بخشی از مقاله
خلاصه
انتخاب ترکیب مناسبی از ماشینآلات که بتواند پروژههای عملیات خاکی را در مدتزمان معین با کمترین هزینه به اتمام رساند، بهعنوان عاملی مهم و کلیدی جهت اجرای موفق پروژههای عملیات خاکی محسوب میگردد. در این مقاله بهمنظور یافتن آرایش بهینه ناوگان ماشینآلات عملیات خاکی، مدلی بر اساس مدلهای شبیهسازی بهینهسازی ارائهشده که در زمان اندکی امکان دستیابی به پاسخ بهینه را فراهم مینماید.
در بخش شبیهساز مدل پیشنهادی، تولید عملیات خاکی ناوگان محاسبه میگردد. سپس در الگوریتم ژنتیک توسعهیافتهای که وظیفه بهینهسازی را بر عهده دارد، مدل بدون هیچ محدودیتی قادر بوده آزادانه فضای حل مسئله را جستجو نماید. در انتهای مقاله، نمونه موردی جهت اعتبارسنجی و ارزیابی مدل آورده شده است. نتایج حاصله بیانگر کارآمدی مدل پیشنهادی جهت یافتن ناوگان ماشینآلات مناسب میباشد.
.1 مقدمه
از زمانهای گذشته تا به امروز، انسان کوشش داشته تا با ابداع و بهکارگیری وسایل و ابزارآلات گوناگون عوارض سطح زمین را با توجه به نیازهای خود تغییر بدهد. این امر باعث گردید تا با سپری شدن زمان و کسب تجارب، ابزارآلات اولیه به ماشینآلاتی پیشرفته تبدیل شود. امروزه این ماشینآلات در بین منابع مختلف پروژههای عمرانی، سهم قابلتوجه ای از هزینهها - در عموم پروژهها از 10 تا 30 درصد و در پروژههای راهسازی و سدهای خاکی گاهی تا 60 درصد - را به خود اختصاص دادهاند
همچنین روند موجود در پروژههای عمرانی به سمت استفاده هر چه بیشتر از ماشینآلات در عملیات اجرایی پیش میرود. از طرفی در اغلب پروژههای بزرگ مهندسی عمران ازجمله پروژههایی در مقیاس بزرگ - همچون سدها، بزرگراهها و فرودگاهها - عملیات خاکی ضروری، کثیرالوقوع و محدوده قابلملاحظهای از کار را شامل میشود. برای انجام عملیات خاکی، طیف گستردهای از ماشینآلات عمرانی با خصوصیات مختلف عملکردی و هزینهای مورد استفاده قرار میگیرد.
لذا انتخاب مناسب ماشینآلات از مهمترین فاکتورهای موفقیت در اجرای پروژه بوده و بر روند پروژه و میزان بازده مالی آن تا حد زیادی تأثیرگذار است که این کار از وظایف مدیران پروژه جهت به تحقق رساندن اهداف پروژه است. انتخاب نادرست ماشینآلات، پیامدهای ناخوشایندی مانند افزایش زمان و هزینه و کیفیت نامطلوب اجرای پروژه را در پی خواهد داشت ولی انتخاب صحیح ماشینآلات به پیشرفت و کیفیت پروژه و حداقل نمودن هزینهها کمک شایانی خواهد نمود؛ بنابراین برنامهریزی برای تخصیص بهینه و انتخاب آرایش بهینه ناوگان ماشینآلات عملیات خاکی ضرورت پیدا میکند.
تعیین اقتصادیترین ترکیب ماشینآلات از لحاظ اندازه، تیپ و تعداد با استفاده از روشهای سنتی که بر اساس تجارب کارهای پیشین بوده، در بیشتر مواقع به دلیل وجود حجم زیاد متغیرها و پارامترهای گوناگون، محاسبات زیادی را طلبیده و کاری خستهکننده و زمانبر است. ازاینرو تکنیکها و مدلهای مؤثری جهت تخمین تولید عملیات خاکی، انتخاب تیپ مناسب، آرایش بهینه ناوگان ماشینآلات و بهینهسازی منابع مصرفی در عملیات خاکی ارائه شده است.
مدل پیشنهادی در این مقاله بر پایه روشهای شبیهسازی بهینهسازی بوده که هدف آن، تعیین آرایش ناوگانی است که بتواند پروژه عملیات خاکی را در مدتزمان معینی با کمترین هزینه به اتمام برساند. منظور از آرایش ناوگان، تعیین تیپ هر یک از ماشینآلات درگیر در عملیات خاکی و تعداد نظیرشان است. این مدل توسعهیافته، فاکتورها و عوامل متنوعی که در پروژههای عملیات خاکی مؤثر است را لحاظ میکند.
در ادامه برای اعتبارسنجی مدل پیشنهادی از یک نمونه موردی بهره گرفته شده است که نتایج حاصله از این مدل، با توجه بهمنظور کردن فاکتورهای متنوع و مؤثر، حاکی از کارآمدی و اجرایی بودن در تعیین آرایش بهینه ناوگان ماشینآلات در عملیات خاکی است.
.2 پیشینه تحقیق
فاکتورهای مختلفی در اجرای پروژههای عملیات خاکی دخیل هستند که میتوان به نوع، تیپ و تعداد ماشینآلات و نیز مشخصات سایت پروژه اشاره کرد. تلاشهای قابلتوجه ای جهت مدلسازی عملیات خاکی با احتساب کردن فاکتورهای ذکرشده صورت پذیرفته است .[2] این مدلها را میتوان با ذکر نمونههایی بهصورت زیر دستهبندی نمود:
· مدلهای تئوری صف1؛ استفاده از توزیع ارلنگ و نمائی در تئوری صف جهت مدلسازی عملیات خاکی شامل خاکبردار و کامیون
· مدلهای برنامهریزی خطی2؛ انتخاب تعداد بهینه ماشینآلات جهت انجام یک پروژه با بهرهگیری از برنامهریزی خطی فازی
· مدلهای رگرسیونی3؛ محاسبه تولید و هزینه واحد عملیات خاکی
· مدلهای نرمافزارهای تجاری4؛ نرمافزار FPC شرکت کاترپیلار
· مدلهای طراحی گروه کار و تحلیل آن از طریق شاخص هزینه5؛ انتخاب اقتصادیترین ناوگان اسکریپرها
· مدلهای تحلیل سلسله مراتبی6؛ پیشنهاد تیپ مناسب ماشینآلات با توجه به معیارهای موردنظر
· مدلهای سیستمهای خبره7؛ پیشنهاد نمودن نوع و تعداد ماشینآلات با طرح سؤالاتی از کاربر در مورد مشخصات پروژه
· مدلهای شبکههای عصبی8؛ تخمین بهینه زمان و هزینه عملیات خاکی
· مدلهای شبیهسازی9؛ انتخاب ناوگان مناسب ماشینآلات با استفاده از تئوری شبکه پتری
· مدلهای شبیهسازی بهینهسازی10؛ تعیین آرایش ناوگان ماشینآلات عملیات خاکی
بسیاری از این مدلها و تکنیکهای مطرحشده در تعیین آرایش بهینه ناوگان ماشینآلات در مقابل تغییرات متغیرها انعطافپذیری کمی دارند و دارای محدودیتهای فراوان و نقاط ضعفی همچون نیازمندی به اطلاعات جامع اولیه و لحاظ نکردن اندرکنش مناسب میان ماشینآلات میباشند. مدلهای شبیهسازی بهینهسازی از قدرتمندترین روشهای موجود در مسائل صنعت ساختوساز است که در انتخاب ناوگان بهینه ماشینآلات عملیات خاکی نیز بکار رفته و به نتایج قابل قبولی رسیده است
.3 مدلهای شبیهسازی بهینهسازی
مدلهای شبیهسازی بهینهسازی شامل دو بخش شبیهساز و بهینهساز میباشند. شبیهسازی، تکرار فرآیند دنیای واقعی در یک دنیای مجازی بهدفعات زیاد است که از این روش برای مدل کردن هر نوع عملیاتی ازجمله عملیات خاکی مورد استفاده قرارگرفته است. شبیهسازی بهتنهایی امکان انتخاب ناوگان بهینه را قادر نیست بلکه نتایج استفاده از هر ناوگان دلخواه را روی سیستم نمایان میسازد. بنابراین برای بهینهسازی سیستم، میبایست به همراه شبیهسازی از یک مدل بهینهساز نظیر الگوریتم ژنتیک11، الگوریتم ازدحام ذرات12 و یا دیگر مدلهای بهینهساز استفاده نمود تا در تعامل با شبیهسازی بتواند نقش بهینهسازی را ایفا نماید
محمد مرزوک13 و اسامه مسلهی14، مدلی بر پایه مدلهای شبیهسازی بهینهسازی به نام SimEarth توسعه دادهاند که در فرآیند شبیهسازی، از شبیهسازی رویداد گسسته15 و شبیهسازی شیءگرا16 استفاده نموده و در بخش بهینهساز، از الگوریتم ژنتیک بهره گرفته است 12] و .[11 مدل پیشنهادی توسط مرزوک و مسلهی در تعیین آرایش ماشینآلات موجود در پروژههای عملیات خاکی دارای نقاط ضعفی است بهطوریکه مدل قادر به جستجو محدودی از حالات ترکیب ماشینآلات است.
مرزوک و مسلهی ماشینآلات را بهصورت سناریوهایی گروهبندی نمودهاند، این امر باعث میشود که محدوده خاصی از آرایش ناوگان ماشینآلات ایجاد گردد و مدل بهینهساز نتواند بهصورت آزادانه فضای حل مسئله را جستجو نماید. همچنین مدل پیشنهادی مرزوک و مسلهی با تخمین هر یک از مدتزمان فعالیتهای درگیر در عملیات خاکی، تولید عملیات خاکی ناوگان را محاسبه مینماید. این امر بر اساس اطلاعات کارگاهی صورت میپذیرد، درحالیکه در بیشتر مواقع اطلاعات دقیق کارگاهی وجود نداشته و در صورت موجود بودن محدود میباشد زیرا که با ماشینآلات متنوع و شرایط کارگاهی گوناگونی در اجرای پروژهها مواجه هستیم.
