ارائه یک مدل ریاضی برای برنامه‌ریزی عملیات نت پیشگیرانه و مبتنی بر وضعیت خطوط ریلی و حل آن با استفاده از الگوریتم ژنتیک - علیرضا صدیقی; مهسا قندهاری; سید مهدی ابطحی (مدیریت صنعتی)
هدف: خطوط ریلی از بخش‌های بسیار مهم و پُرهزینۀ هر راه‌آهن به حساب می‌آید. تخصیص بهینه و بهنگام عملیات نت، ضامن قابلیت اطمینان سیستم است و به استفادۀ مؤثر از منابع منجر می‌شود. در این مقاله به‌منظور افزایش قابلیت اطمینان خطوط راه‌آهن، حداقل کردن هزینه‌های مرتبط با تعویض و نگهداری قطعات و در عین حال، در نظر گرفتن دسترس‌پذیری، یک مدل ریاضی برای برنامه‌ریزی عملیات نت پیشگیرانه و مبتنی بر وضعیت خطوط ریلی توسعه داده شده است. هدف این مقاله، ارائۀ مدلی به‌منظور حداقل کردن کل هزینه‌های نگهداری و تعمیرات با در نظر گرفتن محدودیت حداقل دسترس‌پذیری و قابلیت اطمینان سیستم است. هزینه‌های درگیر عبارت‌اند از: هزینۀ اجرای عملیات تعمیراتی و نوسازی، هزینۀ مسدودی خط و هزینۀ اصلاح خرابی‌های تصادفی در افق برنامه‌ریزی. برای سادگی محاسبۀ هزینه‌ها، ضمن تقسیم شبکۀ ریلی به قطعاتی از خط، انحراف استاندارد پروفیل طولی، به‌عنوان شاخص کیفیت خطوط در نظر گرفته می‌شود. مدل‌های پیش‌بینی و بازیابی برای به‌دست آوردن تغییرات شاخص کیفیت خطوط در طول دورۀ برنامه‌ریزی توسعه داده می‌شود. عملیات پیشگیرانه شامل بازرسی، زیرکوبی و تعویض لایه بالاست با توجه به حد مجاز شاخص و سایر محدودیت‌ها، به قطعات خط اختصاص داده می‌شود. متوسط تعداد خرابی‌های تصادفی با استفاده از توزیع پواسون ناهمگن برآورد می‌شود و اجرای عملیات پیشگیرانه، بر تعداد خرابی‌های تصادفی تأثیری کاهنده خواهد داشت.روش: با توجه به پیچیدگی و غیرخطی بودن مدل ریاضی، یک الگوریتم فراابتکاری مبتنی بر الگوریتم ژنتیک در نرم‌افزار متلب توسعه داده شده است که در آن، جواب‌های موجه اولیه توسط یک روش ابتکاری تولید می‌شود. به‌عنوان یک مطالعه موردی، جمع‌آوری پارامترهای لازم و مدل‌سازی، برای یک کیلومتر از راه‌آهن ناحیۀ اراک انجام شد. همچنین کارایی الگوریتم ژنتیک پیشنهادی در مقایسه با جواب‌های حاصل از حل دقیق مسئله بررسی شد.یافته‌ها: مثال‌هایی با ابعاد گوناگون با استفاده از داده‌های جمع‌آوری‌شده در مطالعه موردی به‌کمک هر دو روش فراابتکاری و دقیق با استفاده از نرم‌افزار گمز حل شد. برای ابعاد کوچک‌تر جواب‌های بهینۀ حاصل با استفاده از نرم‌افزار گمز با جواب حاصل از الگوریتم ژنتیک منطبق بود. برای ابعاد بزرگ‌تر، به‌دلیل پیچیدگی مسئله، نرم‌افزار گمز یک جواب زیربهینه ارائه داد و جواب حاصل از الگوریتم ژنتیک بهتر بود. در نهایت، در حداکثر بعدی از مسئله که نرم‌افزار گمز قادر به ارائۀ جواب است، مقدار تابع هدف جواب حاصل از الگوریتم ژنتیک، ۴۰ درصد بهتر به‌دست آمد.نتیجه‌گیری: برنامه‌ریزی عملیات نت پیشگیرانۀ خطوط ریلی، در طول افق برنامه‌ریزی با استفاده از حل مدل ریاضی پیشنهادی به‌دست می‌آید. تخصیص عملیات نت، مبتنی بر وضعیت شاخص کیفیت خطوط بوده است و با لحاظ تأثیر کاهنده انجام عملیات پیشگیرانه بر متوسط تعداد خرابی‌های تصادفی، حفظ حداقل دسترس‌پذیری و قابلیت اطمینان سیستم را تضمین می‌کند. پویایی پارامترهای ورودی مدل برای هر قطعه، در هر زمان امکان لحاظ عوامل ناهمگون تأثیرگذار بر زوال خطوط، از قبیل عوامل مبتنی بر خط، ترافیک عبوری و شرایط محیطی و همچنین، تطبیق با شرایط مختلف یا پیاده‌سازی سیاست‌های گوناگون را می‌دهد. همچنین الگوریتم ژنتیک پیشنهادی قابلیت حل کارای مسئله در ابعاد زیاد را دارد.