بخشی از مقاله
ارائه سيستمي فازي جهت بارچيني بهينه ي کشتي هاي کانتينري
چکيده
امروزه نقش بارز ترمينال هاي کانتينري بعنوان گره اصلي در چرخه ي صنعت حمل و نقل و ترانزيت کالا و تاثيرات مستقيم آن بر شکوفايي اقتصاد بر کسي پوشيده نيست . بارچيني (Stowage) و پلن کردن کشتي هاي کانتينري از جمله مسائل مهمي است که ترمينال هاي کانتينري به طور روزمره با آن درگير هستند. در گذشته ها ي نه چندان دور نقشه ي بارچيني کانتينر ها بر روي کشتي را کاپيتان کشتي تعيين مي نمود.اما امروزه همراه با رشد روند کانتينري شدن (Containerization) ، ترمينال هاي کانتينري با بهره گيري از دستور العمل هاي بارچيني عهده دار اين مهم شده اند. در اين مقاله کوشش شده است تا سيستمي «هوشمند» برمبناي منطق فازي جهت بارچيني خودکار٤ کشتي هاي کانتينري ارائه گردد. در واقع ما در طراحي سيستم خود از اين واقعيت که کاپيتان هاي خبره ، بهترين پلن کنندگان کشتي هاي کانتينري هستند؛ استفاده کرده ايم . سيستم پيشنهادي ما سعي در فرموله کردن دانش افراد خبره در قالب قوانين فازي دارد. در پايان سيستم ارائه شده با داده هاي واقعي کشتي هاي کانتينري در بندر شهيد رجايي مورد شبيه سازي قرار گرفته است .
کلمات کليدي :
کشتي هاي کانتينري ، بارچيني کشتي ،MBP١ ، منطق فازي ، کنترلرهاي فازي ، Supervisor.
مقدمه
ترمينال کانتينري ، سيستمي است جامع که جهت سرويس دهي به کانتينرهايي که توسط کشتي (تريلر.قطار) وارد شده و بوسيله تريلر. قطار (کشتي ) خارج مي شوند، احداث شده است . ترمينال هاي کانتينري عامل اصلي ايجاد پيوند ميان حمل و نقل دريا يي و خشکي مي باشند. بر اين اساس ، تلاش هاي گسترده اي در جهت بهينه سازي امور وابسته به ترمينال هاي کانتينري بالاخص جريان گردش کانتينر ها در سراسر دنيا صورت پذيرفته است . در کشورما نيز در بندرشهيد رجايي بعنوان بزرگترين بندر کانتينري ايران و شصت و نهمين بندر کانتينري بزرگ دنيا ، در سال هاي اخير اقدامات متعددي در راستاي بهينه سازي ، بالا بردن ميزان کارايي و بازدهي ، کاهش هزينه ها و ارتقاي سطح خدمت رساني انجام شده است ٢. اين اقدامات شامل به کارگيري آخرين تجهيزات و دستاوردهاي مدرن بندري ، حمل و نقل ، ايمني و فن آوري اطلاعات مي باشد. در ابتدا بهتر است نگاهي کوتاه بر زنجيره و سلسله مراتب کار هاي روزمره در ترمينال کانتينري بندر شهيد رجايي داشته باشيم .
سلسله مراتب کارها و اقدامات
مراحل عملياتي و اسنادي انجام شونده در ترمينال کانتينري بندر شهيد رجايي از زمان اعلان ورود يک کشتي تا زمان عزيمت آن به شرح زير مي باشد:
. سيکل اسنادي :
۱) کارگزار شرکت کشتيراني حداقل ۲۴ ساعت پيش از ورود کشتي به لنگرگاه از طريق پورتال اينترنتي اعلان ورود مي نمايد. (Vessel Arrival Notice)
۲) کارگزار شرکت کشتيراني حداقل ۱۲ ساعت پيش از ورود کشتي به لنگرگاه از طريق پورتال اينترنتي تعداد کانتينرهاي بارگيري شونده هر خط کانتينري را به تفکيک سايز آن ها معين مينمايد.
۳) کارگزاران شرکت هاي کانتينري حداقل ۱۲ ساعت پيش از ورود کشتي به لنگرگاه از طريق پورتال اينترنتي ليست بارگيري (مانيفست بارگيري ) خود را ارائه مي دهند.
۴) کارگزار شرکت کشتيراني حداقل ۶ ساعت پيش از ورود کشتي به لنگرگاه از طريق پورتال اينترنتي تعداد کانتينرهاي تخليه شونده هر خط کانتينري را به تفکيک سايز آن ها معين مينمايد.
۵) کارگزار شرکت کشتيراني حداقل ۶ ساعت پيش از ورود کشتي به لنگرگاه از طريق پورتال اينترنتي پلن ورود کشتي (BAPLIE FILE)را ارائه مي نمايد.
۶) کارگزاران شرکت هاي کانتينري حداقل ۶ ساعت پيش از ورود کشتي به لنگرگاه از طريق پورتال اينترنتي ليست تخليه (مانيفست تخليه ) خود را ارائه مي دهند.
. سيکل عملياتي :
۱) بر اساس ليست بارگيري ،اعلان زمان ورود و برخي عوامل ديگر اسکله (Berth) پهلوگيري طوري انتخاب مي گردد که نزديک فاصله را با کانتينرهاي بارگيري شونده داشته باشد.
۲) بر اساس ليست بارگيري ، پلن ورودي کشتي ، شرائط محوطه و نيز نظرات خط کشتيراني پلن خروجي (Stowage Plan) کشتي صادر مي گردد. سپس سعي مي گردد تا با انتقال کانتينرهاي بارگيري شونده از محوطه هاي مربوطه به Marshaling Yard، آن ها را به صورت معکوس پلن خروجي کشتي در Marshaling Yard بچينند.
۳) بر اساس ليست بارگيري ،اعلان زمان ورود و ليست تخليه تخصيص جرثقيل هاي ساحلي (Qauy Cranes) براي کشتي مورد نظر صورت مي پذيرد.
۴) بر اساس ليست تخليه ونيز تخليه ي واقعي انجام شده ، محوطه (Yard) ذخيره ي کانتينرهاي وارداتي مشخص مي گردد.
۵) بر اساس محوطه انتخاب شده و نيز تعداد کانتينرهاي وارداتي ، کشنده ها ي ( Inbound Trucks) مورد نياز جهت جابجايي و انتقال کانتينرهاي وارداتي از پاي کشتي به محوطه مورد نظر تخصيص داده مي شوند.
۶) در داخل محوطه به هر کانتينر يک Yard ( يک موقعيت جغرافيايي يکتا) اختصاص داده ميشود.
۷) پس از تخصيص Yard، براي جابجايي هر کانتينر درون محوطه ، جرثقيل هاي خشکي (RTGC) مورد نياز تخصيص داده مي گردند.
۸) در نهايت با توجه به وضعيت اسنادي هر بارنامه درب خروجي (Gate) تعيين مي گردد در ادامه ساختار سلسله مراتبي سيکل عملياتي موجود در ترمينال کانتنيري به همراه وابستگي ميان آنها ترسيم شده است :
همانگونه که در مورد دوم از سيکل عملياتي توضيح داده شد، ، يکي از مسائل اصلي دراين زمينه ، مسئله ي Stowage Plan (نقشه ي بارچيني کشتي ) مي باشد.از اين مسئله گاهي تحت عنوان Master Bay Plan (MBP) ياد مي شود. منظور از MBP نحوه ي چيدمان (Stowage) بهينه ي کانتينر ها برروي کشتيهاي کانتينري مي باشد .
همانطوري که قبلا هم ذکر شد عوامل مختلفي روي MBP تاثيرگذار هستند و نيز خود MBP بر روي عوامل بسياري در ترمينال کانتينري تاثير گذار است . تاثيرپذيري و تاثيرگذاري MBP رامي توان در قالب دو سياست ذخيره سازي بررسي کرد: راهبرد Pre-Marshaling و Sort and Store [٣] . در راهبرد نخست ، کانتينرهاي صادراتي تقريباً بدون در نظر گرفتن هيچ گونه قيدي در محوطه ها ذخيره شده و پس از پلن شدن کشتي (حل MBP) به محوطه ي ويژه اي در نزديکي اسکله که اصطلاحاً Marshaling Yard گفته مي شود منتقل شده و در آنجا معکوس پلن خروجي کشتي چيده مي شوند. عيب اين روش ، اين است که چيدن صحيح کانتينرها در Marshaling Yard مستلزم جابجايي هاي نسبتاً زياد کانتينرها در Marshaling Yard مي باشد. ولي مزيت اصلي اين راهبرد، عدم نياز به اطلاعات کامل هر کانتينر در هنگام ورود به محوطه ها و نيز استقلال MBP از مسئله ي انبار داري مي باشد، که در اينجا بيشتر مزيت دوم مورد نظر ماست . در راهبرد دوم (Sort and Store) کانتينرهاي صادراتي به محض ورود به تفکيکّ خط کشتيراني ، کشتي ، مقصد، نوع و اندازه متمايز شده و در Yard هاي جداگانه اي ذخيره مي شوند. در زمان بارگيري نيز براساس پلن خروجي کشتي (MBP) کانتينرها از محوطه ها به پاي کشتي منتقل مي شوند. مزيت اصلي اين روش عدم جابجايي هاي زايد کانتينرها در محوطه در هنگام بارگيري مي باشد. ولي عيب اصلي آن ، لزوم دسترسي اوليه به کليه ي اطلاعات کانتينرهاي صادراتي در هنگام ورود آنها به ترمينال کانتينري مي باشد.
در بندر شهيد رجايي از راهبرد نخست (Pre-Marshaling) استفاده مي گردد. در واقع از روي نقشه ي بارچيني کشتي مي توان نحوه ي چينش کانتينرها رادر Marshaling Yard تعيين کرد (کانتينرها معکوس ترتيبي که بايد برروي کشتي بارگيري شوند، در Marshaling Yard چيده شوند.) .
به طور خلاصه در راهبرد Pre-Marshaling مي توان ورودي هاي سيستم MBP را به صورت زير در نظر گرفت :
. نقشه ي کشتي (Vessel Plan)
. پلن ورودي (Input BAPLIE)
. ليست بارگيري (Loading List)
. وضعيت محوطه (Yard Status)
. ضوابط و معيار هاي خط کشتيراني (Shipping Line’s Constraints)
هر يک از ورودي هاي فوق خود شامل زير عناصر مخلتفي مي گردد، مثلا نقشه ي کشتي شامل تعداد Bay ها
، Rowها ، Tier ها و نيز قيود ذخيره سازي هر Bay مي گردد.
اهداف Master Bay Plan( MBP)
همانطوري که قبلا ذکر شد، MBP علاوه برتاثيرات فرواني که بر ديگر عمليات در ترمينال کانتينري مي گذارد، مي کوشد تا کالا ها را در هنگام حرکت کشتي محافظت کرده ، از فضاي کشتي به صورت بهينه استفاده کرده ، از آسيب ديدن کشتي ،خدمه و تجهيزات آن جلوگيري کرده ، کمترين هزينه ي سربار را درهنگام بارگيري و تخليه موجب شده و در نهايت کل زمان توقف کشتي در ترمينال را کمينه (Minimize) نمايد.
عمده ي اهداف MBP به شرح زير است :
. بهره گيري حداکثر از فضاي کشتي
. جلوگيري از آسيب ديدن کالاها
. حفظ سلامت و تعادل کشتي
. حفظ سلامت خدمه ي کشتي و بندر
. کمينه (Minimum) کردن تعداد جابجايي هاي اضافه کانتينرها برروي کشتي (Restow) و برروي اسکله (Shifting) در هنگام تخليه ي کانتينرها به جهت ايجاد تسريع در عمليات و اجتناب از هزينه هاي سربار.
. رعايت کامل قيود و استاندارد هاي بين المللي در زمينه ي حمل و نقل کالاها مانند کالاهاي خطرناک (٧ and ١ IMO CODE) ، يخچالي (RF) و کالاهاي خارج از معيار (Out of Gage).
. کمينه کردن مدت زمان پهلوگيري کشتي در ترمينال کانتينري (مدت زمان تخليه و بارگيري ) که بيشترين هزينه را برخطوط کشتيراني تحميل مي کند.
. و داشتن هر گونه انعطاف لازم در صورت بروز تغييرات غير مترقبه در ليست کانتينرهاي بارگيري شونده .
به طور خلاصه MBP ، تعيين مي کند که مجموعه C حاوي m کانتينر از انواع مختلف درون مجموعه ي Sحاوي n مکان موجود در کشتي V به نحوي چيده شود که کليه ي محدوديت ها و قيود (Constraints) ساختاري و عملياتي متاثر از کشتي V و کانتينرها ي مجموعه ي C لحاظ شده ؛ و البته کل زمان بارچيني را به حداقل رساند.
روش پيشنهادي
همانگونه که مشخص است MBP ، به جهت وجود پيچيدگي ترکيبي در ساختار خود ، مسئله ي بسيار پيچيده اي مي باشد و مي توان به نوعي اين مسئله را حل يک مسئله Packingدر نظر گرفت . معمولا در حل چنين مسائلي استفاده از راهکارهاي هوشمند علاوه بر روش هاي heuristic پيشنهاد مي شود. معهذا روش هاي مورد استفاده بايد بتوانند علاوه بر تهيه پلن بارچيني کشتي بر اساس معيارهاي چندوجهي ، از تجربيات متصديان امور فن نيز بهره گيري لازم را ببرند.
منطق فازي همواره بعنوان يکي از راه هاي اصلي ترجمه دانش فرد خبره به منطق قابل تصميم گيري ، شناخته شده است . از اين رو با توجه به اهميت موضوع در بندر شهيد رجايي و نيز وجود دانش تجربي در اين زمينه (کاپيتان هاي کشتي ) ، تحقيق در مورد طراحي و پياده سازي يک سيستم مبتني بر منطق فازي FLC (کنترل گر فازي ) همراه با سرپرست (Supervisor) براي حل مسئله ي بارچيني کشتي هاي کانتينري با اهميت مي باشد.
سيستم مورد نظر ، بعنوان ورودي نقشه ي کشتي ، وضعيت جاري کشتي (شامل قيود، مختصات و ازدحام ) و ليست کانتينر هاي بارگيري شونده (شامل اندازه ، نوع ، وزن ، مقصد و...) و قيود خط کشتيراني رادريافت کرده و براساس منطق تصميم گيري (پايگاه دانش ) فازي خود و نيز تاييد نهايي واحد سرپرست موقعيت دقيق قرارگيري کانتينر برروي کشتي رادر بهينه ترين حالت ممکن تعيين مي نمايد.
در صفحه ي بعد دياگرام سيستم نيز ترسيم شده است :
بررسي سيستم
همانطوري که در دياگرام صفحه ي قبل مشخص است ، سيستم پيشنهادي شامل يک کنترلر فازي به همراه يک سيستم سرپرست (Supervisor) مي باشد. همانگونه که پيشتر ذکر شد، براي طراحي يک کنترلر فازي بايستي متغير هاي فازي و نيز پايگاه قوانين (Rule Base) آن را بر اساس نظرات و پيشنهاد هاي کارشناسان فن طراحي نمود. در اينجا ما نيز از تجربيات تني چند از کاپيتان
