وبلاگ

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.

 

مدلسازی سیستم های پیچیده مانند سیستم های تولیدی، زنجیره تامین و ترمینال های کانتینر با بهره گرفتن 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 بهره گرفتن 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 بهره گرفتن 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 بهره گرفتن از نرم افزار مربوطه اجرا نموده و به یک جواب اولیه برای مدل ریاضی خود می رسیم. سپس با بهره گرفتن 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 بهره گرفتن 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].