نویسندگان:
حمیدرضا خرمشاهی - مدیر مهندسی لجستیک تیپاکس
علیرضا گنج خانلو - سرپرست مهندسی شبکه تیپاکس
طراحی شبکه لجستیک
طراحی شبکه لجستیک، یکی از موضوعات مهمی است که بر اساس استراتژی شرکتها و طرحهای بازاریابی برای یک افق 3 تا 5 ساله صورت میگیرد. کاهش هزینه و افزایش سطح سرویس اصلیترین اهداف طراحی شبکههای لجستیک بوده و همواره موضوع طراحی شبکه لجستیک، در صنایع و کسبوکارهای مختلف وجود داشته است. شبکههای لجستیک هر کسبوکار یک مزیت رقابتی ایجاد میکنند.گرچه گامهای طراحی شبکه لجستیک در اکثر کسبوکارهای نیازمند لجستیک یکسان است، ولی ازآنجاییکه هدف از طراحی شبکه هر یک متفاوت است، از روشها و الگوریتمهای متفاوت در حل مسئلههای طراحی شبکه استفاده میشود. شرکتهایی مانند آمازون، والمارت، فدکس و شرکتهای توزیعی و پخش، هر یک بنا به استراتژیهای شرکت و اهداف بازاریابی، نسبت به طراحی شبکه خود اقدام کردهاند. موضوع طراحی شبکه حتی در خدمات عمومی مانند آتشنشانی و اتوبوسرانی و... نیز مصداق دارد.
انواع شبکههای حملونقل
بهطورکلی، 4 نوع شبکه حملونقل وجود دارد که عبارتند از:
- شبکههای یک به یک
- شبکههای یک به چند
- شبکههای یک به چندی که در آنها جابهجایی مرسوله از یک وسیله نقلیه به وسیله نقلیه دیگر وجود دارد
- شبکههای چند به چند
شبکههای یک به یک بهعنوانمثال در سیستمهای حملونقل با بار کامل کامیون (FTL (Full truck load)) یا در سرویسهای کوریر استفاده میشود.
شبکههای یک به چند با/بدون جابهجایی بار بین وسایل نقلیه، اغلب در شبکههای تولید تحت قلمرو یک مرکز تولیدی متداول هستند.
شبکههای چند به چند هم در سیستمهایی از قبیل سیستم "بار کمتر از کامیون"(LTL (Less than truck load ))، خطوط هوایی و شبکه راهآهن به کار میروند. 2 نوع اصلی از الگوهای شبکههای حملونقل چند به چند عبارت از الگوی Hub & spoke و الگوی Point to point است.
در اصل، واژه هاب (Hub) بهمعنای قسمت گرد وسط چرخ (اصطلاحا: توپی) است. قسمتی که محور در آن قرار میگیرد و چرخ حول آن میچرخد. واژه اسپوک (Spoke) نیز بهمعنای پره چرخ است. شکل زیرمفهوم هاب و اسپوک در لغترا نشان میدهد.
در ادبیات لجستیک نیز واژه هاب بارها بهعنوان پایانهای شناخته شده است که در آن عملیات سورت اصلی (Major sorting) انجام شده و بهعنوان مرکز تبادل (Switching center) اصلی شبکه است. همانگونه که در شکل پایین دیده میشود، اگر یک هاب داشته باشیم و سایر نقاط و نودها به آن هاب وصل شده باشد، مدل ستارهای تشکیل میشود که مدل پایه هاب و اسپوک است. نوع دیگر شبکه هاب و اسپوک، هیبریدی (HH&S) است. این مدل شبکه، دارای میانبرهایی است که در صورت نیاز میتواند از هاب گذر نکند. بنابراین این مدل، ترکیبی از مدل نقطه به نقطه و مدل هاب و اسپوک است.
تفاوت نوع هیبریدی مدل هاب و اسپوک با مدل ساده هاب و اسپوک این است که در مدل هیبریدی برخی نودها پتانسیل کافی دارند تا بتوانند در قالب مسیرهای مستقل با مقاصد مورد نظر خود در ارتباط باشند. بنابراین مرسولات این شهرها بدون اینکه وارد هاب شوند، بهطور مستقیم از شهر فرستنده به شهر گیرنده ارسال خواهند شد. با این عمل، طول مسافت حمل کاهش مییابد، زمان تحویل مرسولات به شهر مقصد تسریع میشود و عملیات انجامشده در محل هاب (از قبیل باراندازی، سورت و بارگیری مجدد) وجود نخواهد داشت.
عناصر هزینهای شبکههای هاب و اسپوک (H&S) و شبکههای نقطهبهنقطه (P2P) با توجه به عملکرد آنها متفاوت است. در چنین شبکههایی، همیشه ارزیابی هزینهها با در نظر گرفتن جریان مرسولات (تن کیلومتر، پارسل کیلومتر و...) است. شبکه هاب و اسپوک برخلاف شبکههای نقطهبهنقطه، به عملیات جابهجایی مرسوله از یک وسیله نقلیه به وسیله نقلیه دیگر (ترانسشیپمنت) نیاز دارد. در شبکههای هاب و اسپوک مسافت، طولانیتر از شبکههای نقطهبهنقطه است. مسلما اگر جریان و ترافیک مرسولات را در نظر نگیریم، هزینههای مرتبط با مسافت در مدل هاب و اسپوک افزایش مییابد.
شکل زیرشبکههای نقطه به نقطه، هاب و اسپوک، هاب و اسپوک ترکیبی را نشان میدهد.
شرکت FedEx بهعنوان یکی از شرکتهای کوریر فعال در حوزه خدمات پستی در کلاس جهانی، مدل هاب و اسپوک را برای سیستم لجستیک خود طراحی کرده است و روزانه هزاران مرسوله در این سیستم جمعآوری، بستهبندی، سورت و توزیع میشود. این شرکت بعد از اینکه در اوایل دهه 70 تاسیس شد، به دنبال این بود که مدلی را توسعه دهد تا از طریق آن همیشه بتواند خدمترسانی خود را تضمین کند. این شرکت، تنها راه انجام این کار را استفاده از مدل هاب و اسپوک میداند. اکنون در قالب این مدل، همه مرسولات جمعآوریشده را سورت میکند و سپس در مسیرهایی متناسب با مقاصد هریک از مرسولات ارسال میکند.
مدل هاب و اسپوک مزایا و معایبی دارد که در ادامه به مهمترین آنها پرداخته میشود.
مزایای مدل هاب و اسپوک
- اسپوکها ساده هستند و بهراحتی میتوان اسپوک جدید را در شبکه ایجاد کرد.
- زمانبندی راحت است، زیرا تعداد مسیرها کم و تواتر آنها زیاد است.
- عملیات پیچیده بهجای آنکه در محل هر نود اتفاق بیفتد، در هاب انجام خواهد شد.
- پیوستگی انتقال مرسولات بهدلیل متمرکز کردن عملیات
- کاهش طول سفرها، (برنامهریزی را بهبود و زمان سفر را کاهش میدهد و به رانندگان کمک میکند تا قوانین مربوط به ساعات ارائه خدمات را هرچه بهتر رعایت کنند.)
- باعث میشود که فعالیتها بهصورت مداوم، در زمانهای مقرر خود انجام شوند. در نتیجه این کار، سطح خدمترسانی ارتقا یافته و سبب میشود تا مرسولات در زمان مناسب به مقصد موردنظر خود برسند.
- در این مدل، جذب و حفظ راننده بهبود مییابد. رانندگان میتوانند هرشب به خانه خود بازگردند و بهاینترتیب احساس کنند که کیفیت زندگیشان ارتقا یافته است. همچنین در نتیجه حفظ رانندگان و از دست ندادن آنها، اماکن تصدیگری افزایش مییابد، مسیرها ثابت خواهند ماند، سازگاری راننده با مسیر خود افزایش مییابد و در نتیجه، ایمنی و قابلیت اطمینان در حملونقل مرسولات بهوسیله آن راننده افزایش مییابد.
- کاهش هزینهها و افزایش بهرهوری در اثر اقتصادی شدن عملیات از نظر مقیاس Pensk (با افزایش تعداد مرسولات، واحد هزینه حملونقل کاهش مییابد و به تعداد راننده کمتری نیاز خواهد بود.)
- با تجمیع و متمرکز کردن مرسولات در یک محل و سپس انتقال از آن محل و بهتبع آن، تبدیل تعداد رانندگان زیاد با حاملهای دارای مرسوله کمتر، به تعداد رانندگان کمتر با حاملهای با تعداد مرسوله بیشتر، میزان مصرف سوخت و در نتیجه تولید کربن و سایر گازهای گلخانهای کاهش مییابد.
معایب مدل هاب و اسپوک
- مدل هاب و اسپوک تا حدودی انعطافپذیر نیست. هرگونه تغییر در هاب و یا حتی در مسیرها میتواند کل شبکه را تحت تاثیر قرار دهد.
- هاب میتواند باعث ایجاد گلوگاه در شبکه شود.
- تاخیر در محل اسپوکها میتواند بر کل شبکه تاثیر گذارد.
- چنانچه به هر دلیلی عملیات در هاب با وقفه انجام شود، این وقفه کل شبکه را تحت تاثیر قرار خواهد داد.
- مرسولات قبل از رسیدن به مقصد خود، باید وارد هاب شوند. ازاینرو فواصل حمل افزایش خواهد یافت.
مکانیابی هاب در مدل هاب و اسپوک
یکی از موضوعات مهم در مدل هاب و اسپوک، جانمایی هابها است. تصمیمگیری درباره موقعیت قرارگیری هابها و مراکز تجمیع و توزیع، یک جزء حیاتی جداییناپذیر و مساله بسیار پراهمیت برای شرکتهایی با کارکرد لجستیک است. تعیین نادرست موقعیت این مراکز در شبکه میتواند کسبوکار و مشتریان را تحت تاثیر قرار دهد. تعیین نامناسب این مراکز میتواند افزایش هزینهها و کاهش سهم از بازار رقابتی را در پی داشته باشد. از اینرو، تعیین مکان مناسب تسهیلات بسیار حائز اهمیت است. در ادبیات موضوع، این مساله بهعنوان مساله مکانیابی هاب نام برده و مدل میشود.
انواع مدلهای مکانیابی
مدلهای مکانیابی را میتوان بهصورت زیر دستهبندی کرد:
- مکانیابی هاب منفرد (Single-HLP)
- (P-HLP) مکانیابی P
- مکانیابی P هاب میانه (مساله تخصیص مکان چندگانه) (P-Hub median location problem (multiple allocation p-HLP))
- مکانیابی P با هزینه لینک ثابت (P-HLP with fixed link cost)
- مدل مکانیابی حداقل اندازه جریان روی لینکها (P-HLP with limited capacity)
- مدل مکانیابی P با حافظه محدود (Continuous p-HLP)
- مدل مکانیابی P پیوسته (Multi-objective p-HLP)
- مدل مکانیابی P چند هدفه (P-Hub center location problem)
- مدل مکانیابی P مرکز (P-Hub covering location problem)
- مدل مکانیابی P هاب پوششی (Hub set covering location problem)
- مدل مکانیابی پوششی مجموعه هاب (P-Hub maximal covering location problem)
- مدل مکانیابی P هاب بیشینه پوششی مدل مکانیابی هاب با ساختار شبکه ستارهای (HLP with star network structure)
روشهای حل مسائل مکانیابی
روشهای حل مدلهای مکانیابی به 2 دسته کلی زیر تقسیممیشوند.
- الگوریتمهای دقیق
- الگوریتمهای ابتکاری و فرا ابتکاری
در ادامه بهاختصار به توصیف این الگوریتمها پرداخته میشود.
الگوریتمهای حل دقیق مدلهای مکانیابی
این الگوریتمها از روشهای دقیق بهینهسازی بهمنظور حل مسائل مکانیابی استفاده میکنند. برنامهریزی عدد صحیح (Integer Programming)، یکی از رویکردهای پرکاربرد برای حل دقیق مسائل مکانیابی است. این الگوریتمها برای حل مسائل کوچکمقیاس بهکار میرود. برای حل مدلهای بزرگمقیاس تعیین مکان هاب به استفاده از الگوریتمهای ابتکاری و فرا ابتکاری نیاز است.
الگوریتمهای ابتکاری و فرا ابتکاری (Heuristic and mete heuristic algorithms)، حل مدلهای مکانیابی
این الگوریتمها برای پروژههای واقعی کاربرد دارند که با استفاده از آنها میتوان حتی به جوابهای بهینه یا نزدیک به بهینه دست یافت. مثلا از کاربرد الگوریتمهای هیوریستیک و متاهیوریستیک در حل مسائل مکانیابی میتوان به استفاده از روش جستوجوی تابو (Tabu search) و استفاده از الگوریتم ژنتیک اشاره کرد.
تاکید بر نقش مرکزیت (مرکزگرا بودن) شبکه در طراحی شبکههای حملونقل
رابطه استثنائی میان مرکزگرا بودن یک شبکه حملونقل و شاخصهای عملکردی آن شبکه وجود دارد. مرکزگرا بودن شبکه حملونقل بهشدت بر عملکرد آن تاثیر دارد. اگرچه اغلب تاکنون در طراحی شبکههای حملونقل از این نقش کلیدی غفلت شده است. مرکزگرا بودن شبکه، مفهومی است که ظاهر شبکه و عملکرد شبکه را بههم متصل میکند. مقایسه فاصله حمل و جابجایی در شبکههای مختلف حملونقل (بهعنوان یک شاخص عملکردی) یک مثال ملموسی از تاثیر مرکزگرایی بر شاخصهای عملکردی شبکههای حملونقل است. مشخصه اصلی شبکههای Hub & spoke در مقایسه با شبکههای P to P (نقطهبهنقطه) فاصلههای حمل و جابهجایی بیشتر در این نوع از شبکهها است.
تاکنون در حوزه پژوهش، مطالعات مطلوبی درباره طراحی شبکههای حملونقل شده است، اما کاربرد استراتژیک آن برای مسائلی که در زندگی واقعی اتفاق میافتد، چالشهایی را برای برنامهریزان (ازجمله نیاز به دادههایی با جزئیات دقیقتر برای افق برنامهریزی بلندتر) ایجاد کرده است. برای پر کردن این شکاف بین پژوهش و عمل، شناسایی عوامل مؤثر از منظر استراتژیکی بر طراحی شبکهها میتواند سودمند باشد. شناسایی عواملی که تاثیر استراتژیک دارند، احتمالا به پیدا کردن شبکه حملونقل بهینه کمکی نخواهد کرد. ولی بهجای آن میتواند راهنمای فرایند طراحی شبکه باشد. شاید بتوان گفت که مرکزگرا بودن شبکه، یک عامل موثر بسیار گویا در طراحی استراتژیکی شبکه حملونقل است. این عامل، به شناسایی سناریوهای طراحی خوب کمک میکند.
با توجه به هدف کلی که از تاکید بر نقش مرکزگرایی شبکه در طراحی شبکههای حملونقل وجود دارد، میتوان 3 هدف زیر را تعریف کرد:
- غنیسازی مسائل حوزه تحقیق در عملیات (OR) با ایجاد بینش استراتژیک برای شرایط تصمیمگیری نامشخص
طراحی بهینه شبکههای حملونقل که صرفا با استفاده از حل مسائل OR بهدست آمدهاند، برای اتخاذ تصمیم مناسب درباره طراحی استراتژیکی و بلندمدت شبکه کافی نخواهد بود. در تصمیمات استراتژیک، مسائلی از قبیل برخی عدم قطعیتها، فرضهای کلی و برآورد تقاضای آتی برای شبکه در حال برنامهریزی دخیل هستند. در این مرحله، نیاز است که بعد از بهدست آمدن جوابهای بهینه از حل تئوری طراحی شبکه، تصمیمگیران به این جوابهای بهینه بینش استراتژیک داشته باشند.
این نوع بینش، اگرچه در ادبیات موضوع، مطلب جدیدی نیست ولی بهنظر میرسد که در چند سال گذشته کمتر به آن پرداخته شده است.
درک مرکزگرایی شبکههای حملونقل و تاثیری که بر عملکرد این شبکهها دارد، یک گام مهم در این زمینه است.
- پیادهسازی الگوریتمی برای شبیهسازی سناریوهای طراحی شبکه
درک مرکزگرایی شبکههای حملونقل، کمک خواهد کرد تا بتوان ساختار اولیه الگوریتم طراحی را ایجاد کرد. بنابراین الگوریتم طراحی شبکه، یک مثالی از پیادهسازی عملی دانشی است که مرکزگرایی شبکههای حملونقل و عملکرد آن شبکه را به یکدیگر مرتبط میکند.
- نتیجهگیری درباره عملکرد اندازهگیری نشده در شبکههای حملونقل
ارزیابی همه جوانب عملکردی شبکه بهطور همزمان در قالب یک تصمیم، کار پیچیدهای است. چنانچه مرکزگرایی شبکه بهصورت کمی مورد سنجش قرار گرفته باشد، دراینصورت میتوان از آن برای تفسیر عملکرد شبکه در بخشهایی که بهصورت مستقیم برداشت نشدهاند نیز استفاده کرد. این تفسیر نیز براساس دانشی که در رابطه با مرکزگرایی شبکه و ارتباط آن با عملکرد شبکه وجود دارد، میسر خواهد شد.
ایجاد کارایی در شبکههای حملونقل
کارایی حملونقل و ارسال چند به چند به شبکههای حملونقل بستگی دارد. چند روش وجود دارد که به بهرهوری بالاتر و کاهش هزینهها در شبکههای حملونقل منجر میشود. امکان بهکارگیری همه این روشها بهطور همزمان در یک شرایط خاص وجود ندارد. بااینحال، شناخت همه این روشهای بهرهوری، سودمند خواهد بود. براساس تعریف کارایی، برای اینکه در شبکههای حملونقل محصول خروجی (همان عمل حملونقل و انتقال از یک نقطه به نقطه دیگر در شبکه است) بهنحو مطلوبی تولید شود باید به ورودیهای آن توجه شود. ورودیهای شبکه حملونقل، ساختار خود شبکه است که عبارت از تعداد و محل انواع نودها در شبکه حملونقل، چگونگی طراحی مسیر بین این نودها برای برقراری ارتباط با یکدیگر، زمانبندی و توالی تردد در این مسیرها و فاصلههای حملونقل بین نقاط مختلف در شبکه هستند.
در ادامه، دستهبندیهای اصلی اقتصادی که ریشهی ایجاد کارایی در شبکههای حملونقل هستند، معرفی و بیان میشود که تحت چه شرایطی احتمال موفقیت این موارد بیشتر است.
اقتصادی بودن در حملونقل و جابهجایی
این پارامترها، مواردی هستند که بهطور مستقیم اجزای فرایند حملونقل و جابهجایی هستند که از میان آنها میتوان به «فاصله حملونقل و جابهجایی» و «اندازه یا ظرفیت وسیله نقلیه جابهجایی» اشاره کرد.
شاخص اقتصادی فاصله حملونقل و جابهجایی
فاصله حملونقل، زمانی اقتصادی خواهد بود که با افزایش طول مسافت جابهجاشده، هزینه حملونقل بهازای یک واحد جابهجایی کاهش یابد. زیرا در این صورت، هزینه ثابت کل جابهجایی در طول مسافت بزرگتری توزیع میشود و ازاینرو هزینه یک واحد جابهجایی کمتر خواهد شد.
شاخص اقتصادی اندازه یا ظرفیت وسیله نقلیه مورداستفاده برای حمل و جابهجایی
اگر هزینه لازم برای بزرگ کردن اندازه حامل، نسبت به هزینه ایجاد ظرفیت لازم برای حملونقل کمتر باشد، در این صورت پارامتر اندازه وسیله نقلیه مقرونبهصرفه خواهد بود.
اقتصادی بودن در مقیاس
در شبکههای حملونقل، منظور از اقتصادی بودن در مقیاس عبارت است از اینکه با افزایش اندازه (حجم، تعداد یا وزن) مرسولات هزینه واحد جابهجایی کاهش یابد. در این مورد، افزایش کارایی معمولا زمانی حاصل خواهد شد که هزینه ثابت حملونقل را برای جابهجایی تعداد بیشتری از مرسولات صرف کرد. برای هزینه ثابت حملونقل میتوان مواردی از قبیل زمان لازم برای قرارگیری وسیله نقلیه در محل تخلیه و بارگیری، زمان لازم برای صدور صورتحساب و هزینه تجهیزات لازم را نام برد. اندازه شبکه حملونقل که با استفاده از تعداد نودهای تشکیلدهنده آن شبکه مشخص میشود، مورد دیگری است که در قالب اقتصادی بودن از منظر مقیاس میگنجد. با افزایش جریان ترافیک تقاضا (مرسولات)، مسیریابی بهاحتمالزیاد بهسمتی میل خواهد کرد که این مسیرها بهطور مستقیم از نودهایی که در آنها جابهجایی بار از یک وسیله نقلیه به وسیله نقلیه دیگر در حال انجام بوده است، عبور کنند.
اقتصادی بودن در ترافیک تقاضا (مرسولات)
منظور این است که بدون اینکه اندازه شبکه تغییر داده شود، بتوان متوسط هزینه توسعه ترافیک در همه بخشهای شبکه را کاهش داد. بهعبارتدیگر، واحد هزینه لازم را برای ایجاد تغییر (افزایش) در حجم مرسولات جابهجا شده در شبکه ثابت کاهش داد. در این بخش، یکی از مواردی که میتواند به انجام این هدف کمک کند، استفاده بهینه از ظرفیت ناوگان حملونقل است. از نظر استراتژیکی، میتوان گفت که انتظار میرود که اغلب شبکههای حملونقل، از نظر ترافیک تقاضا اقتصادیتر باشند. زیرا چنانچه مسیریابیها در شبکه بهگونهای انجام شده باشد که در هر مسیر تعداد مرسولات زیادی وجود داشته باشد، نرخ پرشدگی وسایل نقلیه حمل بالا میرود و حتی مرسولات اضافی میتوانند با استفاده از همان وسایل نقلیه، (البته یک مقدار سختتر ولی بدون صرف هیچ هزینه اضافی) حملونقل شوند.
اقتصادی بودن در مقیاس درصورتیکه اندازه شبکه ثابت باشد
در این روش، برای دستیابی به اقتصادی بودن در مقیاس، اندازه شبکه تغییر داده نمیشود، بلکه ساختار مسیرهای همان شبکه تغییر داده میشود. در هر بخش از شبکه نیز که ترافیک مرسولات افزایش مییابد، بهتدریج نیاز است که در آن بخش از مدل Hub spoke به مدل P to P روی آوریم. زیرا در آن بخشها به تجمیع مرسولات با یکدیگر کمتر نیاز خواهد بود.
اقتصادی بودن از نظر قلمرو مکانی تحت نفوذ
در علم اقتصاد، این شاخص اقتصادی بودن زمانی تحقق مییابد که تولید دو یا چند محصول توسط یک شرکت، ارزانتر از تولید هرکدام از آن محصولات توسط یک شرکت باشد. درباره شبکههای حملونقل نیز اقتصادی بودن از نظر قلمرو مکانی، زمانی حاصل میشود که امکان جابهجایی انواع مرسولات با یک وسیله نقلیه فراهم باشد یا اینکه ارتباطات مبدا به مقصد جدیدی را بتوان در شبکه تعریف کرد.
همانطور که پیشتر بیان شد، نمیتوان همه موارد ذکرشده را برای اقتصادی کردن شبکههای حملونقل باهم در قالب یک تصمیم گنجاند. ولی بااینحال، آگاهی از تفاوتهایی که بین روشهای مختلف اقتصادی کردن شبکههای حملونقل وجود دارد، این امکان را فراهم میسازد که موارد مختلف تاثیرگذار در کاهش هزینههای شبکههای حملونقل را بهتر شناخت.
پارامترهای تاثیرگذار در کاهش هزینههای شبکههای حملونقل
المانهای کلیدی که میتوانند در مقرونبهصرفهتر شدن شبکههای حملونقل موثر باشند، عبارتند از:
- تقاضا برای حملونقل در مسیرهای خاص از شبکه
- نودهای شبکه که اتصالات مبدا به مقصد را در شبکه فراهم میسازند
- شیوه مسیریابی در شبکه
- چینش انواع مرسولات در یک وسیله نقلیه
- فواصل حملونقل بین نودهای مختلف شبکه
- وسایل حملونقل مرسولات
موارد فوق، المانهایی هستند که بر هزینههای شبکههای حملونقل تاثیرگذار هستند و هنگام طراحی شبکههای حملونقل باید به آنها توجه کرد.
برای دسترسی به این مقاله و مقالات مشابه روی لینک کلیک کنید.