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
فصل اول: مقدمه و کلیات تحقیق10
1-1- مقدمه11
1-2- ضرورتهای انجام تحقیق:11
1-3- اهداف:14
فصل دوم: ادبیات و پیشینه تحقیق 16
2-1- حمل و نقل کانتینری17
2-2- مروری بر فعالیتهای ترمینال های کانتینری19
2-3- روش های بهینه سازی حمل و نقل ترمینال21
2-4- فرآیند برنامه ریزی کشتی ها22
2-4-1- برنامه ریزی اسکله23
2-4-2- برنامه ریزی چیدن23
2-4-3- برنامهریزی جرثقیل24
2-5- ذخیره سازی و انباشتن کالا25
2-6- حمل و نقل تدارکات27
2-7- بهینهسازی حمل و نقل اطراف اسکله27
2-8- بهینهسازی حمل و نقل ساحلی29
2-9- بهینه سازی حمل و نقل جرثقیل31
2-10- مرور ادبیات:31
2-14- نتیجه گیری و تحلیل مقالات قبلی:34
فصل سوم: روش تحقیق37
3-1- شبیه سازی:38
3-2- مدل سازی:39
3-3- مدل مفهومی مساله:40
3-4- شبیه سازی کامپیوتری:41
3-5- نرم افزارهای شبیه سازی42
3-6- روش های بهینه سازی شبیه سازی43
3-6-1 روش مبتنی بر گرادیان43
3-6-2- بهینه سازی تصادفی44
3-6-3 روش پاسخ سطح44
3-6-4- روش های اکتشافی45
3-6-5- روش های آماری46
3-7- طراحی آزمایشات تاگوچی47
3-8- خطوط راهنما برای طراحی آزمایشها48
3-8-2- انتخاب عاملها و سطوح:49
3-8-3- تعیین متغیر پاسخ:49
3-8-4- انتخاب نوع آزمایش طراحی شده49
3-8-5- انجام آزمایش50
3-8-6- تجزیه و تحلیل داده ها:50
3-8-7- نتیجه گیریها و پیشنهادات50
3-9- الگوریتم حل:50
3-10- نظریه صف:51
3-11- فرمول های صف53
فصل چهارم: محاسبات و یافته های تحقیق57
4-1- شبیه سازی ترمینال کانتینری با نرم افزار Arena59
4-2- تحلیل خروجی شبیه سازی:63
2-4-1- تاثیر افزایش جرثقیل:64
4-2-2- تاثیر افزایش سکو:65
4-3- طراحی آزمایشات تاگوچی:67
4-4- نتیجه گیری محاسبات:70
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات72
5-1- نتیجه گیری:73
5-2- پیشنهادات:75
منابع و ماخذ76
فهرست جداول
جدول 2-1 مقالات ارائه شده در مساله تخصیص عرشه35
جدول 2-2 مقالات ارائه شده در مساله برنامه ریزی جرثقیل های عرشه36
جدول3-1 اجزای مدل شبیه سازی39
جدول3- 2 پارمترهای مدل صف54
جدول4-1 متغیرهای معرفی شده در شبیه سازی62
جدول 4-2 نتایج حاصل از شبیه سازی برای حالت 3 سکویی64
جذول4-3 نتایج حاصل از شبیهسازی برای حالت 2 جرثقیله66
جدول4-4 مقادیر S/N برای سطوح هر عامل68
جدول4-5 محاسبات آزمون ANOVA70
فهرست اشکال و نمودارها
شکل2-1 انواع کشتی ها برحسب اندازه18
شکل2-2 میزان کانتینر جابجا شده در 5 بندر ایالات متحده19
شکل2-3 ترمینال کانتینری20
شکل 2-4 بخش های عملیاتی ترمینال های کانتینری22
شکل 3-1 ارکان اصلی سیستم38
شکل3-2 مدل مفهومی مساله40
شکل 3-3 ساختارهای سرویس رسانی53
شکل4-1 ماژول های Arena برای ورود و استقرار کشتی ها60
شکل4-2 اجزای مدل Arena مربوط به قسمت دوم شبیه سازی61
نمودار4-1 روند تغییر درآمد با افزایش تعداد جرثقیل65
نمودار4-2 روند تغییر درآمد با افزایش تعداد سکوها67
شکل4-3 نمودار S/N برای هر سه عامل68
فصل اول
مقدمه و کلیات تحقیق

1-1- مقدمه
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 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 دوم
ادبیات و پیشینه تحقیق
2-1- حمل و نقل کانتینری
در 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 اندازه
در 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 متحده
2-2- مروری بر فعالیتهای ترمینال های کانتینری
عموما 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 کانتینری
وقتی 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 ترمینال
نیاز 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 کانتینری
منطقه 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 ها
Bruzzone 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 اسکله
قبل 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 چیدن
برنامه 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 جرثقیل
برای 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 کالا
انباشت 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 تدارکات
همانطور 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 اسکله
برای 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 ساحلی
حمل 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 جرثقیل
یکی 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



قیمت: تومان

دسته بندی : پایان نامه ارشد

پاسخ دهید