در فصل دوم، ادبیات مربوط به مساله ترمینال های کانتینری تشریح می شود و روش ها و مدل هایی که تاکنون ارائه شده مورد ارزیابی قرار گرفته و اشکالات و کاستی های هر مدل و روش بیان می شود. در ادامه و در فصل سوم به تشریح کامل نحوه شبیه سازی سیستم مورد نظر در نرم افزار Arena می پردازیم و همچنین توضیحاتی در رابطه با روش بهینه سازی شبیه سازی و روش طراحی آزمایشات داده می شود. فصل چهارم شامل جداول و نمودارهای حاصل از انجام شبیه سازی و بهینه سازی می باشد که به تحلیل آن ها پرداخته شده و فصل پنجم نیز شامل پیشنهادات کارهای آتی و نتیجه گیری می باشد.
فصل دوم
ادبیات و پیشینه تحقیق
2-1- حمل و نقل کانتینری
در اواخر دهه 1950، اولین کشتی های کانتینری اقیانوس ها معرفی شدند و حمل و نقل کانتینری به طور جدی به یک روش حمل و نقل دریایی تبدیل شد. قبل از کانتینری شدن، اغلب محموله های دریایی بر روی پاات ها قرار می گرفتند و به وسیله جرثقیل های روی کشتی و اسکله تخلیه و بارگیری می شدند. این روش بسیار زمان بر بود و محصولات با آسیب پذیری بالایی جابجا می شدند. با کانتینرها، جایجایی آسان، سریع و ایمن ممکن شد.
کانتینرها جعبه های فلزی با اندازه های استاندارد هستند که 5 طول استاندارد آن رایج است. 20، 40، 45، 48 و 53 فوت. کانتینرهای 48 و 53 فوتی در حمل و نقل های بین المللی استفاده نمی شوند و در عوض از آنها برای حمل و نقل داخلی استفاده می شود. برای نام گذاری کانتینرها از واحد TEU که معادل با کانتینری با 20 فوت طول، 8 فوت پهنا و 6 فوت ارتفاع، می باشد استفاده می کنند. همچنین TEU یک واحد تقریبی می باشد. برای مثال به یک کانتینر 45 فوتی، کانتینر TEU2 می گویند[22].
در اواخر قرن بیستم حمل و نقل کانتینری رشد قابل مشاهده ای داشته و به همین منظور کشتی های با ظرفیت های بالاتری نیز ساخته شد که امروزه ظرفیت این کشتی ها به TEU15000 می رسد. شکل زیر انواع کشتی ها را در اندازه های متفاوت نشان می دهد.
شکل2-1 انواع کشتی ها برحسب اندازه
در شکل بعدی می بینیم که حمل ونقل کانتینری با چه سرعتی در حال افزایش می باشد. این شکل میزان کانتنیر جابجا شده را در 5 بندر مهم در ایالات متحده بر حسب واحد TEU نشان می دهد.
شکل2-2 میزان کانتینر جابجا شده در 5 بندر ایالات متحده
2-2- مروری بر فعالیتهای ترمینال های کانتینری
عموما ترمینال های کانتینری به عنوان سیتم های باز از جریان مواد با دو مجرای بیرونی در نظر گرفته می شوند. این دو مجرا شامل طرف روبه دریا که برای تخلیه و بارگیری کشتی ها می باشد و طرف ساحل که برای تخلیه و بارگیری کامیون ها و تریلرها می باشد. ترمینال کانتینری این دو مجرا را به هم وصل کرده و فضایی برای ذخیره کانتینرها در نظر می گیرد. کانتینرها یا بر روی هم انباشته و ذخیره می شوند با اینکه بر روی شاسی تریلرها قرار می گیرند. تحت ذخیره سازی بر روی شاسی تریلرها، هر کانتینر به طور جداگانه در دسترس می باشد و انتقال در محوطه ساحل سریعتر انجام می گیرد. اما تحت ذخیره سازی توده ای، کانتینرها در چندین توده و دسته به ارتفاع چندین کانتینر ذخیره شده و دیگر هر کانتینر به طور مستقیم در دسترس نمی باشد. جرثقیل های محوطه برای دست یابی و جابجایی کانتینرها در توده ها مورد استفاده قرار می گیرند.
شکل2-3 ترمینال کانتینری
وقتی یک کشتی به ترمینال می رسد ابتدا برای انجام عملیات تخلیه یا بارگیری لنگر می اندازد. برای این منظور، تعدادی لنگرگاه در هر ترمینال وجود دارد. لنگرگاه ها هزینه ساخت بسیار بالایی دارند و بنابراین تعداد و طول آن ها یکی از مهم ترین تصمیمات استراتژیک در ترمینال می باشد که باید در سطوح مدیریتی بالا به آن پرداخته شود. تصمیم گیری برای لنگرگاه کار را برای ورود یا خروج کانتینرها به یا از محوطه های ذخیره سازی آغاز می کند. به طور واضح، بهره وری لنگرکاه ها به طور مستقیم بر بهره وری کل ترمینال موثر می باشد، بنابراین تصمیمات سطوح عملیاتی مربوط به تخصیص فضای لنگرگاه برای کشتی ها، حیاتی می باشد.
در مرحله بعد، هنگامی که یک کشتی در لنگرگاه قرار گرفت، عملیات تخلیه و بارگیری انجام می گیرد. جرثقیل های عرشه تجهیزات استانداردی هستند که برای این منظور طراحی شده اند. جرثقیل های عرشه، یک نوع از جرثقیل های دروازه ای با اسکلت آهنی بزرگی می باشند که در طول عرشه و جایی که کشتی ها انگر انداخته اند قرار می گیرند. این تجهیزات معمولا بر اساس ظرفیت بلند کردن و اندازه کاننتیرهایی که می توانند بارگیری و تخلیه کنند تقسیم بنده می شوند. جرثقیل های مدرن امروزی قادرند دو کانتینر کانتینر 20 فوتی را در یک زمان بلند کنند و دارای حداقل ظرفیت بلند کردن 40 تن می باشند. سرعت جابجایی جرثقیل ها نیز دارای اهمیت می باشد. جرثقیل های امروزی هنگام حمل بار دارای سرعت 60 تا 80 متر بر دقیقه می باشند. برحسب پارامترهای داده شده، برای جابجایی یک جرثقیل کانتینر 40 فوتی توسط یک اپراتور حرفه ای حدود 90 ثانیه وقت نیاز می باشد.
جرثقیل های عرشه بعد از لنگرگاه ها دومین تجهیز از نظر هزینه در ترمینال ها می باشند. یکی از پارامترهای کلیدی دیگر در این ترمینال ها، تعداد جرثقیل های در دسترس می باشد. با بهبود جرثقیل ها، ترمینال ها می توانند مدت زمان توقف کشتی ها را کاهش داده و بازده و بهره وری ترمینال را افزایش دهند[22].
2-3- روش های بهینه سازی حمل و نقل ترمینال
نیاز به بهینه سازی با استفاده از روش های تحقیق در عملیات در ترمینال کانتینری به مساله مهمی در سالهای اخیر تبدیل شده است. این یک واقعیت است که حمل و نقل به ویژه در پایانه های کانتینری بزرگ، در حال حاضر به درجه ای از پیچیدگی رسیده است که برای پیشرفت نیاز به روش های علمی دارد. تأثیر روش های همزمان حمل ونقل و بهینه سازی برای مدت طولانی توسط کارشناسان عملیات قابل ارزیابی نمیباشد.
روش های هدفمند برای حمایت از تصمیم گیری ضروری میباشند. مفاهیم مختلف حمل و نقل قوانین تصمیم و الگوریتم های بهینه سازی، قبل از اینکه در سیستم واقعی پیاده شوند، توسط شبیه سازی ارزیابی میشوند[9].
کاراکترهای عملیات ترمینال کانتینر، نیازمند بهینه سازی و تصمیم گیری در زمان واقعی و آنلاین میباشند زیرا بیشتر فرآیند های در حال اجرا در پایانه ها، برای مدت زمان طولانی قابل پیش بینی نمیباشند. به طور کلی، افق برنامه ریزی بهینه سازی بسیار کوتاه میباشد. برخی از نمونه ها این واقعیت را اثبات میکند اگر چه داده های کانتینر که توسط کامیون به پایانه میرسند، ممکن است از قبل توسط تبادل الکترونیکی داده ها (EDI) تعیین شده باشند، اما زمان دقیقی که کانتینر به ترمینال میرسد، مشخص نیست. در زمان ورود کانتینرها نباید برای خسارت وارد شده بررسی شوند چون ممکن است داده های از پیش تعیین شده اشتباه باشند. هر 2 نوع داده، مکان محموله ها (stack) را تحت تاثیر قرار میدهد. همان طور که کامیون ها مجبور به جا به جایی به نقاط حمل و نقل میباشند، جایی که کانتینرها توسط جرثقیل برداشته میشوند نیاز نیست که توالی کامیون ها در ورودی و در نقاط حمل و نقل یکی باشند. بنابر این فقط آن دسته از کارهای کانتینری می توانند دارای توالی باشند که در حال حاضر برای حمل و نقل تجهیزات داخلی آزاد میباشند همان طور که کامیون ها به طور دائم از راه میرسند، تجدید نیاز میباشد. این موضوع استدلال مشابهی برای قطار نیز میتواند باشد[12],[13].
هر چند که داده های کانتینر و سایر مواضع در درون کشتی، دقیقاً در پیشرو برنامه ریزی روندها شناخته شده اند و اجازه میدهند که توالی کارها محاسبه شوند، آنها اغلب به دلیل اختلالات عملیاتی مجبور به تغییر میباشند. همانطور که کشتی (vessel) ایستا نمیباشد و حرکت آن بطور دائم است ( به دلیل جز و مد آب و هوا ) کانتینرهایی که در دنباله میباشند، با حرکت جرثقیل دیده نمیشوند.راننده جرثقیل تصمیم خود را میگیرد و ممکن است بارگذاری یا تخلیه خود را تغییر دهد.
شکل 2-4 بخش های عملیاتی ترمینال های کانتینری