![[09127409082]](https://barast.com/wp-content/uploads/2021/01/newlogo.png){kind=small}
مدلسازی و شبیهسازی یک سیستم توزیع بار شهری جدید مبتنی بر گروهبندی خودکار ونها و مکانهای ثابت تقسیمشده
یک سیستم تحویل بار جدید مبتنی بر ونهای خودکار ارائه شده است. ونها در بخش بزرگی از مسیرهای تحویل خود، در گروههایی حرکت میکنند که اولین وسیله نقلیه آنها راننده دارد و بقیه بدون راننده هستند. هر گروه از مرکز توزیع شهری (UDC) به یک مکان اختصاصی نزدیک به مرکز شهر، جایی که گروه تقسیمشده است، حرکت میکند. در محل تقسیمشده، راننده از اولین ون پیاده میشود و هر ون از گروه، مستقل از دیگران، آخرین بخش از مسیر تحویل خود را بدون راننده انجام میدهد. در همین حال، راننده به یک مکان تقسیمشده دیگر یا به UDC، جایی که به راننده نیاز است، حرکت میکند. پس از تکمیل تحویلهای خود، ونها به همان مکان تقسیمشده برمیگردند و دوباره در یک گروه جمع میشوند. یک راننده به اولین وسیله نقلیه دسترسی پیدا میکند، سپس گروه به UDC برمیگردد. روشی برای طراحی سیستم حمل و نقل پیشنهادی توسعه داده شده است. این روش شامل دو الگوریتم مسیریابی برای بهینهسازی است: مسیرهای گروه از UDC به مکانهای تقسیمشده؛ مسیرهای تک ون از مکانهای مجزا به گیرندهها و بازگشت؛ و یک میکروشبیهساز برای ارزیابی اکتشافی تعداد وسایل نقلیه مورد نیاز برای راهاندازی سیستم و برنامه فعالیتهای رانندگان.
مقدمه
پراکندگی تقاضا برای حمل و نقل بار شهری (به عنوان مثال، فروشگاههای خردهفروشی مستقل متعدد واقع در مرکز شهر)، همراه با پراکندگی عرضه حمل و نقل بار شهری (به عنوان مثال، عمدهفروشان و سایر تأمینکنندگان متعدد که از وسایل نقلیه خود برای تحویل به موقع استفاده میکنند)، منجر به تعداد بیشتری از حرکات حمل و نقل بار، تنها با بارهای جزئی، نسبت به زمانی که تقاضا و عرضه متمرکزتر بودند، میشود. در عوض، زنجیرههای خردهفروشی بزرگتر حجم ترافیک بالاتری دارند و با همکاری با ارائهدهندگان لجستیک خود، احتمال بیشتری دارد که بتوانند تحویلهای خود را از نظر کارایی کلی بهینه کنند. تنوع در بخش خردهفروشی که توسط فروشگاههای خردهفروشی مستقل کوچک و متوسط ارائه میشود، انتخاب بیشتری را برای مصرفکنندگان ارائه میدهد و در نتیجه مزایای گستردهتری را برای جامعه ایجاد میکند. با این حال، خردهفروشان بزرگ در خدمات حمل و نقل بار، از صرفههای مقیاس، کارایی لجستیکی بیشتر (به ویژه هزینههای حمل و نقل کمتر) و توزیع پایدارتری برخوردارند. ناکارآمدی در توزیع بار شهری را میتوان با پدیدههای زیر برجسته کرد:
- ضریب بار پایین وسایل نقلیه باری و سفرهای خالی؛
- تعداد بالای تحویلهای انجام شده به یک خردهفروش مشخص در یک بازه زمانی مشخص؛
- زمان توقف طولانی در نقاط بارگیری و تخلیه.
ناکارآمدی در توزیع منجر به هزینههای اضافی برای اپراتورهای حمل و نقل میشود که معمولاً به گیرندگان/فرستندگان کالا (در مورد اپراتورهای حمل و نقل شخص ثالث) منتقل میشود یا به عنوان هزینههای اپراتورهای حمل و نقل شخصی جذب میشود. این هزینهها در نهایت توسط کل اقتصاد تحمل میشوند. با این حال، فرستندگان کالا، گیرندگان و اپراتورهای حمل و نقل آنها همیشه انگیزه قابل توجهی برای افزایش کارایی تحویلها برای کاهش هزینهها ندارند. این امر به این دلیل اتفاق میافتد که هزینه حمل و نقل اغلب تنها بخش کوچکی از ارزش نهایی کالاها و هزینههای کلی متحمل شده توسط فرستندگان/گیرندگان است (MDS [1]).
وضعیت فعلی تحویل بار در مناطق شهری از نظر زیستمحیطی دیگر پایدار نیست. در ISPRA [2] (در Russo and Comi [3])، گزارش شده است که مناطق شهری حدود 70٪ انرژی را مصرف میکنند و حدود 80٪ از انتشار گازهای گلخانهای را تولید میکنند؛ در حالی که حمل و نقل شهری 32٪ از مصرف انرژی و 40٪ از کل انتشار CO2 حمل و نقل جادهای و تا 70٪ از سایر آلایندههای ناشی از حمل و نقل را تشکیل میدهد. چندین مطالعه تجربی محاسبه کردهاند که کل کیلومتر-وسیله نقلیه (کیلومتر) طی شده توسط وسایل نقلیه باری 14٪ از کل کیلومتر-وسیله نقلیه طی شده در مناطق شهری را تشکیل میدهد. علاوه بر این، وسایل نقلیه مورد استفاده برای لجستیک شهری 19٪ انرژی مصرف میکنند و مسئول 21٪ از انتشار CO2 در کل وسایل نقلیه در حال سفر در مناطق شهری هستند (Schoemaker و همکاران [4]).
Dablanc [5] گزارش داد که ابعاد وسایل نقلیه باری بسیار بزرگ است و میانگین ضریب بار آنها بسیار کم است، حدود 30٪: اغلب تحویلها به جای ونها توسط کامیونها انجام میشود. در نتیجه، دیدن چندین کامیون که یکی پس از دیگری جلوی یک خردهفروش توقف میکنند تا فقط چند قلم کالا را تخلیه کنند، امری عادی است.
ایجاد مراکز توزیع شهری (UDC) یکی از مؤثرترین اقدامات در برابر مشکلات زیستمحیطی مرتبط با لجستیک شهری محسوب میشود (آلن و همکاران [6]). در UDCها، بار از کامیونهای بزرگ که حمل و نقل مسافت طولانی را انجام میدهند، به ونهای کوچک و سازگار با محیط زیست که توزیع آخرین مایل را انجام میدهند، منتقل میشود. با این حال، محلیسازی UDCها مشکلساز است. در واقع، اگر UDCها در نزدیکی مرکز شهر قرار گیرند، کامیونهای بزرگ در بخشهای شلوغ منطقه شهری تردد میکنند. اگر UDCها در مناطق پیرامونی مستقر شوند، ونهای کوچک باید مسافتهای طولانی را طی کنند، بنابراین به چندین راننده نیاز است: این امر منجر به هزینههای عملیاتی بالا میشود (کرینیک و همکاران [7]).
یک راه حل ممکن برای مشکلات محلیسازی UDC که در بالا ذکر شد، از مفهوم به اصطلاح “بارانداز متقاطع” ناشی میشود. بارانداز متقاطع مدت زیادی است که در چندین زمینه لجستیکی اعمال میشود و شامل انتقال سریع (با استفاده از واحدهای جابجایی) بار، مستقیماً از یک وسیله نقلیه به وسیله نقلیه دیگر است (به گونزالس-فلیو [8] مراجعه کنید). چندین کاربرد احتمالی کراس داکینگ در لجستیک شهری مورد مطالعه قرار گرفته است: برای مثال در پروژه TraMeS که توسط منطقه توسکانی در ایتالیا تأمین مالی شده است [9].
سیستم تحویل بار مبتنی بر کراس داکینگ و پیشنهاد شده در پروژه TraMeS به شرح زیر عمل میکند. بار در UDC به واحدهای بار با ابعاد استاندارد، معادل یک پالت یورو، تجمیع میشود. هر واحد بار شامل بار هدایت شده به مجموعهای از گیرندههای نزدیک به یکدیگر است. این واحدهای بار توسط کامیونهای متوسط از UDC به برخی مکانهای خاص نزدیک به مرکز شهر حمل میشوند، جایی که از کامیونها تخلیه شده و مستقیماً با کمک یک واحد جابجایی، مانند لیفتراک، در ونهای کوچک بارگیری میشوند. هم کامیونها و هم ونها توسط یک راننده هدایت میشوند. استفاده از واحدهای بار و واحدهای جابجایی امکان انتقال سریع بار از کامیونها به ونها را فراهم میکند. با این حال، سیستم کراس داکینگ سه عیب اصلی دارد:
(۱) به جای یک بار، دو بار جابجا میشود، بنابراین زمان تحویل افزایش مییابد؛
(۲) تعداد زیادی واحد بار لازم است: این امر هزینههای سیستم را افزایش میدهد؛
(۳) لازم است چندین مکان در اطراف مرکز شهر برای عملیات بارانداز متقاطع رزرو شود و آنها به واحدهای جابجایی مجهز شوند: این امر نیز هزینههای سیستم را افزایش میدهد. این فضا در مقایسه با فضای مورد نیاز یک UDC بسیار کاهش یافته است، اما باید به اندازه کافی وسیع باشد تا یک لیفتراک بتواند بار را از یک وسیله نقلیه به وسیله نقلیه دیگر تخلیه کند و به طور قابل توجهی بیشتر از فضای مورد نیاز سیستم حمل و نقل پیشنهادی برای تقسیم و ترکیب مجدد دستهها است. علاوه بر این، لازم است برای هر مکان بارانداز متقاطع یک واحد جابجایی خریداری شود.
روندهای فعلی لجستیک شهری به سمت استفاده از وسایل نقلیه الکتریکی و خودران برای تحویل در آخرین مایل (آخرین مایل) در حال حرکت است. همانطور که توسط کوسوماکار و همکاران گزارش شده است [10]، وسایل نقلیه خودران مدت زیادی است که در لجستیک مورد استفاده قرار میگیرند: وسایل نقلیه خودران از سال 1990 در ترمینال دلتا در بندر روتردام فعالیت میکنند.
از آن زمان، فناوری پشت رانندگی خودران به طور عمیقی بهبود یافته است: در حال حاضر، وسایل نقلیه خودران به انواع مختلفی از حسگرها مجهز شدهاند که به آنها امکان سفر در محیطهای شهری واقعی و شلوغ را میدهد: رادارها، سونارها، لیدارها و دوربینهای فیلمبرداری: به مارتینز-دیاز و همکاران مراجعه کنید [11] (صفحات 565-566). این حسگرها به نرمافزاری متصل هستند که حرکت وسیله نقلیه را بر اساس اطلاعات جمعآوری شده توسط حسگرها تنظیم میکند.
در حال حاضر، فناوری مربوط به رانندگی خودران به گونهای توسعه یافته است که وسایل نقلیه خودران قادر به انجام هر نوع مانور و جلوگیری از هر نوع مانعی هستند. با این حال، چندین مسئله قانونی هنوز محدودیتی برای توسعه سیستمهای حمل و نقل مبتنی بر وسایل نقلیه کاملاً بدون راننده هستند. در ([11]، صفحه 576)، گزارش شده است که اگر یک وسیله نقلیه بدون راننده باعث تصادف شود، تعیین مسئول آن دشوار است.
چندین کاربرد از وسایل نقلیه کاملاً خودکار در حمل و نقل شهری انجام شده است، به عنوان مثال پروژه CITYLOG و پروژه FURBOT، هر دو برای لجستیک شهری؛ پروژه CityMobil برای حمل و نقل مسافر شهری. سایر کاربردهای وسایل نقلیه کاملاً خودکار و برقی در حمل و نقل شهری عبارتند از پروژه CRISTAL [15] برای حمل و نقل مسافر، که توسط گروه خودروسازی فرانسوی Lohr مدیریت میشود، و پروژه Velud [16] برای حمل و نقل بار، که توسط Ecole d’Ingénieurs en Génie des Systèmes Industriels از La Rochelle، با همکاری رنو، در چارچوب فراخوان ADEME برای پروژههای AACT-AIR 2014 توسعه داده شده است.
استیونز [17] یک کاربرد مهم از وسایل نقلیه خودکار را پیشنهاد کرد: دسته بندی خودکار. دسته بندی خودکار زمانی اتفاق میافتد که یک سری از وسایل نقلیه به طور خودکار پشت سر یک وسیله نقلیه پیشرو حرکت میکنند. یک طرح دسته بندی مفید میتواند دستههایی باشد که در آن وسیله نقلیه پیشرو دارای راننده و وسیله نقلیه دیگر بدون راننده حرکت میکند.
چنین طرح دستهای از خودروها مزایای متعددی را نشان میدهد. اولاً، چندین مسئله حقوقی برطرف میشود: در صورت تصادف، دسته توسط راننده وسیله نقلیه اول «نمایندگی» میشود. با این حال، او تنها مسئول در صورت تصادف نیست: مسئولیت باید مورد به مورد تعیین شود و با سازنده وسایل نقلیه خودکار یا مسئول نگهداری خودرو به اشتراک گذاشته شود. ثانیاً، این طرح دستهای از خودروها در مقایسه با حالتی که همه وسایل نقلیه رانده میشوند، صرفهجویی قابل توجهی در هزینههای کارکنان ایجاد میکند. ثالثاً، وسایل نقلیه بدون راننده میتوانند با سرعت کم، حدود ۵ کیلومتر در ساعت حرکت کنند (این مقدار سرعت بیش از همه به شرایط آب و هوایی بستگی دارد: در صورت هوای بسیار خوب، یک وسیله نقلیه بدون راننده میتواند به سرعت ۱۰ کیلومتر در ساعت برسد، در صورت هوای بسیار بد، سرعت میتواند کمتر از ۳ کیلومتر در ساعت باشد)، در حالی که دستههای پیشنهادی خودروها میتوانند با سرعت بسیار بالاتری، حدود ۴۰ تا ۵۰ کیلومتر در ساعت، حرکت کنند. در نهایت، دستهای از خودروها امکان صرفهجویی در انرژی را فراهم میکند: مقاومت آیرودینامیکی بسیار کمتر از حالتی است که همه وسایل نقلیه به تنهایی حرکت میکنند.
برای اینکه یک دسته بتواند سرعت نسبتاً بالایی را حفظ کند، لازم است فواصل بین وسایل نقلیه تشکیل دهنده دسته به طور موثر کنترل شود: شیا و همکاران [18] یک سیستم کنترل فاصله گذاری دسته جدید پیشنهاد کردند.
کاربرد مشابهی با آنچه در این مقاله پیشنهاد شده است، در پروژه SafePlatoon توسعه داده شده است. دستههایی از وسایل نقلیه خودکار در نظر گرفته میشوند که در آنها فقط دسته اول رانده میشود و بقیه بدون راننده هستند. در این پروژه، الگوریتمهای کنترل دسته نوآورانهای به ویژه برای محیطهای شهری شلوغ توسعه داده شدهاند؛ آنها در Gechter و همکاران [19] و Avanzini و همکاران [20] شرح داده شدهاند.
در این مقاله، یک سیستم تحویل بار جدید ارائه شده است؛ این سیستم مبتنی بر ونهای خودکار است که قادر به حرکت بدون نیاز به راننده هستند. با این حال، در بخش بزرگی از مسیرهای تحویل خود، چنین ونهایی در دستههایی سفر میکنند که از بین آنها، وسیله نقلیه اول رانده میشود و بقیه بدون راننده هستند.
در سیستم حمل و نقل پیشنهادی، وسایل نقلیه تشکیل دهنده هر دسته یکسان هستند: هر وسیله نقلیه میتواند هم رانده شود و هم بدون راننده سفر کند، هر وسیله نقلیه میتواند هم راننده و هم بار را حمل کند، همه وسایل نقلیه ابعاد و ظرفیت یکسانی دارند.
اولین وسیله نقلیه دسته، رانده میشود و بار را حمل نمیکند: پس از خرابی دسته، برای جابجایی راننده استفاده میشود. سایر وسایل نقلیه این دسته بدون راننده هستند و بار حمل میکنند.
این طرح به گونهای انتخاب شد که شامل وسایل نقلیه یکسان باشد، زیرا اگر تقاضای حمل و نقل بار تغییر کند (مثلاً یک خردهفروش بزرگ مستقر شود یا برخی از مغازهها مکان خود را تغییر دهند)، اصلاح طرح تحویل بسیار آسانتر است: مثلاً تغییر تعداد وسایل نقلیه در هر دسته آسان است.
هر دسته از ونها از مرکز شهر به یک مکان اختصاصی، نزدیک به مرکز شهر، به اصطلاح «مکان تقسیمشده»، منتقل میشوند، جایی که دسته تقسیم میشود. چندین مکان تقسیمشده در منطقه شهری وجود دارد که هر کدام به بخش خاصی از مرکز شهر خدمات میدهند. اما هر دسته فقط یک مقصد دارد، یک مکان تقسیمشده، جایی که دسته تقسیم میشود.
در محل تقسیمشده، دسته تقسیم میشود و هر ون از دسته (بهجز ون اول که رانده میشود و بار ندارد)، مستقل از بقیه، آخرین بخش از مسیر تحویل خود را بدون راننده انجام میدهد. در این مدت، راننده به راندن اولین وسیله نقلیه از دستهی از هم پاشیده ادامه میدهد تا به مکان تقسیمشدهی دیگری یا به مرکز کنترل ترافیک شهری (UDC)، جایی که به راننده نیاز است، منتقل شود.
پس از تکمیل تحویل، همه ونها به همان مکان تقسیمشده برمیگردند و دوباره در یک دسته جمع میشوند؛ در اینجا، یک راننده وسیله نقلیهای را که میراند به دسته اضافه میکند که رهبر دسته میشود؛ سپس دسته (که وسیله نقلیه اول آن راننده دارد و بار حمل نمیکند، در حالی که بقیه بدون راننده هستند و بار حمل میکنند) به UDC برمیگردند.
سپس، وسایل نقلیهای که دسته مورد نظر را تشکیل دادهاند، میتوانند دوباره در UDC با بارهای دیگر بارگیری شوند و دسته دیگری را تشکیل دهند. این دسته از وسایل نقلیه میتوانند تقاضا را به همان مکان تقسیمشده قبلی یا به مکان تقسیمشده دیگری از منطقه مورد مطالعه منتقل کنند.
طراحی سیستم حملونقل پیشنهادی به زیرمسائل تقسیم شده است. برخی از آنها با استفاده از الگوریتمهای بهینهسازی حل شدهاند، در حالی که بقیه با کمک یک شبیهساز میکرو حل شدهاند. تمام جزئیات مسئله طراحی سیستم حملونقل در بخشهای 2، 3 و 4 شرح داده شده است. سیستم تحویل بار پیشنهادی در مرکز شهر تاریخی لوکا در ایتالیا اعمال شده است. مطالعه موردی کاربردی در بخش 5 شرح داده شده است، در حالی که نتایج کاربرد روش پیشنهادی در لوکا در بخش 6 نشان داده شده است. نتیجهگیری در ادامه آمده است.(منبع).