفیف لاگرانژین را توسعه دادند. آنها همچنین مدل ایستایی که پیشنهاد کرده بودند را تحت تاثیر یک سری محدودیت های محیطی مانند عمق آب و طول عرشه گسترش دادند. Nishimura و همکاران یک مدل تخصیص گسسته را در نظر گرفتند و از الگوریتم ژنتیک برای تست اعتبار مدل استفاده کردند.Imai و همکاران برای کمپانی های مختلف حق ویژه متفاوتی برای باراندازی در لنگرگاه درنظر گرفتند. Kim و همکاران مدل تخصیص گسسته را درنظر گرفتند و برای حل مدل از شبیه سازی تبرید استفاده کردند[12],[13].
مهمترین مساله در دسته دوم، مساله برنامه ریزی جرثقیل های عرشه(QCSP) می باشد. این مساله ابتدا توسط Daganzo در سال 1989 معرفی شد. او مدلش را با این فرض توسعه داد که راه ورود به عرشه چندطرفه بوده و جرثقیل های عرشه در یک زمان می توانند فقط برروی یک سکو فعالیت کنند ولی آزادانه جابجا شوند. در یک تحقیق دیگر، Peterkofsky و Daganzo یک الگوریتم شاخه و کران برای حل مساله QCSP پیشنهاد کردند. در هردوی این تحقیقات فرض شده بود که هر کشتی فقط شامل یک فعالیت بوده و روابط بین QC ها را درنظر نگرفتند. Kim و Park این مساله را با فرض چندین فعالیت در یک کشتی و همچنین در نظر گرفتن روابط بین QC و روابط تقدم و تاخری بین وظایف، گسترش دادند و برای حل مدل از الگوریتم شاخه و کران استفاده نمودند. Moccia و همکاران، متوجه یک رابطه احتمالی بین QCها در مدل Kim و Park شدند و یک مدل اصلاح شده پیشنهاد کردند که زمان های سفر را برای QC هایی که در یک سکو فعالیتها را انجام میدادند، یکسان درنظر می گرفت. آنها QCSP را به عنوان یک مساله جریان وسیله نقلیه در نظر گرفتند و از الگوریتم شاخه و کران برای حل آن استفاده نمودند. رویکرد آنها در مقایسه با مدل Kim و Park جواب بهتری را منتج شد. Bierwirth و Meisel مدل کامل تری نسبت به مدل های قبلی ارائه کردند و از یک روش ابتکاری بر مبنای الگوریتم شاخه و کران استفاده نمودندکه استفاده بیشتری از حرکات غیرمستقیم QCها می کرد و همچنین فضای جواب شدنی را کاهش می داد. Lee و همکاران نشان دادند که مساله QCSP با جرثقیل های مرتبط به هم، یک مساله NP-complete می باشد و استفاده از الگوریتم ژنتیک (GA) را برای حل مدل عدد صحیح مختلط مربوط به این مساله پیشنهاد کردند. Tavakkoli-Moghaddam و همکاران، مدل Kim و Park را برای حل مساله تخصیص و مساله برنامه ریزی جرثقیل عرشه (QCAP و QCSP) گسترش دادند[1].
در دسته سوم، تحقیقات انجام شده بیشتر مربوط به برنامه ریزی تریلرهای محوطه(YT) می باشد. تریلرها برای جابجایی کانتینرها بین عرشه و انبار استفاده می شوند. بیشتر تحقیقات در این زمینه به وسایل حمل و نقل اتوماتیک (AVG) متمرکز شده اند.Evers و Koppers یک سیستم کنترل AVG سلسله مراتبی را با مخابره توسط پرچم توسعه دادند.Liu و Ioannou قوانین متفاوت ارسال را برای AVG مقایسه کردند.Vis از یک روش ابتکاری برمبنای مساله حداکثر جریان برای تخمین اندازه ناوگان AVG استفاده کرد.Kim و همکاران، یک روش تخصیص تریلر با جریان پویا را پیشنهاد کردند و از یک الگوریتم ابتکاری برای حل مدل استفاده کردند [3].
در دسته چهارم با مساله برنامه ریزی انبار و به خصوص برنامه ریزی عملیات جرثقیل های انبار(YT)، سروکار داریم.Zhangو همکاران مساله آرایش YT را برنامه ریزی عددصحیح مختلط مدلسازی کردند و با روش تخفیف لاگرانژین آن را حل کردند.Kim و همکاران یک مدل برنامه ریزی پویا برای بهینه ساختن عملیات دریافت و ارسال در انبار توسعه دادند و با استفاده از یک روش بر مبنای یادگیری به نتیجه گیری رسیدند [1].
برنامه ریزی عملیات ترمینال ماهیتی چند هدفه، غیر قطعی و پیچیده دارد. اغلب تحقیقات بر بهینه کردن یک بخش خاص از سیستم متمرکز شده اند. دسته ی خیلی کوچک از تحقیقات وجود دارد که مسائل برنامه ریزی را برای تجهیزات متفاوت و بخش های مختلف به کار برده اند و ان ها را با هم ادغام کردند. Brish مدل ها و الگوریتم هایی را برای ادغام چند بخش باهم توسعه داد. این مساله شامل: 1.تعیین مکان ذخیره هر کانتینر 2.ارسال تریلر یا کامیون برای کانتینر ورودی 3.برنامه ریزی تخلیه و بارگیری برای هر جرثقیل تا اینکه حداکثر زمان صرف شده توسط کشتی ها حداقل شود[8].
مساله برنامه ریزی ترمینال شامل متغیرها و محدودیت های متفاوتی است. بنابراین برای غلبه بر پیچیدگی های مساله باید غیرقطعی بودن و فاکتورهای احتمالی را در نظر گرفت. بنابراین اخیرا شبیه سازی به طور گسترده در این گونه مسائل استفاده شده است. مدل های شبیه سازی گسسته پیشامد(DES) برتری هایی نسبت به مدل های ریاضی بهینه سازی دارند که شامل: پوشش محدودیت های مدل های ریاضی، پشتیبان از کامپیوتری کردن سیاست ها و استراتژی ها و قابل فهم کردن آن ها و کمک کردن به تصمیم گیرنده در تصمیم گیری های روزانه با استفاده از رویکرد “چه می شود-اگر” (What-if). Shabayek, Yeung یک مدل شبیه سازی را توسط نرم افزار witness برای ترمینال kwai Chung توسعه دادند. مدل شبیه سازی آنها با رویکرد object-oriented توسعه داده شد و از نرم افزار SIMPLE++ که نرم افزار object-oriented می باشد، استفاده شد[9].
2-14- نتیجه گیری و تحلیل مقالات قبلی:گفته شد که مقالات مربوط به ترمینال های کانتینری به چند دسته تقسیم می شوند. تحقیقات انجام شده بر روی این مساله را می توان با توجه به ترتیب عملیاتی زیر تقسیم بندی کرد:
ورود کشتی ها
تخلیه و بارگیری کشتی ها
انتقال کانتینرها از کشتی به انبار و یا برعکس
انبار کردن کانتینرها.
مهم ترین مساله در دسته اول، مساله تخصیص عرشه(BAP) می باشد. در دسته دوم، مساله برنامه ریزی جرثقیل های عرشه(QCSP) مدنظر می باشد. این مساله ابتدا توسط Daganzo در سال 1989 معرفی شد.در دسته سوم، تحقیقات انجام شده بیشتر مربوط به برنامه ریزی تریلرهای محوطه(YT) می باشد. تریلرها برای جابجایی کانتینرها بین عرشه و انبار استفاده می شوند. در دسته چهارم با مساله برنامه ریزی انبار و به خصوص برنامه ریزی عملیات جرثقیل های انبار(YT)، سروکار داریم. البته به علت وابستگی عملیات ترمینال های کانتینری، دسته ای دیگری از مقالات وجود دارد که به مدلسازی و بهینه سازی کل سیستم همزمان پرداخته اند.
در بیشتر این مقالات دیده شده که از مدلسازی های ریاضی استفاده شده که برای انجام این کار محققان ناچار به در نظر گرفتن فرض هایی برای ساده سازی و انجام مدلسازی بودند. بدین منظور بهتر است در این گونه سیستم ها از شبیه سازی استفاده شود. به طور مثال در مقالاتی که مساله برنامه ریزی جرثقیل های عرشه پرداخته اند، از ابتدا تاکنون از یک مدل ریاضی استفاده شده و تنها به ارائه روش هایی پرداخته شد که فرایند رسیدن به جواب سریعتر شود و همچنین به جواب های بهتر دست یابند. اما طبق بررسی هایی که انجام دادیم، به این نکته پی بردیم که این مدل ریاضی مدل خوبی از عملیات ترمینال و جرثقیل های عرشه نیست. از این رو از روش شبیه سازی استفاده کردیم. در جدول زیر به تقسیم بندی واضحتری از تحقیقات انجام شده مربوط به مساله تخصیص عرشه و برنامه ریزی جرثقیل های عرشه می پردازیم.
جدول 2-1 مقالات ارائه شده در مساله تخصیص عرشهنویسنده سال نوع مساله روش حل نتیجه گیری پیشنهادات و ایرادات
Imai and et al 2005 تخصیص عرشه مدل تخصیص پیوسته و الگوریتم ژنتیک حداقل کردن مجموع زمان ماندن کشتی ها در عرشه با سرعت بیشتر ساده سازی های زیادی انجام شد که می توان آن ها را کمتر کرد.
Imai and et al
2005
تخصیص عرشه مدل پویا و ایستا و استفاده از یک روش ابتکاری لاگرانژین پوشش دادن محدودیتهای محیطی مانند عمق آب و طول عرشه و رسیدن به نتیجه واقعیتر ارائه مدل با دربرگرفتن محدودیتهای بیشتر
Nishimura et al 2001
تخصیص عرشه مدل تخصیص گسسته و الگوریتم ژنتیک رسیدن به جوابهای بهتر نسبت به مقالات قبلی استفاده از تخصیص پیوسته
Wang et al
2007
تخصیص عرشه تصیم گیری چند مرحلهای و جستجوی احتمالی ارائه مدل کاملتر که منتج به جوابهای واقعیتر شد میتوان از روشهای متاهیورستیک استفاده کرد

جدول 2-2 مقالات ارائه شده در مساله برنامه ریزی جرثقیل های عرشهنویسنده سال نوع مساله روش حل نتیجه گیری پیشنهادات و ایرادات
Daganzo et al
1990 برنامهریزی جرثقیل الگوریتم شاخه و کران اولین مقاله در این زمینه فرض شده بود که هر کشتی شامل یک فعالیت است و روابط بین جرثقیل ها نادبده گرفته شد.
Lee et al 2008
برنامهریزی جرثقیل مدلسازی عددصحیح ترکیبی و الگوریتم ژنتیک رسیدن به جواب بهتر با سرعت بیشتر مدل ارائه شده کامل نبود. می توان استقرار کشتی ها را نیز به این مدل اضافه کرد.
Moccia et al 2008 برنامهریزی جرثقیل مدلسازی ریاضی احتمالی و الگوریتم شاخه و کران رسیدن به جواب بهتر مدل اصلاح شده کاملتر ارائه شد اما ساده سازی هایی نیز انجام شد.
Tavakkoli-Moghaddam et al 2009 برنامهریزی جرثقیل مدلسازی ریاضی و الگوریتم ژنتیک اصلاح شده وارد کردن هزینه ها به مدل و حداقل کردن هزینه ورود کشتی ها ثابت فرض شد و همچنین برای هر کشتی تعداد محدودی کانتینر فرض شد.
Kaveshgar et al 2012 برنامهریزی جرثقیل مدلسازی ریاضی و الگوریتم ژنتیک اصلاح شده الگوریتم ژنتیک پیشنهادی جواب بهتری نسبت به مدلهای قبلی بدست آورد. هیچ تغییری در مدل ریاضی که از مقالات قبلی گرفته شد ایجاد نشد.
فصل سومروش تحقیق
3-1- شبیه سازی:سیستم و محدوده عمل: یک سیستم گروهی است از اشیا که در راستای تحقق مقصودی معین در چارچوب روابط یا وابستگی‌های متقابل، به یکدیگر پیوسته هستند.
محیط سیستم: عواملی خارج از سیستم که تحت کنترل نیستند، ولی می‌توانند بر عملکرد سیستم اثر بگذارند محیط سیستم خوانده می‌شود. یک سیستم معمولا تحت تأثیر تغییراتی است که در خارج سیستم اتفاق می‌افتد. این تغییرات اصطلاحا در محیط یا پیرامون سیستم اتفاق می‌افتند. در مدل سازی یک سیستم، تصمیم‌گیری نسبت به مرز بین سیستم و محیط سیستم از نکات ضروری و مهم است.
سه رکن اصلی سیستم شامل: ورودی، فرایند و خروجی می باشد.
4034790133350Output
00Output
3079750348615001311275348615002251710133350Process
00Process
483235133350Input
00Input

446849516319500105219524638000
10521951016000225171092710Feedback
00Feedback

شکل 3-1 ارکان اصلی سیستماجزا سیستم شامل:
نهاد یا موجودیت (Entity): عنصری مورد توجه در سیستم است. عناصر موقتی که در سیستم جاری شده و دارای دیمانسیون مشخص هستند.
مشخصه یا خصیصه (Attribute): ویژگی موجودیت است و آنرا توصیف می‌کند.
فعالیت (activity): هر فعالیت بیانگر یک پریود زمانی با طول مشخص است.
وضعیت یا حالت سیستم: (State): مجموعه متغیرهای لازم برای توصیف سیستم در هر لحظه از زمان با توجه به هدف مطالعه سیستم و معمولا با مقادیر عددی تخصیصی به مشخصه‌های موجودیتها تعریف می‌شود.
واقعه یا پیشامد (Event): رویدادی لحظه‌ای است که می‌تواند وضعیت سیستم را تغییر دهد.
اجزای مدل شبیه سازی سیستم مورد مطالعه در این مقاله به شرح جدول زیر می باشد:
جدول3-1 اجزای مدل شبیه سازی
موجودیت ویژگیها متغیرهای حالت
عنصر نوع عنصر خصیصهها فعالیتها رخدادها متغیرهای عمومی انباشتگرهای آماری
کشتیها موجودیت نرخ ورود، تعداد کانتینر جابجایی بین فرآیندها و اجزای سیستم استقرار در عرشه تعداد کشتی های خارج شده تعدادکشتیهای ورودی و خروجی
جرثقیل منبع زمان پردازش جابجایی بین سکوها آغاز و پایان فرآیندها،ازدحام برای دریافت خدمت تعداد کشتیهای اختصاص داده شده زمان ورود و خروج کشتی
سکو منبع مکان سکو انتخاب کشتی ورود و خروج کشتی به عرشه متوسط زمان انتظار کشتی تعدادکشتیهای ورودی به سکو
3-2- مدل سازی:مدل‌سازی یک اقدام مهم در جهت ایجاد یک نمونه ساده شده از یک سیستم کامل با هدف پیش بینی معیارهای قابل اندازه گیری عملکرد سیستم می باشد.اصولا یک مدل به منظور گرفتن جنبه های رفتاری خاص از یک سیستم و کسب آگاهی و بینش از رفتار سیستم طراحی می شود.
مدل دقیقا همانند سیستم واقعی نیست. بلکه تنها شامل تعدادی از جنبه‌های اساسی و کلیدی سیستم است که برای هدف مطالعه سیستم تأثیرگذار هستند. از این رو مدل خلاصه‌ای از سیستم مورد بررسی است. فرایند ساختن مدل برای افراد متخصص و تصمیم گیرندگان مختلف، روشی اصولی، صریح و موثر را فراهم می‌سازد تا بتوانند قضاوت و ادراک خود را درباره موضوع متمرکز سازند. همچنین با معرفی چارچوبی دقیق، مدل را می‌توان به عنوان ابزاری موثر در برقرار کردن ارتباط به عنوان کمک در کار تفکر روی موضوع به کار برد.
انواع مدل شامل:
مدل فیزیکی: یک شئ فیزیکی ساده شده با مقیاس کوچک شده می باشد. (مانند مدل هواپیما)
مدل تحلیلی یا ریاضی: مجموعه ای از معادلات و ارتباطات میان متغیرهای ریاضیاتی می‌باشد. (مانند مجموعه ای از معادلات که توصیف کننده جریان کاری در خط تولید در کارخانه می‌باشد)
مدل کامپیوتری (شبیه‌سازی): شرح برنامه‌ای از سیستم می‌باشد.
3-3- مدل مفهومی مساله:در شکل زیر مدل مفهومی مربوط به مساله مورد نظر در این پایان نامه را می بینیم.

شکل3-2 مدل مفهومی مسالهمی بینیم که اجزای مدل چگونه باهم در ارتباط هستند. ابتدا کشتیها وارد میشوند و به محض ورود به بندر در عرشهای که خالی بوده یا اینکه دارای صف کمتری باشد مستقر میشوند. بعداز استقرار منتظر انجام عملیات توسط جرثقیل میمانند و در پایان از بندر خارج میشوند.
3-4- شبیه سازی کامپیوتری:شبیه‌سازی، بیان رفتار پویای یک سیستم در حالت پایدار به واسطه حرکت آن از یک وضعیت به وضعیت دیگر بر اساس قواعد عملیاتی تعریف شده است. اصولا در شبیه‌سازی، از کامپیوتر برای ارزیابی عددی یک مدل استفاده شده و در آن داده‌ها به جهت تخمین ویژگی‌های موردنظر مدل جمع‌آوری می‌شوند.
شبیه‌سازی کامپیوتری در عام‌ترین معنایش، فرایند طراحی مدلی ریاضی- منطقی از سیستم واقعی و آزمایش این مدل با کامپیوتر است. فرایند مدل‌سازی با استفاده از روابط ریاضی- منطقی و همچنین اجرای مدل به وسیله کامپیوتر به شبیه‌سازی کامپیوتر می‌گویند.
کامپیوتر داده‌های موردنظر در ارتباط با موجودیتهای شبیه‌سازی شده را ثبت کرده و یک نمونه ترکیبی از داده‌های عملکردی سیستم را ایجاد می‌کند. سپس مفاهیم آماری برای تحلیل این نمونه داده‌ها در ارتباط با کمیتهای مختلفی چون موارد زیر مورد استفاده قرار می‌گیرد:
زمانهای انتظار
توان عملیاتی
طول صف
زمانهای پردازش
میزان استفاده از منابع و ….
مراحل ساخت مدل شبیه سازی:
فرموله‌بندی و تعریف مساله
تعیین اهداف و طرح کلی پروژه
تحلیل مسئله
جمع آوری داده اطلاعات
ساخت مدل
ممیزی مدل
معتبرسازی مدل
طراحی و اجرای آزمایش های شبیه سازی.
تحلیل خروجی
تفسیر و مستندسازی
اجراء
3-5- نرم افزارهای شبیه سازیپیچیده بودن شبیه‌سازی سیستم‌های واقعی، استفاده از نرم‌افزارهای کامپیوتری را باعث می‌شود. در اصل نرم‌افزار کامپیوتری چارچوبی را برای ساخت مدل فراهم می‌کنند که کار مدل‌ساز را نسبت به موارد زیر راحت می‌کنند:
چگونگی پردازش ورودی‌ها
عملیات ثبت داده‌ها
گزارش‌های خروجی
تسهیل در تولید داده‌های تصادفی
جمع‌ کردن داده‌ها در متغیرهای خروجی
نرم افزارهای رایج شبیه سازی عبارتند از:
Arena
AutoMod
Extend
ProModel
Simprocess
Simul8
SLX
Witness
و غیره.
3-6- روش های بهینه سازی شبیه سازیروش های مختلفی برای کار بهینه سازی شبیه سازی وجود دارد. بنابراین طبق نظر carson و maria (1997) طبقه های مختلفی از روش های بهینه سازی تشخیص داده شده است که عبارتند از: روش مبتنی بر گرادیان، روش اکتشافی، روش های آماری، بهینه سازی تصادفی و روش پاسخ سطح.
3-6-1 روش مبتنی بر گرادیاناین روش، شیب تابع پاسخ را برای ارزیابی شکل تابع هدف و بکارگیری تکنیک های برنامه نویسی ریاضی تخمین میزند. روش برآورد شیب در زیر توضیح داده شده است.
نسبت احتمال (LR)
در روش نسبت احتمال که تابع نمره (score) نیز نامیده میشود، شیب مورد انتظار از یک متغیر خروجی با توجه به متغیر ورودی، به عنوان ارزش مورد انتظار از یک تابع به 2 صورت :
پارامترهای ورودی
پارامترهای شبیه سازی مانند طول اجرای شبیه سازی، ارزش متغیر خروجی و غیره …
ایجاد یک نسبت احتمال که از نظر محاسباتی مطلوب باشد و ایجاد ویژگی هایی تغییر پذیر یک مسئله مهم در توسعه برآوردهای شیب نسبت احتمال می باشد.
تجزیه و تحلیل انحراف ها (PA)
در آنالیز اختلال های خیلی کوچک، همهی اجزاء گرادیان تابع هدف از اجرای شبیه سازی واحد، برآورد میشود. در این سیستم، ایده به این صورت میباشد، اگر یک متغیر ورودی مقدار خیلی کوچکی، دچار اختلال شود، حساسیت متغیر خروجی به پارامتر را می توان برآورد الگوی انتشار آن، تخمین زد. با این روش، می توان از اثرات احتمالی قبل از وقوع آن پیشگیری کرد. در آنالیز اختلال های جزئی، فرض بر این است که اختلال های خیلی کوچک در یک متغیر ورودی تأثیر زیادی بر عملکرد ندارد، اما باعث طولانی شدن زمان میشود. واقعیت این است تمامی اشتقات میتوانند از اجرای شبیه سازی واحد، مشتق شوند و نشان دهندهی یک مزیت قابل توجهی در بازده محاسباتی میباشد. از طرف دیگر، برآوردهای بدست آمده از روش آنالیز اختلال های جزئی، اغلب مبهم و ناسازگار هستند.
روش دامنهی فرکانس (FDM)
در آزمایش دامنهی فرکانس، پارامترهای ورودی به صورت سینوسی در فرکانس های مختلف در طول دورهی شبیه سازی انتخاب میشوند. ارزش متغیر خروجی هدف تجزیه تحلیل طیفی میباشد. اگر متغیر خروجی به یک پارامتر ورودی حساس باشد، نوسان سینوسی این پارامتر شامل نوسانات مربوط به پاسخ میباشد.
3-6-2- بهینه سازی تصادفیبهینه سازی تصادفی، راه حلی برای مشکل پیدا کردن یک محل بهینه برای تابع هدف است که ارزش تحلیلی آن شناخته شده است، اما میتوان آن را تخمین زد یا اندازه گیری نمود. الگوریتم بهینه سازی تصادفی کلاسیک براساس برآورد شیب، به طور تکراری طراحی میشود.
3-6-3 روش پاسخ سطح روش پاسخ سطح، یک روشی برای برازش یک سری از مدل های رگرسیون متغیر خروجی از یک مدل شبیه سازی (توسط ارزیابی آن در چند متغیر ورودی) و بهینه سازی عملکردنتیجه رگرسیون میباشد. این فرآیند با عملکرد اولین دستور رگرسیون و روش جستجوی شدیدترین صعود و نزول، شروع میشود. پس از رسیدن به منطقهی مطلوب، توابع بالاتری از رگرسیون بکار گرفته میشوند.
3-6-4- روش های اکتشافیروش های اکتشافی که در زیر مورد بحث قرار گرفته است، آخرین تحولات در زمینهی روش های مستقیم جستجو که بطور دائم برای بهینه سازی مورد استفاده قرار میگیرند را نشان میدهند.
الگوریتم ژنتیک (GA)
الگوریتم ژنتیک یک استراتژی تحقیقی است که انتخاب تصادفی برای هدایت یک بهره برداری است یک توازن میان اکتشاف حوزه علمی و بهره برداری از راه حل های خوب برقرار میکند.
این استراتژی مشابه استراتژی تکامل بیولوژیکی میباشد. از چشم انداز بیولوژیکی، ساختار ارگانیسم و توانایی برای زنده ماندن محیط، توسط DNA تعیین میشود. یک تولد، که ترکیبی از DNA پدر و مادر میباشد، وارث صفات از هر دو پدر و مادر میباشد و صفات دیگر را که ممکن است پدر و مادر نداشته باشند، به دلایل ترکیبی جدید میباشد.
استراتژی های تکاملی (ES)
مانند روش الگوریتم ژنتیک (GA) روش استراتژی تکاملی الگوریتمی است که از اصول تکامل طبیعی به عنوان یک روش برای حل مشکلات بهینه سازی تقلید میکند.
Tabu search (روش جستجوی ممنوعه)
این روش توسط (1990 و 1989) fred gader، برای بهینه سازی یک تابع هدف با ویژگی های خاص، برای جلوگیری از به دام افتادن در بهینه محلی طراحی شده است. این روش برای حل مسائل بهینه سازی ترکیبی در محدودهی نظریه گراف، برای حل مشکلات برنامه نویسی مورد استفاده قرار می گیرد. این یک روش تطبیقی با توانایی استفاده از روش های دیگری مانند الگوریتم های LP و اکتشافی میباشد که به منظور غلبه بر محدودیت ها برای رسیدن به نتیجهی مطلوب، بکار گرفته میشود. برای پیاده سازی این روش، استراتژی های زیر بکار برده میشود: استراتژی forbidding، استراتژی آزاد، استراتژی کوتاه مدت و یک معیار توقف.
پایدار سازی شبیه سازی (SA)
این روش، یک روش جستجوی تصادفی، شبیه سازی به فرآیند سرد شدن آهستهی فیزیکی یک آلیاژ میباشد این روش به رسیدن به بهترین نقطهی هدف کمک میکند.
3-6-5- روش های آماریروش نمونه برداری تقاضا (importance)
نمونه برداری تقاضا، به طور موثری برای دستیابی به سرعت قابل توجهی در شبیه سازی های مربوط به حوادث نادر میباشد. مانند شکست در یک سیستم کامپیوتری واقعی و یا دستگاه های شبکه ارتباطی خودپرداز (ATN).
ایده اولیه نمونه گیری تقاضا برای شبیه سازی سیستم تحت اندازه گیری احتمال های متفاوت (برای مثال، با توزیع های مختلف احتمال) میباشد. برای مسیر هر نمونه (مشاهده) در طول شبیه سازی، اندازه گیری توسط یک ضریب تصحیح برای بدست آوردن یک براورد غیر مرتبط از اندازه گیری در سیستم اصلی، تخمین زده میشود. مشکل اصلی در این روشی، کنار آمدن با تغییرات مناسب اندازه گیری برای مشکل نادر شبیه سازی در دست میباشد.
رتبه بندی و انتخاب
روش های رتبه بندی و انتخاب غالباً برای مشکلات عملی استفاده میشود، برای مثال، پیدا کردن بهترین ترکیب از قطعات تولید شده در دستگاه های مختلف برای به حداکثر رساندن بهره وری و یا پیدا کردن بهترین محل برای تسهیلات جدید، به منظور حداقل رساندن هزینه در این مشکلات بهینه سازی، برخی از دانش های ارتباطی میان جایگزین ها نیز موجود است.
این روش ها، توانایی حل مشکلات بهینه سازی را به عنوان یک مشکل تصمیم گیری چند معیاره، دارند. زمانی که تصمیم گیری شامل انتخاب بهترین طراحی سیستم میباشد، روش رتبه بندی منطقه بیتفاوتی، میتواند بکار گرفته شود. هنگامی که تصمیم گیری شامل انتخاب یک زیر مجموعه از سیستم که شامل بهترین طراحی است، میباشد، روش انتخاب زیر مجموعه ممکن است بکار گرفته شود. به هر صورت، تصمیم های درست با احتمال از پیش تعیین شده ای تضمین میشود.
مقیاس چند گانه با بهترین ها
اگر مشکل، انتخاب بهترین از تعدادی طرح های محدود سیستم باشد، مقیاس چند گانه با بهترین ها (MCB)، راه حل انتخاب و رتبه بندی میباشد.
در این روشی، استنباط در مورد عملکرد نسبی همهی جایگزین های آزمایش شده، در دست میباشد. اگر عملکرد اندازه گیری منافع تنها ملاک برای تصمیم گیری نباشد، چنین استنباطی مهم و حیاطی میباشد. برای مثال، شاید انتظار رود که توان سیستم تولید، معیار اندازه گیری باشد، اما هزینه حفظ و نگه داری سیستم نیز مهم است.
3-7- طراحی آزمایشات تاگوچیطراحی آزمایشها شامل یک آزمایش یا یکسری از آزمایش هایی میشوند که به طور آگاهانه در متغیر های ورودی فرآیند تغیراتی ایجاد میگردد تا از این طریق میزان تغییرات



قیمت: 10000 تومان

متن کامل در سایت homatez.com

About: admin


دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *