![[09127409082]](https://barast.com/wp-content/uploads/2021/01/newlogo.png){kind=small}
برنامهریزی اجاره چند دورهای خودرو برای شبکه تجمیع بار شهری
این مقاله به بررسی یک مسئله برنامهریزی اجاره چند دورهای خودرو برای مراکز تجمیع بار شهری (UFCC) در شبکه حمل و نقل بار شهری میپردازد که در آن وسایل نقلیه اجارهای کوتاهمدت و بلندمدت با هم اجاره داده میشوند. هدف، تخصیص بهینه دو نوع وسیله نقلیه اجارهای برای خدمات حمل و نقل مستقیم از گره مبدا مرتبط به UFCC مرتبط یا از UFCC مرتبط به مقاصد مرتبط است، به طوری که مجموعهای از تقاضاهای بار دوره به دوره در یک افق برنامهریزی مشخص با حداقل هزینه کل تخصیص وسیله نقلیه با توجه به محدودیت زمان حمل و نقل وابسته به تقاضا برآورده شود. این مسئله به عنوان یک مدل برنامهریزی عدد صحیح فرموله شده و به شدت NP-hard بودن آن اثبات شده است. بنابراین، یک روش اکتشافی لاگرانژی برای یافتن یک راهحل خوب به طور کارآمد پیشنهاد شده است. آزمایشهای عددی نشان میدهد که الگوریتم پیشنهادی، کرانهای پایین و بالای خوبی را در زمان معقول پیدا میکند.
مقدمه
رشد اقتصادی اخیر در سراسر جهان، شهرنشینی را تسریع کرده است و مردم برای مشاغل بهتر و سبک زندگی رضایتبخشتر به شهرها نقل مکان کردهاند. در اواخر دهه 2000، گزارش شد که تعداد بیشتری از مردم در شهرها نسبت به مناطق روستایی زندگی میکنند و انتظار میرود که در آینده نزدیک افراد بیشتری به مناطق شهری نقل مکان کنند [1، 2]. به گفته بلانکو و فرانسو [3]، تعداد کلانشهرها با حداقل 10 میلیون نفر در حال افزایش است و در یک دهه، سهم آنها در اقتصاد جهان به طور مداوم افزایش خواهد یافت و بیش از 20٪ از تولید ناخالص داخلی جهان را تشکیل میدهد. با شروع زندگی مردم در مناطق متمرکز و گاهی اوقات شلوغ، ترافیک و آلودگی هوا همچنان افزایش مییابد. در نتیجه، بسیاری از محققان شروع به بررسی تأثیرات ازدحام ناشی از سیستمهای حمل و نقل شهری کردهاند [2، 4].
حمل و نقل بار یکی از عوامل کلیدی در ایجاد ازدحام ترافیک و آلایندههای مضر در شهرها است. برخلاف خودروهای سواری معمولی، وسایل نقلیه باری به دلیل ماهیت کسب و کارشان، اندازه بزرگتری دارند و بیشتر جابجا میشوند. علاوه بر این، روند اخیر به سمت تحویل به موقع، این مشکل را بدتر میکند [5]. برای بقا در رقابت و برآورده کردن انتظارات فزاینده مشتریان در مورد تحویل به موقع، شرکتها بستههای کوچک را بیشتر به مشتریان در داخل مناطق شهری ارسال کردهاند. با کاهش میانگین استفاده از وسایل نقلیه و افزایش تعداد وسایل نقلیه ارسالی، ازدحام ترافیک و مشکلات بعدی تا حدی تشدید شده است که میتواند باعث ایجاد مسائل اجتماعی جدی شود. برای مقابله با مشکلات ناشی از حمل و نقل بار شهری، رویکردهای یکپارچهای برای سیستمهای لجستیک شهری پیشنهاد شده است. کرینیک و همکاران [5] یک برنامهریزی کوتاهمدت یکپارچه برای مدیریت عملیات منابع لجستیکی پیشنهاد کردند. اهمکه [1] و اهمکه و همکاران [6] سیستمهای مسیریابی کارآمدی را پیشنهاد کردند که اطلاعات ترافیک و لجستیک را ادغام میکنند. یانگ و همکاران [7] مسئله طراحی شبکه لجستیک شهری را با در نظر گرفتن انتشار گازهای گلخانهای بررسی کردند. بنابراین، هدف تحقیقاتی حمل و نقل بار شهری و لجستیک شهری باید با کاهش ازدحام و آلودگی و کاهش تخریب فعالیتهای تجاری مرکز شهر همسو باشد. در این راستا، سیستم حمل و نقل بار شهری چند لایه با تجمیع و هماهنگسازی ورودی-خروجی، که به اصطلاح تجمیع بار شهری نامیده میشود، به عنوان یک زیرساخت حمل و نقل جایگزین برای لجستیک شهری پیشنهاد شده است.
مرکز تجمیع بار شهری (UFCC) یک مرکز لجستیکی است که در مرز مناطق شهری واقع شده است تا حمل و نقل بار را به مراکز شهری از جمله خرده فروشان، ساختمانها و سایتهای ساختمانی ارائه دهد [8]. محصولات از مبدا خود مانند تولیدکنندگان به مقصد خود در شهرها از طریق مراکز تجمیع شهری منتقل میشوند. آنها ابتدا به مراکز تجمیع شهری منتقل میشوند، جایی که محمولههای ورودی تخلیه، مرتبسازی و با سایر محصولات از مبداهای مختلف تجمیع میشوند. سپس محصولات مرتب و تجمیع شده مستقیماً بدون ذخیرهسازی به وسایل نقلیه خروجی منتقل میشوند. در محیط تحویل به موقع، ارسال سفارشات به مشتریان در صورت لزوم بسیار مهم است، حتی اگر اندازه محموله برای پر کردن بار کامل کامیون کافی نباشد. با تجمیع محصولات در یک نقطه میانی بین مبدا و مقصد، مراکز تجمیع شهری میتوانند به افزایش استفاده از وسایل نقلیه، افزایش اندازه متوسط وسایل نقلیه درگیر و کاهش دفعات تحویل کمک کنند. علاوه بر این، استفاده از وسایل نقلیه سازگار با محیط زیست مانند وسایل نقلیه برقی و گاز طبیعی پاک اغلب میتواند به کاهش انتشار کلی گازهای مضر از وسایل نقلیه حمل و نقل بار کمک کند. با بهبود ضریب بارگذاری کلی وسیله نقلیهای که برای مراکز شهری شلوغ در نظر گرفته شده است، مراکز تجمیع شهری میتوانند به طور مؤثر مسافت کل سفر را کاهش داده و تأثیر عملیات حمل بار بر تراکم ترافیک را بیشتر کاهش دهند [9]. در واقع، مفهوم UFCC با رویههای تجاری واقعی در کشورهای اروپایی و تورنتو، کانادا آزمایش شده است [10-12].
تحقیقات در مورد مراکز تجمیع بار شهری بر تحلیل اقتصادی سیستم حمل و نقل بار تجمیع شده تمرکز دارد. سو و روردا [12] و تریانتافیلو و همکاران [13] نشان دادند که مراکز تجمیع بار شهری میتوانند با موفقیت در محیطهای شهری واقعی اداره شوند. گزارش شده است که سیستمهای آزمایشی در صورت مدیریت و هماهنگی صحیح، قادر به کاهش انتشار گازهای مضر و تراکم ترافیک در مراکز شهر بودهاند. مارکوچی و دانیلیس [8] نشان دادند که در تحلیل خود، مراکز تجمیع بار شهری میتوانند مقدار قابل توجهی از محمولههای باری متصل به مناطق شهری را جذب کنند. ژو و وانگ [14] مسائل مربوط به توسعه و ساخت مراکز تجمیع بار را بررسی کردند و نشان دادند که استراتژیهای مناسب مبتنی بر مشارکت دولتی-خصوصی میتواند مزایای اقتصادی کلی سیستم را برای شرکتکنندگان در لجستیک شهر افزایش دهد. در حالی که امکانسنجی مراکز تجمیع بار شهری به طور عمیق مورد مطالعه قرار گرفته است، مسائل مربوط به عملیات و برنامهریزی شبکه مورد بحث قرار گرفته است (به عنوان مثال، [15-17]) اما هنوز به طور کامل بررسی نشده است. تجزیه و تحلیل دقیق عملیات و برنامهریزی سیستم تجمیع بار شهری باید برای استقرار در عمل تجاری واقعی انجام شود. در زمینه زنجیره تأمین، یک مرکز تجمیع شهری مشابه سیستم حمل و نقل با پایانههای بارانداز متقاطع است. در شبکه بارانداز متقاطع، کالاها از طریق پایانههای بارانداز متقاطع جابجا میشوند که در آنجا محمولهها مرتبسازی، تجمیع و به صورت هماهنگ به وسایل نقلیه خروجی منتقل میشوند.
تحقیقات در مورد بهرهبرداری و مدیریت استراتژی تجمیع مبتنی بر بارانداز متقاطع در دو جهت پیشرفت کرده است. یکی مربوط به مشکلاتی است که مربوط به عملیات داخلی در مرکز تجمیع هستند. گو [18] اثرات برنامهریزی تریلرها به سمت درها را بر روی طرح یک مرکز تجمیع بار تجزیه و تحلیل کرد. بارتولدی سوم و گو [19، 20] طرح یک مرکز تجمیع بار را طراحی کردند. لی و همکاران [21] یک مسئله برنامهریزی را برای به حداقل رساندن ذخیرهسازی و انتخاب سفارش در یک مرکز تجمیع مطالعه کردند. از سوی دیگر، مسائل برنامهریزی در سطح شبکه برای مکانیابی مراکز تجمیع، تخصیص وسایل نقلیه و ایجاد برنامههای تجمیع خودرو در نظر گرفته شدهاند. راتلیف و همکاران [22] و چن و همکاران [23] مسئله ایجاد برنامههای تجمیع خودرو برای یک شبکه حمل و نقل را بررسی کردند. دونالدسون و همکاران [24] مسئله تخصیص وسایل نقلیه و ایجاد برنامههای تجمیع خودرو را در نظر گرفتند. سونگ و سونگ [25] و سونگ و یانگ [26] یک مدل یکپارچه از مکانیابی مراکز تجمیع و تخصیص وسایل نقلیه را مطالعه کردند. تمام کارهایی که در سطح شبکه در مورد حمل و نقل مبتنی بر تجمیع انجام شده است، تقاضای بار ثابت را در نظر گرفتهاند که با زمان تغییر نمیکند. با این حال، تقاضای بار در صنایع مختلف مانند مواد غذایی، پوشاک، کالاهای الکترونیکی و لجستیک ممکن است پویا باشد. به ویژه در حمل و نقل بار شهری، تقاضاها در طول زمان نوسان دارند. به عنوان یک روش مقرون به صرفه برای تخصیص وسایل نقلیه برای برآوردن تقاضای پویای بار، موضوع تأمین وسیله نقلیه به صورت اجاره، در شرایطی که هزینه اجاره وسیله نقلیه در هر دوره به مدت اجاره بستگی دارد، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. هزینه اجاره بلند مدت وسیله نقلیه در هر دوره معمولاً ارزانتر از هزینه اجاره کوتاه مدت وسیله نقلیه در هر دوره است [27-29]. در مورد تقاضای ثابت بار، اجاره بلند مدت وسیله نقلیه به وضوح بهتر از اجاره کوتاه مدت وسیله نقلیه است، در حالی که در مورد تقاضای پویای بار، هیچ یک بر دیگری غالب نیست، بنابراین دو گزینه اجاره باید با هم در نظر گرفته شوند. علاوه بر این، در یک محیط تجمیع بار شهری، باید تجمیع محمولهها را در نظر بگیریم که برنامهریزی اجاره را دشوارتر میکند.
بنابراین، این مقاله یک مسئله برنامهریزی اجاره چند دورهای وسیله نقلیه در یک شبکه تجمیع بار شهری (MVLPUC) را بررسی میکند. این مسئله که با معادله ریاضی نشان داده میشود، مربوط به تخصیص بهینه دو نوع وسیله نقلیه اجارهای برای خدمات حمل و نقل ورودی و خروجی است به طوری که مجموعهای از تقاضاهای بار دوره به دوره در یک افق برنامهریزی مشخص با حداقل هزینه تخصیص وسیله نقلیه با توجه به محدودیت زمان حمل و نقل وابسته به تقاضا را برآورده کند. افق برنامهریزی به دورههای زمانی گسسته مانند هفته یا ماه تقسیم میشود. فرض بر این است که هر تقاضای بار از طریق یک مسیر واحد از طریق یک مرکز تجمیع شهری (که در آن عملیات مرتبسازی و تجمیع انجام میشود) واقع در بین گرههای مبدا و مقصد حمل میشود و هر وسیله نقلیه خروجی در هر مرکز تجمیع شهری به محض رسیدن همه وسایل نقلیه ورودی مرتبط و مرتبسازی مناسب تقاضاهای بار مرتبط، حرکت میکند. همچنین فرض میشود که تعداد نامحدودی از وسایل نقلیه با ظرفیت همگن را میتوان از طریق اجاره بلندمدت یا اجاره کوتاهمدت به دست آورد، که هزینه اجاره کوتاهمدت وسیله نقلیه در هر دوره بیشتر یا مساوی هزینه اجاره بلندمدت وسیله نقلیه در هر دوره است.
این مقاله به شرح زیر سازماندهی شده است: بخش 2 فرمولبندی مسئله برای معادله ریاضی را معرفی میکند. در بخش 3، روش حل معادله ریاضی مبتنی بر آزادسازی لاگرانژ و تجزیه مسئله را مورد بحث قرار میدهیم. در بخش 4 آزمایشهای عددی را ارائه میدهیم و سپس بحث خود را در بخش 5 نتیجهگیری میکنیم.(منبع).