فصل سوم: روش تحقیق.. 37

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 سازی.. 42

3-6- روش های بهینه سازی شبیه سازی.. 43

3-6-1 روش مبتنی بر گرادیان. 43

3-6-2- بهینه سازی تصادفی.. 44

3-6-3 روش پاسخ سطح.. 44

3-6-4- روش های اکتشافی.. 45

3-6-5- روش های آماری.. 46

3-7- طراحی آزمایشات تاگوچی.. 47

3-8- خطوط راهنما برای طراحی آزمایشها 48

3-8-2- انتخاب عاملها و سطوح: 49

3-8-3- تعیین متغیر پاسخ: 49

3-8-4- انتخاب نوع آزمایش طراحی شده 49

3-8-5- انجام آزمایش… 50

3-8-6- تجزیه و تحلیل داده ها: 50

3-8-7- نتیجه گیریها و پیشنهادات… 50

3-9- الگوریتم حل: 50

3-10- نظریه صف: 51

3-11- فرمول های صف… 53

فصل چهارم: محاسبات و یافته های تحقیق.. 57

4-1- شبیه سازی ترمینال کانتینری با نرم افزار Arena. 59

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 پیشنهادات… 72

5-1- نتیجه گیری: 73

5-2- پیشنهادات: 75

منابع و ماخذ. 76

فهرست جداول

جدول 2-1 مقالات ارائه شده در مساله تخصیص عرشه. 35

جدول 2-2 مقالات ارائه شده در مساله برنامه ریزی جرثقیل های عرشه. 36

جدول3-1 اجزای مدل شبیه سازی.. 39

جدول3- 2 پارمترهای مدل صف… 54

جدول4-1 متغیرهای معرفی شده در شبیه سازی.. 62

جدول 4-2 نتایج حاصل از شبیه سازی برای حالت 3 سکویی.. 64

جذول4-3 نتایج حاصل از شبیهسازی برای حالت 2 جرثقیله. 66

جدول4-4 مقادیر S/N برای سطوح هر عامل.. 68

جدول4-5 محاسبات آزمون ANOVA.. 70

فهرست اشکال و نمودارها

شکل2-1 انواع کشتی ها برحسب اندازه 18

شکل2-2 میزان کانتینر جابجا شده در 5 بندر ایالات متحده 19

شکل2-3 ترمینال کانتینری.. 20

شکل 2-4 بخش های عملیاتی ترمینال های کانتینری.. 22

شکل 3-1 ارکان اصلی سیستم. 38

شکل3-2 مدل مفهومی مساله. 40

شکل 3-3 ساختارهای سرویس رسانی.. 53

شکل4-1 ماژول های Arena برای ورود و استقرار کشتی ها 60

شکل4-2 اجزای مدل Arena مربوط به قسمت دوم شبیه سازی.. 61

نمودار4-1 روند تغییر درآمد با افزایش تعداد جرثقیل.. 65

نمودار4-2 روند تغییر درآمد با افزایش تعداد سکوها 67

شکل4-3 نمودار S/N برای هر سه عامل.. 68

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 ابتدامدل ریاضیو 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.