بخشی از مقاله
ارائه الگوریتم فراابتکاری ترکیبی برای حل مسئله مکانیابی سیستمهای فرابارانداز در زنجیره تامین
چکیده
مسئله مکان یابی سیستم های فرابارانداز می تواند به عنوان یک مسیر تحقیقاتی جدید برای شبکه های توزیع در زنجیره تامین درنظر گرفته شود. در این مقاله یک مدل برنامه نویسی عددصحیح مختلط برای مکان یابی مراکز فرابارانداز با توجه به کاربردهای بالقوه آن در شبکه های توزیع ارائه شده است. سپس به منظور بهره وری سیستم و تنظیم پارامترهای کنترل کننده، یک الگوریتم ترکیبی مبتنی بر بازپخت شبیه سازی شده و الگوریتم ژنتیک برای حل مدل ارائه شده است.
واژگان کلیدی: مکان یابی، سیستم های فرابارانداز، الگوریتم فرا ابتکاری، الگوریتم ترکیبی ژنتیک و بازپخت شبیه سازی شده.
-1 مقدمه
سیستم های فرابارانداز، یک تکنیک لجستیک نسبتا کارآمد است که می تواند به سرعت برای یکپارچه سازی محموله ها از منابع مختلف استفاده و منجر به صرفه جویی در شاخص های حمل و نقل عازم به مناطق دوردست ، شود. لذا تمرکز سیستم های فرابارانداز از مدیریت زنجیره تامین به مدیریت زنجیره تقاضا تغییر پیدا کرده است. موجودی هایی که به مراکز فرابارانداز وارد می شوند، از قبل تخصیص داده می شوند و در مقابل سفارش دوباره پر سازی توسط یک خرده فروش در زنجیره ی تامین ایجاد می شود. این سیستم کمک می کند تا هزینه های عملیات و سطح موجودی کاهش ، توان عملیاتی و فضای فروش، افزایش پیدا کند. در برخی موارد خرده فروشان اتلافات مرتبط با نگهداری با ثبات واحدهای موجودی، و تقاضای بالا را شناسایی کرده و همچنین سیستم های فرابارانداز را به عنوان راهی برای کاهش هزینه های نگهداری موجودی می دانند. سیستم های فرابارانداز اساسا تابعی از نگهداری موجودی یک انبار می باشند.
روش های مختلفی برای طبقه بندی عملیات در فراباراندازها وجود دارد. یکی از این روش ها، با توجه به حالتی است که مشتری به یک محصول منحصر به فرد اختصاص داده می شود. قبل از عملیات توزیع در سیستم های فرابارانداز، مشتری قبل از اینکه ناوگان حمل و نقل فروشنده را ترک کند، اختصاص داده می شوند بنابراین آن ناوگان به مرکز فرابارانداز وارد شده و برای انتقال علامت گذاری می شود ، در حالی که بعد از عملیات توزیع فرابارانداز، مرکز فرابارانداز مواد را به فروشگاه های مربوطه تخصیص می دهد (گوئی،.(2001 شافر (2000) و ناپولیتانو (2000) روش های دیگری را برای طبقه بندی سیستم های فرابار انداز طبقه بندی کردند. اولین روش ایجاد سیستم های فرابارانداز است که در آن کالاهای تمام شده از خط تولید به کامیون های منتظر منتقل می شوند، تا از تولید به هنگام پشتیبانی کنند . در یک فرابارانداز توزیعی، یکپارچه سازی محصولات ورودی فروشنده های مختلف، برای پالت ها چند واحده صورت می گیرد که به محض اینکه آخرین محصول می رسد، تحویل داده می شوند. فراباراندازهای پایانه ای یک استراتژی هستند که در آن محصولات از مراکز توزیع مختلف به پایانه فرابارانداز برای ناوگان هایی با بارهایی مخلوط به مشتریان براساس سفارشات منحصر به فرد آنها، ارسال می شوند. آخرین نوع سیستم های فرابارانداز، فراباراندازهای فرصتی هستند که در آن یک آیتم به طور مستقیم از باراندازهای دریافتی به باراندازهای حمل و نقل منتقل می شوند تا با یک تقاضای مشخص مواجه شوند. به طور کلی، بهترین نامزد برای سیستم های فرابارانداز موارد انتقال سرعتی با تقاضاهای نسبتا ثابت می باشد.
هدف اصلی این پژوهش، به طور خاص بررسی چند مکانیزم کنترل پیچیده از مکانیزم هایی است که در طول ادبیات این موضوع یافت شده اند و گزارش عملکرد الگوریتم ارائه شده در بخش های آتی می باشد. از این رو به منظور نشان دادن تاثیر عملی نتایج اصلی و نظری ارائه شده در ادبیات موضوع، رفتار یک الگوریتم فراابتکاری را برای مسئله سیستم های فرابارانداز، بررسی می کنیم.[5]
در بخش بعدی به مرور ادبیات مربوطه برای مکان یابی سیستم های فرابارانداز در زنجیره تامین و بررسی روش های حل این مسئله می پردازیم. در بخش 3 ابتدا تعریفی از مسئله و سپس مدلی برای سیستم فرابارانداز ارائه می شود. به دنبال آن در بخش 4 به بیان ساختار کلی الگوریتم ترکیبی بازپخت شبیه سازی شده و جزئیات بیشتر در رابطه با این الگوریتم فراابتکاری می پردازیم . در آخرین بخش از مقاله نیز نتایج عددی و پیشنهادات آتی مورد بحث قرار می گیرد.
مکان یابی یک یا تعداد بیشتری از سیستم های فرابارانداز، بخشی از طراحی شبکه های توزیع و یا زنجیره تامین می باشند. یک استراتژی باید در رابطه با موقعیت این سیستم های فرابارانداز تصمیم گیری کند. این مسئله نمی تواند به طور جداگانه از تصمیم گیری در رابطه ی نحوه ی جریان کالا ها در این شبکه ها، به کار گرفته شود .[1] تعیین جریان کالاهای موضوع مورد بحث ما نیست و تنها مسئله ای که در رابطه با تصمیم گیری برای مکان یابی درگیر است در اینجا در نظر گرفته می شود. مسئله ای که در آن تسهیلات( به عنوان مثال، مراکز توزیع و کارخانه ها) مکان یابی می شوند ، توجهات زیادی را به خود جلب کرده اند .
اولین مطالعه پیرامون مکان یابی سیستم های فرابارانداز توسط سانگ و سونگ[6] اجرا شد. در مسئله ای که آنها در نظر گرفتند، کالاها باید از تامین کننده به نقاط تقاضا توسط سیستم های فرابارانداز منتقل می شدند(ناوگان های حمل و نقل مستقیم مجاز نبودند). مراکز فرابارانداز می توانند از مجموعه ای از مکان های امکان پذیر هریک با یک هزینه ثابت، انتخاب شوند . در مطالع ی آنها تقاضا مشخص فرض می شود و دو نوع وسیله ی نقلیه با هزینه ها و ظرفیت های متفاوت وجود دارد. هدف آنها یافتن فراباراندازی بود که باید بود استفاده می شد و اینکه چند وسیله ی نقلیه در هر اتصال با توجه به حداقل کردن هزینه های کل لازم است. هزینه های کل شامل هزینه های ثابت استفاده از فرابارانداز و هزینه های حل و نقل می شود. نویسنده یک مدل برنامه ریزی عددصحیح را برای این مسئله ارائه می کند. این مدل بسیار شبیه به مدل ارائه شده توسط دونالدسون [7] و همکاران و همچنین موسی و همکارانش [8] می باشد که فرض های ساده و مشابهی استفاده شده است. به هرحال مقایسه این دو مقاله نشان می دهد که سانگ و سونگ ناوگان های حمل و نقل مستقیم را در نظر نگرفتند اما تصمیمات مکانی را شامل شدند. از آنجایی که این مسئله NP-hard است، در مطالعه ی آنها یک الگوریتم مبتنی بر جستجوی ممنوع برای حل مسئله ارائه می شود. جواب مسئله تعیین می کند که کالا ها چگونه در شبکه جریان دارند. بر اساس این جریان، تعداد وسایل نقلیه نیز می توان با حل زیر مسئله ای بدست آید. بعضی نتایج عددی نیز بر روی نمونه های مورد آزمون اجرا می شود و نشان می دهد که الگوریتم پیشنهادی جواب های امکان پذیر خوبی را با زمان قابل قبول، پیدا می کند.
سانگ و سونگ [9] این کار را گسترش داده و بهبود کوچکی را در الگوریتم جستجوی ممنوع ایجاد کردند. آنها همچنین یک فرمول مبتنی بر مجموعه های پارتیشن بندی ارائه کردند و یک الگوریتم شاخه و کران مبتنی بر این فرمولاسیون برای دست یابی به جواب دقیق پیشنهاد می کنند. نتایج محاسباتی نشان می دهد که این الگوریتم نتایج بهتری را به لحاظ تعداد ( در مقیاس کوچک) نمونه های مسئله حل می کند و زمان محاسبه مورد نیاز با نتایج بدست آمده با حل مدل برنامه ریزی عددصحیح با نرم افزار بهینه سازی CPLEX مقایسه شد.
گوماس و بوکبیندر [10] برروی یک مسئله مشابه مطالعه کردند با این تفاوت که در مطالعه ی آنها ناوگان های حمل و نقل مستقیم مجاز بوده و انواع محصولات چندگانه در نظر گرفته شده است(چندکالایی). هزینه تسهیلات برای هر سیستم فرابارانداز از هزینه های ثابت و هزینه های عملیاتی در هرواحد بار، تشکیل شده است. هزینه حمل و نقل نیز از دو جزء تشکیل شده است : هزینه ثابت برای هر کامیون و یک هزینه متغیر برای هر واحد بار در هر واحد مسافت. آخرین هزینه در نظرگرفته شده مربوط به هزینه های حمل و نقل موجودی است. در این رویکرد، هماهنگ سازی کامیون های ورودی و خروجی در نظرگرفته نمی شوند. نویسنده های این مطالعه یک مدل برنامه ریزی عددصحیح مختلط از این مسئله را ایجاد کردند. به وسیله حل بهینه ی نمونه های کوچک مسئله ( با نرم افزار بهینه سازی LINGO و (CPLEX نمونه های از چند پارامتر هزینه مورد مطالعه قرار گرفت. نویسندگان نتیجه گرفتند که تعداد بهینه سیستم های فرابارانداز یک تابع صعودی از نرخ بین هزینه های ثابت کامیون ها و هزینه های ثابت تسهیلات می باشد.
یک رویکرد متفاوت توسط جیرمان و روس [11] بررسی شد و آنها بر روی یک مسئله ی چند سطحه مطالعه کردند که در آن کالاها ( از خانوده چندمحصولی) باید بود از کارخانجات تولیدی مرکزی به یک یا تعداد بیشتری مراکز توزیع منتقل می شدند و از آنجا به وسیله ی مراکز فرابارانداز به مشتریان می رسیدند. این مسئله در دو مرحله بررسی می شود. در مرحله اول، یک مدل استراتژیک برای انتخاب بهترین مجموعه مکان های مراکز توزیع و سیستم های فرابارانداز، مورد استفاده قرار می گیرد. نویسندگان یک فرمولاسیون برنامه ریزی عدد صحیح که هدف آن حداقل سازی هزینه های ثابت مربوط عملیات برپایی مراکز توزیع و سیستم های فرابارانداز است و همچنین هزینه های متغیر حمل و نقل، را فراهم کردند. تقسیمات تقاضا مجاز نیستند : مشتریان باید به یک تک فرابارانداز تخصیص داده شوند در حالی که مراکز فرابارانداز باید تنها به یک مرکز توزیع اختصاص داده شوند. در مرحله دوم، یک مدل عملیاتی برای هر مقدار از هر نوع محصول که لازم است به وسیله ی مراکز توزیع و فرابارانداز حمل و نقل شود، تصمیم می گیرد. این مدل در تلاش است تا هزینه های حمل و نقل را درحالی که تقاضای مشتری ارضا شود حداقل کند. این مدل نسبت به مدل اول محدودیت کمتری دارد ( برای مثال در سهل گیری در فرض تقسیمات تقاضا) و می تواند یکباره به بازگشایی مراکز توزیع بپردازد و فراباراندازها با کمک اولین مدل تعیین می شوند. هر دو مدل در مقایسه با روش های قبلی خیلی ساده تر هستند. برای مثال، وسایل نقلیه انفرادی در نظر گرفته نمی شوند و هزینه حمل و نقل با مقادیر ناوگان ها متناسب هستند. نویسنده یک رویکرد بازپخت شبیه سازی شده را برای حل نمونه های بزرگ مسئله پیشنهاد کردند. آزمایش های محاسباتی بر روی نمونه های مسئله نشان می دهد که الگوریتم فراابتکاری نتایجی با انحراف حدود %4 از جواب بهینه اما 300 الی 400 بار سریعتر، ارائه می کند .
این نویسندگان [12]، دو الگوریتم اکتشافی دیگر را در برخورد با این مسئله ارائه کردند. هر دو الگوریتم فراابتکاری بر اساس بازپخت شبیه سازی شده هستند اما از یک مکانیزم اضافی برای جلوگیری از افتادن در راه حل های بهینه محل، استفاده می کنند. الگوریتم اول از لیست ممنوع استفاده می کند، و الگوریتم دوم یک مقیاس گذاری دوباره و ناگهانی را برای دمای سیستم مجاز می داند.
باچیوس [13] یک زنجیره تامین چند سطحه شامل تامین کنندگان، کارخانجات، مراکز توزیع و فراباراندازها در نظر گرفت. این مسئله به عنوان یک مدل بهینه سازی چند هدفه فرمول نویسی می شود که تلاش دارد تا هزینه های کل را حداقل و کارخانجات و حجم امکانات را حداکثر کند. به دلیل پیچیدگی محاسبات در این مسئله، نویسنده الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) را برای طراحی زنجیره تامین پیشنهاد کرد. برخی از آزمایش ها محاسباتی انجام می شود و نتایج نشان می دهد که رویکرد جواب پیشنهادی نتایج بهتری از الگوریتم ژنتیک و دو نوع دیگر PSO بدست می دهد.
موسوی و توکلی مقدم[2] نیز مدلی را برای مسئله ی مکان یابی- مسیریابی سیستم های فرابارانداز که از دو فاز تشکیل شده، یک مرحله برای مکان یابی فراباراندازها و دیگری برای مسیریابی وسائل نقلیه، ارائه نمودند.
-3 تعریف مسئله
یک مرکز فرابارانداز گره ای میانی در شبکه های توزیع به منظور کاهش موجودی در حالی است که احتیاجات مشتریان را برآورده کند. از طریق سیستم های فرابارانداز، کالاهای مختلف توسط وسائل نقلیه ورودی به مراکز مربوطه تحویل داده می شوند. کالاها بلافاصله براساس مقاصد تلفیق شده و سپس توسط وسایل نقلیه خروجی برای تحویل به مشتریان برای مدت کوتاهی تحویل داده می شوند تا ذخیره سازی موجودی را محدود کنند. از این رو پر هزینه ترین جزء در شبکه های توزیع را می توان کاهش داد. در واقع سیستم های فرابارانداز به عنوان یک استراتژی جدید لجستیک برای شرکت ها معرفی شده است که در سال های اخیر مرتبط است با صنایع توزیع، خرده فروشان، مواد غذایی، نوشیدنی ها و غیره. شکل 1 مفهوم شبکه توزیع سیستم های فرابارانداز را نشان می دهد که در آن دو گره اصلی (گره های تحویل و بارگذاری) ورودشان هم زمان و ادغامی هستند. شبکه توزیع مورد بحث در این مقاله تک دورهای، تک محصولی و چند سطحه است که سطوح آن عبارتند از تامین کنندگان، مراکز فرابارانداز و مشتریان.
شکل.1 شبکه توزیع فرابارانداز در زنجیره تامین
مکان یابی مراکز فرابارانداز در زنجیره تامین را می توان به شرح زیر بیان کرد :
یک مجموعه از مشریان با تقاضای مشخص و مجموعه ای از مراکز فربارانداز وجود دارند. محصول باید به مشتریان از طریق مراکز فرابارانداز تحویل داده شود. حمل و نقل مربوط به هریک از تقاضاهای مشتریان توسط وسایل نقلیه موجود در فرآیند تحویل دهی انجام شده که از مراکز فرابارانداز و عملیات و مسیرهای مربوط به چندین مشتری عبور می کنند. در این مسئله هزینه های ثابت مربوط به بازگشایی مراکز فرابارانداز در مکان های بالقوه همراه با هزینه های حمل و نقل برای جابجایی محصولات از تامین کننده به مراکز فرابارانداز و از آنجا به مشتریان، در نظر گرفته شده است.[2]
-4 مجموعه ها و پارامترهای ورودی
:P مجموعه ی تامین کنندگان در فرآیند های بارگذاری
:Oمجموعه ی مراکز فرابارانداز
:D مجموعه ی مشتریان در فرآیند تحویل
:Di’ تقاضای مشتری i’
:CAp ظرفیت مرکز فرابارانداز
P ام برای نگهداری محصولات
:Si تعداد محصولات مربوط به تامین کننده iام
:Fp هزینه های ثابت عملیات برای باز گشایی مرکز فرابارانداز Pام
:Cip هزینه ی حمل محصول از تامین کننده i به مرکز فرابارانداز
p :Cpi’ هزینه حمل محصول از فرابارانداز p به مشتری i’ ام
:TC ماکزیمم هزینه کل که می توان برای بازگشایی مراکز فرابارانداز هزینه کرد.
-1-4 متغیرهای تصمیم
-5 مدل مسئله مکان یابی سیستم های فرابارانداز
