مقاله بهينه سازي منبع با استفاده از شبيه‌سازي تركيب يافته و الگوريتم ژنتيك

دسته بندي : فنی و مهندسی » کامپیوتر و IT
مقاله بهينه سازي منبع با استفاده از شبيه‌سازي تركيب يافته و الگوريتم ژنتيك در 27 صفحه ورد قابل ويرايش
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.

زمان بندي سلسله مراتبي با بهينه سازي منبع

چون يك مدل همانندن سازي شده GA از يك عملكرد فردي در يك فايل ميكروسافت گنجانده مي‌شود ، آن مي تواند به آساني با هر طرح اصلي تعريف شده كاربر پيوند بخورد، به نحوي كه بهينه سازي منبع در پروژه هايي با عملكرد چند گانه گنجانده شود. همانند ساختارهاي تقليل يافته ( خراب ) كاري گوناگون (WBS) ،عناصر يك پروژه مي توانند با مدلهاي همانندسازي بهينه يافته GA پيوند خورده ويك محيط طرح ريزي سلسله مراتبي را برقرار نمايند (شكل 7) اين مراحل براي توليد يك طرح ساخت اصلي كه بصورت زير هستند : مورد نياز مي باشد :

(1) براي عملكردهاي مهم و پرهزينه در پروژه تان ، مدلهاي همانند سازي بهينه يافته GA فردي را حاصل نماييد. هر كدام در يك فايل پروژه ميكروسافت ذخيره خواهند شد. هر كدام مي تواند به عنوان يك زير پروژه مورد ملاحظه قرار گيرد.

(2) يك WBS اصلي در نرم افزار زمان بندي ، همراه رابطه هاي فعاليت، منابع و تداوم ( ديرش زمان) همانطور اجراي سنتي، ايجاد نماييد ( جدول زمان بندي پس زمينه اي درشكل 7)

(3) از طريق فعاليتهاي مناسب، پيوندهايي را در WBS براي فايل زير پروژه هاي مربوطه شان فراهم نماييد، فايلهايي كه مدل همانندي را در آنها گنجانده مي‌شود.

(4) ماكروي GA را در هر زير پروژه ساخته شده در مرحله(3) فعال نماييد( ضبط صفحه نمايش جلو (پيش نما) در شكل (7)) ، و همانندسازي بهينه يافته GA را اجرا كنيد و تركيب منبع بهينه، وتوليد مربوطه آن ، هزينه و زمان را تعيين و مشخص نماييد. با استفاده از نتايج بهينه، ديرش فعاليت به نرم افزار زمان بعدي انتقال مي يابد؛ و

(5) هنگامي كه تمامي مدلهاي بهينه شده GA فعال مي شوند، يك طرح پروژه واقعي بنابراين به همراه سطحهاي توليد مورد رضايت، هزينه حداقل ومنابع مناسب تعيين مي‌گردد.
خلاصه و اظهارات نتيجه گيري

مديريت منبع ،بواسطه پيچيدگي اساسي پروژه هاي ساختمان (ساخت) به مشكلات مربوط به الگوبرداري برهم كنش هاي پيچيده در ساخت، و محدوديتهاي ابزارهاي بهينه سازي سنتي براي پرداختن به مشكلات بزرگ، كاري بسيار دشوار مي باشد.اين مطالعه ، يك روش ساده وقدرتمند را براي مديريت منبع وبهينه سازي را در پروژه هاي ساخت، با استفاده از يك تركيب همانندسازي فلوچارت و الگوريتم هاي ژنتيك (Gas) نشان مي دهد ( ارائه مي دهد ) براي بهبود طرح ريزي ها و مديريت منبع در پروژه هاي بزرگ با عملكردهاي چندگانه، همانند سازي بهينه سازي GA، ادغام مي شوند و يك سيستم سلسله مراتبي را تشكيل ميدهد. در اين روش ،عناصر پايين تر ساختار تقليل يافته (خراب)كاري (عملكردهاي ساخت انفرادي) ،ب طور خودكار به مدلهاي همانندسازي بهينه يافته GA پيوند مي خورند.

دو مثال در اين مقاله نشان داده شدند ، كه آنها قدرت و تنوع روشهاي طرح ريزي همانند سازي بهينه يافته GA رانشان مي دهند: جايگزيني ستوني عيني و عمليات خاكبرداري در فروردگاه بين المللي هنك كنگ. دو مثال تجزيه شدند و سودمنديهايي روش پيشنهاد شده را نشان دادند. نتايج نشان مي دهد كه همانندسازي تركيب يافته و بهينه سازي شده GA مي تواند تحقيق و بررسي شود و تعدادي منابع بهينه را كه بهترين سودها / نسبتهاي هزينه را حاصل مي نمايندآشكار نمايد.

چندين حيطه وجود دارند كه درآن طرح ريزي همانندسازي بهينه سازي پيشنهاد شده GA مي تواند توسعه يابد، اين حيطه شامل موارد زير مي باشند:

· ادغام يافتن با يك سيستم برآورد هزينه و كتابخانه ، كه يك برآورد بسيار كارآمد، خودكار شده وواقع بينانه اي از زمان و هزينه هاي مربوط به هر عملكرد و يا كار را فراهم مي آورد، و همچنين ،مي تواند دامنه متناوبها را براي انتخاب افزايش دهد،

· اصلاح فاكتورها مي تواند به مدلهاي همانندسازي افزوده شود واين امكان تاثيرپذيري را در طول عمليات چرخه در يك مدل فراهم مي كند،

· براي اينكه اين روش پيشنهاد شده بسيارواقع بينانه باشد،محدوديتهايي همانند عملكرد بشري(ترك كردن كار به خاطر مريضي، ميزان توليد در پايان روز كاهش مي‌يابد ..) و بايد براي بررسي هايآينده مورد ملاحظه قرار گيرد و

· استفاده از روش پيشنهاد شده در عمليات طرح ريزي در شبكه هاي زير ساخت بزرگ همانند جاده ها ، آب ،لوله كشي فاضلاب ، خطهاي حمل و نقل، تعدادي توسعه ها مورد نياز است، توسعه هايي هماندن ،ادغام يافتن با يك سيستم اطلاعات جغرافيايي و بهبود دادن زمان بعدي براي پرداختن به محلهاي ساخت توزيع شده چندگانه وقدرت وسادگي روش پيشنهاد شده و اجراي خودكار شده آن، بطور اميدوار كننده هاي مديريت طرح را تشويق خواهد كرد كه آن در طرح ريزيهاي پروژه هاي زيرساختي بزرگ مورد استفاده قرار گيرد. اين روش مي تواند براي فراهم آوردن تعدادي بهنيه اي از كميتهاي منبع، سياستهاي جايگزيني و بنابراين بهبود (بازده كلي بكار برده شود )