بخشی از مقاله
چکیده
شرکتهاي حملونقل جادهاي مسافر به دنبال زمانبندي و مسیریابی بهینه ناوگان خود هستند. این شرکتها در برخی از ساعات با ازدحام مسافر و کمبود عرضه اتوبوسها مواجه هستند و در برخی ساعات دیگر، به دلیل کمبود مسافر، بخشی از ظرفیت اتوبوسها بلااستفاده میماند . آنها با ایجاد مکانیزمهاي همکاري در قالب ائتلاف، از طریق به اشتراكگذاري ظرفیت ناوگان و مسافران خود، علاوه بر ارضاي تقاضا در هزینههاي خود نیز صرفهجویی میکنند.
در این مقاله، شیوه همکاري شرکتهاي حملونقل جادهاي مسافر و مدل زمانبندي همکارانه براي شرکتهاي عضو ائتلاف بر پایه تئوري بازيهاي همکارانه پیشنهاد میگردد. یک مدل متمرکز براي تعیین تصمیمات بهینه و یک مدل غیرمتمرکز براي مکانیزم تقسیم سود ارائه میشود. از منظر نظریه بازيهاي همکارانه، مکانیزمهاي تقسیم سود با مفهوم عدالتمحور ارزش شپلی و مفهوم پایداريمحور هسته همخوانی دارند. با استفاده از مجموعه متنوعی از مسائل آزمایشی صحت کارکرد مدلها سنجیده شده است. نتایج عددي از کارکرد صحیح مدلها و مکانیزمهاي پیشنهادي پشتیبانی میکند.
.1 مقدمه و تعریف مسأله
حملونقل از جمله موضوعات حیاتی یک جامعه است که رشد اقتصادي و افزایش سطح رفاه اجتماعی را ممکن میسازد. حملونقل، از طرفی با ایفاي نقش رابط میان بازار تولید و مصرف، از طرف دیگر، جابجایی سریع و ایمن مسافران و گردشگران داخلی و خارجی از نقطهاي به نقطه دیگر، به مثابه پایههاي پلی است که بخشهاي مختلف اقتصادي، فرهنگی و اجتماعی جوامع با عبور از آن به سمت توسعه پایدار حرکت میکنند. حملونقل به دو دسته عمده کالا و مسافر تقسیم میگردد که هر کدام از آنها شامل شیوههاي مختلف هوایی، دریایی، ریلی و جادهاي میشود. به دلیل وضعیت جغرافیایی ایران، به استناد آمار منابع رسمی، حدود 90 درصد از جابهجایی مسافر بر دوش حملونقل جادهاي قرار دارد [1] و بیشترین حملونقلها از طریق جاده انجام میشود.
به همین دلیل، رسیدگی به حملونقل مسافران از طریق جاده بایستی در مرکز توجه قرار گرفته تا بتوان ضمن افزایش سود شرکتهاي حملونقل مسافر، افزایش رضایت و ایمنی مسافران تضمین گردد. بسیاري از این شرکتها بدون توجه به زمانبندي و مسیریابی بهینه، بهصورت سعی وخطا و یا به کمک تجربه، زمانبندي و مسیریابی را براي ناوگان خود انجام میدهد. از این رو، زمانبندي و مسیریابی بهینه ناوگان شرکتهاي حملونقل مسافر مورد توجه مدیران شرکتهایی قرار میگیرند که بهدنبال افزایش سطح خدمات، رضایتمندي مشتري و همچنین افزایش سود خود هستند.
در حمل ونقل مسافر زمان اهمیت بسیاري دارد و علاوه بر مسیریابی ناوگان، زمانبندي اعزام اتوبوسها مورد توجه قرار میگیرد. از این رو، براي زمانبندي و مسیریابی اتوبوسها از تکنیک شبکه مکان- زمان استفاده میشود .[2] در شبکه مکان-زمان، گرهها علاوه بر ماهیتمکانی، ماهیتزمانی نیز دارند و هر گره یک شهر خاص را در یک زمان خاص نشان میدهد. این گرهها به وسیله کمانهاي مختلف در این شبکه به هم متصل میشوند. کمان خدمت، سفر بین دو شهر مختلف را نشان میدهد؛ زمانی که اتوبوس مسافران را در این مسیر جابجا میکند. کمان انتظار، نگهداري یا توقف اتوبوس را در یک شهر و در یک پنجره زمانی نشان میدهد. در آخر، کمان حلقه، انتهاي یک دوره را به ابتداي دوره بعدي براي هر شهر متصل میکند.
زمان کمان حلقه برابر با زمان بین انتهاي یک دوره تا ابتداي دوره بعد است. این کمان پیوستگی را بین دو دوره زمانی متوالی اعمال میکند. شکل 1 شبکه مکان-زمان جریان ناوگان را نشان میدهد.
شرکتهاي حملونقل جادهاي مسافر در یک شبکه حملونقل و در بازاري رقابتی درحال فعالیت هستند. هریک از این شرکتها ناوگانی اختصاصی دارند که مسافران را بین شهرهاي مختلف جابجا میکنند . این درحالی است که شرکتهاي حملونقل جادهاي مسافر در برخی ساعات با کمبود مسافر مواجه هستند و اتوبوسها به صورت نیمهپر حرکت میکنند.
در نتیجه، با توجه به هزینههاي عملیاتی بالا در طی این سفر، کاهش بهرهوري ناوگان را نتیجه میدهد. از طرف دیگر، در برخی دیگر از ساعات تعداد مسافران بیش از عرضه اتوبوسهاست و به تقاضاي مسافرانی که مراجعه میکنند پاسخ داده نشده و این مسافران خدمات شرکتهاي رقیب را انتخاب میکنند. این مسأله از دست رفتن درآمد شرکت را در پی خواهد داشت و این بخودي خود باعث میشود مشتري در مراجعه بعدي شرکت رقیب را انتخاب کند. شرکتهاي حملونقل مسافر علاقهمند به یافتن راهحلهایی براي مدیریت و حل این مشکلات هستند.
شبکه مکان-زمان جریان ناوگان شرکتهاي حملونقل
براي مقابله با این مشکلات، همکاري شرکتهاي حمل ونقل مسافري در قالب ائتلاف پیشنهاد می شود. منظور از همکاري یا تشکیل ائتلاف این است که شرکتهاي عضو یک ائتلاف ظرفیت ناوگان خود را با سایر اعضاي ائتلاف به اشتراك گذاشته و به تبادل مسافر بپردازند. با این هدف که شرکتها از اعزام اتوبوسهاي نیمهپر جلوگیري شده و سوددهی این شرکتها با عضویت در ائتلاف بهبود یابد. از این رو، این شرکتها جدول زمانبندي اعزام اتوبوس را با همکاري یکدیگر تنظیم میکنند .
نکته کلیدي این جاست که در صورت همکاري چند شرکت، هیچ شرکتی حاضر نیست به صورت رایگان ظرفیت خود را در اختیار سایر شرکت ها قرار داده و مسافران آنها را جابجا کند. بنابراین، بایستی مکانیزمی طراحی شود تا شرکتها انگیزه همکاري با یکدیگر را داشته باشند. همکاري شرکتها در قالب ائتلاف باعث ایجاد صرفهجویی شده و درآمد و عایدي را براي ائتلاف به همراه دارد، این عایدي از طریق پرداختهاي جانبی بین اعضا تقسیم میشود. پرداختهاي جانبی به این ترتیب است که هر شرکت به ازاي استفاده از ظرفیت اتوبوس سایر شرکتها وجهی را پرداخت و به ازاي جابجایی مسافران سایر شرکتها وجهی را دریافت میکند.
با این مقدمات سؤالات زیر قابل طرح است:
• آیا امکان همکاري بین دو یا چند شرکت حملونقل جادهاي مسافر در قالب ائتلاف با هدف کاهش سفرهاي نیمهپر و کاهش هزینهها وجود دارد؟
• درصورت ایجاد ائتلاف، زمانبندي همکارانه اعزام اتوبوس براي شرکتهاي عضو ائتلاف باید به چه شکلی صورت گیرد؟
• عایدي ائتلاف به چه صورت بین اعضا تقسیم میشود و مکانیزم پرداختهاي جانبی چگونه در نظر گرفته میشود؟
نظریه بازيهاي همکارانه بستري را مهیا میکند که در آن رفتار شرکتها به عنوان بازیکنان در قالب یک بازي مورد مطالعه قرار میگیرد. بین بازیکنان یک بازي به کمک پرداختهاي جانبی داد و ستد انجام میشود. علاوه بر این، پایداري ائتلاف و تقسیم عادلانه سود از مفاهیم مهم در نظریه بازي هاي همکارانه هستند. نحوه تقسیم سودي که در مجموعه هسته قرار بگیرید، باعث پایداري ائتلاف می شود؛ یعنی این که هیچ شرکتی با خروج از ائتلاف درآمد بیشتري را کسب نمیکند.
همچنین، اگر سود شرکتها بر اساس ارزش شپلی تقسیم شود، یک تقیسم سود عادلانه خواهد بود. بنابراین، میتوان به کمک نظریه بازيهاي همکارانه چهارچوبی براي همکاري شرکتهاي حملونقل جادهاي مسافر در نظر گرفت. موضوع مهم این است که شرکتهاي حملونقل انگیزه کافی براي ایجاد همکاري را داشته باشند . این انگیزه زمانی بهوجود میآید که عایدي آنها بعد از عضو شدن در ائتلاف بیش از زمانی باشد که به تنهایی فعالیت میکنند. محور اصلی این پژوهش ارائه مدلی براي زمانبندي همکارانه و مکانیزمی براي تقسیم سود ائتلاف و تخصیص آن به اعضاي ائتلاف شرکتهاي حملونقل جادهاي مسافر است.
.2مرور ادبیات
تحقیقات اندکی روي موضوع همکاري شرکتهاي حملونقل مسافر انجام گرفته است، بیشتر تحقیقات مربوط به حملونقل بار است. در زمینه حملونقل جاده-اي مسافر، یان و چن [2] یک مدل و یک الگوریتم حل را با زمانبندي و مسیریابی کارا براي ناوگان شرکتهاي حملونقل اتوبوسهاي بین شهري ارائه کرده-اند که موجب بهبود سوددهی و سطح سرویس آنها میشود. در این تحقیق، از تکنیک شبکه مکان-زمان براي فرموله کردن مدل مسأله استفاده شدهاست که بهصورت مسأله عدد صحیح مختلط جریان شبکه چندکالایی مدلسازي میشود. آنها یک الگوریتم را براي حل مدل توسعه دادهاند که براساس آزادسازي لاگرانژین، روش گرادیانت، سیمپلکس شبکه، روش ابتکاري لاگرانژین و یک الگوریتم تجزیه جریان است.
به غیر از این کار، تحقیقات چندانی در گذشته براي بهبود برنامهریزي اتوبوس بین شهري انجام نشدهاست و بیشتر تحقیقات مربوط به اتوبوسهاي شهري است. بعد از آن، چیاهونگ چن و همکاران [3] در سال 2010 برخی از مدلهاي زمانبندي هماهنگ را براي شرکتهاي حملونقل جادهاي مسافر متحدتوسعه داده-اندکه مسیریابی و زمانبندي را براي اتوبوسهاي بین شهري ارائه میدهد. در این پژوهش، شرکتها با مشارکت در ائتلافهاي موازي و مکمل راضی کنندهترین مسیرها و جداول زمانی را با هدف کسب سود بیشتر انتخاب میکنند. قبل از این، زمانبندي اتوبوسهاي بین شهري تنها براي یک شرکت برنامهریزي شده است.
مدل آنها بهصورت مسأله عدد صحیح مختلط جریان شبکه چند کالایی مطرح میشود که آن را براي دو شرکت حملونقل مسافر فرموله کرده، اما مکانیزم خاصی را براي تقسیم سود ارائه ندادهاند. تنها با پیشنهاد یک نسبت از درآمد اشتراك گذاري شده، عایدي شرکتها تقسیم میگردد. مسأله آنها شباهت بسیاري به پژوهش حاضر از لحاظ موضوع، فرضیات و متغیرهاي تصمیم دارد؛ زیرا هر دو مسیریابی و زمانبندي اتوبوسها را در حالت همکاري شرکت-هاي حملونقل جادهاي مسافر ارائه میدهند .
با این تفاوت که در مدل چن و همکاران از شبکههاي موازي و مکمل کمک گرفته شده تا شرکتها به راضی کنندهترین مسیرها و زمان اعزام براي ناوگان خود، در جهت افزایش سود دست یابند؛ اما در پژوهش حاضر به کمک یک مدل متمرکز تقاضا به شرکتهاي عضو ائتلاف تخصیص داده شده و مسیریابی و زمانبندي اتوبوس انجام میگیرد و از طریق مدل غیر متمرکز عایدي ائتلاف بین اعضا تقسیم میگردد. در حالی که مدل چن و همکاران مکانیزمی را براي تقسیم سود و عایدي پیشنهاد نمیدهد. خواننده به سایر تحقیقات مشابه در سایر زمینه حملونقل هوایی بار [4] و حملونقل هوایی مسافر [5] ارجاع داده میشود.
تحقیقات انجام گرفته در زمینه همکاري در حملونقل کالا مربوط به شیوههاي دریایی، هوایی و جادهاي است . سلاك و همکاران [6] یک چهارچوب مفهومی را براي کاربرد نظریه بازيها در ائتلافهاي صنعت دریایی فراهم کردهاند. توانایی توزیع پایداري ائتلافهاي بکار رفته در نظریه بازيهاي همکارانه، همچنین محدودیتهاي عملی بکارگیري نظریه بازيها در صنعت حملونقل دریایی بحث شده است. آگروال و ارگون [7] در سال 2008 موضوعات وابسته به همکاري شرکتها در صنعت حملونقل دریایی را عنوان کردهاند؛ چرا که علاوه بر تخصیص سود ائتلاف، طراحی شبکه ائتلاف نکتهاي حیاتی است. همچنین این دو [8]، در سال 2010 همکاري بین شرکتهاي حملکننده در حملونقل دریایی را بررسی کردهاند.
آنها در این کار، ابتدا مدل متمرکز حاصل از ائتلاف را در نظر گرفته و راهحل بهینه را تعیین نمودهاند و در ادامه هم مدلهاي انفرادي را با درنظر گرفتن پرداختهاي جانبی به منظور تشویق شرکتها جهت پایداري ائتلاف، حل نمودهاند. آنها قیمتهاي تبادل ظرفیت روي کمانهاي شبکه را براي شرکتهایی محاسبه میکنند که از ظرفیت بلااستفاده سایر شرکتها بهره میبرند که انگیزه فروش ظرفیت خود را دارند. این پرداختهاي جانبی به کمک بهینهسازي معکوس از طریق حل مدلهاي انفرادي بدست میآیند. آنها یک مکانیزم عضویت را براي تخصیص سود و هزینه بین اعضاي یک ائتلاف طراحی کردهاند. براي کمک به ائتلاف براي دستیابی به بیشینه درآمد بالقوه، مشوقهایی براي شرکتها فراهم میشود تا راهحل بهینه همکاري را پیگیري کنند .
ژانگ و همکاران [9] یک مدل برنامهریزي خطی عدد صحیح آمیخته تجمیعشده را براي حل مسائل شرکتهاي حملکننده خطی حل کردهاند. این شرکتها در قالب یک ائتلاف به وسیله به اشتراك گذاري و تبادل ظرفیتهاي کشتی همکاري میکنند. مسأله مربوط به ائتلافهاي خطی است که شامل طراحی شبکه کشتیرانی با بکارگیري توسعه ناوگان کشتی، تخصیص تقاضا، ظرفیتهاي مبادله شده و مسیریابی میشود. محاسبه هزینههاي تبادل ظرفیت به کمک تکنیک بهینه سازي معکوس ممکن میگردد.
در صنعت هواپیمایی، هاوتالنو همکاران [10] در سال 2011 براي شرکتهاي حملونقل کالا که تشکیل یک ائتلاف میدهند، مکانیزمی را ارائه دادهاند که هم منابع ائتلاف و هم سود به طور مناسبی، به وسیله تنظیم قیمت منابع تخصیص داده شود . آنها ابتدا یک مدل متمرکز را براي تقاضاهاي تجمیع شده در نظر گرفته و سرویسهاي بهینه را به دست میآورند، سپس مدلهاي انفرادي را براي هر کدام از شرکتها در نظر گرفته و با استفاده از بهینهسازس معکوس آن را حل نمودهاند. آنها با درنظر گرفتن اهمیت اثر قیمت روي رفتار شرکتهاي حمل و نقل، عملکرد مکانیزمشان را در قالب مدلسازي دو رویکرد متفاوت تحلیل کردهاند.
اخیراً مفاهیم لجستیک همکارانه و همکاري شرکتهاي کامیونی با بارناکامل مورد توجه قرار گرفته است. ارگون و همکاران [11] اولین کار در زمینه لجستیک همکارانه را در حملونقل کامیونی تحت عنوان همکاري بین صاحبان کالا ارائه کرده و مسأله را به صورت یک مسأله پوشش مجموعه فرموله کردهاند. در واقع، آنها شبکه تقاضاي هر کدام از صاحبان کالا را روي هم جمع کرده و بهدنبال یافتن چرخههاي بهینه در شبکه ترکیب شده هستند.
آنها مدل خود را در دو حالت مختلف در نظر میگیرند که در هر حالت محدودیتهاي متفاوتی مانند حداکثر تعداد خط مجاز در هر چرخه و یا حداکثر طول مسافت هر چرخه اعمال میشود که آن را با استفاده از روش ابتکاري حریصانهحل نمودهاند. یکی از مهمترین مسائلی که در بحث لجستیک همکارانه مطرح میشود تخصیص هزینه یا سود بین اعضاي ائتلاف است . اوزندر و ارگون [12] روي یک شبکه لجستیک مطالعه کردهاند که شرکتهاي حملکننده بارها با شرکتهاي حملونقل همکاري میکنند، بهاین صورت که تقاضاهاي حمل بارهاي مختلف بسته-بندي میشوند.
