محمدامين‌غني‌مقدم و همكاران ۱- مقدمه ماهيت پروژه‌هاي ساخت و ساز، انجام فعاليت‌هاي گروهي را اجتناب ناپذير مي‌كند. تخصص‌هاي مختلفي كه براي اجراي موفقيت‌آميز يك پروژه مورد نياز مي‌باشد دليل ديگري بر اين مدعا است. پيمانكاران پس از برنده شدن در مناقصه‌اي معمولاً پروژه را به زير پروژه‌هايي تقسيم كرده و هريك از زيرپروژه‌ها را […]
محمدامين‌غني‌مقدم و همكاران
۱- مقدمه
ماهيت پروژه‌هاي ساخت و ساز، انجام فعاليت‌هاي گروهي را اجتناب ناپذير مي‌كند. تخصص‌هاي مختلفي كه براي اجراي موفقيت‌آميز يك پروژه مورد نياز مي‌باشد دليل ديگري بر اين مدعا است. پيمانكاران پس از برنده شدن در مناقصه‌اي معمولاً پروژه را به زير پروژه‌هايي تقسيم كرده و هريك از زيرپروژه‌ها را تحت‌عنوان قراردادهايي به يك يا چند پيمانكار جز واگذار مي‌كنند. از اين‌رو نتايج و خروجي‌هاي پروژه بسيار وابسته به عملكرد پيمانكاران جزء است. امروزه بیش‌تر پيمانكاران اصلي در پروژه‌ها نقش مديريتي را ايفا كرده و عمليات اجرايي پروژه را به پيمانكاران جز واگذار مي‌كنند. نكته‌اي كه در اين ميان حایز اهميت مي‌باشد فرايندهاي مديريتي پيمانكاران جز شامل ارزيابي، انتخاب و تخصيص كار به آنها مي‌باشد كه در اين صنعت به‌خصوص در كشور توجه به آن مغفول مانده است.
اهميت موضوع تخصيص كار به پيمانكاران جز از دو منظر قابل بررسي است. اول آن‌كه تخصيص نامناسب به هريك از پيمانكاران درصورتي كه بيش از توان آنها باشد پروژه را به سمت مسايل تأخير و حتي شكست هدايت مي‌كند و درصورتي كه كم‌تر از توان آنها باشد ضعف مديريتي محسوب محسوب شده چراكه از تمام ظرفيت آنها استفاده نكرده است. مسأله دوم، تركيب تخصيص كار بين پيمانكاران جز است. تركيب نامناسب اين تخصيص‌ها مي‌تواند هزينه و ريسك پروژه را افزايش دهد. متأسفانه باتوجه به تأثير بالايي كه اين پيمانكاران جز در اتمام پروژه‌ها، در زمان مقررشان و با كيفيت و هزينه مطلوب دارند، پژوهش‌هاي چنداني در اين زمينه انجام نشده است و آن‌چه در حال‌حاضر در پروژه‌ها به‌صورت عملي براي انتخاب پيمانكاران جز و تخصيص كار به آنها انجام مي‌شود همان روش‌هاي سنتي است كه هميشه نمي‌توان بهينه‌ترين حالت در زمينه انتخاب و تخصيص كار به پيمانكاران جز را نتيجه دهد. استفاده از مدل‌هاي بهينه‌سازي اين امكان را مي‌دهد كه همه حالت‌هاي مختلف تخصيص بررسي شده و بهينه‌ترين آنها براساس تابع هدف تعيين شود. فكر، ايده و يا طراحي كه به وسيله يك دانشمند يا يك مهندس مطرح مي‌شود، طي روال بهينه‌سازي مي‌تواند بهتر شود. در هنگام بهينه‌سازي، شرايط اوليه با روش‌هاي مختلف مورد بررسي قرار مي‌گيرد و اطلاعات به دست آمده، براي بهبود بخشيدن به يك فكر يا روش مورد استفاده قرار مي‌گيرند. بهينه‌سازي ابزاري رياضي است كه براي يافتن پاسخ بسياري از پرسش‌ها در خصوص چگونگي راه‌حل مسايل مختلف به‌كار مي‌رود. باتوجه به مفهوم بهينه‌سازي موجود در پژوهش حاضر، استفاده از روش‌هاي بهينه‌سازي در اين مقاله مد‌نظر قرار گرفت. در اين مقاله به معرفي الگوريتم PSO به‌عنوان يكي از الگوريتم‌هاي فراابتكاري پرداخته و نحوه عملكرد آن و مزايا و معايب آن را بررسي مي‌كنيم و در قسمت معرفي مدل، تابع هدف معرفي شده و در قسمت مطالعه موردي، از اين الگوريتم در زمينه تخصيص كار به پيمانكاران جز استفاده مي‌شود و نتايج بررسي خواهد شد.
۲- بررسي ادبيات موضوع
همان‌طور كه گفته شد بررسي موضوع تخصيص كار به پيمانكاران جز با رويكرد كمينه شدن هزينه‌ها در صنعت ساخت و ساز مغفول مانده است و مطالعات چنداني در اين زمينه صورت نگرفته است ولي در زمينه تخصيص كار به تأمين‌كنندگان كالا مطالعات نسبتاً خوبي صورت گرفته است. لازم به ذكر است كه نحوه عملكرد تأمين‌كنندگان جز در پروژه‌ها و عموماً در صنايع توليدي(كارخانه‌ها) به‌صورت فرايندي تكرارپذير بوده و عموماً در يك چرخه تكرارپذير اين فعاليت انجام مي‌شود. اما در مورد پيمانكاران جز اين موضوع مصداق نداشته و فرايند آنها به‌صورت خطي در پروژه‌ها و عموماً غيرتكرارپذير مي‌باشد. به نظر مي‌رسد بررسي مطالعات انجام شده در حوزه تأمين‌كنندگان جز، باتوجه به كمبود منابع در زمينه پيمانكاران جز، مي‌تواند ديدگاه مناسبي را براي حل مسأله فراهم كند. از اين‌رو در اين قسمت تاريخچه مطالعات در زمينه تخصيص كار به تأمين‌كنندگان را بررسي مي‌كنيم كه مي‌تواند الهام بخش باشد.
فرايند ارزيابي تأمين‌كنندگان و انتخاب آنها معمولاً با مسأله تخصيص كار به آنها همراه مي‌شود كه اين امر اغلب با گسترش ديدگاه برنامه نويسي‌هاي رياضي براي تصميم‌گيري‌هاي چندمعياره همراه مي‌شود. بیش‌ترين سهم مطالعات صورت گرفته تنها در خصوص انتخاب تأمين‌كنندگان بوده و مدلي جامع كه هر دو مساله ارزيابي تامين كننده و تخصيص كار به آنها را پوشش دهد، سهمي در حدود ۲۳ درصد از تمام مطالعات در اين زمينه را به خود اختصاص مي‌دهد. مطالعات قدسي‌پور و ايرين، اولين كاري است كه مدل مختلط AHP-LP را براي انتخاب بهترين تأمين‌كنندگان و تخصيص مقدار بهينه كار بين آنها در نظر گرفته است. سبي و بايراكتار، مدلي مختلط ايجاد كردند كه در آن از AHP و برنامه نويسي هدف وابسته به فرهنگ‌نويسي(LGP) براي حل مسأله انتخاب تأمين‌كننده و تخصيص كار به تأمين‌كنندگان استفاده كردند. وانگ و همكاران، AHP و برنامه نويسي هدف پيشگيرانه (PGP) را براي حل مسأله انتخاب و تخصيص كار به تأمين‌كنندگان تركيب كردند. يانگ و چن روش تجزيه تحليل رابطه‌اي خاكستري را با روش AHP براي انتخاب تأمين‌كنندگان جهت همكاري، تركيب كردند. بايازيت و كارپاك در سال ۲۰۰۵ و بايازيت در سال ۲۰۰۶ مدل AHP را براي انتخاب فروشنده توسعه دادند و تجزيه تحليل حساسيت را براي بهينه‌سازي پيشنهاد دادند. ليائو و ريتسچر مدل چند هدفه انتخاب تأمين‌كننده را تحت شرايط تصادفي پيشنهاد كردند. انتخاب تصادفي تأمين‌كننده با شبيه‌سازي و با در نظر گرفتن هزينه، كيفيت، تحويل به موقع و قابليت انعطاف برطبق محدوديت ظرفيت تعيين شده است. ژيا و همكارش روش جديدي را بر پايه فرايند تحليل سلسله مراتبي كه با تئوري مجموعه سختي‌ها بهبود يافته است، و تئوري چند هدفه براي تعيين تعداد تأمين‌كننده و مقدار حواله اختصاص يافته به هريك از تأمين‌كنندگان ارايه كردند. وادوا و روايندران هزينه و زمان تحويل و مقدار بازگشتي(كيفيت)، براي انتخاب بهترين فروشنده از منابع بيروني را بهينه كردند. قدسي‌پور و همكارانش انتخاب فروشنده و تخصيص حواله به آنها را با استفاده از مدل مجتمع استدلال مبتني بر تئوري فازي و برنامه نويسي عدد صحيح مختلط پيشنهاد كردند. آنها مدلشان را در زمينه فرايند انتخاب تامين كننده امتحان نكردند. دميرتاس و يوستان روشي مجتمع از فرايند تحليل شبكه‌اي (ANP) و برنامه نويسي خطي چند هدفه را براي انتخاب بهترين تأمين‌كنندگان پيشنهاد كردند. هدف اصلي از مدل مجتمع، در نظر گرفتن هر دو نوع ملاك كمي و كيفي مي‌باشد. شفي پيشنهاد كرد كه از تأمين‌كنندگاني استفاده كنيم كه بخشي از خود شركت و يا كارخانه باشند و هم از تأمين‌كنندگان خارج از مجموعه استفاده كنيم تا بدين ترتيب اثر منفي قطع ارتباط با تأمين‌كنندگان خارجي را كاهش دهيم. كله و ميلر مقدار بهينه سهم براي استراتژي وجود يك و دو منبع را با هدف كمينه كردن ريسك انبارداري تجزيه تحليل كردند. سركار و موهاپاترا روش درخت تصميم‌گيري را براي تعيين ميزان بهينه تأمين را پيشنهاد دادند. آنها در اين روش اين ميزان را با درنظر گرفتن محدوديت موضوع شكست تأمين‌كنندگان بهينه كردند. آواثتي روشي را براي مسأله انتخاب تدمين‌كننده براي يك توليد كننده ارايه كرد. در روش او مقدارهاي تصادفي با محدوديت روي قيمت تأمين‌كنندگان و ميزان توانايي‌شان اختصاص داده مي‌شد.
«كارپاك» و همكاران روش برنامه نويسي هدف را براي انتخاب فروشنده و تخصيص كار ارايه كردند. هدف در برنامه او كمينه كردن هزينه استفاده شده در تهيه محصول و بيشينه كردن كيفيت و قابليت اعتماد به تحويل دادن آن مقدار كار از طرف فروشنده بود. «چه» و «وانگ» الگوريتم ژنتيك را براي انتخاب تأمین‌كننده و ميزان تخصيص كار به آنها پيشنهاد كردند. تابع هدف آنها كمينه شدن تابع مجموع سود بود كه شامل هزينه خريد، حمل و نقل و هزينه سرهم كردن، خريد و زمان سرهم كردن و ميزان كيفيت قطعات تحويل داده شده بود.
«كاتوماچايي» و «هپ» الگوريتمي را براي تخصيص محصول و مقدار حواله در ميان تأمين‌كنندگان متعدد ارايه كرد كه در آنها، كمينه كردن ميزان هزينه كل خريد براي سطوح مختلف خدمات تحت درخواست متغير بود. «دينگ» و همكاران الگوريتم ژنتيك را براي انتخاب تأمين‌كننده و تخصيص كار پيشنهاد كردند، اين پيشنهاد را با هدف به حداقل رساندن هزينه و حداكثر كردن ميزان تقاضا تحت شرايط درخواست‌هاي متغير و هدايت كردن زمان ارایه كردند.
اگرچه مدل‌هاي مطالعاتي مهمي براي ارزيابي و تخصيص كار به تأمين‌كنندگان ايجاد شده است اما روش سنتي مانند برنامه‌نويسي خطي يا برنامه‌نويسي غيرخطي مختلط و غيره در حل مسايل بهينه‌سازي پيچيده به اندازه كافي توانا نيستند. استفاده از الگوريتم‌هاي بهينه‌سازي مي‌تواند اين مشكل را برطرف كند كه در مطالعات گذشته كم‌تر از آنها استفاده شده است.
۳- بهينه‌سازي تخصيص فعاليت به پيمانكاران جز با استفاده از الگوريتم هوشمندPSO
الگوريتمPSO از نظر دسته‌بندي، در زمره الگوريتم‌هاي هوشمند قرار مي‌گيرد. اين الگوريتم از جديدترين روش‌هاي فراابتكاري است كه توسط كندي و ابرهارت در سال ۱۹۹۵ميلادي توسعه داده شده است. اساس كار اين الگوريتم بر پايه هوش اجتماعي جانداراني مي‌باشد كه به‌صورت جمعي زندگي مي‌كنند. به‌عنوان يك مثال ساده مي‌توان به جستجوي دسته جمعي پرندگان براي يافتن منابع غذايي اشاره کرد. اعضاي مختلف گروه، با به اشتراك گذاشتن اطلاعات خود، باعث مي‌شوند كه بهترين منبع غذا در محيط مورد جستجو، در كم‌ترين زمان ممكن پيدا شود. اگر هر عضو بخواهد به تنهايي به جستجو بپردازد ممكن است هيچ‌گاه نتواند به بهترين منبع دست پيدا كند و درصورت دستيابي به هدف كه همان بهترين منبع غذايي مي‌باشد قطعاً با صرف زمان زيادي همراه خواهد بود. الگوريتم PSO نه تنها بسيار سريع‌تر از الگوريتم ژنتيك، كه يكي از پركاربردترين الگوريتم‌ها است. اين الگوريتم نه تنها به نقطه بهينه مسأله مي‌رسد، بلكه احتمال گرفتار شدن آن در اكسترمم‌هاي محلي نيز بسيار پايين‌تر مي‌باشد.
۳-۱- الگوريتمPSO
الگوريتم بهينه‌سازيPSO يك الگوريتم جمعيتي بوده كه در آن اعضا به جستجوي منطقه مورد نظر مي‌پردازند. در اين الگوريتم، جمعيت جواب‌ها، دسته ناميده مي‌شود و هر جواب مانند يك پرنده در گروهي از پرندگان كه جز نام دارد قرار مي‌گيرد. هر جز با سرعتي قابل تنظيم در فضاي جستجو حركت مي‌كند و بهترين موقعيت قبلي خود را در حافظه‌اش نگه مي‌دارد. و دركل فضاي مورد جستجوي PSO نيز، بهترين موقعيت به‌دست آمده توسط كل مجموعه به اطلاع همه اجزاي ديگر مي‌رسد.
يكي از نكات منفي اين نوع PSO نبود مكانيزمي جهت كنترل اندازه سرعت بوده كه ممكن است به انفجار دسته منجر شود. براي مقابله با اين مشكل مي‌توان حد‌بالايي براي اندازه سرعت هر جز تعيين نمود. اگرچه PSO نسبت به ساير روش‌هاي محاسبات تكاملي ناحيه‌اي را كه نقطه بهينه در آن واقع شده است را سريع‌تر پيدا مي‌كند ولي با رسيدن به اين ناحيه سرعت پيشرفت الگوريتم كاهش مي‌يابد. علت اين امر نيز عدم‌توانايي الگوريتم در تنظيم اندازه گام‌ها به منظور ادامه جستجو در فضاي مناسب‌تر مي‌باشد. اين مشكل با اعمال پارامتر وزن (W) به‌سرعت پيشين جز كاهش پيدا مي‌كند.
در روابط PSO، W پارامتري به نام وزن اينرسي، C1 و C2 ثابت‌هاي مثبتي هستند كه به‌ترتيب پارامترهاي شناختي و اجتماعي ناميده مي‌شوند. W به‌منظور تغيير سرعت پيشين در تكرار عمل مي‌كند. لذا W پارامتري است كه توانايي اكتشاف سراسري و محلي دسته الگوريتم را كنترل مي‌كند. وزن اينرسي بزرگ، محركي براي اكتشاف در سراسر ناحيه (حركت به‌سمت مناطقي از فضاي جستجو كه قبلاً تجربه نشده‌اند) است. درحالي‌كه يك وزن كم‌تر مشوقي براي اكتشاف در نواحي محلي مي‌باشد و در واقع باعث كه جستجو در مناطقي كه در گذشته تجربه شده‌اند، با دقت بیش‌تري ادامه پيدا كند. بنابراين پيشنهاد مي‌شود W با يك مقدار ابتدايي برابر با ۱ آغاز شده و تدريجاً به سمت صفر ميل مي‌كند. اين كار باعث مي‌شود كه در ابتدا اولويت اكتشاف سراسري نسبت به اكتشاف محلي بالاتر رود، و با كاهش تدريجي W جستجو در فضاهاي محلي با جديت بیش‌تري دنبال شود.
ثابت‌هاي شتاب C1 و C2 ميزان حركت ذرات را در هر تكرار كنترل مي‌کنند. اگرچه نشان داده شده است كه اين دو مقدار، عملكرد الگوريتم را بهبود مي‌بخشد ولي به‌طور معمول اين دو مقدار برابر ۲ در نظر گرفته مي‌شود.
۴- مطالعه موردي
براي بررسي عملكرد الگوريتم پيشنهادي، در تخصص فعاليت پيمانكارات جز، در اين قسمت يك فعاليت عمراني را با استفاده از اين الگوريتم، بين تعدادي پيمانكار جز باتوجه به ماشين‌آلات و قيمت‌هايشان تخصيص خواهيم داد.
پروژه: احداث مسير بزرگراه به طول ۶۰ كيلومتر مد‌نظر مي‌باشد. هدف تخصيص درصدي از حجم خاكريز به پيمانكار جز مي‌باشد به‌طوري‌كه هزينه كمينه شود.
جهت تخصيص فعاليت خاكريزي پروژه به پيمانكاران جز و هم‌چنين انجام مقدار مشخصي از فعاليت توسط شركت، مفروضات زير مد‌نظر مي‌باشد.
Ø حجم كل خاكريز ۱۸۰۰۰۰۰ متر مكعب
Ø مدت‌زمان انجام پروژه: ۱۲ ماه
Ø جريمه تأخيرات به‌ازاي هر روز ديركرد ۲ميليون تومان
Ø پاداش اتمام به‌ازاي هر روز زودتر از موعد مقرر ۲,۵ميليون تومان
۴-۱٫ تابع هدف مورد استفاده براي بهينه‌سازي
از آن‌جا كه پيمانكاران اصلي همواره به‌دنبال كاهش هزينه اتمام پروژه واگذار شده به پيمانكاران جز مي‌باشند، به‌دنبال تركيبي از تخصيص كار به پيمانكاران جز خواهيم بود كه كم‌ترين هزينه را ايجاد كند. در روش پيشنهادي، خروجي الگوريتم، مقدار بهينه ميزان درصد از حجم فعاليت اختصاص‌يافته به پيمانكاران جز و خود شركت اصلي مي‌باشد. اين درصدها بايد به‌گونه‌اي باشد كه نهايتاً هزينه انجام كل فعاليت با كم‌ترين مقدار ممكن برابر شود. هزينه كل براي انجام فعاليت عمراني مورد نظر برابر است با مجموع هزينه‌هاي ماشين‌آلات مورد استفاده توسط هر پيمانكار و هزينه‌هاي مديريتي براي پيمانكار اصلي جهت مديريت پيمانكاران جز مي‌باشد. منظور از هزينه‌هاي مديريتي هزينه‌هايي هستند كه هر شركت به جهت هماهنگي با پيمانكاران جز ديگر ممكن است متحمل شوند و در هزينه‌هاي بالاسري ديده نشده است. (در مطالعه موردي انجام شده، اين عدد برابر ۵ميليون تومان به‌ازاي هر پيمانكار جز درنظر گرفته شده است).
باتوجه به قيود ذكر شده در بالا درصدهاي تخصيص يافته همواره بين ۰ تا ۱۰۰ مي‌باشد و مجموع درصدها برابر ۱۰۰ خواهد بود. اين قيود در هر گام تكرار برنامه، آزمايش شده و درصورتي‌كه از آن تخطي شود تركيب به‌دست آمده نامناسب تشخيص داده مي‌شود و يك پنالتي بزرگي به آن اعمال شده و به اين ترتيب از ميان تركيبات ممكن و مناسب حذف مي‌شود.
۴-۲٫ نتايج به‌دست آمده
مدل مذكور در نرم‌افزار متلب نوشته شد. باتوجه به اين‌كه با اجراي هربار مدل جواب‌هاي متنوعي حاصل مي‌شود لذا جهت نيل به يك جواب بهينه و نزديك به واقع مدل ۱۰۰ بار اجرا شده و نتايج حاصل از آن در جدول نشان داده شده است.
پيمانكار اصلي
پيمانكار جز ۱
پيمانكار جز ۲
پيمانكار جز ۳
پيمانكار جز ۴
پيمانكار جز ۵
درصد تخصيص فعاليت
۲۵,۱درصد
۰
۳۱درصد
۴۳,۹درصد
همان‌گونه كه مشاهده مي‌شود ميزان هزينه نهايي در درصد تخصيص يافته به پيمانكاران جز نقش تعيين‌كننده‌اي را دارد. باتوجه به هزينه مينيمم حاصل شده زمان انجام پروژه نيز ۲۲۶ روز حاصل مي‌شود كه محدوديت زماني پروژه را كه ۱۲ماه بود ارضا مي‌كند. نتايج به‌خوبي ميزان كارايي الگوريتم PSO و مدل پيشنهادي اين مقاله را نشان مي‌دهد. هم از لحاظ هزينه و هم از لحاظ زمان پروژه با مقاديري كم‌تر از مقادير قراردادي قابل‌اجرا مي‌باشد كه اين موضوع مي‌تواند سودآوري قابل‌توجهي را هم براي پيمانكار و هم كارفرما به همرا داشته باشد.
۵- نتيجه‌گيري
امروزه انتخاب پيمانكاران جز به دليل اهميت روزافزون آنها در فاز اجراي پروژه‌ها و تأثيرگذاري آنها بر معيارهاي كليدي موفقيت پروژه بسيار قابل‌توجه شده است. علي‌رغم اين اهميت پژوهشگران گذشته به اين موضع توجه چنداني نداشته‌اند لذا اين مقاله به ارايه مدلي جهت تخصيص حجم كاري به پيمانكاران جز با رويكرد بهينه‌سازي هزينه در پروژه با استفاده از الگوريتم PSO پرداخته است. اين الگوريتم به‌عنوان يكي از الگوريتم‌هاي فراابتكاري قدرت قابل‌توجهي در نيل به سمت جواب‌هاي بهينه دارد. نتايج حاصل از اجراي مدل به‌خوبي توانست ميزان كارايي اين مدل را در برنامه‌ريزي پروژه (كمينه‌سازي زمان اجرا) و صرفه‌جويي هزينه نشان دهد. از آن‌جايي كه نگارندگان با جنبه‌هاي مختلف موضوع آشنا مي‌باشند لذا ادامه اين پژوهش مي‌تواند در حوزه مقايسه الگوريتم‌هاي ديگر در مسأله تخصيص فعاليت به پيمانكاران جز مورد بررسي قرار گيرد.
توضيح: اين مقاله با تلخيص و حذف بعضي از جداول چاپ شده است.
منبع: ارايه شده در هفتمين كنگره ملي مهندسي عمران
این مطلب بدون برچسب می باشد.
دیدگاه بسته شده است.