1-6-1- تاریخچه. 16

1-6-2- اساس و روش کار. 18

1-6-3- مراحل PCR.. 19

1-6-4- پارامترهای مؤثر در PCR.. 20

1-7- مدل سازی.. 21

1-8- فرضیات پژوهش…. 25

1-9- اهداف پژوهش…. 25

فصل دوم

2-1- شناسایی باکتری های اسید استیک با استفاده از روش های مدرن.. 27

2-2- تولید سرکه زردآلو با استفاده ازAcetobacterجدا شده از زردآلوی ایرانی.. 34

2-3- تولید سرکه آناناس و بررسی تاثیر متقابل بین مخمر و باکتری اسید استیکی.. 34

2-4- جداسازی و شناسایی نژادAcetobacterاز گیلاس سفید- قرمز ایرانی به عنوان نژادی با قابلیت تولید اسید بالا در تولید سرکه 36

2-5- بهینه سازی عوامل موثر در فرآیند تولید سرکه با استفاده از تخمیر موز. 36

2-6- روش های مدل سازی میکروبی.. 37

فصل سوم

3-1-زمان و مکان تحقیق.. 42

3-2- مواد مصرفی.. 42

3-2-1- خارک خرمای هلیله ای.. 42

3-2-2- سرکه خرما 42

3-2-3- مواد شیمیایی.. 43

3-2-4- مواد ژنتیکی.. 43

3-3- تجهیزات… 44

3-4- اندازه گیری ترکیبات خارک خرما 45

3-4-1- اندازه گیری قند. 45

3-4-2- اندازه گیری فیبر. 46

3-4-3- اندازه گیری فسفر. 46

3-4-4- اندازه گیری کلسیم. 47

3-4-5- اندازه گیری پتاسیم. 48

3-4-6- اندازه گیری رطوبت.. 48

3-4-7- اندازه گیری خاکستر. 49

3-4-8- اندازه گیری پروتئین.. 49

3-4- مرحله جداسازی و شناسایی باکتری های اسید استیکی و شناسایی آن ها 50

3-4-1- روش کشت.. 50

3-4-2- خالص سازی باکتری های استیکی.. 51

3-4-2-1- نگهداری جدایه های باکتری های اسید استیک…. 52

3-5-آزمون های تاییدی باکتری های استیکی.. 52

3-5-1-آزمون کاتالاز. 52

3-5-2- آزمون گرم. 53

3-6- استخراج DNA از جدایه های باکتریایی.. 54

3-7- انجام PCR و تکثیر ناحیه s rDNA16. 55

3-7-1- واکنش PCR. 55

3-7-2- تعیین توالی و مقایسه توالی ها 56

3-8- مرحله تولید الکل با استفاده از مخمر. 57

3-8-1-تهیه سوسپانسیون مخمر. 57

3-9- مرحله تهیه سرکه از محلول الکلی تهیه شده از تخمیر الکلی.. 59

3-9-1- انتخاب ایزوله های باکتری اسید استیک… 59

3-9-2- تهیه سوسپانسیون باکتری ها 59

3-10- آزمون های میکروبی و شیمیایی سرکه. 61

3-10-1- آزمون میکروبی.. 61

3-10-2- آزمون اندازه گیری pH.. 61

3-10-3- آزمون اسیدیته. 62

3-10-4- آزمون مواد جامد محلول. 62

3-10-5- آزمون اندازه گیری الکل. 62

3-11- مدل سازی.. 64

3-12- روش آماری تحلیلی داده ها 64

فصل چهارم

4-1- اندازه گیری ترکیبات خارک… 66

4-2- جداسازی وشناسایی فلور اسید استیکی نمونه های سرکه. 67

4-2-1- بررسی خصوصیات ظاهری پرگنه ها 67

4-2-2- آزمون های ابتدایی شناسایی (تایید اسید استیک باکتریایی بودن جدایه ها) 67

4-2-3- شناسایی جدایه ها در سطح جنس و گونه. 68

4-3- انتخاب جدایه های باکتری اسید استیک…. 70

4-3- تکنولوژی تولید سرکه. 73

4-3-1- آزمون های میکروبی.. 73

4-3-1-1- تغییرات رشد سلولی مخمرSaccharomyces cerevisiae. 73

4-3-1-2- تغییرات رشد سلولی باکتری های اسید استیکی.. 77

4-3-2- آزمون های شیمیایی.. 82

4-3-2-1-تغییرات pH نمونه های سرکه. 82

4-3-2-2-تغییرات اسیدیته نمونه های سرکه. 86

4-3-2-3- تغییرات مواد جامد محلول نمونه های سرکه. 90

4-3-2-4-تغییرات الکل نمونه های سرکه. 92

4-4- مدل سازی.. 97

4-4-1- مدل سازی رشد میکروبی.. 97

4-4-2- مدل سازی عوامل موثر بر تخمیر. 100

فصل پنجم

5-1- نتیجه گیری.. 111

5-2- پیشنهادات… 114

منابع.. 115

پیوست… 127

جدول 1-1- واکنش مخمرها طی فرآیند تخمیر الکلی.. 5

جدول 1-2- ترکیبات تشکیل دهنده خرما 8

جدول 1-3- طبقه بندی دوازده جنس خانوادهAcetobacteriacea. 11

جدول 1-4- روش های مولکولی شناسایی باکتری های اسید استیکی.. 16

جدول 1- 5- مدل های پیشبینی رشد میکروبی.. 23

جدول 2-1- شناسایی جدایه های باکتری اسید استیکی طی اسیدیفیکاسیون سرکه توسط تکنیک های متفاوت 29

جدول2-2- مدل های آزمایشی برای تخمیر سرکه آناناس با استفاده از yeast-S. cerevisiae M30 و AAB-A. aceti WK.. 34

جدول 3-1- لیست مواد شیمیایی مورد استفاده در این پژوهش…. 41

جدول 3-2- لیست مواد ژنتیکی مورد استفاده در این پژوهش…. 42

جدول 3-3- لیست تجهیزات مورد استفاده در این پژوهش…. 42

جدول 3-4- میزان مواد استفاده شده در واکنش PCR.. 55

جدول3-5- مراحل انجام واکنش PCR.. 56

جدول 3-6- نحوه تیماربندی جهت افزودن سوسپانسیون های مخمر و باکتری.. 61

جدول 4-1- ترکیبات اصلی خارک خرما رقم “هلیله ای”. 67

جدول 4-2 جدایه های مورد استفاده در واکنش PCR.. 69

جدول 4-3- مقایسه میزان اسیدیته و pH 30 جدایه اسید استیکی.. 71

جدول 4-4- مقایسه میزان رشد، مصرف الکل، اسیدیته و pH 12 جدایه اسید استیکی.. 72

جدول 4-5- نتایج حاصل از توالی یابی جدایه ها 73

جدول 4-6- مقایسه میانگین شمارش مخمر در طول 15 روز نگهداری.. 75

جدول 4-7- مدل سازی رشد مخمر طی تخمیر الکلیسرکه خارکخرما 98

جدول 4-8- مدل سازی رشد باکتری های اسید استیکی طی تخمیر استیکی سرکه خارک خرما 99

جدول 4-9- مدل های ارائه شده برای تغییرات بریکس با رشد باکتریA.pasteurianusدر عصاره های الکلی حاصل از 20، 30 و 40 درصد خارک خرما 104

جدول 4-10- مدل های ارائه شده برای تغییرات pH با رشد باکتریA.pasteurianusدر عصاره های الکلی حاصل از 20، 30 و 40 درصد خارک خرما 105

جدول 4-11- مدل های ارائه شده برای تغییرات اسیدیته با رشد باکتریA.pasteurianusدر عصاره های الکلی حاصل از 20، 30 و 40 درصد خارک خرما 106

جدول 4-12- مدل های ارائه شده برای تغییرات الکل با رشد باکتریA.pasteurianusدر عصاره های الکلی حاصل از 20، 30 و 40 درصد خارک خرما 107

جدول 4- 13- جدول مقایسه ضرایب همبستگی و میزان خطا برای تغییرات بریکس…. 108

جدول 4- 14- جدول مقایسه ضرایب همبستگی و میزان خطا برای تغییرات pH.. 108

جدول 4- 15- جدول مقایسه ضرایب همبستگی و میزان خطا برای تغییرات اسیدیته. 109

جدول 4- 16- جدول مقایسه ضرایب همبستگی و میزان خطا برای تغییرات الکل.. 109

شکل 3-1- روش کشت سطحی.. 51

شکل 3-2- مراحل جداسازی جدایه های باکتریایی.. 53

شکل 3-3- مرحله تخمیر الکلی تولید سرکه خارک خرما 58

شکل 3-4- مرحله اسیدیفیکاسیون تولید سرکه خارک خرما 60

شکل 3-5- اندازه گیری الکل نمونه ها 63

شکل 4-1- تصویر محصولات PCR در ژل الکتروفورز. 70

شکل 4-2- تغییرات سلولی باکتری های اسید استیکی در عصاره الکلی حاصل از تخمیر 20 درصد خارک خرما طی 15 روز 79

شکل 4-3- تغییرات سلولی باکتری های اسید استیکی در عصاره الکلی حاصل از تخمیر 30 درصد خارک خرما طی 15 روز 80

شکل 4-4- تغییرات سلولی باکتری های اسید استیکی در عصاره الکلی حاصل از تخمیر 40 درصد خارک خرما طی 15 روز 80

شکل 4-5- تغییرات pH در مرحله تخمیر الکلی.. 82

شکل 4-6- تغییرات pH در عصاره های الکلی خارک خرما طی تخمیر استیکی.. 84

شکل 4-7- تغییرات اسیدیته در مرحله تخمیر الکلی.. 86

شکل 4-8- تغییرات اسیدیته در عصاره های الکلی خارک خرما طی تخمیر استیکی.. 88

شکل 4-9- تغییرات مواد جامد محلول طی تخمیر الکلی و استیکی در غلظت 20 درصد خارک خرما طی 15 روز 90

شکل 4-10- تغییرات مواد جامد محلول با استفاده از جدایه های استیکی در غلظت 30 درصد خرما طی 15 روز 91

شکل 4-11- تغییرات مواد جامد محلول با استفاده از جدایه های استیکی در غلظت 40 درصد خرما طی 15 روز 91

شکل 4-12- تغییرات الکل در مرحله تخمیر الکلی.. 93

شکل 4-8- تغییرات الکل در عصاره های الکلی خارک خرما طی تخمیر استیکی.. 94

پیوست “الف”- مقایسه میانگین اثر جدایه در غلظت های مختلف از ماده اولیه بر میزان مواد جامد محلول (TSS) 128

پیوست “ب”- مقایسه میانگین اثر جدایه در غلظت های مختلف از ماده اولیه بر میزان pH.. 129

پیوست “ج”- مقایسه میانگین اثر جدایه در غلظت های مختلف از ماده اولیه بر میزان اسیدیته. 130

پیوند “د”- مقایسه میانگین اثر جدایه در غلظت های مختلف از ماده اولیه بر میزان الکل.. 131

پیوست “ه”- مقایسه میانگین شمارش باکتری های استیکی در طول 15 روز نگهداری.. 132

پیوست “و”- توالی ناحیه s rRNA16 برای باکتریAcetobacterpasteurianusدر NCBI منطبق با توالی جدایه FR22 133

پیوست “ز”- مقایسه میزان مشابهت توالی جدایه FR22 با توالی تطبیق یافته در NCBI. 134

پیوست “ح”- توالی ناحیه s rRNA16 برای باکتریAcetobacteracetiدر NCBI منطبق با توالی جدایه FR43 135

پیوست “ط”- مقایسه میزان مشابهت توالی جدایه FR43 با توالی تطبیق یافته در NCBI. 136

پیوست “ی”- توالی ناحیه s rRNA16 برای باکتریAcetobactertropicalisدر NCBI منطبق با توالی جدایه FR61 137

پیوست “ک”- مقایسه میزان مشابهت توالی جدایه FR61 با توالی تطبیق یافته در NCBI. 138

فصل اول

مقدمه و کلیات

1- مقدمه

سرکه فرآورده­ای است که از مواد مختلف قندی و نشاسته­ای از طریق تخمیر الکلی و استیکی تهیه می­شود. سرکه می­تواند از مواد خام مختلف و با روش­های متفاوت تولید گردد. در گذشته از سرکه به­عنوان نگهدارنده استفاده می­شد به­طوری که یا به­صورت طبیعی در ماده غذایی تولید می­گردید و یا به آن اضافه می­شد تا از رشد میکروبی نامطلوب در ماده غذایی جلوگیری کرده و ویژگی­های حسی آن را حفظ نماید (دی اوری و همکاران، 2002). استیک اسید یک طعم­دهنده و ترکیب ضد­میکروبی در سرکه می­باشد. همچنین مطالعاتی در زمینه اهمیت اسید استیک به­عنوان یک افزودنی غذایی جهت کمک به فرآیندهای غذایی به­منظور از بین بردن آلودگی قبل از توزیع و مصرف انجام گرفته است (مارشال و همکاران، 2000).

1-6-4-1- سایش با لیزر. 12

1-6-4-2- رسوب گیری بخار شیمیایی (CVD) 12

1-6-4-3- تخلیه قوس الكتریكی.. 13

1-6-4-4- اتوكلاو. 13

1-6-5- مقایسه ی خواص نانو لوله بورون نیترید با نانو لوله ی كربنی.. 13

1-6-5-1- الكترونگاتیویته. 14

1-6-5-2- شكل ظاهری.. 15

1-6-5-3- رسانایی و لومیسانس… 15

1-6-5-4- خواص مكانیكی و حرارتی.. 16

1-6-5-5- كاربرد. 16

1-6-6- كاربردهای نانو لوله بورون نیترید. 16

1-6-6-1- ذخیره هیدروژن. 16

1-6-6-2- نانو پركننده در كامپوزیت ها 16

1-6-6-3- سازگاری با بافت زنده و كاربرد آن. 17

1-6-6-4- كاربردهای دیگر. 17

1-7- مروری بر تحقیقات گذشته. 19

فصل دوم: مباحث تئوری.. 26

2-1- مقدمه. 27

2-2- مكانیك مولكولی (MM) 27

2-3- مكانیك كوانتومی (QM) 28

2-3-1- روش های نیمه تجربی.. 31

2-3-1-1- روش های تجربی میدان نیرو(مكانیك مولكولی) 31

2-3-2- روش های ab-initio. 32

2-3-3- توانایی های روش ab-initio. 32

2-3-4- محدودیت های روش ab-initio. 33

2-3-5- نكات قوت روشن ab-initio. 33

2-3-6- توابع پایه (basis set) 33

2-3-6-1- سری های پایه ی ظرفیتی ـ شكافته. 34

2-3-6-2- سری پایه ی قطبیده 35

2-3-6-3- سری پایه پخش شده 35

2-3-6-4- سری پایه ی اندازه ی حركت زاویه ای بالا. 35

2-3-7- روش هارتری ـ فاك… 36

2-3-7-1- روش هارتری ـ فاك محدود شده (RHF) و محدود نشده (UHF) 37

2-3-8- گرادیان و مشتقات مرتبه ی دوم هارتری ـ فاك… 37

2-3-9- همبستگی الكترونی.. 37

2-3-10- تئوری اختلال. 38

2-3-11- تئوریتابع چگال. 39

2-3-11-1- معادلات كوهن ـ شم. 41

2-3-11-2- اوربیتال های كوهن ـ شم. 42

2-3-11-2- روش چگالی موضعی (LDA) 44

2-3-11-4- روش های تصحیح گرادیان. 46

2-3-11-5- مزایا و معایب روش DFT. 46

2-4- روش های كامپیوتری.. 48

2-4-1- گوسین 98 (Gaussian 98) 48

2-4-2- نرم افزار Gauss view.. 50

2-4-3- هایپر كم. 50

2-4-4- Chem Draw.. 51

2-5- تاریخچه ی NMR.. 51

2-6- محاسبات آغازین پارامترهای NMR.. 52

2-6-1- روش های محاسبات كامپیوتری.. 53

2-6-2- روش GIAO.. 53

2-6-3- روش LGLO.. 54

فصل سوم: روش كار و بررسی داده ها 56

فصل چهارم: نتایج.. 75

4-1- بررسی نتایج حاصل برای ساختار B₂₁N₂₁در فاز گازی و دمای 298 كلوین. 76

4-2- بررسی نتایج حاصل برای ساختار B₂₁N₂₁در حلال های مختلف… 79

منابع.. 90

 

فهرست جداول

جدول (1-1) ویژگی های نانو لوله بورون نیترید در مقایسه با نانو لوله كربنی.. 14

جدول (1-2) بهبود هدایت گرمایی كامپوزیت های پلی مری نانو لوله های بورون نیترید. 17

جدول (2-1) مقایسه ی عملكرد روش های مختلف DFT (شباهت نتایج حاصل از روش MP2 یا روش تئوری تابعیت قابل توجه است) 47

جدول (3-1) مقادیر پارامترهای ترمودینامیكی برای نانو لوله B₂₁N₂₁تحت متدها و توابع گوسی مختلف در محیط گازی و دمای 298 كلوین 61

جدول (3-2) مقدار گشتاور دو قطبی تركیبی B₂₁N₂₁در متدها و توابع كوسی مختلف در فاز گاز و دمای 298 كلوین.. 61

جدول (3-3) توابع ترمودینامیكی به دست آمده در حال های مختلف تحت متد B3LYP و تابع پایه 6-31G.. 63

جدول (3-4) باركلی ایجاد شده در حلال های مختلف.. 64

جدول (3-5) مقدار گشتاور دو قطبی تركیب B₂₁N₂₁تحت متد B3LYP و تابع پایه 6-31G در حلال های مختلف.. 65

جدول (3-6) مقادیر پارامترهای NMR مربوط به تركیب B₂₁N₂₁تحت متد B3LYP و تابع پایه 6-31G در فاز گاز و دمای 298 كلوین 66

جدول (3-7) مقادیر پارامترهای NMR مربوط به تركیب B₂₁N₂₁تحت متد B3LYP و تابع پایه 6-31G در حلال آب.. 68

جدول (3-8) مقادیر پارامترهای NMR مربوط به تركیب B₂₁N₂₁تحت متد B3LYP و تابع پایه 6-31G در حلال نیترومتان 69

جدول (3-9) مقادیر پارامترهای NMR مربوط به تركیب B₂₁N₂₁تحت متد B3LYP و تابع پایه 6-31G در حلال اتانول. 70

جدول (3-10) مقادیر پارامترهای NMR مربوط به تركیب B₂₁N₂₁تحت متد B3LYP و تابع پایه 6-31G در حلال استون 71

جدول (3-11) مقادیر پارامترهای NMR مربوط به تركیب B₂₁N₂₁تحت متد B3LYP و تابع پایه 6-31G در حلال دی كلرواتان 72

جدول (3-12) مقادیر پارامترهای NMR مربوط به تركیب B₂₁N₂₁تحت متد B3LYP و تابع پایه 6-31G در حلال كلروفرم 73

جدول (3-13) مقادیر پارامترهای NMR مربوط به تركیب B₂₁N₂₁تحت متد B3LYP و تابع پایه 6-31G در حلال تترا کلرید کربن 74

فهرست اشكال و نمودار

شكل (1-1)الف: ساختار كلی نانو لوله های تك لایه و چند لایه. 6

ب: نانو لوله تك لایه و چند لایه كربنی.. 6

شكل (1-2)الف: ساختار نانو لوله كربنی بسته با پیكربندی (a) صندلی شكل (b) زیگزاگی و © كایرال. 8

ب: ساختار نانو لوله بورون نیترید باز با پیكربندی (a) صندلی شكل (b) زیگزاگی و © كایرال. 8

شكل (1-3) ساختار نانو لوله بورون نیترید با فرمول عمومی برای 10-1=n. 9

شكل (1-4) ساختارهای (a) صندلی، (b) زیگزاگ و © كایرال نانو لوله بورون نیترید. 11

شكل (1-5) نانو لوله كربنی و نانو لوله بورون نیترید. 14

شكل (1-6) شكل ظاهری نانو لوله كربنی (a) و نانو لوله بورون نیترید (b) 15

شكل (1-7) (a) تصویر TEM از نانو لوله بورون نیترید با ساختار فنجانی انباشته. (b) تصویر بزرگنمایی شده HREM نانو لوله © مدل ساختاری نانو لوله دارای چهار دیواره ای با ساختار فنجانی انباشته (d) تصویر TEM از نانو لوله بامبو مانند و (e) تصویر بزرگنمایی شده HREM مربوط به بخشی از تصویر d كه با فلش سفید نشان داده شده است. 18

شكل (3-1) ساختار B₂₁N₂₁از ابعاد مختلف.. 59

شكل (4-1) نمودار انرژی آزاد گیبس در متدها و توابع پایه ی مختلف.. 76

شكل (4-2) نمودار آنتالپی در متدها و توابع پایه ی مختلف.. 77

شكل (4-3) نمودار انرژی درونی در متدها و توابع پایه ی مختلف.. 77

شكل (4-4) نمودار zero point energy در متدها و توابع پایه ی مختلف.. 78

شكل (4-5) نمودار ممان دو قطبی سیستم B₂₁N₂در متدها و توابع پایه ی مختلف.. 79

شكل (4-6) نمودار گشتاورهای دو قطبی سیستم B₂₁N₂₁در حلال های مختلف.. 80

شكل (4-7) نمودار бise برای اتم های مختلف ساختار B₂₁N₂₁در حلال های مختلف.. 80

شكل (4-8) نمودار б_anisoبرای اتم های مختلف ساختار B₂₁N₂₁در حلال های مختلف.. 81

شكل (4-9) نمودار d برای اتم های مختلف ساختار B₂₁N₂₁در حلال های مختلف.. 81

شكل (4-10) نمودار h برای اتم های مختلف ساختار B₂₁N₂₁در حلال های مختلف.. 82

شكل (4-11) نمودار Dб برای اتم های مختلف ساختار B₂₁N₂₁در حلال های مختلف.. 82

شكل (4-12) نمودار پارامترهای رزونانس مغناطیسی هسته ی سیستم B₂₁N₂₁در فاز گازی و دمای 298 كلوین.. 83

شكل (4-13) نمودار پارامترهای رزونانس مغناطیسی هسته ی سیستم B₂₁N₂₁در حلال آب.. 83

شكل (4-14) نمودار پارامترهای رزونانس مغناطیسی هسته ی سیستم B₂₁N₂₁در نیترومتان. 84

شكل (4-15) نمودار پارامترهای رزونانس مغناطیسی هسته ی سیستم B₂₁N₂₁در اتانول. 84

شكل (4-16) نمودار پارامترهای رزونانس مغناطیسی هسته ی سیستم B₂₁N₂₁در استون. 85

شكل (4-17) نمودار پارامترهای رزونانس مغناطیسی هسته ی سیستم B₂₁N₂₁در 2 و 1- دی كلرو اتان. 85

شكل (4-18) نمودار پارامترهای رزونانس مغناطیسی هسته ی سیستم B₂₁N₂₁در كلروفرم. 86

شكل (4-19) نمودار پارامترهای رزونانس مغناطیسی هسته ی سیستم B₂₁N₂₁در تتراكلرید كربن.. 86

شكل (4-20) نمودار بار كلی اتم ها بر حسب ساختار B₂₁N₂₁در حلال های مختلف.. 87

شكل (4-21) نمودار باركلی اتم ها بر حسب ساختار B₂₁N₂₁در فاز گازی و دمای 298 كلوین.. 87

شكل (4-22) نمودار باركلی اتم ها برحسب ساختار B₂₁N₂₁در حلال قطبی آب.. 88

شكل (4-23) نمودار باركلی اتم ها برحسب ساختار B₂₁N₂₁در حلال غیرقطبی تتراكلریدكربن.. 88

 

فصل اول

مقدمه و مروری بر تحقیقات گذشته

 

1-1- مقدمه

با نگاهی به تاریخ علم و تكنولوژی می توان مشاهده كرد كه اختراع و اكتشافات جدید راهبردی نو در عرصه زندگی بشر ایجاد كرده است، به گونه ای كه هر اختراع و اكتشافی عموماً جهت راحتی و آسایش بشر بوده است ولی در برخی موارد انسان با استفاده نادرست از این فناوری ها خود مسیر زندگی خویش را تغییر داده است و هر اختراعی بر شاخه های دیگر علوم نیز تأثیرگذار بوده است.

سال 1959 سالی تاریخی برای علوم و تكنولوژی است زیرا در این سال اتفاق های عظیمی به وقوع پیوست كه شامل پرتاب اولین شیء فضایی به ماه، ساخت اسیدهای نوكلئیك مصنوعی و ساخت اولین دستگاه زیراكس بود.[3]

در روزهای آخر سال 1959 ریچارد فاینمن[1] مشهورترین فیزیكدان دهه ی 60 میلادی، پیشنهاد كرد كه می توان اتم های مجزا را دستكاری كرد و مواد و ساختارهای كوچكی را تولید نمود كه خواص متفاوتی دارد. در آن زمان این فعالیت را نانوتكنولوژی نمی نامیدند. ریجارد فاینمن در سال 1965 موفق به ساخت سیلیكون های منفذدار و تولید نانوذرات فلزی شد و در همین سال برنده ی جایزه ی نوبل فیزیك شد. اریك دركسلر؛ دانشجوی فاینمن فعالیت های استاد خود را ادامه داد و یك تصویر اساس سیستم های ماشینی مولكولی ارائه داد و به فعالیت های خود و استادش نام «نانوتكنولوژی[2]» داد. در سال 1966 ریچارد فاینمن موفق به ساخت اولین وسیله در حد نانو شد.[3]

2-2-5. سطح مطالعه ی گرایش احساس…………………………………………. 11

2-2-6. منابع لغوی………………………………………………………………. 11

2-2-7. مشخصه های استفاده شده در مطالعات قبلی……………………………… 12

2-2-8. خلاصه سازی…………………………………………………………….. 12

2-2-9. وزن دهی…………………………………………………………………. 12

2-2-10. شناسایی نظرات نامطلوب……………………………………………… 13

2-2-11. پیش پردازش های لازم بر روی متن……………………………………. 13

2-3. ضعف هایی در مطالعات قبل که در راستای رفع آن ها تلاش شده است ………………………………. 14

فصل3معماری پیشنهادی برای یک موتور جستجوی نظرات…………………… 15

3-1. مقدمه……………………………………………………………………….. 16

3-2. واسط کاربر…………………………………………………………………. 16

3-3. مدیریت کننده ی جستجو……………………………………………………. 17

3-4. خلاصه ساز نتایج……………………………………………………………. 17

3-5. رتبه بند………………………………………………………………………. 17

3-6. گسترش دهنده ی پرس و جو…………………………………………………. 18

3-7. پایگاه داده ی اطلاعات تحلیل شده…………………………………………… 18

3-8. خزش گر متمرکز……………………………………………………………. 18

3-8-1. شناسایی وجود احساس……………………………………………… 19

3-8-2. تشخیص موضوع…………………………………………………….. 19

3-8-3. تشخیص زبان………………………………………………………… 19

3-9. پایگاه داده ی اسناد خام………………………………………………………. 19

3-10. تجزیه و تحلیل داده ها………………………………………………………. 19

3-10-1. تشخیص هدف عقیده………………………………………………. 20

3-10-2. تشخیص شخص بیان کننده ی اظهار نظر……………………………. 20

3-10-3. رده بندی احساس…………………………………………………… 20

3-10-4. تشخیص نظرات نا مطلوب………………………………………….. 20

3-10-5. وزن گذاری نظر……………………………………………………… 20

3-10-6. تجزیه و تحلیل شبکه های اجتماعی………………………………….. 21

3-11. پیش پردازش اسناد و متون………………………………………………… 21

3-11-1. استخراج جملات…………………………………………………… 21

3-11-2. قطعه بندی…………………………………………………………… 22

3-11-3. بررسی املا………………………………………………………….. 22

3-11-4. ریشه یابی……………………………………………………………. 22

3-11-5. نرمال سازی………………………………………………………….. 22

3-11-6. تجزیه……………………………………………………………….. 23

3-11-7. برچسب گذاری اجزاء گفتار………………………………………… 23

3-12. پایگاه داده ی اطلاعات پیش پردازش شده………………………………….. 23

فصل4 روش تحقیق، آزمایش ها، و نتایج………………………………………… 25

4-1. مقدمه……………………………………………………………………….. 26

4-2. انتخاب زمینه……………………………………………………………….. 26

4-3. انتخاب و استخراج نظرات…………………………………………………. 27

4-4. مشخصه های مورد استفاده………………………………………………….. 28

4-5. پیش پردازش های انجام شده و استخراج بردار های مشخصه………………… 30

4-6. انتخاب رده بند ها……………………………………………………………. 31

4-7. آزمایش های انجام شده……………………………………………………… 32

4-8. تحلیل نتایج…………………………………………………………………. 41

4-8-1. بهترین نتایج………………………………………………………….. 41

4-8-2. بررسی ترکیب دو مشخصه ی “گرایش آغازگر”، و “نشانه های سؤال”.. 41

4-8-3. بررسی افزودن مشخصه ی “صفات و قیود استخراج شده به صورت خود کار” به دو مشخصه ی قبل……………………………………………………. 42

4-8-4. بررسی تک تک مشخصه ها…………………………………………… 43

4-8-5. بررسی لحاظ و عدم لحاظ “نرمال سازی” و “تعداد رخداد” مشخصه ها. 44

4-8-6. بررسی رده بندهای مورد استفاده……………………………………… 45

4-8-7. بررسی تاثیر حذف برخی از صفات و قیود وابسته به زمینه…………. 46

4-8-8. بررسی برخی از رده بند های مهم و شناخته شده ی دیگر……………… 46

فصل5 نتیجه گیری و کار های آتی………………………………………………… 48

5-1. نتیجه گیری………………………………………………………………….. 49

5-2. کار های آتی…………………………………………………………………. 50

مراجع و ماخذ……………………………………………………………………. 51

پیوست الف: 50 اظهار نظر استفاده شده (از 30 خبر)، به همراه مشخصه های استخراج شده از داخل آن ها………………………………………………………. 55

واژه نامه فارسی- انگلیسی………………………………………………………… 86

واژه نامه انگلیسی- فارسی………………………………………………………… 88

چکیده ی انگلیسی………………………………………………………………………………………………….. 90

 

فهرست جداول

جدول4-1. نتایج بدست آمده با لحاظ تعداد رخداد و بدون نرمال سازی توسط رده بند Naïve Bayesian…………………………………………………………… 34

جدول4-2. نتایج بدست آمده با لحاظ تعداد رخداد و بدون نرمال سازی توسط رده بند SVM………………………………………………………………………. 35

جدول4-3. نتایج بدست آمده با لحاظ تعداد رخداد و بصورت نرمال شده توسط رده بند Naïve Bayesian…………………………………………………………… 36

جدول4-4. نتایج بدست آمده با لحاظ تعداد رخداد و بصورت نرمال شده توسط رد بند SVM……………………………………………………………………….. 37

جدول4-5. نتایج بدست آمده بدون لحاظ تعداد رخداد توسط رده بند Naïve Bayesian…………………………………………………………………………. 38

جدول4-6. نتایج بدست آمده بدون لحاظ تعداد رخداد توسط رده بند SVM……. 39

جدول4-7. نتایج آزمایش مجدد 3 حالت منتخب پس از افزودن صفات و قیود وابسته به زمینه در کنار نتایج قبل…………………………………………………. 40

جدول4-8. نتایج استفاده از رده بند های دیگر در کنار نتایج قبل برای 4 حالت منتخب……………………………………………………………………………. 40

فهرست اشکال

شکل3-1. معماری پیشنهادی برای یک “موتور جستجوی نظرات”……………… 24

فصل 1

مقدمه

 

1-1. مقدمه و ضرورت تحقیق

اطلاع از نظر دیگران از نقطه نظرات گوناگون دارای اهمیت فراوانی است. تصور کنید که قصد دارید کالا یا خدماتی را خریداری کنید. آگاهی از نظر مثبت یا منفی افرادی که قبلا آن کالا یا خدمات را خریداری کرده اند چقدر برای شما اهمیت دارد؟ آیا نظر آن ها می تواند بر تصمیم شما تاثیر گذار باشد؟ اگر یک شرکت خدماتی داشتید به چه میزان علاقه مند به اطلاع از نظر مخاطبین خود در رابطه با مطلوبیت یا عدم مطلوبیت خدمات خود بودید؟ آیا اطلاع از نظر آن ها در اتخاذ تصمیمات بهتر به شما کمک می کرد؟ اگر یک کاندیدای انتخاباتی بودید تمایل داشتید تا از اقبال یا عدم اقبال رای دهندگان نسبت به خود خبر داشته باشید؟

اگر به اطرافمان نگاه کنیم می بینیم که افراد حقیقی و حقوقی گوناگون از شرکت های بزرگ و سیاستمداران گرفته، تا افراد عادی جامعه در تصمیمات کوچک و بزرگ خود تحت تاثیر نظرات دیگران قرار دارند. طبیعتاً در چنین وضعیتی اطلاع از نظرات افراد اهمیت فراوانی پیدا می کند.

از طرف دیگر با ظهور وب و گسترش مشارکت کاربران در سال های اخیر به خصوص با ظهور پدیده هایی مثل وبلاگ ها[1] و شبکه های اجتماعی[2]، و تمایل کاربران برای اظهار و به اشتراک گذاری نظرات خود پیرامون مسائل مختلف، شاهد حجم انبوهی از نظرات مکتوبی هستیم که هرگز تاکنون با این حجم، تنوع، و آسانی در دسترس قرار نداشته اند. این موضوع به همراه اهمیت ذکر شده در مورد اطلاع از نظر دیگران توجه محققین علوم کامپیوتر بویژه محققین حوزه ی داده کاوی[3] را به خود جلب کرده است و موجب شکل گیری حوزه ای جدید تحت عنوان “کاوش در نظرات[4]” گردیده است. بر اساس [1] شاید بتوان سال 2001 میلادی را نقطه ی عطفی برای این توجهات دانست.

به مرور زمان ابعاد گوناگون جدیدی در حوزه ی کاوش در نظرات نمایان گشتند و تحقیقات متنوعی در رابطه با هر یک از این ابعاد شکل گرفتند. به عنوان نمونه نیاز به اطلاع از هویت و مشخصات شخصی که یک نظر را اظهار کرده است مثلا برای تعیین میزان سودمندی آن اظهار نظر، و یا نیاز به تشخیص نظراتی که برای اهداف نامطلوب (از قبیل تبلیغات جهت دار به نفع یا بر علیه یک کالا) درج شده اند از جمله ی این ابعاد هستند. مروری بر تحقیقات انجام شده در حوزه ی کاوش در نظرات را می توان در [1] و [2] دید. در فصل دو به معرفی ابعاد گوناگون این حوزه و نیز چالش های مشترک این حوزه با حوزه های دیگر متن کاوی[5] (نظیر قطعه بندی متن[6] و برچسب زدن اجزاء گفتار[7]) خواهیم پرداخت.

وقتی شخصی در رابطه با چیزی نظری را بیان می کند، این نظر می تواند حاوی ویژگی های احساسی نظیر خشم، ترس، خوشحالی، و … باشد. از جمله ی ویژگی های احساسی موجود در نظرات که از مهمترین و اولیه ترین بحث هایی بوده که در حوزه ی کاوش در نظرات مطرح بوده است، گرایش یا به عبارت دیگر مثبت یا منفی بودن نظر اظهار شده در مورد هدف اظهار نظر است. از تشخیص این ویژگی احساسی در ادبیات این حوزه تحت عناوین “رده بندی احساس[8]”، “تحلیل احساس[9]”، “تشخیص قطبیت احساس[10]”، و “تشخیص گرایش احساس[11]” یاد می شود. برای مثال اظهار نظر “تصویر این تلویزیون خیلی با کیفیت است” حاوی احساس مثبت نسبت به کیفیت تصویر تلویزیون است و در طبقه بندی مثبت قرار می گیرد، و اظهار نظر “تماشای این فیلم را به کسی توصیه نمی کنم” حاوی احساس منفی نسبت به فیلم مورد نظر است.

آگاهی از “گرایش احساس در نظرات[12]” کاربران در حوزه های مختلف از قبیل تجارت، سیاست، تعامل بین انسان و کامپیوتر (برای تعیین نوع عکس العمل ماشین بر اساس نظر انسان)، و در انواع تصمیم گیری های افراد حقیقی و حقوقی کاربرد فراوانی دارد که در آغاز بحث برخی از آن ها مورد اشاره قرار گرفتند. این موضوع به همراه حجم پایین کار انجام شده ی مرتبط در حوزه ی زبان فارسی (در جستجوی انجام شده هیچ مقاله ی منتشر شده ای در این حوزه برای زبان فارسی یافت نشد)، انجام مطالعه در این رابطه برای نظرات بیان شده به زبان فارسی را ضروری می نماید.

علاوه بر نیاز به تحقیقات در حوزه ی مذکور، اکنون پس از حدود یک دهه که از شروع مطالعات در زمینه ی کاوش در نظرات می گذرد و ابعاد گوناگونی از آن روشن شده و تا حدودی برروی آن ها تحقیق شده است، جای خالی سیستمی که از محصولات خروجی از تحقیقات این حوزه های تحقیقاتی، به صورت مجتمع و ترکیبی بهره ببرد و با تجمیع و هماهنگی بین آن ها همراه با استفاده از محصولات تحقیقات زمینه های مرتبط دیگر، به ارائه ی سرویس های کاربردی و ترکیبی ای بپردازد که به تنهایی توسط هیچ یک از این بخش ها و بدون همکاری با بخش های دیگر امکان پذیر نخواهد بود دیده می شود. چنین سیستمی که کاربران بتوانند انواع گوناگون از نیاز های خود را به خوبی به آن منتقل کنند و آن ها را در مدت زمان کوتاهی دریافت کنند قطعا مورد استقبال شدید کاربران مختلف قرار خواهد گرفت. به عنوان مثال ممکن است تولید کنندگان یک کالای تخصصی با کاربرد صنعتی، نیاز به آگاهی از گرایش نظرات افرادی که دارای تخصص در آن صنعت هستند در رابطه با آن کالای خاص و به صورت خلاصه شده داشته باشند. در چنین حالتی سیستم با استفاده از محصول بدست آمده از تحقیقات انجام شده برای تشخیص هویت اظهارنظرکنندگان و استخراج خصوصیات آن ها، نظراتی که توسط افراد مورد نظر بیان شده اند را شناسایی می کند؛ سپس از میان آن ها با استفاده از محصول تحقیقات انجام شده برای تشخیص هدف اظهارنظر، نظراتی که در رابطه با کالای مورد نظر بیان شده اند را جدا می کند؛ بعد از آن مثبت یا منفی بودن گرایش این نظرات را با استفاده از محصول بدست آمده از تحقیقات مربوط به “تشخیص گرایش احساس” تعیین می کند؛ و نهایتاً با استفاده از محصول بدست آمده از تحقیقات انجام شده در رابطه با خلاصه سازی نتایج حاصل را خلاصه سازی کرده و به کاربر نمایش می دهد. مثال های دیگری از نیازهایی متنوعی که کاربران مختلف می توانند با در اختیار داشتن چنین سیستمی به آن ها دستیابی پیدا کنند عبارتند از : یافتن اشخاصی که در رابطه با یک هدف خاص دارای نظر مثبت هستند، یافتن نظرات منفی که در رابطه با هدفی خاص و در یک بازه ی زمانی خاص بیان شده اند، و یافتن گرایش کاربرانی که در یک منطقه ی خاص سکونت دارند و در محدوده ی سنی خاصی هستند نسبت به یک موضوع اجتماعی.

1-2. اهداف تحقیق

بر اساس ضرورتی که برای کار در حوزه ی تشخیص گرایش احساس در نظرات کاربران بویژه در زبان فارسی ذکر شد در فصل چهار از این پروژه به این موضوع می پردازیم و سعی در رده بندی[13] گرایش نظرات کاربران در غالب دو رده ی مثبت و منفی خواهیم داشت.

بنابر [2] این مسئله می تواند در قالب یک مسئله ی “یادگیری تحت نظارت[14]” بیان شود که دارای رده های مثبت، منفی، و خنثی است و داده های استفاده شده (برای آموزش[15] و آزمایش[16]) در تحقیقات موجود در این رابطه، اغلب نظراتی است که کاربران در مورد کالاها اظهار کرده اند. مزیت استفاده از این داده ها آماده بودن آن ها به دلیل مشخص بودن مثبت، منفی، یا خنثی بودن آن ها ذکر شده است.

برای فراهم کردن داده های مورد بررسی در این پایان نامه، پس از بررسی زمینه های گوناگون نظیر نظرات کاربران در شبکه های اجتماعی، و نظرات کاربران در مورد گوشی های موبایل، نهایتا نظرات کاربران در یکی از پربازدید ترین پایگاه های خبری یعنی پایگاه خبری تابناک انتخاب گردید. به روز بودن و متنوع بودن اخبار درج شده در این پایگاه بستر مناسبی برای ارزیابی نظرات مردم در رابطه با موضوعات گوناگون از قبیل سیاسی، اجتماعی، و اقتصادی را فراهم می کند.

به طور خلاصه هدف از کار انجام شده در فصل چهار از این پایان نامه تشخیص مثبت یا منفی بودن گرایش احساس موجود در نظرات کاربران سایت خبری پربازدید تابناک با استفاده از برخی رده بندهای شناخته شده و مشخصه های جدید ارائه شده است. در این راستا تلاش می شود تا قابلیت رده بند های مورد استفاده و حالات و ترکیب های گوناگون مشخصه های معرفی شده مورد بررسی قرار گیرند.

در راستای نیاز به استفاده ی مجتمع از دستاورد های تحقیقات مختلف زیر مجموعه ی حوزه ی کاوش در نظرات و تحقیقات حوزه های دیگر و ارائه ی خدمات ترکیبی مورد درخواست کاربران که در بخش 1-2 مطرح شد، هدف از فصل سه ارائه ی ایده ی جدیدی در حوزه ی کاوش در نظرات است که به رفع این نیاز کمک کند. در این فصل تلاش خواهد شد تا با در کنار هم قرار دادن محصولات تحقیقات انجام شده در حوزه ی کاوش در نظرات و برخی حوزه های مرتبط پردازش متن، هماهنگی میان آن ها، الهام گرفتن از معماری موتور های جستجوی دیگر، و ارائه ی نوآوری، ایده و معماری پیشنهادی برای سیستمی تحت عنوان “موتور جستجوی نظرات” ارائه شود.

[1] Weblog

[2] Social Network

[3] Data Mining

[4] Opinion Mining

…………………………………………………… 19

2-4 تقریب هارتری – فوک ………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 21

2-5 چگالی الکترون ها ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 23

2-6 نظریه تابعی چگالی ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 25

2-7 نظریه توماس – فرمی ……………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 26

2-8 قضایای هوهنبرگ – کوهن ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 28

2-8-1 قضیه اول هوهنبرگ – کوهن ………………………………………………………………………………………………………………………………… 28

2-8-2 قضیه دوم هوهنبرگ – کوهن ……………………………………………………………………………………………………………………………….. 30

2-9 معادلات تک الکترونی کوهن – شم ………………………………………………………………………………………………………………………….. 31

2-10 تابع انرژی تبادلی – همبستگی ……………………………………………………………………………………………………………………………….. 35

2-10-1 تقریب چگالی موضعی …………………………………………………………………………………………………………………………………………. 35

2-10-2 تقریب شیب تعمیم یافته …………………………………………………………………………………………………………………………………….. 36

2-10-3 تقریب شیب تعمیم یافته وو – کوهن …………………………………………………………………………………………………………………. 38

2-10-4 تابع های هیبرید ………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 38

2-11 روش های حل معادلات کوهن – شم ………………………………………………………………………………………………………………………39

2-11-1 روش امواج تخت بهبود یافته (APW) ……………………………………………………………………………………………………………… 40

2-11-2 روش امواج تخت بهبود یافته خطی (LAPW) ………………………………………………………………………………………………… 41

2-11-3 روش امواج تخت بهبود یافته خطی با اوربیتال های موضعی (LAPW+LO) ………………………………………………. 42

فصل سوم : مروری بر کارهای دیگران

3-1 مطالعات تئوری ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 44

3-1-1 سولفیدروی خالص (ZnS) ………………………………………………………………………………………………………………………………….. 44

3-2 مروری بر کارهای نظری صورت گرفته روی DMS ها …………………………………………………………………………………………… 46

3-2-1 ZnS:Cr ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 46

3-2-2 ZnS:Mn …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 48

3-2-3 ZnS:Fe ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 50

3-3 مطالعات تجربی …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 54

3-3-1 ZnS:Cr ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 54

3-3-2 ZnS:Fe …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 57

3-3-3 ZnS:Mn …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 60

فصل چهارم : بررسی خواص الکترونی ومغناطیسیZnSخالص و آلایش یافته با عناصرواسطه

4-1 جزئیات محاسبات ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 64

4-1-1 بهینه سازی پارامترهای ورودی …………………………………………………………………………………………………………………………….. 65

4-2 بررسی خواص مغناطیسی نیمرساناهای ZnS:TM …………………………………………………………………………………………………. 71

4-2-1 فاز پایدار حالت پایه نیمرساناهای ZnS:TM ……………………………………………………………………………………………………… 71

4-2-2 محاسبه ساختارنواری ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… 74

4-2-3 چگالی حالات (DOS) ……………………………………………………………………………………………………………………………………………83

4-2-3-1 بررسی چگالی حالات و خواص مغناطیسی ZnS خالص………………………………………………………………………………….. 83

4-2-3-2 بررسی چگالی حالات و خواص مغناطیسی ZnS آلاییده با عناصر مغناطیسی ………………………………………………. 86

4-3-3 بررسی گشتاورهای مغناطیسی در نیمرساناهای ZnS:TM ……………………………………………………………………………….. 96

نتیجه گیری …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 98

مراجع ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 100

فهرست اشکال

 

فصل اول

شکل ( 1-1 ) : ساختار مکعبی زینک بلند …………………………………………………………………………………………………………………………… 4

شکل (1 -2 ) : ساختار شش گوشی وورت سایت که از دو زیر شبکه تنگ پکیده شش گوشی تشکیل شده است . بردارهای ، بردار انتقال اولیه و نقاط انتهایی بردارهای پایه ، در شکل مشخص است ………………………………………………………………. 5

شکل ( 1- 3) : ساختار نواری ZnS که با روش امواج تخت بهبودیافته خطی بدست آمده است ……………………………………… 6

فصل دوم

شکل ( 2-1 ) : تفکیک سلول واحد به I : ناحیه بین جایگاهی ، II : درون کره ها …………………………………………………………. 40

فصل سوم

شکل ( 3-1 ) : ساختارنواری سولفیدروی خالص ………………………………………………………………………………………………………………. 45

شکل ( 3-2 ) : ساختار نواری با قطبش اسپینی برای نمونه های ZnS آلاییده با کروم ، الف)اسپین بالا ، ب) اسپین پایین ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 46

شکل( 3-3 ) : نمودار چگالی حالات کلی سولفیدروی آلاییده با کروم………………………………………………………………………………. 47

شکل ( 3-4 ) : ساختار نواری با قطبش اسپینی برای نمونه سولفیدروی آلاییده با 25% منگنز ،الف) اسپین پایین ، ب) اسپین بالا …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 48

شکل ( 3-5 ) : نمودار چگالی کلی حالات سولفیدروی آلاییده آن با 25% منگنز(ZnS:Mn) ………………………………………… 49

شکل ( 3-6 ) : ساختار نواری با قطبش اسپینی برای نمونهZnS:Fe ، الف) اسپین پایین ،ب) اسپین پایین بالا …………… 50

شکل ( 3-7 ) : نمودار چگالی حالات کلی و جزئی سولفیدروی آلاییده با 25% آهن(ZnS:Fe) …………………………………….. 51

شکل ( 3-8 ) : مقایسه گاف نواری (ب) و ثابت شبکه (الف) نمونه آلاییده سولفیدروی برحسب نوع ناخالصی ……………… 52

شکل( 3-9 ) : مقایسه فاز فرومغناطیس و آنتی فرومغناطیس برای سولفیدروی آلاییده با فلزات واسطه (V, Cr, Mn , Fe, Co, Ni) …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 53

شکل( 3-10 ) : طیفXRD نمونه های ZnS:Cr……………………………………………………………………………………………………………… 55

شکل( 3-11 ) : ثابت شبکه بر حسب درصد ناخالصی های نمونه های ZnS:Cr …………………………………………………………. 55

شکل ( 3-12 ) : طیف جذبی نمونه های خالص و آلاییده با کروم…………………………………………………………………………………… 56

شکل( 3-13 ) : نمودار تغییرات گاف نواری نمونه های آلاییده در مقایسه با نمونه خالص سولفیدروی …………………………. 56

شکل ( 3-14 ) : طیف XRD نمونه های ZnS:Fe ………………………………………………………………………………………………………… 57

شکل( 3-15 ) : طیف جذبی نمونه های ZnS:Fe مطالعه شده ………………………………………………………………………………………. 58

شکل ( 3-16 ) : حلقه پسماند نمونه های ZnS:Fe با درصدهای آلایش متفاوت …………………………………………………………… 59

شکل ( 3-17 ) : طیف XRD نمونه ZnS:Mn ……………………………………………………………………………………………………………….. 60

شکل ( 3-18 ) : طیف های XRD ثبت شده برای نمونه های سولفیدروی خالص و آلاییده با 03/0% منگنز و کروم ….. 61

شکل ( 3-19 ) : حلقه پسماند نمونه های خالص و آلاییده سولفیدروی …………………………………………………………………………. 62

فصل چهارم

شکل ( 4-1 ) : تغییرات انرژی کل برحسب حجم در نمونه ZnS خالص ………………………………………………………………………… 69

شکل ( 4-2 ) : تغییرات انرژی کل برحسب حجم در نمونه سولفیدروی آلاییده با 25% کروم ……………………………………….. 69

شکل (4-3) : تغییرات انرژی کل برحسب حجم در نمونه سولفیدروی آلاییده با 25% منگنز …………………………………………. 70

شکل ( 4-4 ) : ساختارنواری نمونه خالص ZnS ……………………………………………………………………………………………………………… 75

شکل ( 4-5 ) : ساختارنواری نمونه ZnS:Cr(6.25%) در فازفرومغناطیس با استفاده از تقریب GGA، الف) اسپین پایین ، ب) اسپین بالا……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 76

شکل (4-6) : ساختارنواری نمونه ZnS:Cr(12.5%) در فازفرومغناطیس با استفاده از تقریب GGA ، الف) اسپین پایین ، ب) اسپین بالا……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 76

شکل ( 4-7 ) : ساختارنواری نمونه ZnS:Cr(25%) در فازفرومغناطیس با استفاده از تقریب GGA، الف) اسپین پایین ، ب) اسپین بالا . ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 77

شکل (4-8) : ساختارنواری نمونه ZnS:Cr(25%) در فازفرومغناطیس با استفاده از تقریبEECE، الف) اسپین پایین ، ب) اسپین بالا……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 77

شکل( 4-9 ) : ساختارنواری نمونه ZnS:Fe(6.25%) در فازفرومغناطیس با استفاده از تقریب GGA ، الف) اسپین پایین ، ب) اسپین بالا……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 78

شکل( 4-10 ) : ساختارنواری نمونه ZnS:Fe(6.25%) در فازفرومغناطیس با استفاده از تقریبEECE ، الف) اسپین پایین ، ب) اسپین بالا …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 78

شکل ( 4-11 ) : ساختارنواری نمونه ZnS:Fe(12.5%) در فازفرومغناطیس با استفاده از تقریب GGA ، الف) اسپین پایین ، ب) اسپین بالا…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 79

شکل ( 4-12 ) : ساختارنواری نمونه ZnS:Fe(12.5%) در فازآنتی فرومغناطیس با استفاده از تقریب GGA ……………. 79

شکل ( 4-13) : ساختارنواری نمونه ZnS:Fe(25%) در فازفرومغناطیس با استفاده از تقریب GGA ، الف) اسپین پایین ، ب) اسپین بالا……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 80

شکل ( 4-14) : ساختارنواری نمونه ZnS:Mn(6.25%) در فازآنتی فرومغناطیس با استفاده از تقریب GGA …………… 80

شکل ( 4-15 ) : ساختارنواری نمونه ZnS:Mn(12.5%) در فازآنتی فرومغناطیس با استفاده از تقریب GGA……………. 81

شکل ( 4 -16) : ساختارنواری نمونه ZnS:Mn(25%) در فازآنتی فرومغناطیس با استفاده از تقریب GGA……………….. 81

شکل (4 -17) : ساختارنواری نمونه ZnS:Mn(25%) در فازآنتی فرومغناطیس با استفاده از تقریبEECE………………… 81

شکل ( 4-18) : چگالی حالات کلی محاسبه شده برای سولفیدروی خالص …………………………………………………………………….. 83

شکل ( 4-19 ) : چگالی حالات کلی سولفیدروی (اسپین بالا) و چگالی حالت های جزئی اوربیتال های s و p اتم روی ….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 84

شکل ( 4-20 ) : چگالی حالات کلی سولفیدروی (اسپین بالا) وهمچنین چگالی حالت های جزئی مربوط به اوربیتال s وp اتم سولفور ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 85

شکل( 4-21 ) : چگالی حالت های کلی و جزئی سولفیدروی آلاییده با 25% اتم کروم الف) اوربیتال s ،ب) اوربیتال p ،ج) اوربیتال d اتم کروم . به منظور مقایسه سهم هر یک از اوربیتال ها در چگالی حالت های کل ، چگالی حالت کل نیز در این شکل هانمایش داده شده است ……………………………………………………………………………………………………………………………………………. 88

شکل( 4-22 ) : چگالی حالت های کلی و جزئی نمونه سولفیدروی آلاییده با کروم الف) با آلایش 25/6% ب) با آلایش 5/12% ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 88

شکل( 4-23 ) : چگالی حالت های کلی و جزئی نمونه :Cr(25%) ZnS ، الف) با استفاده از تقریب GGA ، ب) با استفاده از تقریب EECE ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 89

شکل(4-24) : چگالی حالت های کلی و جزئی نمونه های سولفیدروی آلاییده با منگنز الف) با آلایش 25/6 % ،ب) با آلایش 5/12% ،ج) با آلایش 25% که با استفاده از تقریب GGA محاسبه شده اند ، د) ج) با آلایش 25% با استفاده از تقریب EECE محاسبه شده است ……………………………………………………………………………………………………………………………………… 92

شکل(4-25) : چگالی حالت های کلی و جزئی نمونه های سولفیدروی آلاییده با آهن الف) با آلایش 25/6 % ،ب) با آلایش 5/12% در فاز آنتی فرومغناطیس ،ج) با آلایش 5/12% در فاز فرومغناطیس ، د) با آلایش 25% از اتم آهن ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 95

فهرست جداول

فصل اول

جدول (1-1) : مقادیر گاف نواری و ثابت شبکه برخی ترکیبات گروه II-VI …………………………………………………………………….. 3

فصل سوم

جدول (3-1) : مقادیر ثابت های شبکه و گاف های نواری گزارش شده در کارهای دیگران ……………………………………………. 44

جدول (3-2) : ثابت شبکه و گاف نواری با استفاده از تقریب GGA و LDA ………………………………………………………………… 45

جدول ( 3-3 ) : مقادیر ثابت شبکه محاسبه شده برای درصدهای آلایش متفاوت آهن ………………………………………………….. 57

جدول ( 3-4 ) : مقادیر گاف نواری بدست آمده برای درصدهای آلایش متفاوت آهن …………………………………………………….. 58

جدول ( 3-5 ) : مقادیر ثابت شبکه برای نمونه های خالص و آلاییده سولفیدروی با منگنز و کروم ……………………………….. 61

فصل چهارم

جدول ( 4- 1) : مقادیر شعاع مافین تین برای اتم های Zn ، S ، Cr ، Mn و Fe در هر یک از ترکیبات …………………… 65

جدول ( 4-2 ) : مقادیر شعاع یونی عناصر شرکت کننده در نمونه های آلاییده سولفیدروی ………………………………………….. 67

جدول ( 4-3 ): مقادیر ثابت های شبکه بدست آمده برای نمونه خالص و آلاییده با درصدهای ناخالصی متفاوت کروم ، آهن و منگنز ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 68

جدول (4-4): انرژی کل سیستم ZnS:TM در فازهای مغناطیسی مختلف در تقریب GGA………………………………………… 72

جدول (4-5): انرژی کل سیستم ZnS:TM در فازهای مغناطیسی مختلف در تقریب EECE ……………………………………… 72

جدول (4-6): مقایسه انرژی کل حالت پایه سیستم ZnS:TM در فازهای مغناطیسی مختلف در تقریب GGA…………. 73

جدول (4-7): مقایسه انرژی کل حالت پایه سیستم ZnS:TM در فازهای مغناطیسی مختلف در تقریب EECE……….. 73

جدول (4-8) : مقادیر گاف نواری در فاز پایدار حالت پایه ZnS:TM ……………………………………………………………………………… 82

جدول (4-9) : گشتاورمغناطیسی سولفیدروی آلاییده با یون های مغناطیسی آهن ، کروم و منگنز ……………………………… 97

فصل اول

مقدمه

 

1-1 مقدمه

هدف اصلی در صنعت اسپینترونیک ،کنترل وبکارگیری اسپین الکترون ها ، علاوه بربار آن هاست . ازچشم اندازهای این صنعت می توان به ساخت حافظه های غیرفرارسریع ، افزایش سرعت پردازش اطلاعات ،کاهش توان مصرفی و افزایش پکیدگی مدارهای مجتمع اشاره کرد . در این صنعت از ترکیباتی استفاده می شود که اولاً تکنولوژی لازم برای تهیه آن ها باشد وثانیاً دمای گذارآن ها بزرگ ( نزدیک دمای اتاق ) باشد. مطالعات نظری صورت گرفته در این خصوص نشان می دهند که تنها ترکیبات پایه با گاف نواری بزرگتردمای گذار بالاتری از خود نشان می دهند . دمای گذار بالا جایی است که می توان این ترکیبات را تجاری کرد .

1-2 نیمرساناهای مغناطیسی رقیق

آلایش ترکیبات نیمرسانا با عناصرواسطه ( Cr , Mn , Fe , Co , Ni ) می تواند منجربه تولید موادی شوند که خاصیت مغناطیسی ازخود نشان می دهند که به چنین ترکیباتی اصطلاحاً نیمرساناهای مغناطیسی رقیق شده (DMS) می گویند . یک دسته از ترکیباتی که در تولید DMS ها به عنوان ترکیب پایه استفاده می شوند ترکیبات گروه II-VI هستند . ترکیبات این گروه دارای گاف نواری پهن ومستقیم می باشند . این ترکیبات قابلیت انتشار نور حتی در دمای اتاق را دارند به همین دلیل این ترکیبات کاندیدای مناسبی برای ساخت قطعات اسپینترونیکی و اپتوالکترونیکی می باشند . گاف نواری و ثابت شبکه بعضی از این ترکیبات در جدول (1-1) گزارش شده است .

جدول (1-1) : مقادیر گاف نواری و ثابت شبکه برخی ترکیبات گروه II-VI ]1[

نمونه	ثابت شبکه( )	گاف نواری (eV)
ZnS	41/5	68/3
ZnSe	67/5	7/2
ZnTe	10/6	26/2

سولفیدروی (ZnS) یک نیمرسانای مهم ازترکیبات گروه II-VI است. که اتم های Zn وS به ترتیب در گروه II و VI جدول تناوبی قرار دارند . اوربیتال های اتمی لایه آخر روی (3d,4s) است درحالی که برای اتم S (3s,3p) است . اتم Zn دارای عدداتمی 30 ، شعاع اتمی 133/0 نانومتر و شعاع یونی 074/0 نانومتراست درحالیکه اتم S دارای عدداتمی 16، شعاع اتمی 101/0 نانومتر و شعاع یونی 184/0نانومتراست ]1[. گاف نواری این ماده دردمای اتاق در حدود 68/3 الکترون ولت می باشد . حدود این گاف نواری نشان می دهد که حدود طول موج های طیف اپتیکی شفاف است . نوع و قدرت پیوندهای بین اتمی این ترکیب یونی وبسیارقوی می باشد که این مسئله می تواند علت کاهش رسانش گرمایی و پهن بودن گاف نواری این ماده باشد . دمای ذوب این ترکیب درحدود 1718 درجه سانتی گراد است . این ماده کاندیدای مناسبی برای استفاده در ساخت سلول های خورشیدی[2] ، حافظه های اپتیکی[3] ، بازتابنده ها[4] و صفحه نمایش های تخت[5] می باشد]2،3 [. ازسوی دیگر با توجه به پهن بودن گاف نواری این ماده پیش بینی می شود که درصورت آلایش این ماده با اتم های مغناطیسی امکان افزایش دمای کوری در این مواد وجود داشته و امکان استفاده از این ترکیب را در صنعت اسپینترونیک برای ساخت قطعاتی نظیر حافظه های مغناطیسی[6] فراهم می آورد.

1-3 ساختاربلوری

سولفیدروی می تواند با دو ساختار مکعبی زینک بلند[7] وشش گوشی وورت سایت[8] متبلور شود. سولفیدروی درساختار زینک بلند به این شکل متبلور می شود که روی یک زیر شبکه ی Fcc ، درهر یک از مکان های(000) ،(0 2/1 2/1)، ( 2/1 0 2/1 ) ،( 2/1 2/1 0 ) یک اتم قرار می گیرد و اتم های دیگر روی یک زیرشبکه Fcc دوم طوری قرار می گیرند که این زیر شبکه در طول قطر به مقدار 4/1 جا به جا شود ( شکل (1-1) ) . در این ساختار هر اتم Zn درمرکز یک چهاروجهی از اتم های S قرار گرفته و هراتم S دارای چهار نزدیکترین همسایه Zn در محل های مشابه است. این ساختار به گونه ای است که اگر Zn و S با هم جا به جا شوند ، باز همان ساختار بدست می آید. سولفید روی در این ساختار، دارای ثابت شبکه[9] 409/5 انگستروم وگاف نواری[10] 68/3 الکترون ولت می باشد. ساختارمکعبی سولفیدروی در شکل (1-1) نشان داده شده است .

شکل (1-1) : ساختار مکعبی زینک بلند ]4[

سولفیدروی درساختاروورت سایت از دو زیر شبکه تنگ پکیده شش گوشی[11] تشکیل شده که به اندازه در امتداد محور c جابه جا شده است.دراین ساختار اتم های Zn و S به ترتیب در جایگاه ( 0 3/1 3/2 ) و ( 8/3 3/1 3/2 ) قرار می گیرند . این ساختار دارای تقارن چهاروجهی است به این صورت که هراتم Zn توسط چهار اتم S احاطه شده است . ساختار شش گوشی سولفیدروی در شکل (1-2) نشان داده شده است . سولفیدروی در این ساختار دارای ثابت های شبکه a=b= و c= وگاف نواری eV 77/3 می باشد .

.. 21

3-1. مقدمه. 22

3-2. تعریف مسئله. 22

3-3. مفروضات مسئله. 23

3-4. مدل پیشنهادی.. 24

3-5.اعتبارسنجیمدل. 27

3-6. پیچیدگی مسئله. 31

3-7. نتیجه گیری.. 33

.. 34

4-1. مقدمه. 35

4-2. الگوریتم ژنتیک… 37

4-2-1. واژگان الگوریتم ژنتیک… 39

4-2-2. کدگذاری.. 40

4-2-3. جمعیت اولیه. 41

4-2-4. تابع شایستگی.. 41

4-2-5. عملگرهای ژنتیک… 41

4-2-5-1. عملگر انتخاب… 41

4-2-5-2. عملگر تقاطع. 43

4-2-5-3. عملگر جهش… 44

4-2-6. شرط توقف… 44

4-3. الگوریتم ازدحام ذرات… 45

4-3-1. ساختار کلی.. 45

4-3-2. مفاهیم پایه­ای الگوریتم ازدحام ذرات… 47

4-3-3. به­روز رسانی سرعت… 47

4-3-3-1. پارامتر شخصی c1 و پارامتر جمعی c2. 49

4-3-3-2. پارامتر وزن اینرسی.. 49

4-3-4. به­روز رسانی موقعیت… 49

4-4. تبرید شبیه­سازی­شده 50

4-4-1. مفاهیم الگوریتم تبرید شبیه­سازی­شده 52

4-5. الگوریتم­های پیشنهادی.. 54

4-5-1. تولید جامعه اولیه و نحوه­ی نمایش کروموزوم­ها 55

4-5-2. اجرای الگوریتم ژنتیک… 56

4-5-2-1. عملگر تقاطع. 57

4-5-2-2. عملگر جهش… 58

4-5-3. اجرای الگوریتم بهینه­سازی ازدحام ذرات… 59

4-5-3-1. تعیین سرعت… 61

4-5-3-2. عمل جهش… 61

4-5-3-3. موقعیت جدید. 62

4-5-4. اجرای الگوریتم تبرید شبیه­سازی­شده 64

4-5-4-1. تعیین دمای اولیه. 65

4-5-4-2. تعیین دمای نهایی.. 66

4-5-4-3. روش کاهش دما 66

4-5-4-4. روش همسایگی.. 66

4-6. مجموعه داده­ها 67

4-7. تنظیم پارامترها 68

4-7-1. اندازه جامعه اولیه. 69

4-7-2. تقاطع. 71

4-7-3. نرخ جهش… 71

4-7-4. حداکثر تعداد نسل­ها 71

4-8. تنظیم پارامتر چندعاملی.. 72

4-9. ارزیابی الگوریتم­ها 79

4-10. جمع­بندی.. 90

… 91

.. 95

فهرست جداول

جدول 3-1. اطلاعات مسئله­ی ساخته شده 28

جدول 3-2. زمان­های آماده­سازی مسئله­ی ساخته شده 29

جدول 3-3. زمان پردازش(ثانیه) 29

جدول 3-4. موعدهای تحویل (ثانیه) و هزینه زودکرد و دیرکرد. 30

جدول 3-5. زمان آماده­سازی ماشین (ثانیه) 30

جدول 4-1. چیدمان کارها 56

جدول 4-2. خلاصه­ی داده­ها 68

جدول 4-3. پارامترهای کنترل کننده الگوریتم ژنتیک و محدوده­ی موثر آن. 71

جدول 4-4. فاکتورها و سطوح آن­ها 72

جدول 4-5. ترکیب فاکتورها و سطوح پاسخ مربوطه در آزمایشات چند­عاملی.. 73

جدول 4-6. ضرایب همبستگی تخمینی مدل برای نسبت­های SN… 74

جدول4-7. آنالیز واریانس برای نسبت­های SN… 74

جدول 4-8. ضرایب همبستگی تخمینی مدل برای میانگین پاسخ­ها 75

جدول4-9. آنالیز واریانس برای میانگین پاسخ­ها 75

جدول4-10. پاسخ SN… 76

جدول4-11. پاسخ میانگین­ها 76

جدول 4-12. مقادیر تنظیم شده­ی پارامترهای ژنتیک… 78

جدول 4-13. مقادیر تنظیم شده­ی پارامترهای تبرید شبیه­سازی­شده 78

جدول 4-14. مقادیر تنظیم شده­ی پارامترهای الگوریتم ازدحام ذرات… 78

جدول 4-15. خلاصه مسائل.. 79

جدول 4-16. مسائل با اندازه­ی کوچک… 80

جدول 4-17. مسائل با اندازه­ی متوسط.. 81

جدول 4-18. مسائل با اندازه­ی بزرگ… 82

جدول 4-19. مقدار PRE و زمان حل برای سطح کوچک… 84

جدول 4-20. مقدار RPD و زمان حل برای سطح متوسط.. 85

جدول 4-21. مقدار RPD و زمان حل برای سطح بزرگ… 86

جدول 4-22. میانگین زمان حل و RPD برای تعداد مختلف کارها 88

جدول 4-23. مجموع مقایسه شده­ی پارامتر الگوریتم­ها 89

جدول 4-24. درصد جواب­های بهتر الگوریتم­ها 89

فهرست اشکال

شکل 3-1. سلسله مراتب پیچیدگی محیط­های کاری ]57[ 32

شکل 3-2. سلسله مراتب پیچیدگی توابع هدف ]57[ 32

شکل4-1. نمای کلی الگوریتم ژنتیک کلاسیک… 39

شکل 4-2. نمایش کروموزوم. 56

شکل 4-3. عملیات تقاطع. 58

شکل 4-4. جهش نوع اول. 58

شکل 4-5. جهش اول نوع دوم. 59

شکل 4-6. جهش دوم نوع دوم. 59

شکل4-7. تغییر موقعیت ذره 62

شکل4-8. تغییر موقعیت ذره همراه با اصلاحیات… 63

شکل4-9. تغییر موقعیت ذره با توجه به محدودیت پردازشی.. 64

شکل4-10. کیفیت جواب­ها و اندازه­ی جامعه. 70

شکل4-11. زمان محاسباتی و اندازه­ی جامعه. 70

شکل4-12. پاسخ میانگین­ها 77

شکل4-13. پاسخ ضرایب SN… 77

شکل 4-14. نمودار میانگین و فواصل LSD… 87

شکل 4-15. RPD برای تعداد مختلف کارها 88

فصل اول

کلیات تحقیق

1-1. مقدمه

برنامه­ریزی و زمانبندی[1] یک فعالیت بسیار معمول در صنعت و عملیات غیر­صنعتی است. هر روز، جلسات برنامه­ریزی می­شوند. ضرب­العجل­هایی برای انجام پروژه­ها و کارها تعیین می­شود. خدمات تعمیر و نگهداری و عملیات برنامه­ریزی می­شوند. بازی­های ورزشی برنامه­ریزی و زمانبندی می­شوند.

برنامه­ریزی­های مناسب اجازه می­دهد تا فعالیت­های مختلف، شغل­ها و یا وظایف به شیوه­ای سازمان­یافته اجرا شوند. نمونه­ای از این فعالیت­ها می­توان به مراحل مختلف یک پروژه تحقیقاتی، وظایف یک پرستار در طول یک روز کاری، عملیات تولید و موارد دیگر اشاره کرد که می­تواند هدف­هایی همچون به حداقل رساندن زمان تکمیل کارها، حداقل کردن تاخیر فعالیت­هایی که نمی­توانند به موقع تکمیل شوند و دیگر موارد را به دنبال داشته باشد.

دلیل بسیاری از پیشرفت­های علم زمانبندی بواسطه­ی محیط­های صنعتی و استفاده این علم در صنعت است. به طور طبیعی در بیان مفاهیم زمانبندی از واژه­های بکار رفته در صنعت استفاده می­شود. که در آن­ منابع با عنوان ماشین و فعالیت­ها به عنوان کار شناخته می­شوند. بطوریکه کار­ها اغلب به وسیله مجموعه­ای از ماشین­ها در ایستگاه­های مختلف کاری با توالی مشخص پردازش می­شوند.

در مسائل زمانبندی تخصیص مناسب کارها به ماشین­ها با توجه به محدودیت­های موجود و رسیدن به یک جواب مناسب از اهمیت خاصی برخوردار است. کوچکترین مسئله­ی زمانبندی را می­توان مسئله­ی تک­ماشینه[2] عنوان کرد. در این مسئله یک ماشین وجود دارد که عموما در مسائل به عنوان گلوگاه شناخته می­شود و باید کارها را به این ماشین با توجه به محدودیت­های موجود طوری اختصاص داد که به یک جواب معقول و مناسب برسیم و حداکثر کارایی را داشته باشیم. حالت بزرگتر مسائل زمانبندی، زمانبندی مسائل چند­ماشینه شامل سیستم­های موازی، سیستم­های متوالی و سیستم­های ترکیبی می­باشند. در سیستم­های موازی چندین ماشین به صورت موازی در کنار هم قرار گرفته­اند و هر کار بر روی یکی از ماشین­ها پردازش می­شود. ولی در سیستم­های متوالی و ترکیبی، کار­ها با انجام چند عملیات بر روی ماشین­ها پردازش می­شوند و ساختار پیچیده­تری نسبت به مسائل دیگر دارند.

در این تحقیق، به بررسی مسئله زمانبندی ماشین­های موازی با سرعت­های مختلف[3] پرداخته می­شود. مسائل ماشین­های موازی با سرعت­های مختلف حالت عمومی یافته مسائل تک­ماشینه و حالت خاصی از مسائل ماشین­های متوالی منعطف محسوب می­شوند. در بخش­های آتی این فصل، شرح تفصیلی مسئله مورد بررسی این تحقیق ارائه می­شود.

1-2. تعریف مسئله

ماشین­های موازی به عنوان یکی از زیر­مجموعه­های اصلی و پایه در زمانبندی از جایگاه ویژه ومهمی برخوردارند و همواره زمانبندی این مدل بر مبنای معیار­های عملکرد مختلف مورد نظر بوده است. با این توجه که، عموم روش­های حل در مدل­های پیچیده تر مانند مدل ماشین­های متوالی منعطف بر مبنای راهکارهای مدل­های ساده­تر از جمله ماشین­های موازی استوار است ]1[.

در کارخانه­ها وقتی ماشین­­ها و دستگاه­­های جدید خریداری می­شوند و در کنار ماشین­های قدیمی قرار می­گیرند، تفاوت سرعت بین ماشین­های جدید و قدیمی بوجود می­آید که این تفاوت سرعت، مسئله­ی چندین ماشین با سرعت­های متفاوت را بوجود می­آورد.

در برخی از محیط­های کاری زمانبندی ماشین­های موازی با سرعت متفاوت، ممکن است که تمامی ماشین­ها نتوانند تمامی کارها را پردازش کنند که در این حالت هر کار توسط مجموعه­ای از ماشین­ها می­تواند انجام شود که به آن محدودیت مجموعه پردازش[4] می­گویند.

در بسیاری از محیط­های کاری انسان به عنوان عنصر اصلی به­شمار می­رود. در فعالیت­هایی که انسان در آن سهم بسزایی دارد مسئله­ی یادگیری بسیار مهم است و تاکنون در اکثر مقالات فرض رایج بر این بوده که زمان پردازش کار­ها ثابت و مستقل از توالی است. در­حالیکه در بسیاری از موارد عملی با تکرار کار­های مشابه (و یا متفاوت)، توانایی ومهارت اپراتور افزایش و در نتیجه آن، زمان پردازش کار­ها کاهش می­یابد. این امر باعث بهبود مستمر عملکرد تسهیلات تولیدی مخصوصا نیروی انسانی می­شود که به آن تأثیر یادگیری[5] می­گویند. که از جمله­ی این فعالیت­ها می­توان به تمامی کار­هایی که سیستم دستی را شامل می­شود مثلا راه­اندازی ماشین­آلات، تمیز­ کردن ماشین و زمان آماده­سازی[6] اشاره کرد .

در مسائل زمانبندی کلاسیک عموما با درنظر گرفتن این فرض که زمان­های آماده­سازی در مقایسه با زمان پردازش کوچک و یا اینکه مستقل از توالی پردازش کارها بر روی ماشین­ها هستند، زمان آماده­سازی را نادیده گرفته و یا آن را به زمان پردازش اضافه می­کردند. اما با این­وجود، در بسیاری از محیط­های صنعتی یک زمان آماده­سازی وابسته به توالی[7] هنگام تعویض کار­ها بر روی ماشین­ها به وقوع می­پیوندد ]17[. در این شرایط، زمان آماده­سازی به عنوان بخشی مجزا از زمان پردازش در نظر گرفته می­شود که مقدار آن علاوه بر نوع کاری که بر روی ماشین پردازش خواهد شد، به نوع کار قبلی که بر روی ماشین پردازش شده نیز بستگی دارد. تلقی زمان آماده­سازی به صورت مجزا از زمان پردازش در بیشتر تکنیک­های مدیریت تولید نوظهور نظیر تولید به­موقع[8]، تکنولوژی گروهی[9] و تولید سلولی[10] مورد استفاده قرار می­گیرد.

در محیط­های کسب و کار حاضر، رقابت شرکت­های تولیدی از طریق قابلیت آن­ها برای پاسخگویی سریع به تغییرات سریع زمینه تجاری و تولید محصولات با کیفیت بالاتر و هزینه­ای کمتر تعیین می­شود. یکی از راه­های رسیدن به این منظور استفاده از مفهوم تولید به­موقع است ]2[. در محیط تولید به­موقع، شرکت­ها تمایل دارند که تا حدامکان زمان تکمیل کار­ها­یشان به موعد تحویل نزدیک باشد تا از جریمه­های زودکرد و دیرکرد بکاهند. در صورتی که یک کار قبل از موعد تحویل تکمیل شود، باید تا موعد تحویل در انبار نگهداری شود لذا هزینه­ی زودکرد به سیستم تحمیل می­شود. جریمه­های زودکرد به آن دلیل مورد توجه هستند که تا زمانیکه موعد تحویل مشتری فرا برسد، هزینه نگهداری شامل هزینه فساد مواد اولیه (در حالیکه کالاها فاسد شدنی هستند) به سیستم تحمیل می­شود. و اگر یک کار بعد از موعد تحویل تکمیل شود، جریمه دیرکرد ناشی از نارضایتی مشتری، جریمه قراردادی یا جریمه از دست دادن اعتبار ایجاد می­شود.

در این تحقیق، مسئله­ی ماشین­های موازی با سرعت­های مختلف با در نظر گرفتن محدودیت­های زمان آماده­سازی وابسته به کار قبلی، محدودیت مجموعه پردازش و تأثیر یادگیری با هدف کمینه­سازی زمان­های زودکرد و دیرکرد کل بررسی می­شود. یک مدل برنامه­ریزی عدد صحیح برای این مسئله پیشنهاد می­شود. همچنین الگوریتم­های ژنتیک[11] و بهینه­سازی ازدحام ذرات[12] و تبرید شبیه­­سازی­شده[13] برای حل آن ارائه می­گردد.

1-3. اهداف تحقیق

تحقیق حاضر با هدف کاهش فاصله میان پیشرفت­های تئوریک و کاربرد­های صنعتی در حوزه علم زمانبندی صورت گرفته است. دراین راستا، یک مدل جدید برای مسئله ماشین­های موازی با سرعت­های متفاوت با محدودیت­های زمان آماده­سازی وابسته به توالی، محدودیت مجموعه پردازش و تأثیر یادگیری و معیار بهینه­سازی زمان­های زودکرد و دیرکرد کل ارائه می­شود. به­علاوه سه الگوریتم ژنتیک، ازدحام ذرات و تبرید شبیه­سازی­شده به منظور حل این مدل ارائه می­گردد.

1-4. مفروضات مسئله