FBE- Endüstri Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/32

Gözat

Konu "Ana dağıtım üssü" ile FBE- Endüstri Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora'a göz atma
  • Öge
    Uncapacitated multiple allocation hub location problem under congestion
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2019) Özgün Kibiroğlu, Çağrı ; Topcu, Yusuf İlker ; 10273355 ; Endüstri Mühendisliği ; Industrial Engineering
    Ana dağıtım üsleri, ulaşım, lojistik ve telekomünikasyon sistemlerinde kullanılan özel tesislerdir. Ana dağıtım üsleri, havayolu endüstrisi, posta veya kargo hizmetleri, tedarik zinciri yönetimi, bilgisayar ağları, acil durum hizmetleri gibi birçok farklı alanda ortaya çıkmaktadır. Ana dağıtım üssü, toplama, değiştirme ve dağıtma merkezi olarak hizmet eder ve daha az dolaylı bağlantıya sahip tüm düğümler arasındaki doğrudan bağlantıların değiştirilmesine izin verir. Ana dağıtım üssü, akış konsolidasyonu ve yayılması yoluyla ölçek ekonomisinden yararlanmaktadır. Gidiş-geliş çiftlerinin her birini doğrudan haritalamak yerine, farklı düğümlerden gelen akışlar ana dağıtım üssünde toplanır ve aynı düğüme giden akışlar bu ana dağıtım üssünden dağıtılır. Ana dağıtım üssü yerleşim problemi, sosyal, politik ve ekonomik yönleriyle stratejik başarıya ulaşmada yardımcı olan belirleyici bir rol oynayabilir ve bu kararlar kolayca veya düzenli olarak değiştirilemez. Ana dağıtım üslerinin konumu, rotalama ve lojistik kararlar gibi ağ tasarımından kaynaklanan stratejik kararlar için özellikle önemlidir. Ana dağıtım üssü yerleşim problemi, merkezlerin konumu ve düğümlerin merkezlere atanması ile ilgilidir. Sorunun amacı, en uygun ana dağıtım üssü konumunu bulmak ve ana dağıtım üslerine karşılık gelen ana dağıtım üssü olmayan diğer düğümleri minimum maliyetle veya zamanla atamaktır. Bu iki karar birbirini karşılıklı olarak etkilediğinden, birlikte tartışılmalıdır. Bu nedenle, ana dağıtım üssü yerleşim problemi, ağ tasarım problemi olarak düşünülmelidir. Ana dağıtım üssü yerleşim problemi 20. yüzyılın son çeyreğinden bu yana önemli bir araştırma konusu olmuştur. Ana dağıtım üssü yerleşim problemlerine gösterilen büyük öneme rağmen, araştırmacıları mevcut literatürdeki boşluklar, nadiren araştırılan alanlar ve problemin gelecekteki motivasyonları hakkında aydınlatmaya ihtiyaç vardır. Dolayısıyla bu tez, temel problemden mevcut uzantılarına kadar bir sınıflandırma yapısı ile başlamaktadır. Seçilmiş 400 makalenin detaylıca değerlendirilmesi ile bir sınıflandırma yapısı önerilmektedir. Daha sonra ayrıntılı bir literatür taraması sunulmakta, her bir sınıfın önemli çalışmaları örneklenmekte ve son trendler konu başlıkları gruplanarak incelenmektedir. Hava taşımacılığında ve diğer ulaşım ağlarında, müşteri ihtiyaçlarını karşılamak ve rekabet avantajı sağlamak için ağı mümkün olduğu kadar genişletmek önemlidir. Ana dağıtım üssü yerleşim problemi, merkezler arası bağlantı maliyetinin düşürüldüğü ölçek ekonomilerinden faydalanırken; taşıma ve açılış maliyetlerini en aza indirgemeyi amaçlar. Problem minimum açılış ve ulaşım maliyetlerini belirlemeye odaklanırken, nispeten az sayıda ana dağıtım üssü seçilir. Bu seçilen ana dağıtım üsleri, üs olmayan düğümlere kıyasla aşırı yüklenmiş durumdadırlar. Ayrıca, ağa daha fazla düğüm eklenir, düğümler arasındaki akışları dengelemek için daha fazla kapasite kısıtlaması uygulanır. Temel olarak, son zamanlarda, hava taşımacılığı şirketleri, gecikmeler veya trafik sıkışıklığı gibi istenmeyen sonuçları çözmek ve merkez havaalanlarının trafik akışı yoğunluğunu optimize etmek istemektedir. Ana dağıtım üslerinin kapasiteleri zaman içindeki artan trafik akışlarına karşı hassas olma eğilimindedir. Bu nedenle, ana dağıtım üssü yerleşim problemleri kapasite özelliklerini düşünerek mevcut literatürde yer almak zorundadır. "Kapasite" terimi ana dağıtım üslerinde bir sınırlamaya işaret eder. Ancak, olası ana dağıtım üslerinin kapasite düzeyleriyle sınırlandırılması, soruna gerçekçi bir yaklaşım getiremez. Son yıllarda, ana dağıtım üslerinde yüklenilen kapasiteyi aşan ilave bir akış olarak yeni bir "sıkışıklık" terimi ortaya çıkmıştır. Bu tezde, sıkışıklık tabiri üslerdeki sıkışıklık etkisinin önlenmesi ve ağ tasarımının en iyilenmesi için ayrıntılı bir şekilde incelenmektedir. Sıkışıklığı içeren bir ana dağıtım üssü tasarımı, seçilen üslerin akış dağılımındaki dengesizliği ve üslerdeki aşırı yükleri önlemeyi amaçlar. Modele kapasite kısıtlamalarının dahil edilmesi ağ sıkışıklığı olmaksızın bir tasarıma olanak sağlayabilir, ancak bu tasarım zaman içinde gecikmelere veya kesintilere sonuç olacak talep artışlarını, olası kapasite değişikliklerini göz ardı ederek gerçekçi şekilde projelendirilemez. Bu nedenle, modelde sıkışıklığı bağımsız ancak kapasite, akış konsolidasyonu ve zaman parametreleri ile ilgili olarak tanımlamak önemlidir. Ana dağıtım üssü yerleşim probleminin pratik uygulamalarında, akış miktarı bakımından kapasitenin aşılması ve sıkışıklık meydana gelmesi kaçınılmazdır. Ayrıca, bir sıkışıklık meydana geldiğinde veya ana dağıtım üssünün kapasitesi yetersiz olduğunda, işlem süreleri, zamana bağlı servisler ve gecikmeler gibi ağ yetkinlikleri tetiklenir. Mevcut literatürden farklı olarak, sıkışıklık, akış miktarından ziyade kapasite düzeyi ile ilgilidir. Böylece sıkışıklık, maksimum kapasite seviyelerinde daha etkili hale gelir. Bir ana dağıtım üssü sıkışıklık durumuyla karşılaştığında, bağlantılı maliyetlerin de tahsis edilmesiyle tüm ağ tasarımı olumsuz yönde etkilenir. Ardından, akış miktarı arttıkça, tıkanıklık daha az ağ yeteneklerini etkiler. Genel olarak ana dağıtım üssü yerleşim problemleri, sıkışıklığı bir kapasite seviyesi veya önceden belirlenmiş bir kapasite oranı altında sınırlı olarak düşünür. Sıkışıklığın kaçınılmaz olması nedeniyle tersini tanımlamak çok önemlidir. Bu tezin ana katkısı, her bir ana dağıtım üssü üzerindeki fazla akışın ilgili ana üsteki toplam akışa oranı olarak yenilikçi bir sıkışıklık maliyet fonksiyonunu tanımlamaktır. Bu işlev, her bir ana dağıtım üssündeki kapasite sınırlandırmasının açık bir tespit yapılmadan sağlanmasına yardımcı olur. Ayrıca, hem gelen hem de giden akışlar, ana dağıtım üslerinden geçen toplam akışları belirlemek için toplanır, çünkü yolcu taşımacılığındaki havaalanları, hem gelen hem de giden uçuşların yoğunluğundan muzdarip olabilir. Sıkışıklığın ana dağıtım üssü yeri seçimi ve tahsis kararları üzerindeki etkisini gözlemlemek için, farklı sıkışıklık fonksiyonları karşılaştırmalı olarak sunulur. Başlangıç olarak, üslerin konumunu ve ağın tahsis yapısını belirleyen ve ağlardaki akış dağılımını dengelemek için merkezlerde oluşan sıkışıklığı kontrol eden yeni bir matematiksel model önermekteyiz. Ulaştırma, açılış ve sıkışıklık maliyetlerini en küçükleyen kapasite kısıtsız çok atamalı ana dağıtım üssü yerleşim problemi olarak karışık tam sayılı programlama modeli önerilmektedir. Bu tez boyunca, önerilen model kapasiteleri istenilen seviyeden daha yüksek olan ve ana dağıtım üsleri üzerindeki sıkışıklığın gene de amaç fonksiyonunda ceza maliyeti olarak dikkate alındığı ana dağıtım üssü yerlerini bulmayı amaçlamaktadır. Bu nedenle, ana dağıtım üsleri üzerlerindeki fazla akışlardan kaynaklanan ceza maliyetlerini en aza indirmek için, daha yüksek kapasiteye sahip olan düğümler arasından seçim yapılmaktadır. Optimizasyon problemlerinin modellenmesinde ana endişe, karar değişkenlerinin ve kısıtların sayısı anlamındaki problemin boyutudur. Karmaşıklık ve hesaplama süresi bakımından problemin boyutu çözüm sürecini zorlaştırır. Optimal çözüme ulaşmak için klasik çözüm teknikleri artan karar değişkeni ve kısıt sayısı karşısında yetersiz kalır. Bu zorlukların üstesinden gelmek için, Benders ayrıştırma tekniği gibi ayrıştırma teknikleri ve sezgisel algoritmalar uygulanabilir. Her ne kadar modelin matematiksel formülasyonları optimal çözümü başarabilse de, problemin boyutu ve hesaplama süresi çözümü daha karmaşık hale getirmektedir. Bu nedenle, önerilen doğrusal olmayan modelin nispeten daha çok çaba gerektiren bir çözüm prosedürüne ihtiyacı vardır. Bu tezin bir başka katkısı, karmaşık problemlerle başa çıkmak için etkili çözüm prosedürleri geliştirmektir. Sonuç olarak, önerilen modeli çözmek için kesin bir çözüm prosedürü olarak Benders ayrıştırma algoritması ve bir sezgisel algoritma olarak parçacık sürüsü optimizasyonu geliştirilmektedir. İlk olarak, Benders ayrıştırma algoritması probleme uygulanmaktadır. Benders algoritmasını uygulamak için karesel sıkışıklık maliyeti fonksiyonu doğrusallaştırılmaktadır. Ancak, algoritma beklenenden daha fazla zaman alıcı hale gelmiştir. İkinci olarak, büyük ölçekli problemler için en yakın optimal çözümleri bulmak için etkili bir parçacık sürüsü optimizasyon algoritması önerilmektedir. Tüm çözüm prosedürleri önerilen model yapısına uyarlanmıştır. Sayısal analizler AP veri setinde gerçekleştirilmiştir. Her iki çözüm prosedürü de karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Problemin çeşitli versiyonları (kapasite kısıtsız, kapasite kısıtlı ve sıkışık) ve üç ayrı sıkışıklık fonksiyonuyla modellenen problemler karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir. Sıkışıklık fonksiyonunun farklı tanımlanması ya da sıkışıklık faktörü, kapasite seviyesi, ölçek ekonomilerinin değişimi dahil olmak üzere farklı senaryolar altında deneyler yapılmıştır. Ayrıca, iterasyon sayısı, popülasyon büyüklüğü, öğrenme katsayıları gibi farklı parametreler altında sezgisel algoritmanın verimliliğini karşılaştırmak için duyarlılık analizleri incelenmiştir. Son olarak, önerilen tüm modellerin hesaba dayalı deneyleri ve tartışmaları sunulmuştur ve önerilen çözüm prosedürlerinin hesaplama performansları test edilmiştir