![[09127409082]](https://barast.com/wp-content/uploads/2021/01/newlogo.png){kind=small}
یک رویکرد بهینهسازی ترکیبی برای طراحی حمل و نقل بار چندوجهی پایدار تحت عدم قطعیت مختلط
حمل و نقل بین وجهی بار به عنوان یک راه حل لجستیکی نوآورانه برای مبارزه با تغییرات اقلیمی برجسته است. با این حال، پیچیدگیهای برنامهریزی سیستمهای حمل و نقل بین وجهی تابآور و پایدار، تحقیقات بیشتری را میطلبد. این مقاله با پرداختن به این شکاف تحقیقاتی مهم، یک چارچوب بهینهسازی ترکیبی پیشگام را معرفی میکند که برای طراحی یک شبکه بین وجهی ریلی-جادهای قوی طراحی شده است که ضمن پیمایش اختلالات و عدم قطعیتهای عملیاتی، پایداری را در اولویت قرار میدهد. این چارچوب یک رویکرد چند دورهای را برای مدلسازی عملیات پیچیده بین وجهی، از جمله فعالیتهای تغییر حالت، اتخاذ میکند. این چارچوب به طور استراتژیک مکانهای بهینه برای ترمینالهای بین وجهی را تعیین میکند و تصمیمات تاکتیکی در مورد مدیریت موجودی و برنامهریزی حمل و نقل میگیرد. هدف، افزایش عملکرد پایداری ترمینالهای بین وجهی و در عین حال به حداقل رساندن همزمان هزینه کل کل و انتشار کربن شبکه است. ارزیابی پایداری ترمینالهای بین وجهی از نوعی تحلیل پوششی دادههای شبکه استفاده میکند و طیف وسیعی از معیارهای متناقض را در نظر میگیرد. علاوه بر این، رویکرد بهینهسازی پیشنهادی، برنامهریزی محدودیت شانس P-robust و possibilistic را برای کاهش موثر خطرات اختلال و عدم قطعیتهای عملیاتی ذاتی در شبکههای بین وجهی ادغام میکند. برای اعتبارسنجی اثربخشی رویکرد پیشنهادی، از دو مجموعه داده، از جمله یک مطالعه موردی واقعی از حمل و نقل بینوجهی بار ریلی-جادهای، استفاده شده است. یافتههای عددی، مزایای قابل توجه این رویکرد را نشان میدهند و کاهش قابل توجه ۲۴ درصدی در حداکثر پشیمانی با افزایش ناچیز ۱.۴ درصدی در هزینه مورد انتظار را نشان میدهند و پتانسیل آن را برای سیستمهای حمل و نقل بینوجهی بار پایدار و انعطافپذیر برجسته میکنند. این تحقیق بینشهای ارزشمندی را برای شرکتهای حمل و نقل بار فراهم میکند تا تابآوری را در برابر اختلالات افزایش داده و عدم قطعیتهای عملیاتی را مدیریت کنند، ضمن اینکه از طریق کاهش اثرات زیستمحیطی به اهداف اجتماعی توسعه پایدار نیز کمک میکنند.
مقدمه
جامعه مدرن ما به شدت به حمل و نقل بار متکی است [1]. با این حال، گسترش سریع حمل و نقل بار نگرانیهای زیستمحیطی قابل توجهی را ایجاد کرده است [2]. بخش حمل و نقل اکنون به عنوان دومین عامل بزرگ انتشار CO2 در سطح جهان [3] شناخته میشود و بیش از 20 درصد از انتشار گازهای گلخانهای مرتبط با انرژی را در سال 2023 به خود اختصاص داده است [4]. در اتحادیه اروپا، ناکارآمدی در حمل و نقل بار – مانند نرخ حمل و نقل خالی 40 تا 60 درصد – همراه با مدیریت ناکافی ریسک و اختلال، چالشهای زیستمحیطی و اجتماعی را تشدید کرده است. این مسائل نیاز فوری به شیوههای پایدار در عملیات حمل و نقل بار را برجسته میکند [5].
یکی از راهحلهای لجستیک پایدار و امیدوارکننده که میتواند به کاهش ردپای کربن زیستمحیطی و در عین حال برآورده کردن تقاضاهای رو به رشد کمک کند، حمل و نقل بار چندوجهی است [6]. حمل و نقل چندوجهی، شیوههای مختلف حمل و نقل، از جمله جادهای، ریلی و دریایی، را در یک شبکه منسجم ادغام میکند که به طور یکپارچه حرکت کالاها را از مبدا تا مقصد هماهنگ میکند [7،8]. این رویکرد از شیوههای حمل و نقل سبزتر، به ویژه ریلی و دریایی، بهره میبرد و به پایداری زیستمحیطی کمک میکند [9]. حمل و نقل بین وجهی نوع خاصی از حمل و نقل چندوجهی است [10] که در آن عملیات در نقاط انتقال بار، به نام پایانههای بین وجهی، بار را در طول سفر در یک واحد بارگیری نگه میدارد [11]. عواملی مانند ملاحظات زیستمحیطی، قابلیتهای ردیابی ساده و کاهش هزینههای حمل و نقل، همگی به اهمیت روزافزون حمل و نقل بین وجهی کمک کردهاند و آن را به عنوان یک جزء حیاتی از سیستمهای حمل و نقل آینده تثبیت کردهاند [12].
با این حال، طراحی یک شبکه حمل و نقل چندوجهی یک تلاش پیچیده است که شامل پیمایش چالشهای مختلف میشود. اولاً، انتخاب مکانهای مناسب برای تأسیس ترمینال به دلیل شاخصهای متناقضی که بر این تصمیم تأثیر میگذارند، یک فرآیند تصمیمگیری چندوجهی و چندمعیاره است [13،14]. موقعیت استراتژیک این ترمینالهای چندوجهی برای تسهیل حمل و نقل، جابجایی، ذخیرهسازی و انتقال کارآمد کالاها حیاتی است [15]. در نتیجه، انتخاب مکان ترمینال میتواند تأثیرات اقتصادی، زیستمحیطی و اجتماعی قابل توجهی داشته باشد و در نتیجه نقش مهمی در تعیین عملکرد کلی پایداری زنجیرههای تأمین ایفا کند [16]. از دیدگاه فنی، طراحی سیستمهای حمل و نقل چندوجهی در مقایسه با سیستمهای حمل و نقل تکوجهی پیچیدگیهای بیشتری را نشان میدهد. این پیچیدگی ناشی از نیاز به هماهنگی و برنامهریزی گسترده بین روشهای مختلف حمل و نقل است [17]. به عنوان مثال، برای اطمینان از انتقال روان بین روشهای مختلف حمل و نقل، به مدلسازی دقیق عملیات تغییر حالت در ترمینالها نیاز است. علاوه بر این، پرداختن به پیچیدگیهای فنی شامل تعیین سطوح بهینه موجودی در ترمینالها و مدیریت مقدار حمل و نقل از هر حالت برای جلوگیری از هرگونه عدم تعادل لجستیکی در مقصد است [18].
علاوه بر این، شبکههای حمل و نقل بینوجهی با آسیبپذیری بیشتری در برابر اختلالات [19،20]، از جمله رویدادهای شدید آب و هوایی [21]، تأخیرهای برنامهریزی نشده شبکه بالادستی، خرابی تجهیزات، اقدامات کارگری [22] و ناکارآمدی در محوطههای راهآهن [23] مواجه هستند. این اختلالات میتواند منجر به رکود اقتصادی قابل توجه و طولانی مدت و کاهش شدید کارایی در شبکههای حمل و نقل بار شود [24]. به عنوان مثال، زلزله ویرانگر کالیفرنیا در سال 1994 منجر به خسارت تقریباً 1.5 میلیارد دلاری در بخش حمل و نقل به دلیل تخریب شبکه شد [25]. به طور مشابه، بلایای طبیعی مانند سیل و طوفان رودخانه میسیسیپی در نیویورک و نیوجرسی در طول دهه 2010 منجر به میلیاردها دلار خسارت مالی و اختلالات در شبکههای اصلی حمل و نقل شد. عوامل مرتبط با انسان نیز در اختلالات نقش دارند، همانطور که در خسارت مالی 650 میلیارد دلاری ناشی از اعتصاب کارگران در بندر بیچ، کالیفرنیا، در سال 2012 مشهود است [26]. علاوه بر این رویدادهای مخرب، عدم قطعیتهای عملیاتی مانند نوسانات عرضه و تقاضا چالشهای مهمی را ایجاد میکنند که باید در فرآیندهای تصمیمگیری در نظر گرفته شوند [27]. این عدم قطعیتها، لایه دیگری از پیچیدگی را به مدیریت مؤثر شبکههای حمل و نقل بینوجهی اضافه میکنند.
این تحقیق با طرح سه سوال کلیدی به این چالشهای حیاتی میپردازد.
• چگونه میتوان یک سیستم حمل و نقل چندوجهی ریلی-جادهای کارآمد و سازگار با محیط زیست طراحی کرد؟
• چگونه میتوان تابآوری شبکه چندوجهی را برای مقاومت در برابر اختلالات تصادفی بهبود بخشید؟
• چگونه میتوان عدم قطعیتهای عملیاتی ذاتی سیستم را به طور موثر مدیریت کرد؟
برای پاسخ به این سوالات، یک چارچوب بهینهسازی ترکیبی نوآورانه برای یک سیستم حمل و نقل چندوجهی ریلی-جادهای پایدار که در برابر اختلالات و عدم قطعیتهای عملیاتی مقاوم باشد، پیشنهاد شده است.
این تحقیق با طرح سه چارچوب کلیدی qu، به این چالشهای حیاتی میپردازد. این چارچوب از یک نسخه اصلاحشده از تحلیل پوششی دادههای شبکه (NDEA) برای ارزیابی اولیه پایداری حمل و نقل بینوجهی، با در نظر گرفتن طیف وسیعی از معیارهای متناقض، بهره میبرد. متعاقباً، ما از یک مدل برنامهریزی عدد صحیح مختلط چند دورهای دو هدفه (MIP) برای ثبت پیچیدگیهای عملیات بینوجهی، از جمله تغییر حالت و برنامهریزی موجودی، استفاده میکنیم. با ادغام برنامهریزی محدودیت شانس P-robust و possibilistic (PCCP)، رویکرد ما به طور مؤثر خطرات اختلال و عدم قطعیتهای عملیاتی ذاتی در شبکه را مورد بررسی قرار میدهد. این روش جامع، تصمیمگیری استراتژیک در مورد مکانهای بهینه پایانههای بینوجهی و همچنین برنامهریزی تاکتیکی مربوط به مدیریت موجودی و لجستیک حمل و نقل را امکانپذیر میسازد. هدف اصلی ما افزایش معیارهای پایداری در پایانههای بینوجهی و در عین حال کاهش همزمان هزینه کل کل و انتشار کربن شبکه است. برای اعتبارسنجی اثربخشی رویکرد پیشنهادی خود، ما یک تجزیه و تحلیل دقیق با استفاده از یک مطالعه موردی واقعی از حمل و نقل بینوجهی بار ریلی-جادهای و همچنین مجموعهای از دادههای موجود در ادبیات انجام میدهیم. از طریق این تحلیل، ما بینشهای مدیریتی ارزشمندی را استخراج میکنیم که به طور قابل توجهی به پر کردن شکافهای تحقیقاتی موجود در این حوزه کمک میکند. در نتیجه، این مطالعه سهم قابل توجهی در … دارد.
• توسعه یک رویکرد برنامهریزی چند دورهای و چند هدفه برای طراحی مجدد پایدار سیستمهای چندوجهی ریلی-جادهای، شامل عملیات تغییر حالت و مدیریت موجودی.
• ارزیابی عملکرد پایداری پایانههای چندوجهی بر اساس شاخصهای اقتصادی، زیستمحیطی و اجتماعی.
• پرداختن به خطرات اختلال تصادفی و عدم قطعیتهای عملیاتی در شبکه چندوجهی، از جمله ملاحظات تقاضا و عرضه.
• معرفی یک چارچوب بهینهسازی جدید که رویکردهای تصمیمگیری پیشرفته مانند NDEA، MIP دو هدفه، P-robust و PCCP را ادغام میکند و یک راهحل به موقع و مؤثر برای چالشهای پیچیده ارائه میدهد.(منبع).