موضوع : بهینه سازی منبع با استفاده از شبیه سازی ترکیب یافته و الگوریتم ژنتیک

توضیح: این فایل به صورت ورد و آماده ی پرینت می باشد

خلاصه
اين مقاله، توسط تركيب كردن فلوچارت ( نمودار گردش كار) براساس ابراز شبيه سازي با يك روش بهينه سازي ژنتيك قدرتمند، يك روش را براي بهينه سازي منبع نشان مي دهد.روش ارائه شده، كمترين هزينه،و بيشترين بازده را ارائه ميدهد، وبالاترين نسبت سودمندي را در عملكردهاي ساخت و توليد فراهم مي آورد. به منظور يكپارچگي بيشتر بهينه سازي منبع در طرح ريزي هاي ساخت،مدلهاي شبيه سازي بهينه يافته (GA) الگوريتم هاي ژنتيكي گوناگون،عموماً با نرم افزارهاي مديريت پروژه بكار رفته شده ادغام مي شوند. بنابراين، اين مدلها از طريق نرم افزار زمان بندي فعال مي شوند و طرح را بهينه مي سازند.نتيجه، يك ساختار كاري تقليل يافته سلسله مراتبي در رابطه با مدلهاي همانندي سازي بهينه يافته GA است. آزمايشات گوناگون بهينه سازي با يك سيستم در دو مورد مطالعه، توانايي آن را براي بهينه ساختن منابع در محدوده محدوديتهاي واقعي مدلهاي همانند سازي آشكار كرد. اين الگو براي كاربرد بسيارآسان است و مي تواند در پروژه هاي بزرگ بكار رود. براساس اين تحقيق، همانندسازي كامپيوتر وا لگوريتمهاي ژنتيك ،مي توانند يك تركيب موثر براي بهبود دادن بازده و صرفه جويي در زمان وساخت و هزينه ها باشند.
 
مقدمه
اين امر كاملاً آشكار شده است كه بازده كاري پايين ،عدم آموزش، و كاهش تعداد معاملات، چالشهاي بحراني هستند كه صنعت ساختمان( ساخت) با آن روبرو خواهد شد.
بهره دهي يا قدرت توليد در رابطه با مطالعه ها، براي مثال،دلالت بر زمان بيكاري (بيهودة) كاربران در ساخت(توليد) دارد كه اين زمان از 20 تا 45% متغير است. اين اتلاف وقت ، كه از طريق منابع ناكارآمد و طرح ريزيهاي غيربسنده( نامناسب) ناشي مي شود، تاثير و پيامد فوق العاده اي در هزينه هاي ساخت دارد. همچنين، پيماناكاران كه مهارتهاي مديريتي منابع كارآمد را ندارند، اين رقابت كردن در بازارهاي ساخت جهاني كه آنها د ر آن فرصتها بسياري را خواهند يافت، براي آنها كاري بس دشوار خواهد بود.
با ايجاد تجهيزات و نيروي كار براي امر ساخت و توليد، اين امر آشكار است كه تدبيرهاي كاربرد نيروي كار متناوب و كاربرد بهتر از منابع كاري موجود، به منظور بهبود دادن،بهره دهي كاري و كاهش هزينه هاي ساخت، مورد نياز است. استفاده كارآمد از منابع پروژه، هزينه هاي ساخت را براي مالكان و مصرف كنندگان كاهش مي دهد، و در عين حال سودمنديهايي را براي پيمانكاران افزايش مي دهد. با اين وجود،برخي فاكتورها وجود دارند كه ،مديريت منبع را امر دشواري مي سازند، اين فاكتورها در مراحل زير توضيح داده شده اند:
-    سياست جداسازي مديريت منبع:در ادبيات، محققان گوناگون، تعدادي تكنيكها را براي پرداختن به جنبه هاي فردي مديريت منبع، همانند تخصيص منبع، سطح بندي منبع، مديريت نقدينگي، و تجزيه و هزينه و زمان معاملات (TCT) ، ارائه داده اند. مطالعات تالبوت و پترسون(1979) و گاوليش و پيركون (1991)، براي مثال، به تخصيص منابع مربوط بود ، در حاليكه بررسيهاي Easa (1989) و Shah et al (1993) به سطح بندي و تراز كردن منابع مي پرداخت روشهاي ديگر ، تنها روي تجزيه TCT متمركز شدند. همانطوريكه اين بررسيها سودمند واقع شدند، آنها به ويژگيهاي مجزايي پرداختند كه يكي پس از ديگري براي پروژه ها بكار برده مي شدند ( نه بطور همزمان) . بوسيله پيچيدگي اساسي پروژه ها و مشكلاتي در رابطه با الگوبرداري تمام ويژگيهاي تركيب يافته، تلاش بسيار كمي براي بهينه سازي منابع تركيب شده به عمل آمد.
-    ناكارآمدي الگوريتم هاي بهنيه سازي سنتي: در چند دهه گذشته ، بهينه سازي منبع سنتي، براساس روشهاي رياضي يا براساس تكنيكهاي ذهني(غيرمستدل) بوده است. روشهاي رياضي ، همانند برنامه ريزيهاي عدد صحيح ، خطي، يا برنامه ريزيهاي ديناميكي ،براي مشكلات منبع فردي پيشنهاد شده بودند.با اين وجود ، روشهاي رياضي از لحاظ محاسبه اي براي هر پروژه واقعي انعطاف ناپذير بودند كه اين روش فقط براي سايزهايي از پروژه مناسب مي باشد. همچنين ،روشهاي رياضي پيچيده ايشان دستخوش تغيير مي شوند وممكن در مطلوبترين وبهينه ترين قرار بگيرند، روشهاي ذهني (غيرمستدل) ، ازسوي ديگر، تجربيات وقوانين thumb را بكار مي برند، نه فرمولهاي رياضي سخت ودقيق را. محققان براي تخصيص منبع، مدلهاي ذهني گوناگوني را پيشنهاد نموده اندن،تراز بندي منبع ها،تجزيه TCT، علي رغم سهولتشان ،اين روش هاي ذهني هنگامي كه درشبكه هاي پروژه اي مختلف بكار برده مي شوند ،نتايج گوناگون را اعمال مي نمايند ، و براي كمك به انتخاب بهترين روش ذهني براي كاربرد، هيچ گونه راهنماهاي دقيقي وجود ندارد. بنابراين ، آنها نمي توانند راه حلهاي بهينه اي را تضمين نمايند. همچنين ،راه حلهاي غيرثابت آنها ( غيرپايدار آنها) به تفاوتها وتناقض‌هاي وسيع، ميان قابليهاي محدود شده منبعي نرم افزار در مديريت پروژه تجاري كمك شاياني كرده اند.
-    مشكلاتي كه در رابطه با مدلهاي همانندسازي: در طي سه دهه گذشته،همانندسازي كامپيوتر، براي حمايت از كاربرد كارآمد منابع ساخت ارائه شده است (معرفي شده است) با اين وجود ، محققان، در توانايي آن براي ايجاد تقليدي (نمودين) فرآيندهاي ساخت واقعي در كامپيوترها علاقمند شدند، و كارورها ممكن هدايت اين كار را بسيار دشوار بيابند. به عنوان يك ابزار بسيار سودمند براي طرح ريزي منابع، يك تحقيق وسيع براي توسعه مدلهاي همانندسازي عملكرد ساخت، بويژه براي كاربرد سيستم چرخه بايد هالپين صورت گرفت. هنوز،با اين وجود، برخي ابزارهاي موجود، نيازمند دانش برنامه ريزي كامپيوتري و زبان همانندسازي، و عدم ادغام با نرم افزار مديريت پروژه موجود و عدم ادغام با الگوريتم هاي بهينه سازي را مي باشند.
-    موجوديت يك ابزار توليدي جديد ؛توسعه هاي اخير در علم كامپيوتر، يك توليد جديدي از ابزارها را حاصل نموده است، كه آن براي استفاده شدن در كاربردهاي ساخت بسيار سودمند مي باشد. براساس پيشرفتهاي اخير در هوش مصنوعي، يك تكنيك بهينه سازي جديد ، وا لگوريتم هاي ژنتيك (Gas) پديدار شده اند. با مكانيزمهاي تكامل طبيعي همانندسازي و شايسته ترين مكانيزمهاي بقاء ،GAS ،يك تحقيق رندم(تصادفي) رابراي حل بهينه يك مشكل بكار مي برد. بوسيله سودمنديهايي حاصله از آنها، Gas بطور موفقيت آميزي براي حل چندين مشكل مهندسي و مشكلات مديريت ساخت بكار برده مي‌شود. اين كاربردها شامل بهينه سازي يك سياست قيمت افزايي براي پيمانكاران ؛بهينه سازي سقف نگهدارنده(پايه) فولاد؛ زمان بندي و جدول بندي منابع؛بهينه سازي زمان وهزينه معاملات؛ و تخصيص وترازبندي منبع تركيب شده مي باشند.
همچنين،علاوه بر ابزارهاي بهينه سازي براساس GA،سيستم هاي همانندسازي جديد و آسان كاربرد براساس برنامه ريزي هاي شي گرا، اخيراً ارائه شده است. يك سيستم فرآيند V3 (2000)، يك نرم افزار با هدف عمومي،براي الگو برداري و همانندسازي ارائه شده است. سودمندي اصلي اين نرم افزار، نمودار گردش كارآسان آن، براساس قابليت هاي الگوبرداري و همچنين موتور همانندسازي شيء گرايآن مي باشد.اين موتور همانندسازي نرم افزار،انعطاف پذير است  و اين امكان را بوجود مي آورد كه كاربر عناصر الگو برداري اوليه اش را بپذيرد. سودمندي ديگر نرم افزار اين است كه ،آن همانندسازي را براي شبكه هاي سنتي فعاليت در فلاش (AOA) بكار برده شده براي زمان بندي پروژه ها بكار مي برد. انواع پروژه‌هاي گوناگون فلاش و گره طراحي مي شوند تا شاخه بندي هاي ساده يا مشروط را در طي همانندسازي امكان پذير سازند. اين اهداف از پيش طرح شده، مي توانند با يك تلاش كم براي توليد مدلهاي عملي،بدون دانش مبتلي از واژه شناسي همانند شناسي يا برنامه ريزي كامپيوتري به كار برده شوند.
اين روش، به بهبود طرح ريزي  ساخت و مديريت منابع، توسط يك سيستم بهينه سازي منبع آسان كاربرد و كارآمد كمك مي نمايد و اين همانند سازي را با الگوريتم هاي ژنتيك تركيب مي نمايد. اين سيستم بهينه سازي منبع،در دو مطالعه مورد بررسي قرار گرفته است. بنابراين اين سيستم با نرم افزار تجاري مديريت پروژه ادغام مي‌شود و اين امكان را فراهم مي كند كه كاربران مدلهاي بهينه يافته GA را در هر سلسله مراتب پروژه تعريف شده كاربر بكار گيرند، به نحوي كه زمان بنديهاي ساخت بهينه شده منابع و زمان بندي هاي واقع گرايانه ايجاد شود.
همانندسازي تسهيل يافته: دو مثال
با استفاده از روش همانند سازي شرح داده شده در ضمميه،دو عملكرد ساخت مجزا الگوبرداري شده است.با ارائه نرم افزار ساده بر اساس فلوچات ،فرآيند الگوبرداري بطوروسيعي آسان شده است.جزئيات مفصل عملكردهاي الگوبرداري شده دربخشهاي زير فراهم شده است.
مثال (1) : جايگزين عيني
اولين مثال، يك عملكرد جايگزيني (قرارگيري) عيني ساده را مورد تجزيه قرار مي دهد كه اساساً توسط پالسون et al (سال 1987) ارائه شده و مورد الگوبرداري قرار گرفته است،و با استفاده از INSIGHT (بينش) ، يك تنوع وسيع و پيشرفته‌اي از سيستم چرخه باد ( سيستم چرخنده) توسط هالپين (1977) ارائه شده است. اين فرآيند شامل قرارگيري و تنظيم تعدادي ستون عيني (واقعي) هر كدام   ،براي يك ساختار جديد است.يك تركيب بيل مكانيكي جرثقيل (crane-bucket) ، با يك ظرفيت   و يك «خرطوم فيل» ، براي جايگزيني عيني فرض مي‌شود جايگزيني عيني توسط چهار باركش (كاميون) ، هر كدام با يك ظرفيت  دريافت مي‌شود. به علت محدوديتهاي مكاني، با اين وجود، تنها يك باركش مي تواند در موقعيت تحويل(ارسال) در يك زمان حركت نمايد. يكي از متصديان كارگران ساخت، همچنين براي جايگزيني عيني بكار گرفته مي‌شود. اثر يك كاميون و بيل مكانيكي جرثقيل، هر دو موجود باشند، بنابراين ،جرثقيل مي تواند بيل مانيكي   را بارگيري نمايد و آن را براي جايگزيني عيني در يك ستون بكار مي برند.اين جرثقيل و بيل مكانيكي بنابراين براي بارگيري ديگر بر مي‌گردد. بعد از اينكه دو بيل مكانيكي جايگزين شدند، ستون كامل مي‌شود و خدمه مي توانند به ستون بعدي بروند بعداز حركت خدمه به ستون بعدي، جايگزيني در ستون جديد مي تواند آغاز شود. همچنين فرض مي‌شود كه بعد از اينكه يك كاميون تخليه مي شود، اين كاميون به حركت در مي آيد و كاميون بعدي مي تواند وارد اتاقك تحويل (ارسال) شود.
همانطور كه در شكل (1) نشان داده شده است، اين مدل توسط چهار گره و شش فلش نشان داده مي شود، گره  2 ،يك گره اساسي است واز فعاليت 1-2 (آغاز) ، يك شيء شمارش پذير يا ردكوبيك دريافت مي كند. اين فعاليت 2-3 جانشين (بارگيري و بالا كشيدن) هنگامي كه شيء ياردكوبيك بعلاوة دو منبع(كاميون وبيل مكانيكي جرثقيل) موجودميباشند، براي فعال شدن تنظيم خواهد شد. در پايان فعاليت آن،فعاليت 2-3 ،شيء يا ردكوبيك را كه آن دريافت مي كند، عبور مي دهد، و همچنين يك شيء جديد «شمارنده بيل مكانيكي» ايجاد مي‌شود. بنابراين در گره 3، تعدد شيء هاي «ياردكوبيك» دريافت شده، تعدادي بارگيريهاي انجام شده   را نشان مي دهند. همچنين ،هر شي «شمارنده بيل مكانيكي »،ظرفيت 1/8 را از ظرفيت كامليك كاميون را نشان مي دهد، وبنابراين هشت شيء به عنوان يك تجهيزات براي فعال كردن فعاليت 3-2 تنظيم مي شوند. فوراً بعد از پايان فعاليتهاي 2-3، فعاليت 3-4 مي تواند آغاز شود، چون آن نيازمند يك شي «ياردكوبيك» و همچنين يك منبع خدمه براي جايگزيني و مرتعش كردن (لرزندان)   است. در پايان آن، گره 4 ،دو شيء را دريافت مي كند، يك شيء « ياردكوبيك» و يك شي «شمارنده ستون»، شي «ياردكوبيك» بنابراين همانطور يك نياز براي فعاليت 4-2 رفع مي‌شود ( جرثقيل و بيل مكانيكي بر مي‌گردد)، در حاليكه دو شيء «شمارنده ستون» براي شروع فعاليت 4-3 نياز است( خدمه به سمت ستون بعدي حركت مي كنند) از ديدگاه كاربر، بنابراين در شبكه فرآيند ( نمودار گردش كار) اين مدل مي تواند توسط منابع گوناگون در يك صفحه گسترده نصب شود، وبنابراين ويژگيهاي هر گره وفعاليت را شناسايي كند بنابراين تمام فعاليتها،منابع و تقويم ها تنظيم مي شوند و فرآيندهاي همانندسازي مي توانند آغاز شوند، و اين نرم افزار،با استفاده از رنگها، فرآيند را به حركت در مي آرود (متحرك مي كند) به دنبال اين فرآيند، كاربر قادر است،همانندسازي را روش audit –trail نمايد و زمانهاي فعال،زمانهاي بيكاري (بيهوده) و تعداد شيء هاي دريافت شده در هر گره را شناسايي نمايد. به عنوان مثال، نتيجه يك همانندسازي يك روزه، با استفاده از چهاركاميون، يك بيل مكانيكي، تعداد كل فعاليتهاي انجام شده در گره 4 براي فعاليت 4-3 (خدمه به سمت ستون بعدي حركت مي كنند) 51 فعاليت بود ،و يك بازده 51 ستون / روز را نشان داد. همچنين تعداد وفعاليت ها براي فعاليت 4-2 (برگشتن بيل مكانيكي و جرثقيل) 103 بود، تعداد جايگزين شده   را نشان داد.

فهرست مطالب

بهينه سازي منبع با استفاده از شبيه سازي تركيب يافته و الگوريتم ژنتيك    0

خلاصه    1

مقدمه    2

مدلهاي همانندسازي بهينه سازي شده الگوريتم هاي ژنتيك    10

روش الگوريتم هاي ژنتيك براي مدلهاي همانند سازي    10

اجراي مدلهاي همانندسازي بهينه در الگوريتم هاي ژنتيك    14

مورد بررسي (1): جايگزيني عيني    15

زمان بندي سلسله مراتبي با بهينه سازي منبع    19

خلاصه و اظهارات نتيجه گيري    20

ضميمه :مفهوم همانندسازي در بخش فرآيند    23

References    26