bew160

بسته به نوع سیستم شبیه‌سازی شده و مسائل و عوامل اثرگذار درون این سیستم می‌توان جزییات و مصادیق بیشتری را ارائه نمود که برای این پژوهش خاص چند هدف به‌صورت مصداقی بیان می‌گردد:
کاهش زمان توقف کوره (گلوگاه) جهت بهره‌برداری بهینه از ظرفیت خط تولید.
محاسبه تعداد بهینه انبارهای میانگیر (بافرها) جهت استفاده مؤثر از منابع انسانی و ماشین‌آلات، که منجر به حداقل نمودنِ زمانِ تولیدِ صفرِ (توقف) کوره می‌شود.
ارزیابی پارامتر‌ها و تعداد لازم از عوامل و منابع موردنیاز و نیز تغییرات لازم جهت دست‌یابی به میزان تولید مدنظر مدیریت در یک دوره زمانی خاص.
1-6- قلمرو پژوهشپژوهش حاضر در شرکت کاشی گلدیس یزد انجام شد. مراحل اولیه مربوط به مشاهدات عینی و مصاحبه با افراد مرتبط جهت تکمیل اطلاعات موردنیاز مراحل مختلف پژوهش، در نیمه ابتدایی سال 1393 جمع‌آوری شد. ضمناً، جهت گردآوری اطلاعات موردنیاز مربوط به مدل شبیه‌سازی، از داده‌های موجود در آرشیو واحد برنامه‌ریزی شرکت کاشی گلدیس (1386-1393) استفاده شد. هم‌چنین، مراحل برنامه‌نویسی و ایجاد مدل جهت شبیه‌سازی در نیمه دوم سال 1393 انجام پذیرفت.
1-7- تعریف واژگان کلیدیبهینه‌سازی شبیه‌سازی: مفهوم "بهینه‌سازی شبیه‌سازی" در شبیه‌سازی سیستم‌ها با استفاده از رایانه عبارت است از فرآیند یافتن بهترین مقادیر ورودی از بین کلیه حالات ممکن، بدون این‌که کلیه حالات ممکن مورد ارزیابی قرار گیرند]6[.
الگوریتم‌های فراابتکاری: الگوریتم‌های فراابتکاری نوعی از الگوریتم‌های دقیق هستند که برای یافتن جواب‌ بهینه به‌کار می‌روند. روش‌ها و الگوریتم‌‌های بهینه‌سازی به دو دسته الگوریتم‌های دقیق و الگوریتم‌های تقریبی تقسیم‌بندی می‌شوند. الگوریتم‌‌های فراابتکاری برای حل این مشکلات الگوریتم‌‌های ابتکاری ارائه شده‌اند. در واقع الگوریتم‌های فراابتکاری، یکی از انواع الگوریتم‌های بهینه‌سازی تقریبی هستند که دارای راهکارهای برون رفت از بهینه محلی می‌باشند و قابل کاربرد در طیف گسترده‌ای از مسائل می‌باشند]7[.
الگوریتم ژنتیک: الگوریتم ژنتیک یک تکنیک جستجو برای حل مسائل با استفاده از مدل ژنتیک است. این الگوریتم در زمره الگوریتم‌های مبتنی بر جمعیت قرار دارد که ایده اساسی خود را از نظریه تکامل می‌گیرد]8[.
برنامه‌ریزی تولید: ارائه یک برنامه جامع جهت برآورد تقاضای پیش‌بینی‌شده با استفاده از امکانات سازمان]9[.
1-8- جمع‌بندیهدف از این پژوهش، رفع مشکلات برنامه‌ریزی خط تولید گسسته‌ای هست که با محدودیت ظرفیت انبارهای میانگیر (بافر) مواجه می‌باشد. بدین طریق که پس از انجام مراحل شبیه‌سازی سیستم، با بهره‌گیری از الگوریتم ژنتیک، این مشکل برطرف شود.
در پایان، ساختار کلی پژوهش مطرح می‌شود. فصل دوم، به تعریف واژگان و توضیح مفاهیم مربوط به پژوهش و پیشینه پژوهش‌های قبلی در این زمینه پرداخته می‌شود. فصل سوم، گام‌های ضروری جهت انجام مدل‌سازی و نحوه دست‌یابی به جواب‌ بهینه از طریق الگوریتم ژنتیک، شرح داده می‌شود. فصل چهارم، نتایج حاصل از مدل‌سازی و سپس بهینه‌سازی با استفاده از الگوریتم ژنتیک ارائه داده می‌شود. فصل پنجم، شامل نتیجه‌گیری حاصل از بهینه‌سازی شبیه‌سازی مسئله و پیشنهادات موردنظر برای به‌کارگیری و توسعه مدل می‌باشد.

فصل دومادبیات تحقیق
2-1- مقدمهدر دنیای امروز، مدیریت مناسب و کارا عامل رفع بسیاری از مشکلات، نابسامانی‌ها و هزینه‌های نابجاست و یک مدیریت اساسی و مؤثر می‌تواند باعث تعالی سازمان در راستای اهداف مدونش گردد. یکی از الزامات مدیریتی، داشتن دید کلی و جامع نسبت به سیستم تحت مدیریت و کنترل آن می‌باشد تا از یک طرف، قدرت کنترل و مدیریت ارتقا یابد و از طرف دیگر، بتوان تصمیمات استراتژیک و اساسی خود را با اطمینان خاطر بیشتری ارائه نمود.
برای این‌که تصمیمات یک مدیر، چه در سطح میانی و چه در سطح ارشد، تصمیماتی مطمئن و کارساز باشند، داشتن تسلط و احاطه کامل و جامع بر سیستم و قدرت پیش‌بینی بالا الزامیست. این در حالی است که آن‌ها با دنیایی از وقایع و رویدادهایی مواجه می‌شود که قطعیت آن مشخص نبوده و علی رغم تمایل مدیران، معمولاً برآورد تبعات و نتایج تصمیمات، امری پیچیده و گاهی ناممکن است که مسلماً عدم دست‌یابی به نتایج مدنظر با هزینه‌هایی همراه خواهد بود. لذا راهکارها و سیستم‌هایی می‌توانند ما را در این امر کمک کنند که اولاً، بتوانند رویدادها و عوامل مؤثر را به‌صورت یکپارچه و جامع مدنظر قرار دهند و ثانیاً، قادر به ارائه، نمایش و مقایسه نتایج حاصل از تغییرات اعمال‌شده باشند.
این قاعده، به نوعی در کلیه سازمان‌ها، ادارات و مراکز تولیدی دیده می‌شود؛ هرچند که بسته به نوع و جایگاه آن، با شدت و ضعف همراه هست.
در محیط‌های تولیدی امروزی، در مبحث برنامه‌ریزی تولید با توجه به تغییرات نوع تقاضا، روی دادن وقایع نه چندان قطعی و قابل پیش‌بینی و وجود الگوهای تولیدی متفاوت، مدیریت خط تولید دچار چالش می‌باشد و این در حالیست که از یک طرف، مدیریت به دنبال برآورد تقاضاهای متنوع تولید، با حداکثر استفاده از امکانات موجود می‌باشد و از طرفی دیگر، عوامل و پارامترهای گوناگون و پیچیده‌ای در این موضوع دخیل هستند؛ لذا در محیط‌های صنعتی نیز احاطه کلی و جامع بر روی خط تولید می‌تواند در افزایش اطمینان از موفقیت تصمیمات و تغییرات مدنظر، اثرگذار باشد.
شبیه‌سازی سیستم‌ها، از جمله آن‌ راهکارهایی است که ضمن لحاظ‎نمودن موارد اشاره شده، این امکان‌ را در اختیار یک مدیر قرار می‌دهد که دنیای واقعی را در یک اشل کوچکتر، درون یک سیستم رایانه‌ای، در اختیار داشته و در ادامه بتواند تصمیمات خود را بدون هیچ هزینه‌ای در سیستم شبیه‌سازی شده، مورد ارزیابی قرار داده و نتایج حاصله را با برآورد و انتظاراتش، مقایسه نماید. به بیانی دیگر از یک جهت آزمون و خطاهای مدیریتی قبل از اجرا در سیستم واقعی، درون مدل شبیه‌سازی شده، مورد ارزیابی و تحلیل قرار می‌گیرد و از جهتی دیگر از بین گزینه‌های گوناگون مدنظر مدیریت و یا پیشنهادی، بهترین گزینه انتخاب می‌گردد.
در این فصل، پس از مرور مباحث مربوط به تولید، به ارائه مفاهیم بهینه‌سازی شبیه‌سازی در مدیریت برنامه‌ریزی سیستم‌های تولیدی پرداخته خواهد شد. هم‌چنین انواع روش‌های فراابتکاری جهت حل مسائل بهینه‌سازی معرفی و به تفصیل در مورد الگوریتم ژنتیک صحبت خواهد شد. در نهایت به پیشینه پژوهش‌های انجام شده در زمینه کاربردهای متفاوت بهینه‌سازی شبیه‌سازی در صنعت و مزایای آن اشاره خواهد شد.
2-2- مدیریت تولید و سیستم‌های تولیدی2-2-1- پارادایم‌های تولید
تولید، همواره در شرف تغییر بوده است. در طول تاریخ تاکنون چهار دوره تولیدی وجود داشته است. دوره اول تولید دستی بوده که از ویژگی‌های آن سطح تولید پایین، نظام استاد-شاگردی، کیفیت پایین محصولات، قیمت بالای محصول و ... است. دوره دوم، دوره تولید انبوه "هنری فورد" بوده که می‌توان خط مونتاژ متحرک، قابلیت تعویض کامل قطعات، راحتی اتصال قطعات مختلف به یکدیگر، کاهش زمان چرخه کاری، تعویض‌پذیری کارگران، خلق افراد جدیدی مانند تعمیرکاران و مهندسان صنایع، و کاهش زمان ‌راه‌اندازی ماشین‌آلات را به‌عنوان ویژگی‌های اساسی آن نام برد. دوره سوم، پارادایم تولید ناب (سیستم تولید تویوتا) بود که بنیانگذار و مغز متفکر آن "تایی چی اوهنو" بود. پارادایم تولید ناب به معنای حذف هر نوع فعالیت بدون ارزش افزوده است. تولید ناب اصولی دارد که عبارتند از: حذف ضایعات، عیوب صفر، تیم‌های چندمنظوره، کاهش لایه‌های سازمانی، رهبری تیمی، سیستم‌های اطلاعاتی عمودی، بهبود مستمر و سیستم کششی. دوره چهارم، تولید چابک است که هدف آن اغنای مشتری، اهرمی کردن اثر اطلاعات و افراد، تسلط بر تغییرات و عدم اطمینان و افزایش رقابت‌پذیری از طریق همکاری است. در ادامه به توضیح بیشتر این پارادایم‌ها می‌پردازیم.]10[
2-1-1-1- تولید دستیسیستم تولید دستی از کارگران کم و ماهر استفاده می‌کند و ابزار و وسایل تولید به‌طور نسبی ساده است. به همین دلیل آن‎چه که تولید می‌شود در حجم بسیار پایین و به شکلی دقیق مطابق خواست مشتری و بر اساس نیاز اوست. گذشته از مزایای تولید دستی، هزینه‌های هنگفت آن که با افزایش تولید و بالا بردن حجم تولید کاهش نمی‌یابد، از جمله معایب آن است.]10[
2-1-1-2-تولید انبوه"هنری فورد" برای حذف معایب تولید دستی اقدامات وسیعی را انجام داد، به‌طوری که می‌توان گفت بشریت امروزی وام‌دار و مدیون او در امور تولیدی است.
فورد با تغییر روش‌های تولید و ارائه روش‌های نوین تقریباَ تمامی معایب تولید دستی را از بین برد. او با تعویض پذیری قطعات ساده و آسان کردن مونتاژ بسیاری از کارگران تولید که وظیفه آن‌ها اندازه‌کردن قطعات بوده و حجم عظیمی از نیروی انسانی را به خود اختصاص می‌داد، حذف کرد.]10[
2-1-1-3- تولید نابیکی از پردامنه‌ترین ادعاها این است که عصر تولید انبوه به پایان چرخه عمر خود رسیده و شیوه‌های جدید، نظیر تخصص انعطاف‌پذیر، جایگزین آن می‌شود.
تولید ناب، روشی است که در آن تولیدکنندگان به دنبال دست‌یابی به مزایا و اجتناب از معایب دو روش تولید دستی و انبوه هستند. یعنی اقداماتی را انجام می‌دهند که بتوانند با استفاده از کارکنان ماهر در تمام سطوح سازمان و ماشین‌آلات چند منظوره که توانایی تولید محصولات مختلف را دارند، قیمت کالای تولیدی را کاهش داده و محصولاتی را تولید کنند که موردنیاز و خواست مشتریان است.]10[
2-1-1-4- تولید چابکدر محیط آشفته، نامطمئن و متغیری که شرکت‌ها در آن مشغول فعالیت هستند، یکی از مهم‌ترین عوامل بقاء و پیشرفت، چابکی آن‌هاست. ویژگی اساسی این محیط، تغییر و عدم اطمینان است. سیستم تولیدی چابک راه‌حلی جدید برای مقابله با این چالش است.
چابکی، مفهومی که طی سال‌های اخیر عمومیت یافته و به‌عنوان‌ راهبردی موفق، توسط تولیدکنندگانی که خودشان ‌را برای یک عملکرد قابل قبول و افزایش آن آماده می‌کنند، پذیرفته شده است. در چنین محیطی، بنگاه باید توان تولید هم‎زمان محصولات متفاوت با طول عمر کوتاه، طراحی مجدد محصولات، تغییر رویه‌های تولید محصولات و جواب‌‌گویی کارا به تغییرات را داشته باشد.
در هر دوره‌ای از تولید، سیستم‌های تولیدی متفاوتی با ویژگی‌های خاص خود وجود داشته‌اند که در ادامه، انواع آن معرفی خواهد شد.]10[
2-3- انواع سیستم‌های تولیدی
سیستم تولید که بخشی از یک سازمان است، به تولید محصولات آن می‌پردازد. این فعالیتی است که به موجب آن منابع، در یک سیستم تعریف شده به جریان درمی‌آیند، با هم ترکیب می‌شوند و در شیوه‌ای کنترل شده تبدیل به ارزش افزوده‌ای می‌شوند که در راستای سیاست‌های ابلاغ شده توسط مدیریت، سودآوری داشته باشند.]11[
2559051057275تولید پیوسته
تولید انبوه
تولید دسته ای
تولید کارگاهی
حجم تولید
تنوع تولید
تولید پیوسته
تولید انبوه
تولید دسته ای
تولید کارگاهی
حجم تولید
تنوع تولید
شکل 2-1- دسته‌بندی انواع سیستم‌های تولیدی ]11[2-4- دسته‌بندی سیستم‌های تولیدیدر اینجا، به‌طور خلاصه به دسته‌بندی چهار گروه از سیستم‌های تولیدی اشاره می‌شود:
کارگاهی: تولید کارگاهی توسط تعدادی از محصولات طراحی شده و طبق مشخصات مشتریان تولید می‌شود، هم‌چنین در مدت زمان مشخص و طبق هزینه‌ای معین ساخته می‌شود.
دسته‌ای: انجمن کنترل موجودی و تولید آمریکا نوعی از سیستم تولیدی را معرفی کرده است به نام، تولید دسته‌ای که برای تولید محصولات، عملیات مختلفی روی قطعات و مواد انجام می‌گیرد. باید توجه داشت که ممکن است هر محصول مسیرهای متفاوتی را تا تولیدشدن بپیماید.
انبوه: ساخت قطعات گسسته و یا مونتاژ آن‌ها با استفاده از یک فرآیند پیوسته را تولید انبوه می‌نامند. ویژگی این سیستم تولید حجم بسیار زیادی از محصولات است. ماشین‌آلات این سیستم طوری طراحی شده‌اند که هر خط به‌منظور تولید یک محصول تعبیه شده است.
پیوسته: در این سیستم تولیدی مواد اولیه وارد خط تولید می‌شوند و بصورت کاملاً پیوسته و بی‌وقفه توسط ماشین‌آلات تولیدی تا انتهای خط پیش می‌روند و محصول نهایی به‌دست می‌آید. در طول جریان تولید، اقلام ساخته شده به‎وسیله انتقال‌دهنده‌هایی مانند نوار نقاله جابجا می‌شوند.]11[
جدول 2-1– مقایسه انواع سیستم‌های تولیدی]11[نوع سیستم تولیدی ویژگی‌ها مزایا محدودیت‌ها
کارگاهی 1. تنوع زیاد محصولات و حجم کم تولید
2. استفاده از ماشین‌آلات عمومی
3. کارگران ماهر و متخصص
4. حجم بالای مواد و قطعات و ...
5. برنامه‌ریزی دقیق مواد و ماشین‌آلات و ... 1. تولید محصولات متنوع با استفاده از ماشین‌آلات عمومی
2. وجود کارگران متخصص و چند مهارته
3. استفاده کامل از پتانسیل اپراتورهای خط تولید
4. وجود فرصت‌های جدید جهت تولید خلاقانه محصولات نو 1. هزینه زیاد تولید بدلیل تعداد دفعات بالای تنظیمات خط
2. حجم بالای موجودی در تمامی سطوح تولید (ساخته، نیمه ساخته، قطعات و ...) و بالطبع آن هزینه بالای نگه‌داری
3. پیچیدگی برنامه‌ریزی تولید به جهت وجود کارگاه‌های مختلف
دسته‌ای 1. زمان تولید کوتاهتر
2. انعطاف پذیری ماشین‌آلات و چیدمان خط
3. نیاز به تنظیمات جدید جهت تولید هر محصول
4. کم شدن زمان موعد تحویل محصولات و هزینه‌ها در مقایسه با تولید کارگاهی 1. استفاده بهتر از ماشین‌آلات و فضای تولیدی
3. هزینه تولید کمتر هر واحد محصول در مقایسه با تولید کارگاهی
4. سرمایه‌گذاری کمتر ماشین‌آلات و فضای تولیدی
5. انعطاف پذیری تولید محصولات متنوع 1. پیچیده بودن برنامه‌ریزی مواد بدلیل جریان طولانی‌تر و نامنظم تولید
2. دشواری برنامه‌ریزی تولید و کنترل
3. بیشتر بودن میزان موجودی مواد در مقایسه با تولید پیوسته
4. هزینه بالاتر تولید بدلیل تغییرات متعدد در تنظیمات
انبوه 1. ظرفیت تولید و نرخ خروجی بیشتر ماشین‌آلات
2. حجم بالای تولید
3. سیکل کوتاهتر تولید
4. کم شدن موجودی در جریان ساخت و تولید
5. آسان‌تر بودن برنامه‌ریزی و کنترل تولید مواد 1. نرخ بالای میزان تولید با سیکل کوتاه
2. استفاده از ظرفیت بالاتر خط بدلیل بالانس کردن خط تولید
3. نیاز به‌کارگران معمولی و کمتر مهارت دیده
4. حجم پایین موجودی مواد
5. هزینه پایین تولید محصول 1. تغییر یافتن کل خط تولید هم‎زمان با تغییر طراحی محصول
2. نیاز به سرمایه‌گذاری زیاد ماشین‌آلات و امکانات تولیدی
3. تعیین شدن سیکل تولید با توجه به زمان گلوگاه


پیوسته 1. عدم انعطاف پذیری چیدمان و طراحی ماشین‌آلات
2. وابستگی و توالی فرآیندهای تولید
3. غیرقابل‌تفکیک بودن محصول نهایی بدلیل ترکیب شدن از چندین ماده اولیه
4. برنامه‌ریزی و زمان‌بندی امری روزمره می‌باشد 1. استاندارد بودن محصول و پروسه تولید
2. نرخ بالاتر میزان تولید با توجه به زمان کوتاه‌تر سیکل تولید
3. نیاز به‌کارگران بامهارت کم
4. هزینه کم تولید با توجه به میزان بالای حجم تولیدی
5. جابجایی اتوماتیک مواد 1. انعطاف پذیری کم خط تولید
2. نیاز به سرمایه زیاد جهت تنظیم دستگاه‌ها
3. تنوع کم محصولات کم
4. توقف یکی از ماشین‌آلات منجر به توقف کل خط تولید خواهد شد
2-5- آشنایی با فرآیندهای تولید و انواع آن
فرآیند تولید سازمان همواره از اجزایی تشکیل شده است که با کنار هم قرار گرفتن یکدیگر "فرآیند تولید" را شکل می‌دهند. ارائه طرحی برای کنار هم قرار دادن اجزای فرآیند تولید را "طراحی فرآیند تولید" گویند. از آنجایی که فعالیت اصلی یک کارخانه، تولید محصول است؛ بنابراین چگونگی عملکرد فرآیند تولید، برای یک کارخانه عامل اساسی و حیاتی محسوب می‌شود. فرآیند تولید باید به گونه‌ای طراحی گردد که علاوه ‌بر اثربخش و کارا بودن با امکانات سازمان و نیازهای محصول نیز مطابقت داشته باشد. بنابراین طراحان فرآیند تولید باید با شناخت دقیق انواع طرح‌ها و با توجه به اهداف سازمان و توانایی‌ها و امکانات موجود، طرح موردنیاز خود را بیایند و فرآیند تولید را بر طبق آن شکل دهند. به‌طور کلی فرآیند تولید را می‌توان به دو فرآیند تولید پیوسته و غیر پیوسته دسته‌بندی نمود:
فرآیند تولید پیوسته: در این نوع فرآیند ایستگاه‌های کاری به‌طور متوالی براساس مراحل انجام فعالیت بر روی محصول کنار یکدیگر قرار می‌گیرند. به‌طوری که هر ایستگاه کاری فعالیت ایستگاه قبلی را تکمیل می‌کند. بنابراین، فعالیت‌های هر ایستگاه تخصصی هست و درصورت از کار افتادن یک ایستگاه، کل خط تولید متوقف می‌شود. در این سیستم مواد اولیه وارد اولین ایستگاه شده به‌ترتیب در ایستگاه‌ها به‌طور متوالی کامل‌تر می‌شود و درنهایت به محصول تکمیل شده تبدیل می‌شود. حجم تولید بالا و تنوع کم محصولات از ویژگی‌های این نوع فرآیند است.
فرآیند تولید غیر پیوسته: در این نوع فرآیند بین ایستگاه‌های کاری توالی خاصی وجود ندارد و ایستگاه‌ها به تفکیک و بصورت مجزا در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند و هر محصول با توجه به فرآیند موردنیاز خود مسیر خاصی را طی می‌نماید. به‌دلیل عمومی‌بودن ماشین‌آلات و تجهیزات می‌توان محصولات مختلفی را مطابق نیاز مشتری تولید نمود.]12[
در فرآیندهای تولیدی غیر پیوسته با محدودیتی بنام ظرفیت انبارهای میانگیر مواجه هستیم. انبار میانگیر چیست و چه ویژگی‌ای دارد؟ در ادامه به این پرسش، جواب‌ داده خواهد شد:
پردازش کارها در هر فرآیند تولیدی می‌تواند با مجموعه‌ای از بایدها و نبایدها مواجه باشد. این بایدها و نبایدها که در علم تصمیم‌گیری "محدودیت" نامیده می‌شوند، به شکل‌های گوناگونی در مسائل زمان‌بندی عملیات بروز می‌نمایند. این محدودیت‌ها معمولاً وابسته به ساختار فرآیند تولید هستند. ]6[
یکی از محدودیت‌های وابسته به ساختار تولید، محدودیت مربوط به انبارهای میانگیر و خطوط انتظار است. در بسیاری از سیستم‌های تولیدی به‌ویژه سیستم‌هایی که محصولات را به‌صورت فله‌ای و انبوه تولید می‌نمایند، این محدودیت به چشم می‌خورد. ظرفیت انبارهای میانگیر که بین هر دو مرحله از فرآیند وجود دارد، محدود است و در صورت پُر بودن انبارهای میانگیر، فعالیت قبل از انبار بلوکه (متوقف) می‌شود. شروع مجدد این عملیات تا زمان محیا شدن ظرفیت در انبار میانگیر به تعویق می‌افتد. در شکل 2-2 ساختار این‌گونه خطوط تولید نشان داده شده است. در این شکل دایره‌ها نشان‌دهنده ماشین‌آلات و مثلث‌ها نشان‌دهنده انبارهای میانگیر هستند.]6[
M1
B1
M2
B2
M3
M1
B1
M2
B2
M3

شکل 2-2- خط جریان کارگاهی با انبار میانگیر]6[در زمینه سیستم‌های تولیدی و مدیریت تولید، مسائل و موضوعاتی مطرح می‌شود که برای حل آن‌ها از روش‌های متفاوتی استفاده می‌شود. یکی از این‌گونه مسائل که در فرآیند تولید انبوه گسسته رخ می‌دهد، برنامه‌ریزی جهت تعیین ظرفیت انبارهای میانگیر است. عمدتاً، برای حل این‌چنین مسائلی از بهینه‌سازی شبیه‌سازی استفاده می‌شود.]6[
2-6- نقش شبیه‌سازی در مسائل برنامه‌ریزی تولیدحل مسائل زمان‌بندی فارغ از ساختار مسئله و نوع الگوریتم مورد استفاده، به‌طور قابل‌توجهی با شبیه‌سازی گره خورده است. این تکنیک، نه تنها در تئوری‌های حل مسائل زمان‌بندی نقش پررنگی دارد بلکه در مرحله اجرای برنامه‌های زمان‌بندی نیز یکی از ابزارهای جدانشدنی است. در این بخش، ابتدا مروری بر تعریف شبیه‌سازی صورت گرفته و سپس این کارکردها توصیف می‌شوند. تعاریف متعددی از شبیه‌سازی وجود دارد که در اینجا به تعریفی از هیلیر و لیبرمن اشاره می‌شود:]6[
"شبیه‌سازی به معنای استفاده از کامپیوتر در راستای تقلید رفتار یک فرایند یا یک سیستم است."
در مطالعات بهینه‌سازی، هنگامی که سیستم‌های مورد مطالعه خیلی پیچیده شوند استفاده از شبیه‌سازی ناگزیر است. با این وجود در بسیاری از مسائل زمان‌بندی تولید که ساختار ساده‌ای دارند نیز شبیه‌سازی به‌کارگرفته می‌شود. ساخت یک مدل شبیه‌سازی که بتواند برای زمان‌بندی بکارگرفته شود مجموعه‌ای از ورودی‌ها را احتیاج دارد که عبارتند از:]6[
افراد، ماشین‌ها، وسایل حمل‌ونقل و سایر منابع چه زمانی قابل بهره‌برداری هستند؟
چه محصولی باید ساخته شود یا چه خدمتی باید ارائه شود؟
فرایند ساخت محصول یا ارائه خدمات کدام است؟
چه منابعی و به چه میزان برای تولید محصول یا ارائه خدمات لازم هستند؟
از هر محصول چه تعداد برای هر مشتری تولید شود یا مشتری به چه خدماتی احتیاج دارد؟
محصولات در چه زمانی باید به مشتری تحویل داده شود یا خدمات در چه زمانی مهیا باشد؟
ترتیب انجام کارها روی ماشین‌آلات
با دریافت این ورودی‌ها (در یک سیستم تولیدی) نرم‌افزار شبیه‌ساز قادر است زمان ورود هر کار به هر ایستگاه، زمان پایان کار در هر ایستگاه، زمان ورود به انبارهای میانگیر، زمان خروج از انبار و ... را مشخص و بر اساس آن‌ها خروجی‌های متنوعی را تولید کند:]6[
زمآن‌های بیکاری و اشتغال ماشین‌آلات
زمان تکمیل محصول
نمودار گانت
تابع هدف مسئله
آمار توصیفی (راندمان و متوسط کار تکمیل شده در هر واحد زمان و ...)
1416052012950زمان های بیکاری
مقدار تابع هدف
زمان تکمیل
نمودار گانت
آمار توصیفی
شبیه ساز
مشخصات‌کارها (مراحل تکمیل،تعداد...)
مشخصات منابع (مقدار، محدودیتها ...)
میزان استفاده هر کار از هر منبع
محدودیت ها
ترتیب انجام کارها روی ماشین آلات
زمان های بیکاری
مقدار تابع هدف
زمان تکمیل
نمودار گانت
آمار توصیفی
شبیه ساز
مشخصات‌کارها (مراحل تکمیل،تعداد...)
مشخصات منابع (مقدار، محدودیتها ...)
میزان استفاده هر کار از هر منبع
محدودیت ها
ترتیب انجام کارها روی ماشین آلات

شکل 2-3- بخشی از ورودی‌ها و خروجی‌های یک مدل شبیه‌سازی برنامه‌ریزی و زمان‌بندی تولید]6[نرم‌افزارهای شبیه‌ساز می‌توانند شامل مجموع قوانین و الگوریتم هایی برای حل مسائل زمان‌بندی باشند تا خود نسبت به تهیه برنامه زمان‌بندی اقدام نمایند. از سوئی دیگر شبیه‌سازی می‌تواند رفتارهای تصادفی خط تولید را با استفاده از تابع توزیع احتمال تقلید کند، این امر در محاسبه تابع هدف مسائل زمان‌بندی تصادفی کاربرد گسترده‌ای دارد. چهار الگوی متفاوت از بکارگیری شبیه‌سازی در مسائل زمان‌بندی قابل شناسایی است:]6[
تهیه برنامه زمان‌بندی توسط برنامه شبیه‌ساز
شبیه‌سازی برای تنظیم پارامترهای الگوریتم‌های ابتکاری
شبیه‌سازی برای ارزیابی راهکارهای متفاوت زمان‌بندی
شبیه‌سازی برای تقلید رفتارهای تصادفی سیستم
2-7- تهیه برنامه زمان‌بندی توسط برنامه شبیه‌سازتهیه برنامه زمان‌بندی توسط برنامه شبیه‌ساز به معنای استفاده از شبیه‌سازی برای تعیین زمان‌بندی با افق کوتاه‌مدت چندساعته و حداکثر یک‌روزه است. قوانین ارسال کارها به مراکز کاری و ماشین‌آلات در موتور نرم‌افزار شبیه‌ساز تعبیه شده است. این دستورالعمل‌ها می‌توانند الگوریتم‌های ابتکاری و یا الگوریتم‌های دقیق ریاضی باشند. بخش‌های اساسی این سیستم عبارتند از:]6[
یک موتور شبیه‌سازی که شامل چندین قانون برای انتخاب و ارسال کار بعدی است.
یک رابط گرافیکی که نمودار گانت را بر اساس نتایج اجرای شبیه‌سازی تهیه می‌کند.
یک رابط با سیستم اطلاعاتی کارگاه که فهرست زمان‌بندی شده را تهیه می‌کند.
از آنجایی که این الگو برای دوره‌های کوتاه مدت بکار می‌رود کلیه وضعیت‌های تصادفی (مثل خرابی ماشین‌آلات) نادیده گرفته می‌شوند. در این نوع زمان‌بندی تهیه اولیه مدل مناسب از اهمیت ویژه ای برخوردار است.
زیر سیستم تعیین اولویت انجام کارها روی ماشین‌آلات که به چند قانون گسیل کارها مجهز است ابتدا با استفاده از مجموعه اطلاعات اولیه و به کمک قوانین، اولویت انجام کارها روی ماشین‌آلات را تعیین نموده و آن‌را در اختیار زیر سیستم شبیه‌ساز خط تولید قرار می‌دهد. شکل 2-4 این ساختار را به تصویر کشیده است.]6[
ترتیب انجام کارها
شبیه ساز
مشخصات‌کارها (مراحل تکمیل،تعداد...)
مشخصات منابع (مقدار، محدودیتها ...)
میزان استفاده هر کار از هر منبع
محدودیت ها
قوانین زمان‌بندی




ترتیب انجام کارها
شبیه ساز
مشخصات‌کارها (مراحل تکمیل،تعداد...)
مشخصات منابع (مقدار، محدودیتها ...)
میزان استفاده هر کار از هر منبع
محدودیت ها
قوانین زمان‌بندی




شکل 2-4- تعبیه بخش تهیه برنامه زمان‌بندی در شبیه‌ساز برنامه‌ریزی و زمان‌بندی تولید]6[2-7-1- شبیه‌سازی برای تنظیم پارامترهای الگوریتم‌های ابتکاریالگوریتم‌های ابتکاری و فرا ابتکاری اغلب شامل پارامترهای مشخصی هستند که کارایی الگوریتم را تحت تاثیر قرار می‌دهند. این پارامترها باید برای طیف متنوعی از شرایط تطبیق داده شوند. مثلا ممکن است نزدیک بودن یا نبودن زمان تحویل کار به دو تنظیم متفاوت از یک پارامتر 176530964565برنامه زمان‌بندی 1
برنامه زمان‌بندی 2
برنامه زمان‌بندی k
شرایط "الف"
شبیه ساز
الگوریتم ابتکاری
...
...
...
α = a1
α = a2
α = ak
...
...
مقدار تابع هدف k
مقدار تابع هدف 2
مقدار تابع هدف 1
برنامه زمان‌بندی 1
برنامه زمان‌بندی 2
برنامه زمان‌بندی k
شرایط "الف"
شبیه ساز
الگوریتم ابتکاری
...
...
...
α = a1
α = a2
α = ak
...
...
مقدار تابع هدف k
مقدار تابع هدف 2
مقدار تابع هدف 1
احتیاج داشته باشد.]6[
شکل 2-5- تنظیم پارامترهای الگوریتم ابتکاری (فراابتکاری) در شبیه‌ساز برنامه‌ریزی و زمان‌بندی تولید]6[معمولاً به ازاء یک وضعیت مشخص به هر یک از پارامترهای الگوریتم ابتکاری (یا فراابتکاری) مقادیر مختلفی اختصاص می‌یابد و به ازاء هر مقدار رفتار سیستم شبیه‌سازی شده و مقدار تابع هدف مشخص می‌گردد. مقادیری که منجر به کمترین مقدار تابع هدف میشود همراه با وضعیت متناظر آن ذخیره می‌شود تا در مواقع مناسب مورد استفاده قرار گیرد. در شکل 2-5 در شرایط "الف" (مثل نزدیک‌بودن موعد تحویل) به پارامتری از مسئله، k مقدار متفاوت داده می‌شود تا k برنامه زمان‌بندی تهیه کند. مقدار تابع هدف به ازاء هر برنامه محاسبه می‌شود. بهترین مقدار پارامتر برای شرایط "الف" با توجه به بهترین مقدار تابع هدف تعیین می‌شود.]6[
2-7-2- شبیه‌سازی برای ارزیابی راهکارهای متفاوت زمان‌بندیشبیه‌سازها می‌توانند هیچ نقشی در تولید برنامه زمان‌بندی نداشته باشند و تنها رفتار خط تولید را به ازاء برنامه‌های زمان‌بندی متفاوت تقلید نمایند. در این الگوی به‌کارگیری "برنامه زمان‌بندی" یکی از ورودی‌های شبیه‌ساز است که توسط زیربرنامه‌های داخلی نرم‌افزار تولید نمی‌شود. زیربرنامه شبیه‌ساز بر اساس برنامه زمان‌بندی مشخصی که اعلام می‌شود رفتار سیستم را شبیه‌سازی نموده و "تابع هدف" یا هر معیار ارزیابی دیگری را برای سنجش عملکرد برنامه زمان‌بندی ارائه می‌دهد. پس از محاسبه k مقدار تابع هدف (معیار ارزیابی) می‌توان مشخص نمود که مناسب‌ترین برنامه زمان‌بندی کدام است.]6[
centertopشبیه ساز
...
...
برنامه زمان‌بندی 1
برنامه زمان‌بندی 2
برنامه زمان‌بندی k
مقدار تابع هدف k
مقدار تابع هدف 2
مقدار تابع هدف 1
...
...
شبیه ساز
...
...
برنامه زمان‌بندی 1
برنامه زمان‌بندی 2
برنامه زمان‌بندی k
مقدار تابع هدف k
مقدار تابع هدف 2
مقدار تابع هدف 1
...
...

شکل 2-6- شبیه‌سازی برای مقایسه عملکرد برنامه‌های زمان‌بندی]6[از این روش، زمانی استفاده می‌شود که چندین برنامه زمان‌بندی باید قبل از اجرای عملی با یکدیگر مقایسه شوند و مناسب‌ترین برنامه انتخاب شود. به‌ویژه این روش بخش اساسی برای الگوریتم شمارش کامل محسوب می‌شود. در این الگوریتم‌ها میتوان با استفاده از شبیه‌ساز، تابع هدف را به ازاء کلیه جواب‌های موجه (برنامه‌های زمان‌بندی قابل قبول) محاسبه نمود و با توجه به معیار ارزیابی عملکرد زمان‌بندی مناسب را تعیین کرد.]6[
2-7-3- شبیه‌سازی برای تقلید رفتارهای تصادفی سیستمبا ظهور شرایط تصادفی در مسائل زمان‌بندی و افزایش پیچیدگی‌های مسئله نقش شبیه‌سازی در حل این مسائل پررنگ‌تر می‌شود. در برخی شرایط حتی مسائل بسیار کوچک زمان‌بندی تصادفی با استفاده از روش‌های دقیق قابل حل نیستند. اگر رویدادهای مدل مثل زمان انجام کارها روی ماشین‌آلات از توزیع احتمال مشخصی پیروی کنند وظیفه بخشی از نرم‌افزار شبیه‌ساز است که این رفتار‌های تصادفی را تقلید کند و زمآن‌های شبیه‌سازی شده (یا هر ویژگی تصادفی شبیه‌سازی شده دیگر) را در اختیار زیربرنامه شبیه‌ساز خط تولید قرار دهد. در شکل 2-7 ارتباط بین زیربرنامه شبیه‌ساز خط تولید و زیربرنامه شبیه‌ساز رفتارهای تصادفی به تصویر کشیده شده است.]6[
2923097217855زمان انجام کار 1
زمان انجام کار 2
زمان انجام کار n

شبیه ساز
تولید کننده الگوی تصادفی
...
...
...
توزیع احتمال کار 1
توزیع احتمال کار 2
توزیع احتمال کار n
...
...
زمان انجام کار 1
زمان انجام کار 2
زمان انجام کار n

شبیه ساز
تولید کننده الگوی تصادفی
...
...
...
توزیع احتمال کار 1
توزیع احتمال کار 2
توزیع احتمال کار n
...
...

شکل 2-7- شبیه‌سازی برای تقلید رفتارهای تصادفی سیستم]6[آن‎چه در کلیه الگوهای بکارگیری شبیه‌سازی در حل مسائل زمان‌بندی مشترک است محاسبه تابع هدف است. محاسبه تابع هدف در مسائل قطعی و تصادفی از سازوکارهای متفاوتی پیروی می‌کند.
2-8- درنگی بر مفاهیم شبیه‌سازیدر این بخش، به‌منظور آشنایی با مفاهیم تخصصی شبیه‌سازی هنگام مدل‌سازی به شرح مختصری از آن‌ها پرداخته می‌شود:
2-8-1- سیستم
سیستم، مجموعه‌ای از اشیاء، افراد و یا ماشین‌آلات می‌باشند که با هم در راستای تحقق هدف واحدی عمل و عکس العمل دارند. برای مثال در یک خط مونتاژ ماشین ها، قطعات و کارگران با هم در امتداد خط کار می‌کنند تا محصولی را با کیفیت بالا تولید کنند.
هر سیستم، اغلب تحت تأثیر تغییراتی قرار می‌گیرد که در خارج از سیستم روی می‌دهند. گفته می‌شود که این تغییرات پیرامون سیستم رخ می‌دهند. در مدل‌سازی سیستم‌ها لازم است که مرز بین سیستم و پیرامون آن تعیین شود. چگونگی تعیین این مرز ممکن است به هدف از مطالعه سیستم بستگی داشته باشد.]13[
2-8-2- مدلمدل، تصویری است انتزاعی از پدیده‌ای که اتفاق افتاده یا ممکن است روی دهد. در ساختن مدل همه یا بعضی از متغیرهای مؤثر در پدیده مورد مطالعه و روابط بین آن‌ها تا حد ممکن ملحوظ می‌شوند. به‌وسیله مدل می‌توان اطلاعاتی در مورد پدیده موردنظر به‌دست آورد. هر چه اطلاعات حاصل از مدل به پدیده واقعی نزدیکتر باشد، اعتبار مدل بیشتر است.]14[
انواع مدل‌ها
مدل‌های شکلی یا آیکونیک: بعضی از مدل‌ها بیشتر به‌منظور بررسی ظاهر پدیده‌ها ساخته می‌شوند. به‌عنوان نمونه می‌توان از ماکت‌هایی که برای نمایش بناهای گوناگون مثل پل‌ها و سدها ساخته می‌شود، نام برد. این‎گونه مدل‌ها را که از نظر ظاهری به پدیده موردنظر شباهت دارند ولی از نظر رفتاری اطلاعات ناچیزی در مورد پدیده اصلی در اختیار قرار می‌دهند، مدل‌های شکلی می‌نامند.
مدل‌های شبیه‌سازی: با وجود عدم شباهت ظاهری به پدیده واقعی می‌توانند اطلاعاتی در مورد رفتار متغیرهای پدیده اصلی ارائه دهند. استفاده از رایانه برای اجرای آزمایش مدل‌های شبیه‌سازی در زمره مهم‌ترین کاربردهای رایانه در دنیای امروز به‌شمار می‌رود.]14[
2-8-3- اجزای یک مدل شبیه‌سازی
حالت: جمعی از متغیرها که تمام اطلاعات لازم برای تشریح سیستم در هر لحظه را در برداشته باشند.
عنصر: عناصر باعث تغییر در حالت اجزاء می‌شوند. بدون عناصر هیچ اتفاقی در مدل شبیه‌سازی رخ نمی‌دهد. قطعه تولیدی، افراد نمونه‎هایی از عناصر می‌باشند. عناصر دارای ویژگی‌هایی می‌باشند. این ویژگی‌ها مشخصه هایی از عنصر می‌باشند که آن‌را منحصر به‎فرد می‌سازند.
جزء : جزء یا گره که برای خدمت رسانی، نگه‌داری، تولید و یا پردازش عناصر در سیستم منظور می‌گردد. هر جزء دارای ویژگی‌های منحصر به‌فردی می‌باشد که در فصل بعد به آن‌ها اشاره شده است.
رویدادها: شرایطی هستند که در نقطه‌ای از زمان رخ داده و موجب تغییر در وضعیت سیستم می‌گردند. تأخیر، صف و توقف سه نوع اتفاق موجود در مدل شبیه‌سازی می‌باشد.
منطق: اصولی که حاکم بر پیاده شدن یک فرآیند یا انجام یک فعالیت در سیستم می‌باشد.
منابع: در شبیه‌سازی منابع به مواردی اطلاق می‌شود که دارای ظرفیت محدود باشند. کارگران و ماشین‌آلات از این دسته می‌باشند.]14[
2-9- کاربردهای شبیه‌سازی در اداره واحدهای تولیدی
کاربردهای شبیه‌سازی در واحدهای تولیدی را می‌توان به سه دسته تقسیم کرد:]15[
بررسی نیازهای واقعی یک واحد تولیدی به تجهیزات و پرسنل (تعداد و نوع ماشین‌آلات، تعداد و نوع استقرار وسایل حمل‌ونقل، مکان و حجم انبارهای میانگیر ...)
ارزیابی نحوه و چگونگی عملکرد سیستم تولیدی (بررسی میزان کالای تولید شده، بررسی زمان ترانزیت سفارش در کارگاه، تجزیه و تحلیل گلوگاه‌های تولیدی و ...)
ارزیابی روش‌های کار (برنامه‌ریزی تولید شامل ارزیابی سیاست جاری یا پیشنهادی در رابطه با موضوعات مختلف و استراتژی‌های کنترل)
2-10- محاسن کاربرد شبیه‌سازی در صنعتاز مزایای کاربرد شبیه‌سازی در صنعت می‌توان به موارد زیر اشار کرد:]15[
الف) نرخ تولید، بدلیل کاهش ضایعات، افزایش کارایی ماشین‌آلات و پرسنل از طریق ارزیابی، تعیین و به‌کارگیری روش‌های بهینه انجام کار، افزایش می‌یابد.
ب) سرمایه موردنیاز کاهش می‌یابد. با وجود یک سیستم رایانه‌ای شبیه‌سازی امکان حصول طرح بهینه استقرار، تعیین میزان بهینه موجودی (مواد خام، کالای نیمه ساخته و کالای ساخته شده) و تعیین تعداد بهینه ماشین‌آلات، پرسنل و ابزار و تجهیزات فراهم می‌آید و از طریق صرفه جویی در نیاز به سرمایه پدیدآور می‌شود.
ج) اطمینان خاطری در مورد این‌که یک طرح پیشنهادی درصورت پیاده‌سازی برطبق انتظار عمل خواهد کرد، به‎وجود می‌آید.
2-11- انواع نرم‌افزارهای شبیه‌سازی
با پیشرفت چشم‌گیر علم در زمینه‌های مختلف، نرم‌افزارهایی با قابلیتهای بسیار قوی طراحی شده‌اند که به‌منظور به‌کارگیری این علوم، به یاری پژوهشگران شتافتند. نرم‌افزارهای طراحی شده جهت انجام شبیه‌سازی در طی سالیان از قابلیت‌های ویژه‎ای برخوردار بودهاند. در جدول زیر اسامی این نرم‌افزارها ارائه شده است. ]16[
جدول 2-2- معرفی انواع نرم‌افزارهای شبیه‌سازی]16[ردیف نام نرم‌افزار ردیف نام نرم‌افزار
1 Arena 10 Quest
2 Auto Mod 11 ShowFlow
3 Awe Sim 12 SIGMA
4 Enterprise Dynamics 13 Simprocess
5 Extend 14 Simul8
6 Flexsim 15 SLX
7 GPSS/H 16 Visual Simulation Environment
8 Micro Saint 17 Witness
9 ProModel در این پژوهش، جهت شبیه‌سازی از نرم افزار Simul8 استفاده شده که در پایان این فصل توضیح مختصری درباره آن داده خواهد شد.
پس از آشنایی با مفاهیم شبیه‌سازی به موضوع اصلی که بهینه‌سازیِ شبیه‌سازی است، پرداخته می‌شود.
2-12- بهینه‌سازیِ شبیه‌سازیمفهوم "بهینه‌سازیِ شبیه‌سازی" در شبیه‌سازی سیستم‌ها با استفاده از رایانه عبارت است از «فرآیند یافتن بهترین مقادیر ورودی از بین کلیه حالات ممکن، بدون این‌که کلیه حالات ممکن مورد ارزیابی قرار گیرند. هدف از بهینه‌سازی شبیه‌سازی حداقل‎نمودن منابع صرف‌شده در عملیات شبیه‌سازی است به نحوی که بیشترین اطلاعات ممکن از این عملیات حاصل شود». در مثال مربوط به توالی عملیات و زمان‌بندی، هدف از بهینه‌سازی شبیه‌سازی تولید جریانی این است که از بین کلیه حالات ممکن که برای n کار برابر با n! است بهترین جایگشت انتخاب شود بدون این‌که برای همه جایگشت‌ها عملیات شبیه‌سازی انجام شود و عملیات شبیه‌سازی فقط برای تعداد محدودی از جایگشت‌ها صورت پذیرد. فرض کنید تعداد جایگشت‌هایی که شبیه‌سازی برای آن‌ها انجام میشود را با K نشان دهیم. شکل 2-8 تصویری شماتیک از بهینه‌سازی شبیه‌سازی ارائه می‌دهد.]6[
3194054224655جایگشت اول
جایگشت دوم
جایگشت kام
شبیه ساز
الگوریتم فیلترینگ
جایگشت 1
جایگشت 2
جایگشت n!
0جایگشت اول
جایگشت دوم
جایگشت kام
شبیه ساز
الگوریتم فیلترینگ
جایگشت 1
جایگشت 2
جایگشت n!
شکل 2-8- ساختار کلی بهینه‌سازی شبیه‌سازی]6[2-13- روش‌های بهینه‌سازی شبیه‌سازیبه‌طور کلی بهینه‌سازی شبیه‌سازی فرآیند تعیین مقادیر بهینه متغیرهای ورودی سیستم به‌منظور حداکثرکردن متغیرهای عملکردی است. مدل‌های بهینه‌سازی شبیه‌سازی دارای تابع هدف (یعنی، بهینه‌نمودن جواب‌ مدل شبیه‌سازی) و مجموعه‌ای از محدودیت‌ها می‌باشند]2[.
روش‌های بهینه‌سازی شبیه‌سازی به گروه‌های مختلفی تقسیم می‌شود که توسط محققین مختلف پیمایش‌های ارزشمندی در این زمینه انجام شده است. در ادبیات تحقیق، شش گروه اصلی از روش‌ها قابل شناسایی هستند. این گروه‌های اصلی از ایده‌های زیربنایی متفاوتی استفاده می‌کنند.]6[
الف) رتبه‌بندی و انتخاب
در این شیوه فرض می‌شود که تعداد راهکارها (جواب‌های موجه مسئله) ثابت است و نیازی به جستجوی راهکارهای جدید نیست و مسئله شکلی از استنباط آماری را به خود می‌گیرد. فرض کنید احتمال انتخاب جواب درست را با «انتخاب جواب بهینه یا نزدیک به بهینه» تعریف کنیم. در این‌صورت مسئله می‌تواند به یکی از دو شکل زیر فرموله شود:
- تعداد تکرارهای شبیه‌سازی را حداقل کنید مشروط بر اینکه احتمال انتخاب جواب درست بیش از مقدار معینی باشد.
- احتمال انتخاب جواب درست را حداکثر کنید مشروط بر اینکه محدودیت هزینه‌های شبیه‌سازی مدنظر قرار بگیرد.
در مورد اول می‌توان در سطحی از اطمینان به حصول جواب مناسب اطمینان داشت اما تعداد محاسبات مورد نیاز مشخص نیست. در شکل دوم محاسبات محدود است اما نمی‌توان به درستی در خصوص کیفیت جواب به‌دست آمده اظهارنظر کرد.
ب) روش جواب‌ سطح
این روش سعی در برازش تعدادی مدل رگرسیونی بین ورودی‌ها و خروجی‌های یک مدل شبیه‌سازی و بهینه نمودن تابع رگرسیونی دارد. این فرایند با یک مدل رگرسیونی درجه اول شروع می‌شود و پس از رسیدن به شرایط بهینه از توآن‌های بالاتر مدل رگرسیونی استفاده می‌شود. در ادبیات طراحی آزمایش‌ها متغیر‌های ورودی و تابع هدف را به‌ترتیب فاکتور و جواب‌ می‌نامند.
ج) روش مبتنی بر گرادیان
این روش در پی آن است که نقش خود در بهینه‌سازی قطعی را در بهینه‌سازی تصادفی ایفا نماید. ایده اساسی این است که به ازاء هر جواب، حرکت در جهت گرادیان بهترین تغییر است. با این روش برآورد مشتق تابع هدف نسبت به متغیر xi با استفاده از رابطه زیر صورت می‌گیرد:
(2-14)
برای برآورد گرادیان به ازاء بردار X حداقل n+1 مدل شبیه‌سازی باید اجرا شود. افزایش دقت محاسبه G نیازمند افزایش تعداد محاسبات است. این روش از ایده‌های حل مسائل برنامه‌ریزی غیر خطی سود می‌برد و برای متغیر‌های تصمیم پیوسته مناسب است.
د) جستجوی تصادفی
برخلاف روش مبتنی بر گرادیان، روش جستجوی تصادفی برای مسائلی به‎کار می‌رود که متغیر تصمیم آن‌ها گسسته است. این روش ابتدا برای حل مسائل قطعی پایه‌گذاری شد و سپس در زمینه مسائل تصادفی نیز به کار گرفته شد. این روش نیز همانند روش گرادیان برای رسیدن به جواب بهینه از یک نقطه به نقطه دیگر می‌رود. اما انتخاب نقطه بعد بصورت احتمالی و از همسایگی نقطه جاری انتخاب می‌شود. در به‌کار گیری این روش دو نکته حائز اهمیت است.
- فهرست نقاط کاندید برای حرکت بعدی چگونه انتخاب شود؟
- بهترین جواب تاکنون کدام است؟
انتخاب بهترین جواب در مسائل قطعی مشکلی به‌وجود نمی آورد زیرا مقدار به‌دست آمده برای تابع هدف به ازاء هر جواب، مقدار قطعی تابع هدف است. اما در مسائل تصادفی با توجه به اختلالات ذاتی تابع هدف انتخاب بهترین جواب کار ساده‌ای نیست.
هـ) تقریب میانگین نمونه
روش تقریب میانگین نمونه که بهینه‌سازی مسیر نمونه نیز نامیده می‌شود، ابتدا شبیه‌سازی را به تعداد زیاد انجام داده و سپس تقریب‌های به‌دست آمده را بهینه می‎کند، پس از به‌دست آمدن مقدار متوسط تابع هدف مقدار بهینه آن با استفاده از روش‌های برنامه‎ریزی غیرخطی که در مسائل قطعی کاربرد دارند، مشخص می‌شود.
و) فراابتکاری‌ها
برای هدایت روش‌های ابتکاری استفاده می‌شود تا در دام نقاط بهینه محلی گرفتار نشوند. رایج‌ترین الگوریتم‌های فراابتکاری در حل مسائل بهینه‌سازی ترکیبیاتی عبارتند از شبیه‌سازی تبرید تدریجی (SA)، جستجوی ممنوع (TS)، الگوریتم ژنتیک (GA)، جمعیت مورچگان (ACO). الگوریتم‌های مذکور در یک ایده اساسی مشترک هستند و آن شروع حل مسئله از یک یا چند جواب ابتدایی و حرکت از نقاط آغازین به سمت نقاط بهتر است. تفاوت بین این الگوریتم‌های چگونگی تعیین نقاط شروع و سازوکار حرکت به سمت جواب‌های بهتر است. این تکنیک‌ها معمولاً نتیجه تطبیق ایده‌های متعلق به حوزه‌های مختلف تحقیق هستند. ایده‌های اساسی که الهام‌بخش هر یک از الگوریتم‌ها هستند معمولاً از زمینه‌های غیر منتظره شکل می‌گیرد.
در قدم بعدی، در مورد نحوه پیدایش الگوریتم‌های فراابتکاری و زمینه‌های کاربردیشان بحث می‌شود. اما با توجه به این‌که راه‌حل بهینه‌سازی مسئله موجود با الگوریتم ژنتیک می‌باشد، این الگوریتم به‌طور کامل تشریح شده است.
2-14- معرفی انواع الگوریتم‌های فراابتکاری
2-14-1- الگوریتم نزولیکی از انواع الگوریتم‌های فراابتکاری، یک الگوریتم ساده با نام الگوریتم نزول است که از کارایی پایینی برخوردار می‌باشد.
الگوریتم نزول روشی است که جستجو را از یک جواب اولیه شروع کرده و در هر تکرار جواب فعلی را با یک جواب بهتر که در همسایگی آن است، جایگزین می‌کند. این روش تنها حرکت به سمت جواب‌هایی را مجاز دانسته که تابع هدف فعلی را بهبود بخشد و هنگامی که دیگر جواب بهتری پیدا نشود، اجرای الگوریتم به پایان می‌رسد. جواب نهایی یافت شده توسط این الگوریتم، جواب بهینه محلی نامیده می‌شود. به‌طوری که این جواب یا خوب است یا دست کم از جواب‌های همسایگی خود بهتر است. یکی از نواقص آشکار الگوریتم نزول این است که با احتمال زیاد یک جواب بهینه محلی، بهینه مطلق نخواهد بود و تابع هدف را به ازای همه جواب‌های منطقه موجه بهینه نخواهد کرد.]8[
2-14-1-1- مراحل اجرای الگوریتم نزولحل مسائل بهینه‌سازی شبیه‌سازی طبق مراحل زیر صورت می‌گیرد:
تولید اعداد تصادفی
انتخاب جواب اولیه
انتخاب یک جواب در همسایگی
پذیرش یا رد جواب جدید]8[
2-14-1-2- نقاط ضعف الگوریتم نزولمهم‌ترین نقطه ضعف الگوریتم نزول این است که احتمال گرفتار شدن الگوریتم در دام نقاط بهینه محلی بسیار زیاد است. این موضوع ناشی از رویکرد حریصانه الگوریتم است که در پی‌یافتن نخستین جوابی است که از نقاط همسایگی خود بهتر است. الگوریتم‌های فراابتکاری به‌منظور گریز از چنین دام‌هایی از رویکردهای تمرکز و تنوع بهره می‌برند.]8[
2-14-2- شبیه‌سازی تبرید تدریجیالگوریتم شبیه‌سازی تبرید تدریجی که در متون فارسی با عناوین شبیه‌سازی آنیل و الگوریتم شیشه یا کریستال نیز از آن یاد شده است را می‌توان از نظر سازوکار اجرا و فعالیت‌های برنامه‎نویسی موردنیاز، ساده‌ترین الگوریتم فراابتکاری دانست. این سادگی باعث نمی‌شود که کارایی این الگوریتم با دیده‌ تردید نگریسته شود. انتشارات متعددی را می‌توان ملاحظه کرد که از توانایی این الگوریتم در حل مسائل متنوع سود برده‌اند.]8[
2-14-2-1- تاریخچه و زمینه پیدایشالگوریتم SA نخستین بار توسط کرک پاتریک در سال 1982 معرفی شد. این الگوریتم بر اساس مدل توسعه‌یافته توسط متروپلیس برای شبیه‌سازی فرآیند فیزیکی تبرید تدریجی شکل گرفته است. فیزیکدانان برای تغییر در وضعیت یک ماده از یک پارامتر مهم یعنی دما استفاده می‌کنند. تبرید تدریجی فرآیندی است که در آن رسیدن به وضعیت بهینه توسط کنترل دما صورت می‌پذیرد. در این فرآیند ابتدا ماده حرارت می‌بیند تا انرژی زیادی به آن وارد شود و پس از آن به آرامی سرد می‌شود به گونه‌ای که تا مدتی در هر سطحی از دما با قی بماند و سپس به سطح پایین‌تر دما برود. این استراتژی در سردکردن تدریجی باعث شکل‌گیری وضعیت جامد کریستالی می‌شود که وضعیتی پایدار است و متناظر با حداقل مطلق انرژی است. وضعیت متضاد آن زمانی است که ماده به سرعت سرد شود که منجر به وضعیت غیر متبلور خواهد شد. ساختار غیر متبلور متناظر با حداقل انرژی است.]8[
2-14-2-2- خط سیر الگوریتم تبرید تدریجیالگوریتم تبرید تدریجی فرآیند حل مسئله را از یک جواب (معمولاً تصادفی) شروع می‌کند و برای یافتن جواب مسئله، در فضای منطقه موجه از یک نقطه به نقطه دیگر می‌رود تا زمانی که شرط توقف الگوریتم برقرار شود. طی جابجاشدن بین نقاط متفاوت، بهترین جواب به‌دست آمده توسط الگوریتم ذخیره شده و در آخر به‌عنوان جواب مطلوب مسئله ارائه می‌شود.]8[
یک تفاوت اساسی بین الگوریتم نزول و شبیه‌سازی تبرید تدریجی در این است که SA به جواب‌های بدتر از جواب جاری نیز شانس پذیرفته شدن می‌دهد. احتمال پذیرش جواب‌های بدتر، با افزایش تکرارهای حل مسئله کاهش می‌یاید.]8[
2-14-3- جستجوی ممنوعالگوریتم جستجوی ممنوع (یا جستجوی ممنوعه) که ایده اساسی خود را از حافظه انسان گرفته است، در زمره الگوریتم‌های جستجو در همسایگی قرار می‌گیرد. این الگوریتم از نظر مفهومی همانند الگوریتم شبیه‌سازی تبرید تدریجی عمل می‌کند اما مجموعه قوانین و سازوکارهایی دارد که اجرای آن ‌را به عملکرد مغز شبیه می‌کند.]8[
2-14-3-1- تاریخچه و زمینه پیدایشمشکلاتی که در مسائل بهینه‌سازی از جمله مسائل مربوط به حمل‌ونقل، لجستیک، برنامه‌ریزی مالی و برنامه‌ریزی تولید وجود دارد، باعث توسعه تکنیک‌های بهینه‌سازی مؤثر شده است. هدف از این تکنیک‌ها توسعه فرآیندهایی است که بتوانند با پیچیدگی مسائل بهینه‌سازی مواجه شوند. یکی از این روش‌ها الگوریتم جستجوی ممنوع است که توسط فرد گلاور معرفی شده است.]8[
واژه Tabu یا Taboo در لغت نامه وبستر به معنی مفاهیمی است که دارای قدرت ماوراء الطبیعه بوده و استفاده و برقراری ارتباط با آن‌ها ممنوع می‌باشد. روش جستجوی ممنوع در ارتباط با ماوراءالطبیعه و ممنوعات آن نیست، بلکه ممنوعیت‌ها و محدودیت هایی را اعمال می‌کند تا یک فرآیند جستجو را به مناطقی هدایت کند که جواب‌های بهتری به دست می‌دهند. این روش بر اساس فرآیندهایی طراحی شده است که از مرزهای بهینگی محلی که به‌عنوان یک مانع عمل کرده، عبور می‌کنند و روش جستجوی ابتکاری را به گونه‌ای هدایت می‌کند که نقاط فراتر از بهینه محلی را مورد جستجو قرار دهند.]8[
2-14-3-2- خط سیر الگوریتم جستجوی ممنوعالگوریتم جستجوی ممنوع همانند الگوریتم شبیه‌سازی تبرید تدریجی، مبتنی بر جستجو در همسایگی است. به گونه‌ای که در اطراف جواب جاری در پی یافتن جواب‌های جدید می‌باشد. شباهت دیگر دو الگوریتم در این است که الگوریتم جستجوی ممنوع نیز برای جواب‌های بدتر از جواب کنونی نیز شانس پذیرفته شدن قائل است. مهم‌ترین تفاوت دو الگوریتم در این است که SA در هر تکرار تنها به بررسی یکی از جواب‌های واقع در همسایگی می‌پردازد اما TS در هر تکرار چندین جواب را در اطراف جواب کنونی مورد بررسی قرار می‌دهد.]8[
به‌طور کلی و بدون درنظرگرفتن جزییات، در این الگوریتم فرآیند حل مسئله از یک نقطه منطقه موجه آغاز می‌شود و در هر تکرار از یک نقطه به نقطه دیگر منطقه مراجعه می‌شود تا شرط توقف برقرار شود. بهترین جوابی که در طی همه مراحل یافته شده است، ذخیره می‌گردد.]8[
2-14-4- الگوریتم مورچگانالگوریتم مورچگان روشی برای بهینه‌سازی است که در آن یک کلونی از مورچه‌های مصنوعی در پیدا کردن جواب‌های خوب برای مسائل بهینه‌سازی ترکیبیاتی، شرکت می‌کنند. این الگوریتم نمونه‌ای منتج شده از رفتار واقعی مورچگان ‌را بررسی کرده و از این نمونه‌ها به‌عنوان منبع الهام‌بخش برای طراحی الگوریتم‌های جدید به‌عنوان ‌راه‌حل مسائل بهینه‌سازی استفاده می‌کند.]8[
2-14-4-1- تاریخچه و زمینه پیدایشیکی از جالب‌ترین الگوهای رفتاری مورچگان توانایی گونه‌هایی از آن‌ها در پیدا کردن کوتاه‌ترین مسیر است. جمعیت (کلونی) مورچگان، زنبورهای عسل و یا به‌طور کلی گروهی از حشرات، سیستم‌های توزیع شده‌ای هستند که با وجود سادگی تک‌تک آن‌ها، یک سازمان اجتماعی ساختار یافته را به‌وجود می‌آورند. ایده اصلی الگوریتم مورچگان، قانون خود سازماندهی می‌باشد که اجازه می‌دهد رفتار بسیار موزون مورچه‌های واقعی در هماهنگ‎کردن مجموعه‌ای از کارگزارهای مصنوعی برای حل مسائل محاسباتی، مورد استفاده قرار گیرد. جنبه‌های مختلف رفتار کلونی مورچگان، الگوریتم‌های متفاوتی را به‌وجود آورده است. از این‌گونه رفتارها می‌توان به جستجو برای غذا، تقسیم کار، مرتب‌سازی در حین تخم‌گذاری و حمل‌ونقل مشارکتی اشاره کرد.]8[
2-14-4-2- خط سیر الگوریتم مورچگانالگوریتم مورچگان برای حل یک مسئله، دارای روش خاص خود در جستجوی منطقه موجه می‌باشد. این الگوریتم یک نوع پردازش موازی را در ذات خود دارد. یعنی به‌طور هم‎زمان نواحی مختلفی را در منطقه مورد جستجو قرار می‌دهد. یعنی از این نظر مشابه با الگوریتم ژنتیک رفتار می‌کند و در هر تکرار، از یک مجموعه جواب به یک مجموعه جواب دیگر می‌رود. تفاوت الگوریتم ژنتیک و مورچگان در سازوکارهای تولید جواب‌های جدید است. در الگوریتم ژنتیک جواب‌های جدید مستقیماَ با ترکیب جواب‌های موجود حاصل می‌شوند (عملگر تقاطع). در حالی‌که در الگوریتم جمعیت مورچگان، جواب‌های تکرار جاری به‌طور غیر مستقیم یعنی به کمک فرمون، روی نحوه تولید جواب‌های جدید تاثیرگذار هستند.]8[
2-14-4-3- گونه‌های مختلف الگوریتم مورچگانایده‌های متفاوتی که برای قانون احتمال انتخاب مسیر، تبخیر و فرمون‌ریزی توسط محققان مختلف پیشنهاد شده است که به شکل‌های متنوعی از الگوریتم ACO انجامیده‌اند. رایج‌ترین شکل‌های این الگوریتم در ادامه معرفی می‌شوند:]8[
سیستم مورچه
سیستم مورچه نخبه‌گرا
سیستم مورچه مبتنی بر رتبه‌بندی
سیستم مورچه حداقل – حداکثر
سیستم جمعیت مورچه‌ها
2-14-5- الگوریتم ژنتیکالگوریتم ژنتیک یک تکنیک جستجو برای حل مسائل با استفاده از مدل ژنتیک است. این الگوریتم در زمره الگوریتم‌های مبتنی بر جمعیت قرار دارد که ایده اساسی خود را از نظریه تکامل می‌گیرد. این الگوریتم بر خلاف دو الگوریتم پیشین، در هر تکرار، مجموعه‌ای از جواب‌های مسئله را مورد بررسی قرار می‌دهد. سازوکارها و مجموعه قوانین این الگوریتم برگرفته از مفاهیم علم ژنتیک است.]8[
2-14-5-1- تاریخچه و زمینه پیدایشچارلز داروین نظریه سیر تکاملی بشر را بیان کرد که بر اساس آن ارگانیسم‌های زیستی در طول نسل‌های مختلف با توجه به اصل "انتخاب طبیعت" و "بقا سازگارترین" تکامل می‌یابند. در سال 1960 ریچنبرگ ایده مطرح شده توسط داروین را در حوزه بهینه‌سازی پارامترها به‌کار گرفت و این ایده را استراتژی تکاملی نامید. این استراتژی شکل اولیه و خام الگوریتم ژنتیک را به‌کار می‌گیرد.]8[
الگوریتم ژنتیک در سال 1975 توسط هالند توسعه داده شد که هدف وی طراحی الگوریتمی برای حل مسائل خاص نبود، بلکه به‌دنبال فهم پدیده سازگاری به نحوی بود که در طبیعت رخ می‌دهد. با انتشار کتاب او با نام "انطباق در سیستم‌های طبیعی و مصنوعی" الگوریتم ژنتیک به دنیای بهینه‌سازی معرفی شد. وی اصول سیر تکامل طبیعی را در مسائل بهینه‌سازی و ساختار الگوریتم ژنتیک توضیح می‌دهد. الگوریتم ژنتیک بر اساس اصول ژنتیک و تکامل بنا شده است که امروزه برای حل مسائل پیچیده بهینه‌سازی مانند جدول زمان‌بندی، تولید کارگاهی و ... استفاده می‌شود.]8[
2-14-5-2- خط سیر الگوریتم ژنتیکهمان‌گونه که گفته شد الگوریتم ژنتیک در زمره الگوریتم‌های مبتنی بر جمعیت قرار می‌گیرد. مبتنی بر جمعیت بودن به این مفهوم است که در هر تکرار بیش از یک جواب مدنظر قرار می‌گیرد. اصطلاحاً مجموعه جواب‌های مورد بررسی در هر تکرار، یک جمعیت از جواب‌ها نامیده می‌شود. قوانین و دستورالعمل‌های الگوریتم ژنتیک به گونه‌ای است که جمعیت هر تکرار باعث تعریف و یا ایجاد تکرار آتی می‌شود. گفتنی است که جواب‌های نخستین جمعیت می‌تواند به‌صورت تصادفی از منطقه موجه انتخاب شوند و یا این‌که با روش‌های ابتکاری ایجاد شوند.]8[
1004570543941000
شکل 2-9 – خط سیر الگوریتم ژنتیک]8[در شکل 2-9 جواب‌هایی که با دایره توخالی نشان داده شده‌اند، جمعیت نسل کنونی را تشکیل می‌دهند و دایره‌های خط چین معرف جمعیت نسل آتی هستند. در واقع سازوکار رسیدن به جواب‌های جدید، نوعی شبیه‌سازی از زاد و ولد در فضای منطقه موجه است.
فرزندان حاصل از این زاد و ولد (جواب‌های جدید) ممکن است به جواب‌های بهتر یا بدتر از والدین منجر شود. پذیرش جواب‌های بدتر به‌عنوان جواب‌های نسل جدید به رویکردی بستگی دارد که در پیاده‌سازی الگوریتم ژنتیک مورد استفاده قرار می‌گیرد. در برخی رویکردها تنها جواب‌های بهتر از والدین پذیرفته می‌شوند و در برخی نیز جواب‌های بدتر به جمعیت آتی منتقل می‌شوند. این روند یعنی تولید جمعیت‌های جدید از جمعیت‌های قبلی تا جایی ادامه می‌یابد که شرط توقف الگوریم حاصل شود.]8[
2-15-5-3- مفاهیم و سازوکارهای الگوریتم ژنتیکالگوریتم ژنتیک از استعاره استفاده می‌کند، به نحوی که یک مسئله بهینه‌سازی در محیطی رخ می‌دهد که جواب‌های ممکن به‌عنوان افرادی هستند که در آن محیط زندگی می‌کنند و برای یافتن بهترین جواب لازم است تا پردازش‌هایی روی این افراد صورت پذیرد. اصطلاحات زیر در این محیط مورد استفاده قرار می‌گیرند:]8[
فردبه هر یک از جواب‌های مسئله بهینه‌سازی اصطلاحاً یک فرد می‌گوییم. تعیین ساختار هر فرد به مسئله مورد مطالعه بستگی دارد.
کدگذاریکدگذاری فرآیند نشان دادن جواب‌های مسئله در قالبی قابل استفاده برای الگوریتم ژنتیک است و کدگذاری می‌تواند نقشی اساسی در GA داشته باشد.
تابع برازندگیبرازندگی یک فرد در الگوریتم ژنتیک به معنای میزان ارزش یا کیفیت آن فرد (جواب) با توجه به معیارهای مختلف است که یکی از آن معیارها تابع هدف است. در ساده‌ترین شکل مسائل بهینه‌سازی تابع برازندگی همان تابع هدف است.
جمعیتجمعیت به مجموعه‌ای از افراد (جواب‌ها) گفته می‌شود. جنبه‌های مهم جمعیت که در الگوریتم ژنتیک استفاده می‌شود، عبارتند از:
تولید جمعیت اولیه
اندازه جمعیت
اغلب برای شروع حل مسئله، یک جمعیت اولیه تصادفی ایجاد می‌شود. اندازه جمعیت اولیه باید تا حدی بزرگ باشد که کل فضای جستجو را به نحو مطلوبی مورد بررسی قرار دهد. میانگین برازندگی جمعیت ایجاد شده هر چه بهتر باشد یافتن جواب خوب سریع‌تر انجام می‌گیرد. گلدبرگ نشان داد که کارایی الگوریتم ژنتیک برای دست‌یابی به جواب‌های بهینه محلی به میزان زیادی بستگی به اندازه جمعیت دارد. از سوی دیگر باید توجه داشت که جمعیت بزرگ نیاز به محاسبات، هزینه، حافظه و زمان بیشتری دارد.
فرآیند جستجوفرآیند جستجو GA شامل ایجاد یک جمعیت اولیه، سپس تولید مثل افراد جدید تا رسیدن به شرط توقف است. هدف‌های گوناگونی برای فرآیند جستجو می‌تواند وجود داشته باشد که نخستین هدف می‌تواند یافتن جواب بهینه مطلق باشد که در مدل GA هیچ گونه اطمینانی در مورد آن وجود ندارد زیرا همیشه احتمال آن می‌رود که در تکرارهای بعدی، جوابی بهتر یافت شود. هدف دیگر، هم‌گرایی سریع است. هنگامی‌که پردازش تابع هدف پرهزینه است هم‌گرایی سریع مطلوبیت می‌یابد. سومین هدف، ایجاد مجموعه‌ای از جواب‌های متنوع و در عین حال خوب است. هنگامی که فضای جواب شامل نقاط بهینه گوناگون باشد که دارای برازندگی یکسان هستند، مفید است که الگوریتم قادر باشد از بین آن‌ها جواب‌هایی را انتخاب کند.
عملگرهاعملگر اصطلاحی کلی برای سازوکارها یا پردازش‌های صورت گرفته در الگوریتم ژنتیک است که وظایف متنوعی به‌عهده دارند. شکل 2-10 جریان کلی الگوریتم ژنتیک و نقش این عملگرها را در این الگوریتم نشان می‌دهد.]8[
1096645163195ایجاد جمعیت اولیه
ارائه جواب مسئله
جهش
تقاطع
انتخاب
جایگزینی
نسل جدید
آیا شرط توقف برقرار است؟
ایجاد جمعیت اولیه
ارزیابی تابع برازش
خیر
بله
00ایجاد جمعیت اولیه
ارائه جواب مسئله
جهش
تقاطع
انتخاب
جایگزینی
نسل جدید
آیا شرط توقف برقرار است؟
ایجاد جمعیت اولیه
ارزیابی تابع برازش
خیر
بله

شکل 2-10- جریان کلی الگوریتم ژنتیک]8[2-14-5-4-کاربردهای الگوریتم ژنتیککاربرد الگوریتم ژنتیک حوزه وسیعی از مسائل بهینه‌سازی در زمینه‌های مختلف فنی مهندسی، علوم و اجتماعی را در برمی گیرد.]17[
برای مسائل بهینه‌سازی استاندارد، صرفاً روشی برای به‌دست آوردن یک جواب می‌باشد. می‌توان آن‌را برای مسائل خطی، غیر خطی و برنامه‌ریزی احتمالی که دارای متغیرهای تصادفی و درجه‌ای از عدم قطعیت است استفاده نمود. درضمن، مسائل بهینه‌سازی ترکیبی که شامل مسائل مختلف علوم رایانه‌ای می‌باشد، مورد استفاده قرار می‌گیرد. قابلیت انعطاف پذیری الگوریتم ژنتیک، دامنه کاربرد این الگوریتم را بسیار گسترده کرده است و هم‌چنین سرعت الگوریتم ژنتیک دریافتن جواب مسئله آن‌چنان است که بتواند به سهولت با محیط سازگار شود و این قابلیت برتر از توان سیستم‌های خبره است.
تعداد زیادی از پژوهشگران در زمینه الگوریتم ژنتیک در شاخه‌های مختلف پژوهش کرده‌اند که می‌توان به‌صورت زیر ارائه نمود:]17[
برای مسئله سفارش تولید در یک فرآیند مونتاژ از الگوریتم ژنتیک استفاده می‌شود.
سیستم فرآیند مونتاژ مشتمل بر دو زیرسیستم است:
اولین زیرسیستم، دستگاهی است که کار آن فراوری مجموعه‌ای از محصولات می‌باشد.
دومین زیرسیستم، حمل کننده است که محصولات را حمل‌ونقل می‌کند.
الگوریتم ژنتیک جهت یافتن خط مشی بهینه یا نزدیک به آن برای سیستم‌های بزرگ استفاده شده است و هم‌چنین برای یافتن استراتژی تصمیم‌گیری بهینه یا نزدیک به بهینه در یک سیستم پیچیده بزرگ استفاده گردیده است.
الگوریتم ژنتیک برای برنامه‌ریزی تولید یک شرکت تولیدی چند ملیتی استفاده گردیده است.
الگوریتم ژنتیک برای طراحی جا و مکان مدور سیستم‌های تولیدی استفاده شده است.
الگوریتم ژنتیک برای مسئله انتخاب روبات و تخصیص ایستگاه کاری به‌طور بهینه برای یک سیستم (CIM) به‌کار برده شده است.
الگوریتم ژنتیک برای بالانس خط مونتاژ استفاده شده است. مسئله بالانس خط مونتاژ تعداد ایستگاه‌های کاری و تخصیص بهینه کل عملیات برای هر ایستگاه کاری را معین میکند.
الگوریتم ژنتیک برای بازاریابی توریسم استفاده شده است. با فرض وجود شبکه‌ای از سایت‌های موجود و مجموعه‌ای از سایت‌های ممکن جدید و با فرض پویا بودن شبکه موجود از لحاظ سودآوری، جذابیت برای مشتری بالقوه و دیگر معیارهای مناسب.
الگوریتم ژنتیک برای مسائل "کلمه‌سازی" استفاده می‌شود. به‌طوری که هرگاه کلمات به‌طور تصادفی قرار گرفته باشند و خواسته باشیم کلمه‌ای معنی‌دار را به‌وجود آوریم از قدرت الگوریتم ژنتیک می‌توان برای این مسائل استفاده نمود.
از الگوریتم ژنتیک برای این‌که هزینه طرح کمترین مقدار باشد می‌توان استفاده نمود.
الگوریتم ژنتیک در بهینه‌سازی برنامه جامع توسعه سیستم آب جهت تامین نیازهای آینده استفاده نمود.
از الگوریتم ژنتیک در طراحی خرپا که برای نگه‌داری پل، سقف و یا دیگر قسمت‌های مهندسی استفاده می‌شود، به‌کار رفته است.
برنامه‌ریزی کار در یک کارخانه
مسئله فروشنده دوره گرد
برنامه‌ریزی و بهینه‌سازی قابلیت اعتماد نیز با الگوریتم ژنتیک قابل حل می‌باشد. بسیاری از سیستم‌ها نقش بحرانی در عملیات مختلف دارند و اگر خراب شوند، ممکن است پی‌آمدهایی سخت به‌بار آورند.
طراحی مدل برنامه‌ریزی استراژیک سیستم‌های اطلاعاتی با استفاده از فرآیند تحلیل سلسله مراتبی و الگوریتم ژنتیک قابل حل می‌باشد.
الگوریتم ژنتیک برای برنامه‌ریزی خطوط انتقال نیرو و نصب ژنراتورها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
الگوریتم ژنتیک برای مسائل حمل‌ونقل استاندارد، مرکب و هم‌چنین مسائل برنامه‌ریزی چندمعیاره مورد استفاده قرار می‌گیرد.
الگوریتم ژنتیک در جایابی و تعیین ظرفیت بهینه خازن‌های سبک توزیع قدرت به‌منظور کاهش تلفات توان و انرژی و بهبود ولتاژ استفاده گردیده است.
الگوریتم ژنتیک در برنامه‌ریزی قدرت راکتیو، پخش بار اقتصادی، بهینه‌سازی ولتاژ برنامه‌ریزی ژنراتورها و طراحی ترانسفورموتورها استفاده شده است.
الگوریتم ژنتیک در مسائل زمان‌بندی، تولید و جریان کارگاه‌ها، مسئله پوشش مجموعه‌ای استقرار تسهیلات، و برنامه‌ریزی تولید به‌کار رفته است.
الگوریتم ژنتیک در طراحی موتور، ساختن تراشه‌ها و بهینه‌سازی شبکه‌ها با ابعاد بزرگ نیز مورد استفاده قرارگرفته است.
زمان‌بندی کارگاهی
طراحی قرارگیری تجهیزات، مسئله قرارگیری تجهیزات شامل تصمیم‌گیری برای محل قرارگیری تجهیزات و منابع در یک پیکربندی است که منجر به بهترین اجرا یا توجه به ضوابط مشخص می‌شود.
در بالا به‌طور مختصر کاربردهای الگوریتم ژنتیک شرح داده شده، همان‌طور که از تنوع آن‌ها دیده می‌شود این الگوریتم می‌تواند برای تمام رشته‌هایی که مسائل بهینه‌سازی را مدنظر دارند، به‌عنوان روش جدید مورد تجزیه و تحلیل قرارگیرد.
2-15- نرم‌افزارهای مورد استفاده در پژوهش
جهت انجام این پژوهش چهار نرم‌افزار بکار گرفته شده است. برای تعیین نوع توزیع داده‌های پژوهش، از نرم‌افزار کریستال بال کمک گرفته شد. برنامه‌نویسی و ترکیب بین نرم‌افزار شبیه‌سازی و الگوریتم ژنتیک با نرم‌افزار اکسل انجام شد. با استفاده از آزمون تی نرم افزار SPSS اعتبار داده‌های ورودی به مدل تائید شد و در آخر شبیه‌سازی خط تولید بوسیله نرم‌افزار Simul8 صورت پذیرفت.
حال، به شرح مختصری از نرم‌افزارهای جدید بکار گرفته شده در این پژوهش یعنی کریستال بال و Simul8 پرداخته می‌شود زیرا کم‌وبیش آشنایی با دو نرم‌افزار اکسل و SPSS و نحوه استفاده از آن‌ها وجود دارد.
کریستال بال، در سطح عمومی نرم‌افزاری جهت تحلیل آمار و در کاربردی پیشرفته، بهینه‌ساز هست که به‌دلیل سهولت استفاده و قابل اجرا بودن در نرم‌افزار محبوب اکسل، مناسب می‌باشد. این نرم‌افزار بصورت گسترده در زمینه‌های اقتصاد، برنامه‌ریزی و علوم دیگر کاربرد دارد. کارکرد اصلی این نرم‌افزار، تعیین نوع توزیع داده‌های ورودی به آن می‌باشد. خروجی این نرم‌افزار بصورت شکل توزیع با ارائه پارامترهای آن است که کاربرد آن‌را وسیع‌تر می‌کند.
شبیه‌سازی با Simul8، از انعطاف‌پذیرترین و قدرتمندترین ابزارهای حوزه تصمیم‌گیری می‌باشد. با استفاده از این تکنیک وضعیت سیستم مدل شده و سپس در جهت بهبود آن راه‌حل‌‌هایی اتخاذ می‌شود. درواقع در بسیاری از موارد، وضعیت فعلی سیستم در محیط مجازی مدل‌سازی شده و پس از تعیین اعتبار مدل و میزان تطبیق آن با واقعیت، گزینه‌های مختلف مدل بررسی و نتیجه آن‌ها استخراج می‌شود. درواقع به‌جای پرداخت هزینه تغییرات در دنیای واقعی، به بررسی آن در دنیای مجازی پرداخته می‌شود.

2-16- پیشینه پژوهش
در قسمت پایانی این فصل، مروری بر پیشینه پژوهش‌های انجام شده در حوزه بهینه‌سازی شبیه‌سازی پرداخته می‌شود. اما به‌دلیل گستردگی موارد استفاده این تکنیک خاص در صنعت، پیشینه به دو بخش تقسیم می‌شود:
بخش اول: مروری بر مطالعات صورت گرفته در زمینه کاربردهای متنوع شبیه‌سازی در سیستم‌های تولیدی
بخش دوم: مروری بر پژوهش‌های انجام شده در جهت تعیین اندازه انبارهای میانگیر در خطوط تولید
2-16-1- بخش اول: مروری بر پژوهش‌های کاربرد شبیه‌سازی در سیستم‌های تولیدی2-16-1-1- پیشینه پژوهش‌های داخلیدر پژوهشی، محققین به قابلیت کاربرد قابل‌توجه شبیه‌سازی در صنعت تولیدی عظیم و پیچیده ریخته‌گری پرداختند. بدین صورت که، پس از مطالعه و آشنایی با سیستم، مدل شبیه‌سازی‌ای ایجاد شد که با بهره‌گیری از روش‌های طراحی آزمایشات، مجموعه‌ای از گزینه‌ها مورد بررسی قرار گرفت و راه‌حل بهینه شناسایی و به‌کار گرفته شد.]1[
در مطالعهای دیگر، پژوهشگران سعی در به نمایش گذاشتن توانمندی روش بهینه‌سازی رایانه‌ای در ارتقاء بهره‌وری و متوازنسازی سیستم تولیدی موجود داشتند. آن‌ها با توجه به شناسایی نقاط گلوگاه سیستم که منجر به کاهش کارایی و عملکرد می‌شدند، به طراحی مدل پرداختند و بهترین سناریو از بین گزینه‌های پیشنهادی را در فضای شبیه‌سازی رایانه‌ای به‌دست آوردند.]18[
در اقدامی دیگر در صنعت، به موضوع موازنه خط مونتاژ جهت کاهش زمان بیکاری برخی از ماشین‌آلات و نیروی مازاد که منجر به افزایش کارایی و سودآوری می‌شد، پرداخته شد. پژوهشگران با بهره‌گیری از الگوریتم ژنتیک روشی جدید ارائه دادند که ویژگی دستاورد این بود که به‌هنگام انجام عملیات تقاطع و ترکیب، کروموزوم‌های والد جهت تولید فرزند رخ می‌دهد و هم‌چنین ایجاد جهش در کروموزوم‌ها از دیگر مشخصه‌های این روش جدید بود. مقایسه نتایج بهینه‌سازی حاصل از الگوریتم ژنتیک با روش عددی، کارایی این الگوریتم فراابتکاری را مشخص می‌ساخت.]19[
در پژوهشی دیگر، به‌کاربرد یکی از الگوریتم‌های فراابتکاری در شبیه‌سازی مسئله کنترل موجودی در زمینه برنامه‌ریزی تولید پرداخته شد. در مسئله موردنظر، فاصله زمانی بین دو بازپرسازی متغیرهای تصادفی مستقل و هم توزیع بودند. درحقیقت، خریدار و تولیدکننده در زمآن‌های کاملاً تصادفی با هم روردرو می‌شدند. در این پژوهش، مدل‌هایی جهت حل مسئله ارائه شده است که با استفاده از شبیه‌سازی تبرید تدریجی، بهترین مدل انتخاب ‌شد.]19[
2-16-1-2- پیشینه پژوهش‌های خارجیلا و مک کوماس در زمینه کاربرد شبیه‌سازی در سیستم‌های تولیدی پژوهشی ارائه کردند و چگونگی استفاده از مدل‌های شبیه‌سازی در طراحی سیستم‌های تولید جدید و بهبود عملکرد سیستم‌های تولید فعلی را شرح دادند.
آدامز و همکارانش نیز در پژوهشی در ارتباط با کاربرد شبیه‌سازی در فرآیند بهبود مستمر انجام دادند. در زمینه تلفیق هوش مصنوعی و شبیه‌سازی سیستم‌های تولیدی، مطالعات فراوانی انجام شده است که می‌توان به پژوهش ویهاروس و مونوستوری اشاره کرد.
بیس لر و همکارانش نیز، کاربرد شبیه‌سازی و هوش مصنوعی را در بهبود بهرهوری کارخانه تولید چوب بررسی کردند، نتایج پژوهش آن‌ها نشان داد استفاده از ترکیب بهینه و مناسب منابع سازمان موجب کاهش 18% در متوسط زمان انتظار کل می‌شود و با به‌کارگیری الگوریتم ژنتیک، ترکیب بهینه منابع و امکانات تنها با بررسی 6/1% از کل ترکیبات ممکن به‌دست آمد.
تودی و همکارانش پژوهشی در زمینه استفاده از فنون شبیه‌سازی در بهینه‌سازی عملیات شرکت تولیدکننده سیم و کابل انجام دادند. در این پژوهش، مطالعه شبیه‌سازی به‌منظور افزایش میزان تولید و هموارسازی جریان تولید به‌وسیله تعیین اندازه بهینه دسته‌های ورودی مواد اولیه انجام شد. در مطالعه دیگری به‌وسیله اترک و همکارانش، کاربرد شبیه‌سازی در تخمین و بهبود کیفیت و بهره‌وری کارخانه تولید سیم و کابل بررسی شد.

—d1550

2-2-2) اهمیت تحقیقات..........................................................................................................................................................................................17
2-2-3)ویژگیهای تحقیق........................................................................................................................................................................................19
2-2-4) انواع پروژههای تحقیقاتی...........................................................................................................................................................................21
2-2-5) پژوهش چیست؟..........................................................................................................................................................................................22
2-2-6) اهمیت و ضرورت پژوهش......................................................................................................................................................................... 23
2-2-7) دیدگاه اسلام نسبت به پژوهش و دانش.................................................................................................................................................24
2-2-8) ویژگیهای پژوهشگر...................................................................................................................................................................................25
2-2-9) پایاننامهها یا رسالههای تحصیلی............................................................................................................................................................26
2-2-10) تدوین پایاننامه.........................................................................................................................................................................................26
2-2-11) اهمیت پایاننامه........................................................................................................................................................................................27
2-2-12) اهداف پایاننامه و رساله........................................................................................................................................................................ 29
2-2-13) ویژگی‌های یک پایان نامهی خوب........................................................................................................................................................29
2-2-14) برنامهی زمانبندی مراحل مختلف پایاننامه......................................................................................................................................31
2-2-15) گزارش نهایی پایان نامه..........................................................................................................................................................................33
2-2-16) آسیب های پایان نامه‌های رشتهی تربیتبدنی...................................................................................................................................35
2-2-16-1) عدم وجود کلان نگری علمی............................................................................................................................................................35
2-2-16-2) تمرکز موضوعها بر ارائهی اطلاعات................................................................................................................................................ 35
2-2-16-3) عدم تناسب میان طرح پایاننامه (پروپوزال) و پژوهش نهایی.................................................................................................. 36
2-2-16-4) نبود روش مشخص و علمی پژوهشی..............................................................................................................................................36
2-2-16-5) انتخاب موضوعهای کلی.....................................................................................................................................................................37
2-2-16-6) انجام موضوعهای تکراری..................................................................................................................................................................38
2-2-16-7) گرایش به موضوعهای غیرعلمی - پژوهشی و کماثر................................................................................................................ 38
2-2-16-8) انتخاب موضوع‌های ناقص.................................................................................................................................................................38
2-2-16-9) سنتگرایی در انتخاب موضوعها و عدم توجه به موضوعهای جدید........................................................................................39
2-2-17) روند ارزیابی تحقیقات..............................................................................................................................................................................40
2-2-18) تعاریف ارزیابی...........................................................................................................................................................................................40
2-2-19) کارکردها و ویژگیهای ارزیابی...............................................................................................................................................................41
2-2-20) مراحل ارزیابی............................................................................................................................................................................................42
2-2-21) معیارهای ارزیابی......................................................................................................................................................................................42
2-2-21-1) استاندارهای سودمندی......................................................................................................................................................................44
2-2-21-2) استانداردهای انجامپذیری..................................................................................................................................................................45
2-2-21-3) استانداردهای صحت ارزیابی.............................................................................................................................................................45
2-2-21-4) استانداردهای دقت..............................................................................................................................................................................46
2-2-22) پایاننامههای کارشناسی ارشد و نحوهی ارزشیابی آنها..................................................................................................................48
2-2-23) تحقیق و پژوهش در زمینهی تربیتبدنی و ورزش (موانع و راهکارها) ........................................................................................48
2-3) پیشینهی پژوهش.............................................................................................................................................................................................50
2-3-1) پژوهش‏های داخلی......................................................................................................................................................................................50
2-3-2) پژوهشهای خارجی....................................................................................................................................................................................57
2-4) جمعبندی فصل.................................................................................................................................................................................................66
فصل سوم: روش شناسی تحقیق
3-1) مقدمه..................................................................................................................................................................................................................68
3-2) روش تحقیق.......................................................................................................................................................................................................69
3-3) جامعه و نمونهی آماری....................................................................................................................................................................................69
3-4) ابزار و روش جمعآوری دادهها........................................................................................................................................................................70
3-5) روش سنجش روایی چک لیست...................................................................................................................................................................70
3-6) قابلیت پایایی چک لیست................................................................................................................................................................................70
3-7) تحلیل آماری دادهها.........................................................................................................................................................................................71
فصل چهارم: تجزیه و تحلیل یافته های تحقیق
4-1) مقدمه..................................................................................................................................................................................................................73
4-2) توصیف متغیرهای کلی....................................................................................................................................................................................74
4-2-1) تعداد کل پایان نامه ها...............................................................................................................................................................................74
4-2-2) قلمرو موضوعی.............................................................................................................................................................................................75
4-2-3) قلمرو مکانی..................................................................................................................................................................................................77
4-2-4)جنسیت پژوهشگران.....................................................................................................................................................................................79
4-2-5) وضعیت هدایت پایان نامه ها توسط استاد راهنما............................................................................................................................... 81
4-2-6)وضعیت هدایت پایان نامه ها توسط استاد مشاور..................................................................................................................................82
4-2-7) وضعیت تاریخ دفاع پایان نامه ها..............................................................................................................................................................92
4-2-8) وضعیت تعداد نویسندگان در پایان نامه ها............................................................................................................................................96
4-2-9) رنگ جلد پایان نامه ها...............................................................................................................................................................................98
4-2-10) تعداد صفحات کل پایان نامه...............................................................................................................................................................100
4-2-11) تعداد صفحات بخش مقدمه و بیان مسئله.......................................................................................................................................102
4-2-12) تعداد صفحات فصل دو.........................................................................................................................................................................104
4-2-13) تعداد صفحات فصل پنج.......................................................................................................................................................................106
4-2-14) تعداد صفحات بخش ضمیمه...............................................................................................................................................................108
4-2-15) تعداد کلید واژه.......................................................................................................................................................................................110
4-2-16)تعداد کلید واژه مورد استفاده در عنوان پایان نامه...........................................................................................................................112
4-2-17) تعداد اهداف تحقیق..............................................................................................................................................................................114
4-2-18) تعداد فرضیه تحقیق..............................................................................................................................................................................116
4-2-19) تعداد سوال تحقیق................................................................................................................................................................................118
4-2-20) وضعیت تعداد نمودارهای موجود در پایان نامه ها..........................................................................................................................120
4-2-21) وضعیت نوع نمودار در پایان نامه ها..................................................................................................................................................122
4-2-22) وضعیت تعداد جداول موجود در پایان نامه ها................................................................................................................................124
4-2-23) وضعیت نوع ضمیمه...............................................................................................................................................................................126
4-2-24) نوع محدودیت های موجود در پایان نامه ها....................................................................................................................................128
4-2-25) نوع پیشنهادات موجود در پایان نامه ها............................................................................................................................................130
4-2-26) وضعیت تعداد منابع فارسی در پایان نامه ها...................................................................................................................................132
4-2-27) وضعیت تعداد منابع انگلیسی در پایان نامه ها................................................................................................................................134
4-3) توصیف متغیرهای روش شناسی................................................................................................................................................................136
4-3-1) وضعیت نوع هدف در پایان نامه ها.......................................................................................................................................................136
4-3-2) جامعه آماری..............................................................................................................................................................................................138
4-3-3) تعداد حجم نمونه در پایان نامه ها........................................................................................................................................................142
4-3-4) شیوه جمع آوری داده ها.........................................................................................................................................................................144
4-3-5) وضعیت نوع داده در پایان نامه ها........................................................................................................................................................146
4-3-6) روش تحقیق پایان نامه ها......................................................................................................................................................................148
4-3-7) وضعیت روش نمونه گیری جامعه آماری.............................................................................................................................................150
4-3-8) روش گردآوری داده ها............................................................................................................................................................................152
4-3-9) ابزار مورد استفاده برای جمع آوری داده ها........................................................................................................................................154
4-3-10) فرمول به دست آوردن حجم نمونه....................................................................................................................................................156
4-3-11) نرم افزار مورد استفاده برای تجزیه و تحلیل داده ها......................................................................................................................158
4-3-12) میزان ضریب آلفای پایایی....................................................................................................................................................................160
4-4) توصیف ساختار فیزیکی پایان نامه ها........................................................................................................................................................162
4-4-1) چاپ مشخصات روی جلد (فارسی) .....................................................................................................................................................163
4-4-2) چاپ مشخصات پشت جلد (انگلیسی) ................................................................................................................................................163
4-4-3) صفحه عنوان فارسی.................................................................................................................................................................................164
4-4-4) صفحه عنوان انگلیسی..............................................................................................................................................................................165
4-4-5) صفحه چکیده فارسی...............................................................................................................................................................................166
4-4-6) صفحه چکیده انگلیسی............................................................................................................................................................................167
4-4-7) صفحه تقدیم..............................................................................................................................................................................................168
4-4-8) صفحه تشکر...............................................................................................................................................................................................169
4-4-9) صفحه گواهی دفاع...................................................................................................................................................................................170
4-4-10) صفحه ارزشیابی......................................................................................................................................................................................171
4-4-11) صفحه تعهد اصالت پایان نامه.............................................................................................................................................................172
4-4-12) صفحه منشور اخلاقی............................................................................................................................................................................173
4-4-13) صفحه ضمیمه........................................................................................................................................................................................174
فصل پنجم: بحث و نتیجه گیری
5-1) مقدمه ..............................................................................................................................................................................................................176
5-2) خلاصه تحقیق................................................................................................................................................................................................177
5-3) یافته های تحقیق...........................................................................................................................................................................................178
5-3-1) بخش اول: توصیف متغیرهای کلی.......................................................................................................................................................178
5-3-1-1) تعداد کل پایان نامه ها.......................................................................................................................................................................178
5-3-1-2) قلمرو موضوعی.....................................................................................................................................................................................178
5-3-1-3) قلمرو مکانی..........................................................................................................................................................................................179
5-3-1-4) جنسیت پژوهشگران...........................................................................................................................................................................179
5-3-1-5) وضعیت هدایت پایان نامه ها توسط استاد راهنما....................................................................................................................... 179
5-3-1-6) وضعیت هدایت پایان نامه ها توسط استاد مشاور....................................................................................................................... 180
5-3-1-7) وضعیت تاریخ دفاع پایان نامه ها......................................................................................................................................................180
5-3-1-8) وضعیت تعداد نویسندگان در پایان نامه ها....................................................................................................................................180
5-3-1-9) رنگ جلد پایان نامه ها.......................................................................................................................................................................181
5-3-1-10) تعداد صفحات کل پایان نامه........................................................................................................................................................ 181
5-3-1-11) تعداد صفحات بخش مقدمه و بیان مسئله.................................................................................................................................182
5-3-1-12) تعداد صفحات فصل دو....................................................................................................................................................................182
5-3-1-13) تعداد صفحات فصل پنج.................................................................................................................................................................182
5-3-1-14) تعداد صفحات بخش ضمیمه..........................................................................................................................................................183
5-3-1-15) تعداد کلید واژه..................................................................................................................................................................................183
5-3-1-16) تعداد کلید واژه مورد استفاده در عنوان پایان نامه....................................................................................................................183
5-3-1-17) تعداد اهداف تحقیق.........................................................................................................................................................................184
5-3-1-18) تعداد فرضیه تحقیق.........................................................................................................................................................................184
5-3-1-19) تعداد سوال تحقیق...........................................................................................................................................................................184
5-3-1-20) وضعیت تعداد نمودارهای موجود در پایان نامه ها....................................................................................................................185
5-3-1-21) وضعیت نوع نمودار در پایان نامه ها.............................................................................................................................................185
5-3-1-22) وضعیت تعداد جداول در پایان نامه ها.........................................................................................................................................185
5-3-1-23) وضعیت نوع ضمیمه.........................................................................................................................................................................186
5-3-1-24) نوع محدودیت های موجود در پایان نامه ها...............................................................................................................................186
5-3-1-25) نوع پیشنهادهای موجود در پایان نامه ها....................................................................................................................................186
5-3-1-26) وضعیت تعداد منابع فارسی در پایان نامه ها..............................................................................................................................187
5-3-1-27) وضعیت تعداد منابع انگلیسی در پایان نامه ها...........................................................................................................................187
5-3-2) توصیف متغیرهای روش شناسی...........................................................................................................................................................187
5-3-2-1) وضعیت نوع هدف در پایان نامه ها..................................................................................................................................................187
5-3-2-2) جامعه آماری........................................................................................................................................................................................188
5-3-2-3) تعداد حجم نمونه در پایان نامه ها...................................................................................................................................................188
5-3-2-4) شیوه جمع آوری داده ها...................................................................................................................................................................188
5-3-2-5) وضعیت نوع داده در پایان نامه ها.................................................................................................................................................. 189
5-3-2-6) روش تحقیق پایان نامه ها.................................................................................................................................................................189
5-3-2-7) وضعیت روش نمونه گیری جامعه آماری........................................................................................................................................189
5-3-2-8) روش گردآوری داده ها.......................................................................................................................................................................190
5-3-2-9) ابزار مورد استفاده برای جمع آوری داده ها...................................................................................................................................190
5-3-2-10) فرمول به دست آوردن حجم نمونه...............................................................................................................................................190
5-3-2-11) نرم افزار مورد استفاده برای تجزیه و تحلیل داده ها ...............................................................................................................191
5-3-2-12) میزان ضریب آلفای پایایی..............................................................................................................................................................191
5-3-3) توصیف ساختار فیزیکی پایان نامه ها..................................................................................................................................................192
5-4) بحث و نتیجه گیری......................................................................................................................................................................................192
5-5) نتیجه گیری....................................................................................................................................................................................................212
5-6) پیشنهادات برخاسته از تحقیق....................................................................................................................................................................213
5-7) پیشنهادات برای تحقیقات آینده................................................................................................................................................................215
منابع.............................................................................................................................................................................................................................217
پیوست.........................................................................................................................................................................................................................227
فهرست جداول
جدول 2-1) مواد اداری و فنی لحاظ شده در مقررات تدوین پایاننامه و یا رساله به ترتیب الفبایی.......................................................30
جدول 2-2) برنامه زمانبندی مراحل مختلف پایان نامه.....................................................................................................................................32
جدول 2-3) تنظیم گزارش نهایی تحقیقات بر اساس الگوی اقتباس از A.P.A..........................................................................................34
جدول 2-4) سی معیار ارائه شده توسط برینکرهوف (1981) .........................................................................................................................43
جدول 2-5) پژوهشهای داخلی انجام شده در زمینهی بررسی پایاننامهها..................................................................................................62
جدول 2-5) پژوهشهای خارجی انجام شده در زمینهی بررسی پایاننامهها................................................................................................65
جدول 3-1) توزیع فراوانی بر اساس تعداد پایاننامهها تا نیمهی مهرماه 1392...........................................................................................69
جدول 4-1) توزیع فراوانی بر اساس تعداد پایان نامه ها در دانشگاه های استان..........................................................................................74
جدول 4-2) توزیع فراوانی بر اساس قلمرو موضوعی مجموع پایان نامه ها....................................................................................................75
جدول 4-3) توزیع فراوانی بر اساس قلمرو موضوعی، در دانشگاه های مختلف ...........................................................................................76
جدول 4-4) توزیع فراوانی بر اساس قلمرو مکانی مجموع پایان نامه ها.........................................................................................................77
جدول 4-5) توزیع فراوانی بر اساس قلمرو مکانی در دانشگاه های مختلف...................................................................................................78
جدول 4-6) توزیع فراوانی بر اساس جنسیت پژوهشگر در مجموع پایان نامه ها.........................................................................................79
جدول 4-7) توزیع فراوانی بر اساس جنسیت پژوهشگر در دانشگاه های مختلف........................................................................................80
جدول 4-8) توزیع فراوانی بر اساس نقش استاد راهنما در مجموع پایان نامه ها.........................................................................................81
جدول 4-9) توزیع فراوانی بر اساس نقش استاد راهنما در دانشگاه های مختلف........................................................................................83
جدول 4-10) توزیع فراوانی بر اساس نقش استاد مشاور در مجموع پایان نامه ها.......................................................................................86
جدول 4-11) توزیع فراوانی بر اساس نقش استاد مشاور در دانشگاه های مختلف......................................................................................88
جدول 4-12) توزیع فراوانی بر اساس وضعیت دفاع در مجموع پایان نامه ها...............................................................................................92
جدول 4-13) توزیع فراوانی بر اساس وضعیت دفاع در دانشگاه های مختلف...............................................................................................93
جدول 4-14) توزیع فراوانی بر اساس تعداد نویسندگان در مجموع پایان نامه ها........................................................................................96
جدول 4-15) توزیع فراوانی بر اساس تعداد نویسندگان در مجموع پایان نامه ها........................................................................................97
جدول 4-16) توزیع فراوانی بر اساس رنگ جلد در مجموع پایان نامه ها......................................................................................................98
جدول 4-17) توزیع فراوانی بر اساس رنگ جلد در دانشگاه های مختلف.....................................................................................................99
جدول 4-18) توزیع فراوانی بر اساس تعداد صفحات کل، در مجموع پایان نامه ها..................................................................................100
جدول 4-19) توزیع فراوانی بر اساس تعداد صفحات کل، در دانشگاه های مختلف.................................................................................101
جدول 4-20) توزیع فراوانی بر اساس تعداد صفحات مقدمه و بیان مسئله در مجموع پایان نامه ها....................................................102
جدول 4-21) توزیع فراوانی بر اساس تعداد صفحات مقدمه و بیان مسئله، در دانشگاه های مختلف..................................................103
جدول 4-22) توزیع فراوانی بر اساس تعداد صفحات فصل دو، در مجموع پایان نامه ها.........................................................................104
جدول 4-23) توزیع فراوانی بر اساس تعداد صفحات فصل دو، در دانشگاه های مختلف.......................................................................105
جدول 4-24) توزیع فراوانی بر اساس تعداد صفحات فصل پنج، در مجموع پایان نامه ها.......................................................................106
جدول 4-25) توزیع فراوانی بر اساس تعداد صفحات فصل پنج، در دانشگاه های مختلف......................................................................107
جدول 4-26) توزیع فراوانی بر اساس تعداد صفحات ضمیمه، در مجموع پایان نامه ها..........................................................................108
جدول 4-27) توزیع فراوانی بر اساس تعداد صفحات ضمیمه، در دانشگاه های مختلف..........................................................................109
جدول 4-28) توزیع فراوانی بر اساس تعداد کلید واژه در مجموع پایان نامه ها........................................................................................110
جدول 4-29) توزیع فراوانی بر اساس تعداد کلید واژه، در دانشگاه های مختلف.......................................................................................111
جدول 4-30) توزیع فراوانی بر اساس تعداد کلید واژه مورد استفاده در عنوان مجموع پایان نامه ها...................................................112
جدول 4-31) توزیع فراوانی بر اساس تعداد کلید واژه مورد استفاده در عنوان، در دانشگاه های مختلف...........................................113
جدول 4-32) توزیع فراوانی بر اساس تعداد اهداف تحقیق، در مجموع پایان نامه ها..............................................................................114
جدول 4-33) توزیع فراوانی بر اساس تعداد اهداف تحقیق، در دانشگاه های مختلف..............................................................................115
جدول 4-34) توزیع فراوانی بر اساس تعداد فرضیه تحقیق، در مجموع پایان نامه ها..............................................................................116
جدول 4-35) توزیع فراوانی بر اساس تعداد اهداف تحقیق، در دانشگاه های مختلف..............................................................................117
جدول 4-36) توزیع فراوانی بر اساس تعداد سوال تحقیق، در مجموع پایان نامه ها................................................................................118
جدول 4-37) توزیع فراوانی بر اساس تعداد سوال تحقیق، در دانشگاه های مختلف................................................................................119
جدول 4-38) توزیع فراوانی بر اساس تعداد نمودار، در مجموع پایان نامه ها............................................................................................120
جدول 4-39) توزیع فراوانی بر اساس تعداد نمودار، در دانشگاه های مختلف............................................................................................121
جدول 4-40) توزیع فراوانی بر اساس نوع نمودار، در مجموع پایان نامه ها................................................................................................122
جدول 4-41) توزیع فراوانی بر اساس نوع نمودار، در دانشگاه های مختلف................................................................................................123
جدول 4-42) توزیع فراوانی بر اساس تعداد جدول، در مجموع پایان نامه ها............................................................................................124
جدول 4-43) توزیع فراوانی بر اساس تعداد جدول، در دانشگاه های مختلف............................................................................................125
جدول 4-44) توزیع فراوانی بر اساس نوع ضمیمه، در مجموع پایان نامه ها..............................................................................................126
جدول 4-45) توزیع فراوانی بر اساس نوع ضمیمه، در دانشگاه های مختلف.............................................................................................127
جدول 4-46) توزیع فراوانی بر اساس نوع محدودیت، در مجموع پایان نامه ها.........................................................................................128
جدول 4-47) توزیع فراوانی بر اساس نوع محدودیت، در دانشگاه های مختلف........................................................................................129
جدول 4-48) توزیع فراوانی بر اساس نوع پیشنهاد، در مجموع پایان نامه ها............................................................................................130
جدول 4-49) توزیع فراوانی بر اساس نوع پیشنهاد، در دانشگاه های مختلف............................................................................................131
جدول 4-50) توزیع فراوانی بر اساس تعداد منابع فارسی، در مجموع پایان نامه ها.................................................................................132
جدول 4-51) توزیع فراوانی بر اساس تعداد منابع فارسی، در دانشگاه های مختلف................................................................................133
جدول 4-52) توزیع فراوانی بر اساس تعداد منابع انگلیسی، در مجموع پایان نامه ها.............................................................................134
جدول 4-53) توزیع فراوانی بر اساس تعداد منابع فارسی، در دانشگاه های مختلف................................................................................135
جدول 4-54) توزیع فراوانی بر اساس نوع هدف، در مجموع پایان نامه ها..................................................................................................136
جدول 4-55) توزیع فراوانی بر اساس نوع هدف، در دانشگاه های مختلف.................................................................................................137
جدول 4-56) توزیع فراوانی بر اساس جامعه آماری، در مجموع پایان نامه ها...........................................................................................138
جدول 4-57) توزیع فراوانی بر اساس جامعه آماری، در دانشگاه های مختلف...........................................................................................139
جدول 4-58) توزیع فراوانی بر اساس حجم نمونه، در مجموع پایان نامه ها..............................................................................................142
جدول 4-59) توزیع فراوانی بر اساس حجم نمونه، در دانشگاه های مختلف..............................................................................................143
جدول 4-60) توزیع فراوانی بر اساس شیوه جمع آوری، در مجموع پایان نامه ها....................................................................................144
جدول 4-61) توزیع فراوانی بر اساس شیوه جمع آوری، در دانشگاه های مختلف....................................................................................145
جدول 4-62) توزیع فراوانی بر اساس نوع داده، در مجموع پایان نامه ها....................................................................................................146
جدول 4-63) توزیع فراوانی بر اساس نوع داده، در دانشگاه های مختلف....................................................................................................147
جدول 4-64) توزیع فراوانی بر اساس روش تحقیق، در مجموع پایان نامه ها............................................................................................148
جدول 4-65) توزیع فراوانی بر اساس روش تحقیق، در دانشگاه های مختلف...........................................................................................149
جدول 4-66) توزیع فراوانی بر اساس روش نمونه گیری، در مجموع پایان نامه ها...................................................................................150
جدول 4-67) توزیع فراوانی بر اساس روش نمونه گیری، در دانشگاه های مختلف..................................................................................151
جدول 4-68) توزیع فراوانی بر اساس روش گردآوری داده ها، در مجموع پایان نامه ها.........................................................................152
جدول 4-69) توزیع فراوانی بر اساس روش گردآوری داده، در دانشگاه های مختلف..............................................................................153
جدول 4-70) توزیع فراوانی بر اساس ابزار مورد استفاده، در مجموع پایان نامه ها..................................................................................154
جدول 4-71) توزیع فراوانی بر اساس ابزار مورد استفاده، در دانشگاه های مختلف..................................................................................155
جدول 4-72) توزیع فراوانی بر اساس فرمول حجم نمونه، در مجموع پایان نامه ها.................................................................................156
جدول 4-73) توزیع فراوانی بر اساس فرمول حجم نمونه، در دانشگاه های مختلف................................................................................157
جدول 4-74) توزیع فراوانی بر اساس نرم افزار، در مجموع پایان نامه ها....................................................................................................158
جدول 4-75) توزیع فراوانی بر اساس نرم افزار، در دانشگاه های مختلف...................................................................................................159
جدول 4-76) توزیع فراوانی بر اساس میزان آلفا، در مجموع پایان نامه ها.................................................................................................160
جدول 4-77) توزیع فراوانی بر اساس میزان آلفا، در دانشگاه های مختلف.................................................................................................161
جدول 4-78) توزیع فراوانی بر اساس چاپ مشخصات روی جلد، در مجموع پایان نامه ها....................................................................162
جدول 4-79) توزیع فراوانی بر اساس چاپ مشخصات روی جلد، در دانشگاه های مختلف....................................................................162
جدول 4-80) توزیع فراوانی بر اساس چاپ مشخصات پشت جلد، در مجموع پایان نامه ها...................................................................163
جدول 4-81) توزیع فراوانی بر اساس چاپ مشخصات پشت جلد، در دانشگاه های مختلف..................................................................163
جدول 4-82) توزیع فراوانی بر اساس صفحه عنوان فارسی، در مجموع پایان نامه ها..............................................................................164
جدول 4-83) توزیع فراوانی بر اساس صفحه عنوان فارسی، در دانشگاه های مختلف..............................................................................164
جدول 4-84) توزیع فراوانی بر اساس صفحه عنوان انگلیسی، در مجموع پایان نامه ها...........................................................................165
جدول 4-85) توزیع فراوانی بر اساس صفحه عنوان انگلیسی ، در دانشگاه های مختلف.........................................................................165
جدول 4-86) توزیع فراوانی بر اساس صفحه چکیده فارسی، در مجموع پایان نامه ها.............................................................................166
جدول 4-87) توزیع فراوانی بر اساس صفحه چکیده فارسی، در دانشگاه های مختلف............................................................................166
جدول 4-88) توزیع فراوانی بر اساس صفحه چکیده انگلیسی، در مجموع پایان نامه ها.........................................................................167
جدول 4-89) توزیع فراوانی بر اساس صفحه چکیده انگلیسی، در دانشگاه های مختلف.........................................................................167
جدول 4-90) توزیع فراوانی بر اساس صفحه تقدیم، در مجموع پایان نامه ها...........................................................................................168
جدول 4-91) توزیع فراوانی بر اساس صفحه تقدیم ، در دانشگاه های مختلف.........................................................................................168
جدول 4-92) توزیع فراوانی بر اساس صفحه تشکر ، در مجموع پایان نامه ها...........................................................................................169
جدول 4-93) توزیع فراوانی بر اساس صفحه تشکر ، در دانشگاه های مختلف..........................................................................................169
جدول 4-94) توزیع فراوانی بر اساس صفحه گواهی دفاع ، در مجموع پایان نامه ها...............................................................................170
جدول 4-95) توزیع فراوانی بر اساس صفحه گواهی دفاع، در دانشگاه های مختلف................................................................................170
جدول 4-96) توزیع فراوانی بر اساس صفحه ارزشیابی، در مجموع پایان نامه ها......................................................................................171
جدول 4-97) توزیع فراوانی بر اساس صفحه ارزشیابی، در دانشگاه های مختلف.....................................................................................171
جدول 4-98) توزیع فراوانی بر اساس صفحه تعهد اصالت ، در مجموع پایان نامه ها...............................................................................172
جدول 4-99) توزیع فراوانی بر اساس صفحه تعهد اصالت، در دانشگاه های مختلف................................................................................172
جدول 4-100) توزیع فراوانی بر اساس صفحه منشور اخلاقی ، در مجموع پایان نامه ها.......................................................................173
جدول 4-101) توزیع فراوانی بر اساس صفحه منشور اخلاقی، در دانشگاه های مختلف.........................................................................173
جدول 4-102) توزیع فراوانی بر اساس صفحه ضمیمه، در مجموع پایان نامه ها.....................................................................................174
جدول 4-103) توزیع فراوانی بر اساس صفحه ضمیمه، در دانشگاه های مختلف.....................................................................................174
فهرست شکل ها و نمودارها
نمودار 4-1) فراوانی بر اساس تعداد پایان نامه ها در دانشگاه های استان......................................................................................................74
نمودار 4-2) فراوانی بر اساس قلمرو موضوعی مجموع پایان نامه ها..............................................................................................................75
نمودار 4-3) فراوانی بر اساس قلمرو موضوعی پایان نامه های دانشگاه مازندران.........................................................................................76
نمودار 4-4) فراوانی بر اساس قلمرو مکانی مجموع پایان نامه ها...................................................................................................................77
نمودار 4-5) فراوانی بر اساس قلمرو مکانی در دانشگاه های مختلف.............................................................................................................78
نمودار 4-6) فراوانی بر اساس جنسیت پژوهشگر در مجموع پایان نامه ها...................................................................................................79
نمودار 4-7) فراوانی بر اساس جنسیت پژوهشگر در دانشگاه های مختلف...................................................................................................80
نمودار 4-8) فراوانی بر اساس نقش استاد راهنما در مجموع پایان نامه ها...................................................................................................82
نمودار 4-9) فراوانی بر اساس نقش استاد راهنما در دانشگاه مازندران..........................................................................................................84
نمودار 4-10) فراوانی بر اساس نقش استاد راهنما در دانشگاه غیر انتفاعی شمال.....................................................................................84
نمودار 4-11) فراوانی بر اساس نقش استاد راهنما در دانشگاه آزاد ساری....................................................................................................85
نمودار 4-12) فراوانی بر اساس نقش استاد راهنما در دانشگاه آزاد آمل.......................................................................................................85
نمودار 4-13) فراوانی بر اساس نقش استاد مشاور در مجموع پایان نامه ها..................................................................................................87
نمودار 4-14) فراوانی بر اساس نقش استاد مشاور در دانشگاه مازندران.........................................................................................................90
نمودار 4-15) فراوانی بر اساس نقش استاد مشاور در دانشگاه غیرانتفاعی شمال.......................................................................................90
نمودار 4-16) فراوانی بر اساس نقش استاد مشاور در دانشگاه آزاد ساری......................................................................................................91
نمودار 4-17) فراوانی بر اساس نقش استاد مشاور در دانشگاه آزاد آمل.........................................................................................................91
نمودار 4-18) فراوانی بر اساس وضعیت دفاع در مجموع پایان نامه ها.........................................................................................................92
نمودار 4-19) فراوانی بر اساس وضعیت دفاع در دانشگاه مازندران..................................................................................................................94
نمودار 4-20) فراوانی بر اساس وضعیت دفاع در دانشگاه غیر انتفاعی شمال................................................................................................94
نمودار 4-21) فراوانی بر اساس وضعیت دفاع در دانشگاه آزاد ساری..............................................................................................................95
نمودار 4-22) فراوانی بر اساس وضعیت دفاع در دانشگاه آزاد آمل..................................................................................................................95
نمودار 4-23) فراوانی بر اساس تعداد نویسندگان در مجموع پایان نامه ها..................................................................................................96
نمودار 4-24) فراوانی بر اساس تعداد نویسندگان در دانشگاه های مختلف...................................................................................................97
نمودار 4-25) فراوانی بر اساس رنگ جلد در مجموع پایان نامه ها.................................................................................................................98
نمودار 4-26) فراوانی بر اساس رنگ جلد در دانشگاه های مختلف.................................................................................................................99
نمودار 4-27) فراوانی بر اساس تعداد صفحات کل در مجموع پایان نامه ها..............................................................................................100
نمودار 4-28) فراوانی بر اساس تعداد صفحات کل در دانشگاه های مختلف..............................................................................................101
نمودار 4-29) فراوانی بر اساس تعداد صفحات مقدمه و بیان مسئله در مجموع پایان نامه ها...............................................................102
نمودار 4-30) فراوانی بر اساس تعداد صفحات مقدمه و بیان مسئله، در دانشگاه های مختلف..............................................................103
نمودار 4-31) فراوانی بر اساس تعداد صفحات فصل دو در مجموع پایان نامه ها......................................................................................104
نمودار 4-32) فراوانی بر اساس تعداد صفحات فصل دو در دانشگاه های مختلف.....................................................................................105
نمودار 4-33) فراوانی بر اساس تعداد صفحات فصل پنج در مجموع پایان نامه ها....................................................................................106
نمودار 4-34) فراوانی بر اساس تعداد صفحات فصل پنج در دانشگاه های مختلف...................................................................................107
نمودار 4-35) فراوانی بر اساس تعداد صفحات ضمیمه در مجموع پایان نامه ها.......................................................................................108
نمودار 4-36) فراوانی بر اساس تعداد صفحات ضمیمه در دانشگاه های مختلف.......................................................................................109
نمودار 4-37) فراوانی بر اساس تعداد کلید واژه، در مجموع پایان نامه ها..................................................................................................110
نمودار 4-38) فراوانی بر اساس تعداد کلید واژه، در دانشگاه های مختلف..................................................................................................111
نمودار 4-39) فراوانی بر اساس تعداد کلید واژه مورد استفاده در عنوان مجموع پایان نامه ها..............................................................112
نمودار 4-40) فراوانی بر اساس تعداد کلید واژه مورد استفاده در عنوان در دانشگاه های مختلف........................................................113
نمودار 4-41) فراوانی بر اساس تعداد اهداف تحقیق، در مجموع پایان نامه ها..........................................................................................114
نمودار 4-42) فراوانی بر اساس تعداد اهداف تحقیق، در دانشگاه های مختلف..........................................................................................115
نمودار 4-43) فراوانی بر اساس تعداد فرضیه تحقیق، در مجموع پایان نامه ها..........................................................................................116
نمودار 4-44) فراوانی بر اساس تعداد فرضیه تحقیق، در دانشگاه های مختلف.........................................................................................117
نمودار 4-45) فراوانی بر اساس تعداد سوال تحقیق، در مجموع پایان نامه ها............................................................................................118
نمودار 4-46) فراوانی بر اساس تعداد سوال تحقیق، در دانشگاه های مختلف............................................................................................119
نمودار 4-47) فراوانی بر اساس تعداد نمودار، در مجموع پایان نامه ها........................................................................................................120
نمودار 4-48) فراوانی بر اساس تعداد نمودار، در دانشگاه های مختلف........................................................................................................121
نمودار 4-49) فراوانی بر اساس نوع نمودار، در مجموع پایان نامه ها...........................................................................................................122
نمودار 4-50) فراوانی بر اساس نوع نمودار، در دانشگاه های مختلف...........................................................................................................123
نمودار 4-51) فراوانی بر اساس تعداد جدول، در مجموع پایان نامه ها........................................................................................................124
نمودار 4-52) فراوانی بر اساس تعداد جدول، در دانشگاه های مختلف........................................................................................................125
نمودار 4-53) فراوانی بر اساس تعداد جدول، در مجموع پایان نامه ها........................................................................................................126
نمودار 4-54) فراوانی بر اساس نوع ضمیمه، در دانشگاه های مختلف.........................................................................................................127
نمودار 4-55) فراوانی بر اساس نوع محدودیت، در مجموع پایان نامه ها....................................................................................................128
نمودار 4-56) فراوانی بر اساس نوع محدودیت، در دانشگاه های مختلف....................................................................................................129
نمودار 4-57) فراوانی بر اساس نوع پیشنهاد، در مجموع پایان نامه ها........................................................................................................130
نمودار 4-58) فراوانی بر اساس نوع پیشنهاد، در دانشگاه های مختلف........................................................................................................131
نمودار 4-59) فراوانی بر اساس تعداد منابع فارسی، در مجموع پایان نامه ها............................................................................................132
نمودار 4-60) فراوانی بر اساس تعداد منابع فارسی، در دانشگاه های مختلف............................................................................................133
نمودار 4-61) فراوانی بر اساس تعداد منابع انگلیسی، در مجموع پایان نامه ها.........................................................................................134
نمودار 4-62) فراوانی بر اساس تعداد منابع انگلیسی، در دانشگاه های مختلف.........................................................................................135
نمودار 4-63) فراوانی بر اساس نوع هدف، در مجموع پایان نامه ها..............................................................................................................136
نمودار 4-64) فراوانی بر اساس نوع هدف، در دانشگاه های مختلف.............................................................................................................137
نمودار 4-65) فراوانی بر اساس جامعه آماری، در مجموع پایان نامه ها.......................................................................................................138
نمودار 4-66) فراوانی بر اساس جامعه آماری، در دانشگاه مازندران............................................................................................................ 140
نمودار 4-67) فراوانی بر اساس جامعه آماری، در دانشگاه غیرانتفاعی شمال............................................................................................140
نمودار 4-68) فراوانی بر اساس جامعه آماری، در دانشگاه آزاد ساری..........................................................................................................141
نمودار 4-69) فراوانی بر اساس جامعه آماری، در دانشگاه آزاد آمل..............................................................................................................141
نمودار 4-70) فراوانی بر اساس حجم نمونه، در مجموع پایان نامه ها.........................................................................................................142
نمودار 4-71) فراوانی بر اساس حجم نمونه، در دانشگاه های مختلف.........................................................................................................143
نمودار 4-72) فراوانی بر اساس شیوه جمع آوری، در مجموع پایان نامه ها................................................................................................144
نمودار 4-73) فراوانی بر اساس شیوه جمع آوری، در دانشگاه های مختلف...............................................................................................145
نمودار 4-74) فراوانی بر اساس نوع داده، در مجموع پایان نامه ها...............................................................................................................146
نمودار 4-75) فراوانی بر اساس نوع داده، در دانشگاه های مختلف...............................................................................................................147
نمودار 4-76) فراوانی بر اساس روش تحقیق، در مجموع پایان نامه ها.......................................................................................................148
نمودار 4-77) فراوانی بر اساس روش تحقیق، در دانشگاه های مختلف.......................................................................................................149
نمودار 4-78) فراوانی بر اساس روش نمونه گیری، در مجموع پایان نامه ها..............................................................................................150
نمودار 4-79) فراوانی بر اساس روش نمونه گیری، در دانشگاه های مختلف..............................................................................................151
نمودار 4-80) فراوانی بر اساس روش گردآوری داه ها، در مجموع پایان نامه ها.......................................................................................152
نمودار 4-81) فراوانی بر اساس روش گردآوری داده، در دانشگاه های مختلف..........................................................................................153
نمودار 4-82) فراوانی بر اساس ابزار مورد استفاده، در مجموع پایان نامه ها..............................................................................................154
نمودار 4-83) فراوانی بر اساس ابزار مورد استفاده، در دانشگاه های مختلف..............................................................................................155
نمودار 4-84) فراوانی بر اساس فرمول حجم نمونه، در مجموع پایان نامه ها.............................................................................................156
نمودار 4-85) فراوانی بر اساس فرمول حجم نمونه، در دانشگاه های مختلف............................................................................................157
نمودار 4-86) فراوانی بر اساس نرم افزار، در مجموع پایان نامه ها................................................................................................................158
نمودار 4-87) فراوانی بر اساس نرم افزار، در دانشگاه های مختلف...............................................................................................................159
نمودار 4-88) فراوانی بر اساس میزان آلفا، در مجموع پایان نامه ها.............................................................................................................160
نمودار 4-89) فراوانی بر اساس میزان آلفا، در دانشگاه های مختلف............................................................................................................161
792480106549فصل اول:
طرح تحقیق
00فصل اول:
طرح تحقیق

1-1) مقدمه
توسعهی علمی، صنعتی و فرهنگی هر کشور بدون پرداختن به امر پژوهش با موفقیت چندانی همراه نخواهد بود و در واقع پژوهش، موتور محرک پیشرفت و توسعه محسوب میشود. حتی اگر نشانههایی از توسعه بدون پرداختن به مبانی پژوهشی رخ دهد، آن توسعه مستمر و پایدار نخواهد بود و نمیتواند مسیر مطمئنی را طی کند. بنابراین پژوهش مبنای توسعه است و تضمینی برای استمرار توسعه به شمار میآید. همچنین به کار بستن نتایج پژوهشهای انجام شده در هر زمینه به بهبود راهکارها و روشهای معمول در زمینههای مورد نظر منجر می شود. البته بخش مهمی از این فعالیتهای پژوهشی از سوی مؤسسههای آموزش عالی و دانشگاهها انجام میگیرد که طلایهداران عرصهی مطالعات و پژوهشهای کشور هستند(نیکسیرت و بدری، 1392).
انجام پژوهش و تحقیق، از نشانه‌های اعتلای کشورها و یکی از مهم‌ترین عوامل توسعه محسوب می‌شود، چراکه موجب افزایش بهره‌وری در بخش‌های اقتصادی کشور خواهد شد. اگر امروز پژوهش را کم اهمیت فرض کرده و برای آن هزینه نکنیم، در آینده باید هزینه‌ی گزاف‌تری را متحمل شویم. مبنای قدرت و حیات در دنیای کنونی به میزان بهره‌مندی از علم و دانش باز میگردد. در جامعهی امروز فقیر و غنی بر اساس میزان بهره‌مندی از دانش در درجهی اول شکل میگیرد و نتیجهاش به میزان برخورداری از ثروت و قدرت میرسد.
در دنیای امروز هیچ راهی جز اندیشیدن به توسعهی علمی وجود ندارد وگرنه باید بپذیریم که روز به روز فقیرتر یا عقب ماندهتر شویم پس توسعهی علمی، هم یک امر ضروری و هم یک امر مطلوب است(بسطامی، 1384).
پژوهش مهم‌ترین شاخص جوامع برای رسیدن به جامعهی دانایی‌محور است و راهی برای به وجود آوردن فناوری، توسعه، پیشرفت و افزایش توان تولید و ارج نهادن به مقام پژوهشگران، شناسایی و طرح مشکلات آنان برای ارتقای سطح پژوهش جز الزامات به شمار می‌رود. پژوهش، نیروی محرکهی توسعهی همه‌جانبه و پایدار در ابعاد فرهنگ، اقتصاد، سیاست و جامعه است. علی‌رغم جایگاه رفیع پژوهش، این حوزه با دشواری‌های ساختاری و عملکردی فراوان مواجه است(امیری،1381).
یکی از روشهای پرورش محققان خوب، تشویق دانشجویان به نوشتن پایاننامههای پژوهشی است(کلاهی و همکاران،1382). چراکه نگارش پایاننامه مهم‌ترین بخش از زندگی دانشگاهی دانشجویان تحصیلات تکمیلی است(براوز، 2000).
نوشتن پایاننامه برای اکثر دانشجویان تحصیلات تکمیلی فعالیتی کاملا جدید است. پایان نامه نیازهای جدیدی را به وجود میآورد و تحقیقی است به مراتب بزرگتر از آن چیزی که دانشجویان تا آن زمان انجام داده اند. پایاننامه بر خلاف سایر مراحل تحصیل، نیاز به مطالعه مستقل و تلاش بیشتری دارد. ارزیابی پیوسته کمتری در آن وجود دارد و احتمالا طولانیترین نوشتهای است که دانشجویان تا آن زمان انجام داده اند(موری،2011).
«پایاننامه» شناسنامهی علمی محقق به حساب میآید که قابل تعویض، تصحیح و ابطال نیست. در واقع پایاننامه، تصویری است که بیانگر قالب مورد پذیرش دانشگاه در ارائهی نتایج یک پژوهش میباشد(دستجردی و همکاران، 1391).
پایاننامه در واقع آموزش دانش، مهارت و روششناسی تحقیق برای دانشجویان میباشد، بنابراین ضرورت دارد که چهارچوبی مناسب و یکنواخت برای ارائهی این واحد آموزشی، پژوهشی تهیه گردد. از طرف دیگر هر پایاننامه، الگویی برای سایر دانشجویان قلمداد میشود که به عنوان مرجعی در ساختار مرسوم دانشگاه به آن مراجعه میکنند، بنابراین وجود پایاننامههایی با کیفیت و محتوای مناسب برای راهنمایی در این خصوص احساس میشود(کلاهدوزان و همکاران، 1383).
1-2) بیان مسئله
کرت لوین (1993)، معتقد بود تحقیق و پژوهش مشکلات اجتماعی را از ریشه میخشکاند. به عقیدهی او، اگر لازم است نوعی پیشرفت در جهت حل معضلات اجتماعی صورت گیرد، باید دست به پژوهش زد، زیرا برنامههای پژوهشی، خاصیت تعییینکنندگی دارند.
دورههای تحصیلات تکمیلی در مقایسه با دوره‌های کارشناسی و قبل از آن که دورهی انتقال و آموزش است، دورهی زایندگی و تولید علم است. هر دانشجو در قالب پایاننامهی خود، یک پروژهی تحقیقاتی را به انجام می رساند که به صورت بالقوه میتواند در حل مسائل و معضلات علمی و فنی جامعه استفاده شود(نیک سیرت و بدری،1392).
یکی از فعالیت‌های تحقیقاتی دانشجویان در مقطع تحصیلات تکمیلی، انجام کار تحقیقاتی با عنوان «پایاننامه» می‌باشد. تدوین پایاننامه مجالی برای یادگیری در محیط واقعی است. از این رو می‌توان هر پایان‌نامه را انعکاس ‌دهنده‌ی بخشی از فرهنگ فکری و دانشگاهی یک جامعه فرض کرد. ضمن آنکه پایان‌نامه نشان دهنده‌ی توانایی‌های یادگیری، مهارت فنی و بهبود قدرت نگارش و تحلیل هر دانشجو است.
پایان‌نامه از مهمترین منابع اطلاعاتی است که به لحاظ مختلف از اهمیت علمی و پژوهشی خاصی برخوردار است. از طرفی اولین حرکت پژوهشی جدی دانشجویان در دورهی تحصیلات تکمیلی دانشگاهی است و از سوی دیگر نیز میتوان آن را به مثابهی کاری نهایی ارزیابی کرد زیرا همین فعالیت پژوهشی، برایند کل یافتههای دانشجو در طول دورهی تحصیلی است(حری،1378).
اکنون در کشور ما دانشجویان این دوره به واسطهی الزام به تدوین پایان‌نامه که فعالیتی پژوهشی قلمداد می‌شود، به ‌عنوان محقق جامعه محسوب می‌شوند.
بررسی مسائل مربوط به پایان‌نامههای کارشناسی ارشد از جهات متعددی از قبیل نیاز مبرم به دانش بیشتر در مورد علل و پویاییهای آسیبهای اجتماعی، نیاز به درک قوانین تغییر اجتماعی، نیاز به کشف راهحلهای کاربردی و علمی برای رفع آن مشکلات و نیاز به کشف قوانین کلی و عمومی که پدیدههای اجتماعی پیچیدهتر حائز اهمیت است. بر این اساس سالیانه صدها دانشجوی تحصیلات تکمیلی کشور، به تدوین پایان نامه‌های خود در حوزه‌های متفاوت رشته‌ی مدیریت ورزشی می‌پردازند. پایان نامه یکی از مهم‌ترین سرمایه‌های ملی است، ولی متأسفانه پژوهش‌های اندکی برای ارزیابی آن انجام شده است. البته این امر منحصر به ایران نیست و می‌توان گفت که این مسئله در سطح جهان قابل بررسی است. با این حال تاکنون ارزیابی‌های اندکی به صورت نظام یافته در مورد ویژگی‌های پایاننامه‌ها انجام پذیرفته است.
1-3) ضرورت تحقیق
امروزه نگارش و ارائه پایان نامه، حتی برای محققان با تجربه کاری چالش برانگیز است (لی، 2010). این کار چالش برانگیز نیازمند تلاش و صرف انرژی و وقت فراوان است تا محقق به یک نتیجه مطلوب برسد و نتیجه علمی محقق که در قالب تدوین پایان نامه نمایان می شود دارای کیفیت مناسب باشد.
وضعیت تدوین پایاننامهها میتواند انعکاسی از میزان توجه مسئولین دانشگاه، اساتید راهنما و دانشجویان به این واحد آموزشی، پژوهشی مهم باشد که به صورت تدریجی در جهتدهی به فعالیتهای علمی دانشگاه و کسب اعتبار علمی آن دخیل میباشد(آرکنا و میر، 2000). با توجه به اهمیت این موضوع، ارائهی صحیح، استاندارد و مدون پایاننامهها به عنوان گزارش یک پژوهش ضروری به نظر میرسد(دستجردی و همکاران،1391).
پایاننامههای دانشجویی از اهمیت خاصی برخوردار بوده و هرگونه توجه و دقت در امر پایاننامهنویسی و ارتقای کیفیت آنها در آیندهی تحقیقاتی کشور بسیار مفید خواهد بود(هیگینسون و کرنر، 1996). از طرفی ارزشگذاری و معیارسنجی شاخصهای کمی و کیفی علوم ورزشی مانند دیگر علوم برای حضور مؤثر در حیات علمی این رشته در کشور با توجه به این که در حال حاضر دانش علوم ورزشی به عنوان دانش میان رشته ای با انبوهی از دستاوردهای علمی و تخصصی روبرو است ضروری به نظر می رسد و طبقهبندی و ساماندهی این یافتهها موجب شکلگیری روند جدیدی در دانش فوق می شود(شریفی و همکاران،1391).
با توجه به این که پایاننامههای کارشناسی ارشد تربیت بدنی و علوم ورزشی بخش مهمی از تحقیقات انجام گرفته در حوزهی تربیتبدنی را تشکیل میدهند، شناخت و رفع مشکلات و مسائل موجود در این بخش اهمیت زیادی دارد(میزانی و همکاران،1392) و لزوم پیروی آنها از یک روش استاندارد برای استفادهی مناسب ضروری به نظر میرسد(منتخب و همکاران، 1388).
در مجامع علمی، پایاننامهها به عنوان نتایج تحقیقات دانشپژوهان در نظر گرفته میشود و هویت علمی دانشگاه در گرو ارزیابی همین اسناد است(کلاهدوزان و همکاران،1383). از طرفی همهساله مقادیر فراوانی از امکانات مالی دولت و قسمت اعظمی از نیرو، انرژی و وقت اعضای هیأت علمی و دانشجویان دانشگاه صرف انجام پایان نامه میشود(فیروزآبادی و همکاران، 1392). با توجه به این مهم، نقش و تأثیر غیرقابلتردید پایاننامه و رساله، در رشد علمی تحقیقات و محققان، لزوم توجه به کیفیت و کمیت آنها را دوچندان میکند. برای گام برداشتن صحیح به سوی پیشرفت حقیقی، بررسی کمی و ارزیابی تحقیقات امری ضروری است(خلجی و کشتی دار، 1381).
مهمترین هدف از انجام پژوهشها، استفادهی عملی از یافتههای آنها بوده و عدم کاربرد عملی یافتهها به نوعی اتلاف منابع محسوب میشود. برخی از یافتهها قابلیت کاربرد مستقیم دارند و برخی دیگر را صرفاً میتوان اشاعه داد و امیدوار بود که موجب افزایش دانش و مهارت و تغییر نگرش مخاطبان شود. لذا این تغییر نگرش در برنامهریزی و تصمیمگیری اثری مستقیم خواهد داشت. استفاده از یافتههای پژوهشی، نیازمند کوششی سازمان یافته است. امروزه پایان نامه هایی با موضوعات تکراری، مسئله مدار نبودن آثار و لغزش های روش شناختی از جمله مهمترین کاستی هایی است که در تولیدات علمی دانشگاه ها خودنمایی می کنند(منصوریان، 1392).
تحلیل و بررسی پایان نامه ها می تواند اطلاعات مختلفی که درون تعداد زیادی پایان نامه نهفته است را در اختیار علاقه مندان قرار دهد. در راستای این مهم، محققان در مطالعات مختلفی، ارزشیابی و بررسی نقاط قوت و ضعف پایاننامهها، هر چند سال یک بار، اقدام به رفع موانع موجود برای ارتقای کیفیت و مطلوبیت را پیشنهاد نموده اند(صادقی و همکاران، 1390)، (منتخب و همکاران، 1388)، (افتخاری و همکاران، 1392) و (علیشیری و همکاران، 1389)، (زرشناس و همکاران1391).
از آنجا که استان مازندران در دسترسی به زیرساخت‌های مناسب ارتباطی و نیز فاصله تا پایتخت، همراه با شرایط آب و هوایی معتدل، اراضی بسیار حاصلخیز، طبیعت گوناگون و مفرح ساحلی، دشتی، جنگلی و کوهستانی مساعد برای توسعهی صنعتهای مختلف و از جمله صنعت ورزش از شرایط مطلوبی برخوردار است و همچنین برخورداری از میراث فرهنگی غنی و بیشترین نرخ دانشآموختگان با تحصیلات دانشگاهی در میان استان‌های کشور و این که این استان باسوادترین استان کشور است.
کیفیت تحقیق و پژوهش در راستای استفاده از نتایج کاربردی تحقیقات در جهت آبادانی در زمینههای مختلف استان از جمله رشتههای دانشگاهی نظیر تربیتبدنی از اهمیت خاصی برخوردار است.
میزانی و همکاران(1390)، بیان کردند که داده های غیر واقعی می تواند به دلیل مشکلاتی در زمینه های دیگر موثر در تدوین پایان نامه از قبیل منابع اطلاعاتی و مالی و نظام بوروکراسی اداری دانشگاه باشد. زمانی که شرایط و امکانات موجود برای نوشتن پایان نامه نامناسب و دانشجو از این نظر تحت فشار باشد امکان این که به فکر تقلب بیفتد بیشتر است. نبود سازکارهای جلوگیری و برخورد با این پدیده مخرب در کشور نیز ممکن است در شیوع آن نقش داشته باشد. می بایست تدابیری برای جلوگیری از احتمال تقلب علمی دانشجویان و تشویق آن ها به پیروی از اخلاق پژوهشی اندیشیده شود.
با توجه به اهمیت پایاننامهها و هزینه، زمان و انرژی زیادی که صرف تهیهی آنها میشود، آگاهی از محتوا و شناسایی موضوعی آنها ضروری به نظر میرسد (نیکسیرت و بدری،1392) و نیز کمک به دانشجویان در انتخاب موضوعات کاربردی و هدفمند برای پایان نامه ها با آگاهی از پژوهش های پیشین مهم است. راهکارهایی همچون تهیه بانک اطلاعاتی مناسب از پایان نامه ها می تواند راهنمای مناسبی جهت انتخاب موضوعات جدید و غیر تکراری پایان نامه های دانشجویان باشد(رضا خانی مقدم و همکاران، 1390)، (شکفته و اکبری، 1387).
به طور قطع نتایج این تحقیق با توجه به ایجاد بانک اطلاعات موضوعی میتواند مرجعی برای راهنمایی دانشجو در توجه به جزئیات مهم در پایاننامه شود و ضمن پیشگیری از خستگی، سردرگمی، صرف هزینه و وقت فراوان، موجب بهبود در وضعیت تدوین پایاننامهها در موضوعات جدید، بررسی نشده و کاربردی را فراهم میآورد. به نظر می رسد زمانی که پایان نامه هایی با موضوعات مشابه وجود داشته باشد احتمال سوء استفاده از پایان نامه ها افزایش می یابد و از آنجایی که امروزه درون دانشگاهها، متأسفانه هدف اصلی اکثر دانشجویان اخذ مدرک شده و زمینههای جامعهپذیری علمی و فرهنگی ضعیف شده، تمایل به سوء رفتار علمی نیز بالا رفته است(ذاکر صالحی، 1389)، امید است در راستای کمک به دانشجویان در انتخاب موضوعات جدید، بتوان گام مثبتی در جلوگیری از این رفتار ناپسند برداشت.
با توجه به این که پژوهشهای انجام گرفته در سایر رشتهها نیز نشان میدهد که کاستیهای نگارشی و روشهای آماری از جمله موضوع های مورد توجه محققان بوده (شریفی و همکاران،1391) و تاکنون در داخل استان تحقیقی برای ارزیابی پایاننامههای «گرایش مدیریت ورزشی» در دانشگاههای هدف یافت نشده است، این پژوهش قصد جمعآوری اطلاعات کمی از مجموع پایاننامههای دفاع شده در مقطع کارشناسی ارشد رشتهی تربیت بدنی، گرایش مدیریت ورزشی در دانشگاه های استان مازندران را داشته است. به همین منظور تحقیق حاضر به تحلیل ساختاری و کمی پایاننامههای تربیتبدنی و علوم ورزشی، گرایش مدیریت ورزشی میپردازد.
1-4) اهداف پژوهش
1-4-1) هدف کلی
هدف کلی از این تحقیق، «تحلیل ساختاری پایاننامههای مدیریت ورزشی دانشگاههای استان مازندران از ابتدا تا نیمهی مهرماه سال 1392» میباشد.
1-4-2) اهداف اختصاصی
بررسی توزیع کل پایاننامهها در دانشگاههای منتخب استان مازندران.
بررسی توزیع زمینههای موضوعی گرایش مدیریت ورزشی در پایاننامهها.
بررسی توزیع جامعهی آماری تحقیقات انجام شده در پایاننامهها.
بررسی توزیع قلمرو مکانی (حوزهی جغرافیایی) در پایاننامهها.
بررسی توزیع روششناسی پایاننامهها از لحاظ انواع روشهای تحقیق، روشهای نمونهگیری، حجم نمونه، فرمول حجم نمونه، روش گردآوری و ابزار جمعآوری دادهها، میزان آلفا و نرمافزارهای مورد استفاده در پایاننامهها.
بررسی توزیع شیوهی جمعآوری اطلاعات، نوع دادهها، نوع هدف، نوع ضمیمه، نوع محدودیتها و پیشنهادات در تحقیقات انجام شده در پایاننامهها.
بررسی توزیع تعداد کلیدواژهها و تعداد کلیدواژههای مورد استفاده در عنوان تحقیقات انجام شده در پایاننامهها.
برررسی توزیع پایاننامهها به تفکیک سال، رنگ جلد، تعداد نویسندگان، استاد راهنما، استاد مشاور و جنسیت پژوهشگر.
بررسی توزیع تعداد صفحات بخشهای مختلف پایاننامهها (فصل دو، فصل پنج، ضمیمه و کل پایاننامه)
بررسی توزیع تعداد منابع فارسی و لاتین مورد استفاده در پایاننامهها.
بررسی توزیع تعداد فرضیهها، اهداف و سؤالها در تحقیقات انجام شده در پایاننامهها.
بررسی توزیع تعداد نمودار و جدول در تحقیقات انجام شده در پایاننامهها.
بررسی توزیع وضعیت کلی پایاننامهها از نظر ساختار فیزیکی.
ایجاد بانک اطلاعاتی موضوعی پایاننامههای دفاع شده در دانشگاههای استان، در راستای جلوگیری از تکرار موضوعات و نیز انتخاب موضوعات تحقیقاتی جدید و بررسی نشده.
15.بررسی سیر پیشرفت پایاننامهها (مقایسهی سال به سال) از ابتدا تاکنون.
1-5) سؤالهای تحقیق
1-5-1) سؤال اصلی
«وضعیت ساختاری پایاننامههای مدیریت ورزشی در دانشگاههای استان مازندران از ابتدا تا نیمهی مهرماه سال 1392» در چه وضعیتی قرار دارد؟
1-5-2) سؤالهای فرعی
توزیع تعداد کل پایاننامهها در دانشگاههای منتخب استان مازندران به چه نحوی میباشد؟
توزیع زمینههای موضوعی گرایش مدیریت ورزشی در تحقیقات انجام شده در پایاننامهها به چه نحوی میباشد؟
توزیع جامعهی آماری تحقیقات انجام شده در پایاننامهها به چه نحوی میباشد؟
توزیع قلمرو مکانی (حوزهی جغرافیایی) در پایاننامهها به چه نحوی میباشد؟
توزیع روششناسی پایاننامهها از لحاظ متغیرهای گوناگون به چه نحوی میباشد؟
توزیع شیوهی جمعآوری اطلاعات، نوع دادهها، نوع هدف، نوع ضمیمه، نوع محدودیتها به چه نحوی
میباشد؟
توزیع تعداد کلیدواژهها و تعداد کلیدواژههای مورد استفاده در عنوان پایاننامهها به چه نحوی میباشد؟
توزیع پایاننامهها به تفکیک سال، رنگ جلد، تعداد نویسندگان، جنسیت پژوهشگر، استاد راهنما و استاد مشاور به چه نحوی میباشد؟
توزیع تعداد صفحات بخشهای مختلف پایاننامهها به چه نحوی میباشد؟
توزیع تعداد منابع فارسی و لاتین مورد استفاده در پایاننامهها چگونه میباشد؟
توزیع تعداد فرضیهها، اهداف و سؤالها در تحقیقات انجام شده در پایاننامهها به چه نحوی میباشد؟
توزیع تعداد نمودار و جدول در تحقیقات انجام شده در پایان نامهها به چه نحوی میباشد؟
توزیع وضعیت کلی پایاننامهها از نظر ساختار فیزیکی به چه نحوی میباشد؟
بانک اطلاعات موضوعی پایاننامههای دفاع شده در دانشگاههای استان تا نیمهی مهر سال 1392 معطوف به چه عناوینی است؟
سیر پیشرفت پایاننامهها (مقایسهی سال به سال) تا نیمهی مهر سال 1392 چگونه بوده است؟
1-6) محدودهی تحقیق
در این تحقیق تنها پایاننامههایی که تا مهر 92 به اتمام رسیدهاند مورد بررسی قرار گرفته است، زیرا برخی از پایاننامهها بعد از این تاریخ به علت عدم تسویه حساب دانشجویان در دسترس قرار نداشتند.
در این تحقیق تنها پایان نامه هایی مورد بررسی قرار گرفته اند که اصل آن ها در زمان پژوهش در بخش پایان نامه ی کتابخانه دانشگاه های منتخب موجود بوده اند.
در این تحقیق تنها پایاننامههای مقطع کارشناسی ارشد مدیریت ورزشی مورد بررسی قرار میگیرند.
این تحقیق شامل پایاننامههایی است که در دانشگاههای استان مازندران انجام شدهاند.
این تحقیق شامل دانشگاههای علوم پزشکی نمیباشد.
دادههای این تحقیق در سال 1393 گردآوری شده است.
1-7) محدودیتهای غیرقابل کنترل
با توجه به این که برخی دادهها از نوشتههای درون پایاننامه اخذ شده است، بنابراین پژوهشگر به صراحت و صداقت نویسندگان پایاننامهها اعتماد کرده است.
برخی پایاننامهها که پس از تسویه حساب دانشجویان، به کتابخانهی دانشگاه تحویل داده نشده و یا به مدت طولانی به امانت رفته بودند، در دسترس محقق قرار نگرفت.
نارسایی نگارشی متون برخی از پایاننامهها و انتزاعی بودن برخی مفاهیم موجود در آنها ممکن است سبب اختلاف در برداشت شده باشد.
1-8) تعاریف اصطلاحاتپایاننامه
تعریف نظری: پایاننامه گزارشی است مکتوب به زبان فارسی یا غیر فارسی (در برخی رشتهها) که در آن دانشجو، نتایج بررسی و تحقیق خود را در یکی از حیطههای رشتهی تحصیلی مربوطه زیر نظر استاد راهنما انجام داده و ارائه می‌نماید (اسحاقیان، 1382).
تعریف عملیاتی: منظور از پایاننامه در تحقیق حاضر، پایاننامههایی است که توسط دانشجویان کارشناسی ارشد انجام شده و در کتابخانههای یکی از دانشگاههای هدف، در دسترس محقق قرار گرفته است.
درجهی پایاننامه
تعریف نظری: منظور مقطع تحصیلی میباشد که پایاننامه به منظور اتمام آن مقطع نوشته شده است (اسحاقیان، 1382).
تعریف عملیاتی: در اینجا پایاننامههایی مورد نظر میباشد که روی جلد آنها عنوان درجهی کارشناسی ارشد ذکر شده باشد.
گرایش مدیریت ورزشی
تعریف نظری: این رشته دارای حوزهی وسیع و طیف گستردهای میباشد و شامل گرایشهای مختلفی مانند: «مدیریت بازاریابی در ورزش، مدیریت اماکن و تأسیسات ورزشی، مدیریت اوقات فراغت و ورزش‌های تفریحی، مدیریت راهبردی در سازمان‌های ورزشی، مدیریت رسانه‌های ورزشی و مدیریت رویدادهای ورزشی» می باشد.
منظور رشته یا گرایشی می باشد که موضوع پایان نامه در حیطه های آن انتخاب شده باشد.
تعریف عملیاتی: در اینجا پایاننامههایی مورد نظر میباشد که روی جلد آنها گرایش مدیریت ورزشی ذکر شده باشد. در برخی از موارد هرچند عنوان گرایش یا رشتهی مدیریت ورزشی ذکر نشده بود اما محقق بر اساس حیطهی پژوهش انجام شده تصمیم به احتساب آن گرفته است.
998855242570جفصل دوم:ج
مبانی نظری
و مرور ادبیات پیشینه
00جفصل دوم:ج
مبانی نظری
و مرور ادبیات پیشینه

2-1) مقدمه
«تحقیق» و «پژوهش» یکی از عمده‌ترین عوامل رشد و توسعهی جوامع بشری است. متأسفانه با بررسی تحقیقات انجام شده در ایران و مقایسهی کمی و کیفی آنها با کشورهای توسعه‌یافته و در حال توسعه، اختلاف قابل توجهی از نظر شاخص‌های تحقیق دیده می‌شود(دندار و لوییز،1998). انجام تحقیقات و استفاده از یافته‌های پژوهشی بسان مغزی متفکر و توانمند، مدیریت دانشگاه را در تصمیم‌گیری و برنامه‌ریزی یاری می‌رساند. هدف اصلی از انجام تحقیقات در دانشگاه‌ها و صرف بودجه‌های پژوهشی و به‌کارگیری نیروی انسانی، بهبود کیفیت، کمک به تصمیم‌گیری مناسب، افزایش بهره‌وری و کارآیی سازمانی، اتخاذ راهبردهای مناسب، حل مشکلات و کارآفرینی است.


از این منظر پایان نامه به عنوان نتیجهی یک کار تحقیقاتی مورد توجه مخاطبان خود می باشد و توجه به کمیت و کیفیت آنها امری ضروری است و در واقع یکی از منابع مهم و با ارزش اطلاعات میباشند که به ویژه برای استفاده در کتابخانه‌های دانشگاهی از اهمیت خاصی برخوردارند. پژوهش تصویری است از قالب مورد پذیرش دانشگاه در ارائهی نتایج یک پژوهش میباشد. بررسی موضوعات پایاننامه در یک مقطع زمانی بیانگر خط سیر پژوهش دانشگاهی در همان مقطع است. پایاننامهها از بُعد اجتماعی میتوانند با انجام پژوهشهای کاربردی، حل مشکلات و مسائل مبتلا به جامعه در ابعاد مختلف را بر عهده گیرند.
بخشهای اصلی فصل دوم را مطالعات نظری و پژوهشی و ادبیات تحقیق تشکیل میدهند. در قسمت اول، مبانی نظری تحقیق با استفاده از منابع و مآخذ مختلف مورد بررسی قرار میگیرد؛ قسمت دوم نیز شامل نتایج تحقیقات انجام گرفته در داخل و خارج کشور در رابطه با بررسی و ارزیابی پایاننامهها میباشد.
با وجود این که در رابطه با پژوهش حاضر پیشینههای زیادی به خصوص در ارتباط با رشتهی تربیتبدنی و علوم ورزشی در داخل و خارج از کشور وجود ندارد، با این حال تلاش شده است تا تحقیقاتی را که مرتبط با تحقیق مورد نظر بوده و به نوعی در رابطه با پایاننامهها هستند، در این قسمت مطرح شوند.
2-2) مبانی نظری
2-2-1) تحقیق چیست؟
تحقیق ‌از نظر لغوی، یعنی رسیدگی کردن و به کُنه مطلبی پی بردن. واژهی تحقیق ‌از زبان عربی گرفته ‌شده ‌است و در فرهنگ معین به معنای درست کردن، رسیدن، بر رسیدن، پژوهش، رسیدگی، بررسی، مطالعه، حقیقت و واقعیت (فرهنگ فارسی، ذیل واژه ‌تحقیق). تحقیق کوشش منظمی است که به منظور پاسخگویی به ‌یک ‌یا چند سؤال داده شده ‌است(بازرگان، 1382). خواجه نوری(1392) در کتاب روش تحقیق، تحقیق را بدین صورت تعریف می‌نماید: «مجموعه ‌اقداماتی که به کمک مشاهدات در جهان ظاهری برای کشف قسمتی از مشخصات جهان حقیقی انجام می‌گیرد».
طبق یک تعریف کلاسیک نیز تحقیق عبارت است از نوعی فعالیت آگاه‌ساز، پرسشگرانه‌ و چراجویانه برای دستیابی به پاسخ‌هایی مطلوب در خصوص موجودیت پدیده‌ای، امری یا حدوث حادثه‌ای و بالاخره شناخت و تفسیر ارتباط موجود بین عوامل مؤثر در کنش‌ها و واکنش‌ها از دیدگاههای مختلف است. دایره‏‎‏المعارف علوم‌ اجتماعی (1380)، تحقیق را اینگونه ‌تعریف می‌کند: «تحقیق، فعالیت فشرده‌ای ‌است که مستلزم کشف ‌اطلاعات جدید یا کشف روابط جدید در یک نظریه به منظور تعمیم دادن نتایج آن است. تاکمن، (1972) تحقیق را کوششی ‌نظام‌مند به ‌منظور فراهم کردن پاسخ به تعدادی سؤال تعریف ‌میکند. از نظر دلاور (1390)، تحقیق‌ مجموعه فعالیتهای منظمی ‌است که هدف آن کشف حقیقت یا رسیدن از علم ‌اندک به علم بیشتر است، خواه با آزمایش صرف و خواه با روش‌های دیگر و یا کاربرد روش علمی برای حل یک مسئله را تحقیق گویند(اسحاقیان،1382).
2-2-2) اهمیت تحقیقات
در فرآیند پیچیدهی علوم، فعالیتهای تحقیقاتی را میتوان به مثابهی بخشی از فعالیتهایی به حساب آورد که در دهههای اخیر، سخت مورد توجه قرار گرفته است و زیربنای نوآوریها و اقدامات مربوط به بهبود نظامهای آموزشی و تربیتی بوده و به عنوان یکی از پرجاذبهترین و بااهمیتترین عوامل به شمار رفته است. اینگونه فعالیتها در کشورهای مختلف جهان برای بررسی فرآیندهای آموزش و تربیت در ابعاد گوناگون آغاز گردیده و پژوهشگران بسیاری را مشغول کرده است. در نتیجه، مجموعهی قابل توجهی از روشها و اطلاعات مربوط به پژوهش گردآوری شده و در بسیاری از موقعیتها به کار گرفته شده است.
اغلب کشورهای جهان اعم از صنعتی یا در حال توسعه در دههی 1960 از رونق بیشتری در حوزهی تحقیق برخوردار بودهاند. ایجاد واحدهای تحقیقاتی در کنار دستگاهها و سازمانهای اجرایی و یا ایجاد مراکز تحقیقاتی وابسته به دانشگاهها، نمونهی بارزی از این کوششها بوده، اما در برخی از کشورها از جمله ایران این کوششها چندان موفقیتآمیز نبوده است (بازرگان، 1382). یکی از اصلیترین ارکان نظام تحقیقاتی، نظارت و ارزیابی تحقیقات است، زیرا در استحکام نظام و بهرهوری بیشتر از تحقیقات نقش بسیار تعیینکنندهای دارد. با اطمینان میتوان ادعا کرد بین تحقیقات و میزان پیشرفت حقیقی در هر کشور رابطهی مستقیمی وجود دارد. اهمیت و نقش تحقیقات در روند تحولات، توسعه و پیشرفتهای جوامع بشری از نیمهی دوم قرن بیستم، به طور مداوم در حال ارتقا و افزایش بوده است. در طی پنج سال اخیر تمامی کشورهای صنعتی و به تبع آن کشورهای موفق در حال توسعه با وقوف به نقش مهم و تعیینکنندهی تحقیقات در توسعهی بخشهای مختلف کشور، عمده توجه و اهتمام خود را در جهت تقویت و ارتقای سطح شاخصهای مختلف تحقیقات معطوف ساختهاند (قاضیزاده، 1376).
اما سؤالی که مطرح شدن آن در اینجا منطقی به نظر میرسد این است که چرا تحقیق و ارزشیابی در علوم تربیتی و رفتاری بجا و دارای اهمیت است؟
در پاسخ به این سؤال باید خاطرنشان کرد که در تصمیمگیری و ارزیابی آموزشی، تحقیق و ارزشیابی تنها راهی است که به کمک آن میتوان از بین تصمیمهای موجود، مناسبترین تصمیم را برای معتبر ساختن اصلاحات آموزشی و بنیانگذاری شیوههای مؤثر به عنوان سدی علیه نوآوریهای بیارزش و موقتی، انتخاب کرد. در حال حاضر، از طرفی بخش خصوصی و دولتی، بودجههای پژوهشی را بر اساس برنامهریزی خوب و روشهای ارزشیابی مناسب تأیید میکنند و از طرف دیگر، تأثیر نقطهنظرهای رفتارگرایی در علوم تربیتی و رفتاری موجب تأکید بر رفتارهای قابل مشاهده و عینی شده است. لازم به ذکر است که نفوذ تکنولوژی رایانه و روش سیستمی که به اطلاعات ورودی کمی نیاز دارند، موجب شده است که روابط و مفاهیم به صورت ریاضی و منطقی تعریف شوند. به همین علت، عملیات سیستمی بر اساس هدفهای نهایی شکل میگیرند. سهولت و توانایی کلی کامپیوتر در مرتب کردن، ذخیرهسازی و پردازش سریع و اقتصادی اطلاعات موجب شده است که تودهی عظیمی از اطلاعات با استفاده از روشهای پیچیدهی آماری مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرند(ایزاک، 1996).
یادآوری میشود که رشد علاقهی بخش صنعتی برای توسعه و گسترش مواد، ابزار و برنامههای آموزشی، سیمای جدیدی را برای ارزشیابی فراهم ساخته است. آمادگی مردم، تکنیکها و امکانات مالی به منظور برآورده ساختن نیازهای پژوهشی و ارزشیابی در موقعیتهای آموزشی و عملی نیز از دیگر دلایل این مهم میباشد. ضمن آن که پایداری یافتههای منفی یا بیحاصل در ادبیات پژوهشهای آموزشی موجب طرح سؤالهای جدی دربارهی اعتبار برنامههای آموزشی، هم از نقطه نظر قانونی و نوآوری و هم از نظر نکات اساسی و زیربنایی آنها شده است (ایزاک، 1996).
با این وجود باید اذعان نمود که در کشور ما و در شرایط رو به رشد کنونی، راه پیموده شده جز بخش کوچکی از مسیری که باید پیموده شود، به حساب نمیآید. لذا نه تنها نباید به آنچه تاکنون صورت گرفته بسنده نمود، بلکه باید به اینگونه فعالیتها به مثابهی امری پویا و ضروری نگرسیت. چراکه آیندهای که در پیش روی ماست ایجاب میکند تا با استفاده از تحقیقات علمی، قدمهای مؤثری در پیشرفت فناوری برداریم. به علاوه، جهت پیشبرد نظام آموزشی به عنوان زیربنای هرگونه توسعه ناگزیریم به تحقیقات آموزشی و تربیتی بیافزاییم(حری، 1371). بنابراین برای دستیابی به اهداف علمی، پیشرفت و توسعهی حقیقی، توجه به تحقیقات و توصیف و ارزیابی آنها ضروری مینماید. لازم به ذکر است، در رشتهی تربیتبدنی و علوم ورزشی بررسیهایی که تاکنون روی تحقیقات و به خصوص پایاننامهها انجام شده، بسیار محدود میباشند.
2-2-3)ویژگیهای تحقیق (دلاور، 1390)
از نظر تاکمن (1998)
تحقیق دارای فرایند معینی است؛ به این معنی که در اجرای آن از اصول و قواعد مشخصی استفاده میشود و منظم است یا به عبارت دیگر، تحقیق فعالیت منظمی تلقی میگردد.
در تحقیق، نظامی تعقیب میشود که در به کار بردن آن منطقی حکمفرماست، به همین دلیل تحقیق منطقی است.
تحقیق تجربی است؛ به عبارت دیگر، تحقیق بازگشت به واقعیت است.
تحقیق جنبهی تقلیلی دارد؛ به این معنی که محقق با استفاده از روشهای تجزیه و تحلیل، اطلاعات جمعآوری شده را در طبقههای معین و معناداری طبقه بندی می کند.
تحقیق قابل انتقال و تکرر است؛ یعنی که فرایند و روشهای تحقیق قابل تکرار و انتقال میباشد.
از نظر جان بست(2006)
هدف اصلی تحقیق، حل یک مسئله یا پاسخگویی به یک سؤال یا دستیابی به روابط علت و معلولی بین متغیرهای پژوهشی است.
تحقیق در صدد یافتن قوانین کلی است؛ به عبارت دیگر، هدف تحقیق مشاهده و درک الگوهای کلی رویدادها و روابط بین آنهاست.
تحقیق بر مشاهده و آزمایش تأکید دارد. فرضیهها و نظریهها برای آنکه مورد استفاده قرارگیرند، باید در جهان واقعی قابل مشاهده و آزمون باشند.
محقق به منظور جمعآوری اطلاعات و آزمودن فرضیه، از ابزار مختلف اندازهگیری استفاده میکند، اما مواقعی وجود دارد که نمیتوان با استفاده از ابزار، عمل اندازهگیری را انجام داد به همین دلیل در چنین شرایطی محقق از مشاهدهی دقیق برای توصیف روابط بین متغیرها استفاده میکند.
در تحقیق، محقق باید از جدیدترین منابع اطلاعاتی برای رسیدن به هدفهای تحقیقی خود استفاده کند.
در تحقیق، هدف خاصی وجود دارد که محقق تلاش میکند با جمعآوری اطلاعات مناسب به آنها دسترسی پیدا کند.
انجام تحقیق مستلزم داشتن مهارت لازم در زمینهی موضوع مورد تحقیق است.
تحقیق، فعالیتی عینی و منطقی است؛ به این معنی که محقق با رعایت اصول و ضوابط روشهای تحقیق، اطلاعات لازم را جمعآوری کرده و بدون هیچگونه تعصبی به نتیجهگیری میپردازد.
تحقیق به منظور حل مسائل بدون جواب یا سؤالهای بدون پاسخ انجام میشود؛ به عبارت دیگر، تحقیق نباید تکرار کار دیگران باشد و یا به حل مسائلی بپردازد که قبلاً به وسیلهی دیگران حل شده است.
وظیفهی محقق با خاتمه یافتن تحقیق به پایان نمیرسد، بلکه محقق موظف است با تهیهی گزارش دقیق، آنچه را که پیدا کرده به اطلاع عموم برساند.
انجام تحقیق مستلزم این است که محقق دارای برخی ویژگیها نظیر صداقت، شهامت و خلاقیت باشد.
2-2-4) انواع پروژههای تحقیقاتی
براساس هدف پژوهش ها به پژوهش های بنیادی و کاربردی تقسیم می شوند. بعضی از محققان نیز پژوهش ها را بر اساس هدف به سه دسته تقسیم می نمایند: تحقیق بنیادی، تحقیق کاربردی و تحقیق و توسعه. با عنایت به توضیحات زیر می توان گفت تحقیق و توسعه خود یک نوع تحقیق کاربردی است.
تحقیق بنیادی پژوهشی است که به کشف ماهیت اشیاء پدیده‌ها و روابط بین متغیرها، اصول، قوانین و ساخت یا آزمایش تئوری‌ها و نظریه‌ها می‌پردازد و به توسعه مرزهای دانش رشته علمی کمک می‌نماید. هدف اساسی این نوع پژوهش تبیین روابط بین پدیده ها، آزمون نظریه ها و افزودن به دانش موجود در یک زمینه خاص است. برای مثال "بررسی رابطه اعتماد و تعهد در روابط صنعتی" یک نمونه تحقیق بنیادی است. سطح گفتمان کلی و انتزاعی در حوزه یک علم است. تحقیق بنیادی می تواند نظری یا تجربی باشد. تحقیق بنیادی نظری از روش‌های استدلال عقلانی و قیاسی استفاده می‌کند و بر پایه مطالعات کتابخانه‌ای انجام می‌شود. تحقیق بنیادی تجربی از روش‌های استدلال استقرائی استفاده می‌کند و بر پایه روشهای میدانی انجام می‌شود.
تحقیق کاربردی پژوهشی است که با استفاده از نتایج تحقیقات بنیادی به منظور بهبود و به کمال رساندن رفتارها، روش‌ها، ابزارها، وسایل، تولیدات، ساختارها و الگوهای مورد استفاده جوامع انسانی انجام می‌شود. هدف تحقیق کاربردی توسعه دانش کاربردی در یک زمینه خاص است. در اینجا نیز سطح گفتمان انتزاعی و کلی اما در یک زمینه خاص است. برای مثال "بررسی میزان اعتماد مشتریان به سازمان فرضی" یک نوع تحقیق کاربردی است. (حافظ نیا،1392)
2-2-5) پژوهش چیست؟
در دنیای امروز، «دانایی» یکی از محورها و شاخصهای اصلی پیشرفت و تعالی هر جامعه محسوب میشود. سنجش سطح دانایی به میزان تولید و مصرف اطلاعات و گسترش دانایی به دسترسی سریع و آسان به منابع علمی موثق وابسته است. دانستههای ما یا از طریق مطالعهی منابع اطلاعاتی موجود حاصل میشود یا بر اساس پژوهش‌هایی که خود انجام میدهیم به دست میآید. اگر این دانستهها بر اساس نتایج پژوهش‌های قبلی باشد، در واقع به مصرف اطلاعات پرداخته شده و اگر مبتنی بر مشاهدات و تحلیلهای جاری باشد تلاش ما به تولید اطلاعات منجر شده است؛ بنابراین منبع اصلی تولید اطلاعات و دانش جدید در واقع حاصل فعالیتهای پژوهشی است که انجام میگیرد.
پژوهش کوششی است برای یافتن بهترین راه‌حل‌های ممکن در جهت حل مشکلات موجود در عرصههای مختلف زندگی و همچنین، پژوهش فعالیتی منسجم برای رسیدن به شناختی روشنتر از مفاهیم پیرامون ماست. در مجموع پژوهش راهی برای گسترش مرزهای دانش و گشودن افق‌های تازه برای آیندگان است. شخصی که به شیوههای گوناگون به انجام پژوهش میپردازد، پژوهشگر (محقق) نامیده میشود. پژوهشگر فردی است که با استفاده از روشهای علمی در صدد رسیدن به شناختی تازه از مسائل و مفاهیم مختلف است. او با استفاده از ابزارهای گوناگون به مشاهدهی دقیقتر و عمیقتر پدیدههای اطراف خود میپردازد. پژوهشگر با نگاهی نقادانه و موشکافانه به پیرامون خود مینگرد و برای رفع مشکلات جامعه و ارائهی بهترین راهکارهای عملی، اطلاعات موثقی را در اختیار متولیان امور قرار میدهد. پژوهش، موجب توصیف، پیش‌بینی، بهبود و تبیین امور و پدیدهها میشود(گال و همکاران، 2003).
پژوهش، به عنوان یکی از قوی‌ترین ابزارهای پرورش استعدادهای بالقوه، از مهم‌ترین مسائلی است که برنامه‌ریزان دانشگاهها باید به آن توجه داشته باشند(ظهور و فکری، 1382).
نکتهی کلیدی آن است که پژوهش یک «فرآیند» فعال و جهتدار است که این ویژگی آن را از جمع‌آوری منفعلانهی اطلاعات متمایز می‌‌سازد. در واقع منشأ پژوهش، فرضیه‌ای مشخص است که در طی مراحل پژوهش مدام در حال تکمیل، تفسیر و تجدید می‌باشد.
2-2-6) اهمیت و ضرورت پژوهش
پژوهش اصلی‌ترین نیروی محرکهی یک جامعه در مسیر ترقی بوده و از آن به عنوان یکی از شاخص‌های مهم رشد، نام برده می‌شود. در بُعد اقتصادی نیز پژوهش فعالیتی کاملاً ضروری، موجه و دارای بازدهی مثبت تلقی می‌شود زیرا مبنای نوآوری و زمینهساز تحول و تکامل وسایل و ابزارهای تولید است (حری، 1371).
نوع و سطح فعالیتهای پژوهشی، یکی از شاخصهای اصلی توسعه و پیشرفت محسوب میشود. موفقیت در تمام فعالیتهای مربوط به توسعهی صنایع، کشاورزی، خدمات و غیره به نحوی به گسترش فعالیتهای پژوهشی بستگی دارد. در واقع پژوهش یکی از محورهای مهمی است که ضامن پیشرفت و توسعهی پایدار در هر کشور به شمار میآید. اگر پژوهشی صورت نگیرد، دانش بشری افزایش نخواهد یافت و دچار سکون و رکود خواهد شد. بدون انجام پژوهش امور آموزشی نیز از پویایی و نشاط لازم نیز برخوردار نخواهد بود. همهی آنچه که به عنوان پیشرفت علوم در اعصار مختلف تاریخ میشناسیم، حاصل تلاش افرادی است که در کار خود رویکردی پژوهشی داشتهاند و ذهن پرسشگرشان همواره محرکی برای فعالیتهای پژوهشی آنان بوده است.
در کشور ما نیز پس از تشکیل سازمان‌های رسمی تحقیقاتی، از فعالیت‌های پژوهشی انتظار میرفت که نتایج این تحقیقات، پی ساخت تصمیم‌های پژوهشی قرار گیرد، اما شواهد موجود از جمله ‌اظهار نظرهای کارشناسی و نتایج یک تحقیق انجام شده‌ در این ‌زمینه‌، دال بر عدم‌ استفاده ‌از نتایج تحقیقات و داشتن دید تشریفاتی و زینتی نسبت ‌به سازوکار پژوهش است(حری، 1371).
2-2-7) دیدگاه اسلام نسبت به پژوهش و دانش
اسلام، دین اندیشه، عقل و دانش است. برای اثبات این مدعا دلیلی که به تنهایی کفایت میکند این است که پیامبر (صلیاللهعلیهوآله) برای اثبات رسالت خود هر چیزی که ارائه میکرد، به واسطهی اندیشه و عقل و دانش درک میشد. روشهای مختلفی که قرآن برای تشویق نمودن مردم به اندیشیدن در ملکوت آسمانها و زمین اتخاذ کرده، خود دلیل روشنی است بر این که عقل و دانش تا چه حد در نظر اسلام بزرگ آمده است. بنابراین هرچه آیه در زمینهی بزرگداشت اندیشهی انسانی آمده هم به فضیلت عقل اشاره دارد، یعنی باید آن را پرورش داد و هم به برتری مقام دانش که باید به تحقیق آن پرداخت. در نتیجه انسان عنصری آگاه از حقایق میگردد که پردهی جهل را دریده و از زنجیر خرافات و اوهام رهایی مییابد (شلتوت، 1964). قرآن برای دانش، مقامی ارجمند در نظر گرفته و از دانشمندان، بعد از خدا و فرشتگان در مرحلهی سوم یاد کرده است:
«خدا به یکتایی خود گواهی می دهد که جزو ذات اقدسش خدایی نیست و فرشتگان و دانشمندان نیز بر این مطلب گواهند، او نگهبان عدل و راستی است».
قرآن دانشمندان را کسانی میداند که چون قدرت و عظمت حق را دریافتهاند، از او میترسند:
«در میان بندگان، تنها دانشمندان از خدا، ترس دارند».
در جایی دیگر برای تکریم مقام دانش به لفظ فرمانروایی از آن تعبیر میکنند:
«کسانی که در آیات خدا بدون داشتن فرمانروایی (یعنی دانش) مجادله میکنند، خدا و مؤمنان را به خشم میآورند».
اگر به سیر تاریخی دانش نگاهی شود، معلوم میشود که مسلمانان در پرتو تعالیم اسلام بوده که میاندیشیدند، بحث و کاوش میکردند و نیروی عقل خود را به کار برده، در هر امری دلیل میطلبیدند و از این رو نیز سرور ملتها شدند. ولی آنگاه که در آنان دگرگونی پدید آمد و عقلهای آنها از تب تقلید رنجور گردید، دیگر خود را نشناخته و از روزگار و زندگی بیخبر شدند و در دین خدا تفرقه انداختند. حال دیگر نباید جز از طریق دانش که نیکی را از بدی و مفید را از مضر تشخیص میدهد و جز به وسیلهی تندرستی که باعث کمال عقل و سلامت تدبیر است، آن را تحقق بخشید و غیر از این راهی در اختیار ما نیست. پس دانش و تندرستی دو اصلی هستند که زندگی بر وجهی که فلسفهی آفرینش تأمین شود، بدان نیازمند میباشند. همه چیز به این دو اصل احتیاج دارد و در برابر دانایی جز نادانی و بیماری عاملی وجود ندارد که خانهی سعادت را ویران و راحتی انسانها را نابود و همبستگی آنها را از هم گسیخته میکند (شلتوت، 1964).
2-2-8) ویژگیهای پژوهشگر
یک پژوهشگر موفق نگاهی کنجکاو و موشکافانه به پدیدههای اطراف خود دارد. او نسبت به آنچه در اطرافش میگذرد، حساس است و ذهنی پویا و پرسشگر دارد. ذهن پرسشگر او همواره در جهت یافتن پاسخهای تازه برای پرسشهای موجود است. همچنین او برای انجام موفقیت‌آمیز پژوهش خود، از روشهای علمی و پذیرفتهشده استفاده میکند. علاوه بر آن، یک پژوهشگر موفق از مهارت لازم برای یافتن منابع اطلاعاتی مورد نیازش برخوردار است. این منابع از محلهای مختلف مثل کتابخانهها، مراکز اطلاع‌رسانی و شبکههای رایانهای ملی و بین‌المللی به دست میآیند. او به خوبی می‌تواند در این منابع به جستجو بپردازد و با مطالعهی پیشینهی پژوهشی موضوعی که در آن زمینه فعالیت میکنند، به درک روشنی نسبت به گذشتهی آن موضوع دست یابد(نادری وسیف نراقی،1391).
پژوهشگران موفق به کار گروهی در طرحهای پژوهشی بها میدهند و تلاش میکنند پژوهش خود را با همکاری یکدیگر انجام دهند. همچنین آنان نتایج یافتههای خود را به نحو مؤثری منتشر ساخته و در اختیار سایر محققان قرار میدهند. آنان نسبت به توسعهی مرزهای دانش احساس مسئولیت کرده و لحظهای از تلاش در جهت ارتقای مهارتهای علمی خویش باز نمیایستند.
2-2-9) پایاننامهها یا رسالههای تحصیلی
یکی از انواع تحقیقات علمی که معمولاً در دانشگاهها و مؤسسات آموزش عالی به مرحلهی اجرا درمیآید، پایاننامهها یا رسالههای تحصیلی می باشند که دانشجویان برای گذراندن مرحلهی پژوهشی دورهی کارشناسی ارشد و یا دکتریی خود در آخرین بخش از دورههای مذکور، ملزم به انجام آن میباشند. برای تنظیم و نوشتن یک پایاننامهی تحقیقی در قالب چهارچوبی علمی و معقول، محقق ناگزیر است اصولی را رعایت کند تا هم کار تدوین پایاننامه برای او آسان شود و هم مطالعهی آن برای دیگران به گونهای ثمربخش امکانپذیر گردد (نادری و سیف نراقی،1391). این اصول عبارتند از:
اصول تدوین و تنظیم مطالب در پایاننامه
اصول نوشتن مطالب در پایاننامه
اصول استفاده از منابع و مآخذ در پایاننامه
2-2-10) تدوین پایاننامه
اساساً پایان‌نامه‌ به ویژه در دورهی تحصیلات تکمیلی، ثمرهی پژوهش در موضوع‌های مختلف علمی و حاصل پردازش اطلاعات دانشجویان در جریان تحقیقات آنان میباشد. به یقین تدوین هر پایان‌نامهی تحصیلی علاوه بر انتقال و پردازش تجربیات سایرین، به ارائهی طرح‌ها و راهکارهای جدید علمی منجر می‌گردد. همچنین می‌تواند موجب صرفه‌جویی در وقت‌ و هزینه‌ و نیز پیشگیری از تکرار تحقیقات شود و در عین حال نتایج تحقیق را در معرض رؤیت، نقد و ارزیابی صاحب‌نظران و محققین قرار داده و به تبع آن منجر به رفع اشکالات احتمالی میگردد(سیاری، 1373).
2-2-11) اهمیت پایاننامه
از ویژگی‌های پایان‌نامه این است که زیر نظر استادان راهنما و مشاور، تکمیل و به پایان می‌رسد. در واقع می‌توان گفت که این، یک کار گروهی است. پایان‌نامه یا رساله، غیر از گزارشهای فصلی و موسمی است که توسط دانشجو برای استادان فراهم می‌شود. در دنیا هم برای پایان‌نامه‌ها اهمیت فراوانی قائلند. بسیاری از تحقیقات پیمایشی، توصیفی و یا تجربی توسط دانشجویان انجام می‌شود که کار آنها سرآغاز سلسله پژوهشهای مفصل‌تر و اساسی‌تر می‌گردد. چکیده‌هایی که به طور روزآمد و مرتب از پایان‌نامه‌ها در کشورهای پیشرفتهی جهان تهیه می‌شود حاکی از اهمیت آن است(موچو پارک،2003).
نکتهی قابل توجه این است که دانشجویانی که گرفتارهای معمول زندگی را دارند و یا از نظر مالی و مادی در مضیقه هستند، طبعاً نمیتوانند کار خوبی تحویل دهند. به علاوه این که، بعضی از طرحها واقعاً هزینههای زیادی دربر دارد و برای همین است که دانشگاهها و مؤسسات آموزش عالی برحسب مقدورات و امکانات خود بودجههایی را برای این منظور در نظر گرفتهاند که طبعاً باید بر کمیت آن افزوده شود، زیرا دانشجو ممکن است دارای نظریهها و فرضیههای خوبی باشد که چنانچه پشتوانهی مالی نباشد ذهن جوشان او به سردی می‌گراید و انگیزهها از بین میرود. در رابطه با پایاننامههای کاربردی این مشکل زودتر حل میشود زیرا دستگاههای بهرهبردار در صورت اطلاع میتوانند حمایت کنند و مشکلات مالی و اجرایی پژوهش را برطرف سازند. باید روال و رویههای مشخص از طرف دانشگاهها و آموزش عالی برای حمایت و تقویت و پیشرفت کار پایان‌نامهها و رسالهها طراحی گردد و به طور مستمر و با نظارت، چه به صورت هزینهی کامل و یا کمک هزینه، مجریان طرحها را یاری نمود. کمکهایی از قبیل تایپ، تجلید و یا تخفیف در انجام آنها، حداقل کمک ممکنی است که دانشجویان میتوانند از آنها بهرهمند شوند.
بعضی از سازمانهایی که عهدهدار وظیفهی چکیدهسازی و یا جمع آوری آن هستند، میتوانند با عقد قرارداد با دانشگاهها و یا دانشجویان و نیز هدایت آنان جهت تهیهی چکیده، مساعدتهای مطلوبی را ایفا نمایند.تحقیقات مهم دورهی فوقلیسانس و دکتری ممکن است زیر نظر استاد راهنما و یا استاد ارشدی انجام گیرد که انرژی خود را صرف تحقیق در مسائل مهم میکند. در این صورت تلاش داوطلبانهی درجه‌های تحصیلی را میتوان در جهتهای خاص مسئلهی اصلی هدایت کرد و مطالعات درازمدت را امکانپذیرد(موچ و پارک، 2003).
اصولاً هر دانشجویی بهویژه در مقطع کارشناسی ارشد و دکتری، برای خاتمهی کار خود، لازم است اثری تحقیقی را تهیه و تحویل نماید. این اثر در واقع عصاره و چکیدهی فعالیتهای آموزشی و پژوهشی او محسوب میشود. پایاننامه به معنای تأیید پایانی کار تحصیلی یک دانشجو است و نشانگر فعالیتهای منسجم او به حساب میآید که با راهنمایی و ارشاد استاد راهنما و استادان مشاور آن را به پایان می‌رساند. نباید چنین تصور شود که پایاننامه همانند همهی درسهای دیگر جنبهی تمرینی دارد.
در نگارش پایان‌نامه و یا رساله با توجه به این که مدت قابلتوجهی وقت صرف میشود و برحسب این که ارزش پایان‌نامهی دورهی کارشناسی ارشد و یا دکتری باشد بیش از یک یا چند واحد درسی است چنین تصوری درست نیست. در بعضی کشورها تا 12 واحد نیز برای پایاننامهی کارشناسی ارشد منظور میشود (دانشگاه کلمبیا، 1992). همچنین تعداد واحدها در دورهی دکتری بیش از 20 واحد است. با توجه به این مسئله در تعریف دو واژهی پایاننامه و رساله اگرچه در بسیاری از موارد مترادف گرفته میشوند، اما برخی برای آنها تمایزهایی قائل میشوندو معتقدند که اولی برای پایاننامههای دورهی کارشناسی ارشد و دومی برای پایاننامههای دورهی دکتری است(موچ و پارک، 2003).
2-2-12) اهداف پایاننامه و رساله
در این که اهداف عمومی پایاننامه و رسالهنویسی چیست، نظرهای مختلفی ابراز شده است. بعضی‌ها آن را صرفاً یک کار پژوهشی و تحقیقی میدانند. عدهای آن را رقابت پژوهشی مینامند. برخی نیز آن را مشارکت در دانش بشری به حساب میآورند. البته شاید همهی این مفاهیم مورد نظر باشد ولی با توجه به نوع دانشکده فرق کند. این تلقی عمدتاً یک تلقی فردی است تا جمعی(موچ و پارک، 2003).
پایان‌نامه و رساله باید راه را نشان دهد، ذهن دانشجو را در مسیر مسائل اجتماعی به حرکت درآورد و او را برای آینده‌ای بهتر آماده سازد. البته این بدان معنا نیست که پایاننامهها صرفاً باید مسائل کاربردی را مدنظر داشته باشند و از مسائل نظری غافل شوند، بلکه بدین معناست که به خاطر فراوانی مسائل کاربردی، درگیرشدن در این گونه موضوعات هم برای دانشجو جاذبهی بیشتری دارد و هم خود او می‌تواند ثمرهی فعالیتهای خود را به زودی مشاهده کند که این امر نیز میتواند موجب تشویق دیگران در زمینه‌های پژوهشی گردد. شاید عمدتاً تحقیقات کاربردی برای پایان‌نامه‌های دورهی کارشناسی ارشد و تحقیقات نظری در سطح دکتری مناسبتر باشد، اگرچه این امر کلیت ندارد و برحسب مورد و در موضوعات مختلف میتواند فرق کند.
2-2-13) ویژگی‌های یک پایان نامهی خوب
یک پایان‌نامهی خوب، پایان‌نامه‌ای است که در تهیهی آن به همهی ظرایف و نکات ریز و درشت عنایت شده باشد. رعایت همهی نکات در انواع پایان‌نامه‌ها ممکن است با هم فرق کند، اما توجه و هوشیاری دانشجو می‌تواند به او کمک کند تا جلوی بسیاری از ایرادهایی که ممکن است توسط استاد راهنما، استادان مشاور و یا اعضای کمیتهی تحصیلات تکمیلی، گروه و یا دانشکده گرفته شود را بگیرد. جدول 2-1، مجموعهی مسائلی است که در نگارش پایاننامه و یا رساله باید از آغاز تا انجام مدنظر باشند و دانشجو همواره کار خویش را با آنها مطابقت و ارزیابی نماید تا نکتهای فراموش نشده باشد(موچ و پارک، 2003).
جدول 2-1) مواد اداری و فنی لحاظ شده در مقررات تدوین پایاننامه و یا رساله به ترتیب الفباییانتخاب موضوع
ارجاعها و کتابشناسیها
اسناد مورد اعتماد و سایر موارد
استثناهای مربوط به رساله (اگر باشد)
استفاده از زبان خارجی
امضاهای مورد نیاز
اندازه و ترکیب مورد درخواست کمیتهی پایان نامه و رساله
استفاده از نسخههای دانشجویان و یا استادان
بخشهای فرعی و اصلی
بخشهای تصویری
بخشهای مهم پایان نامه و یا رساله
بررسی توضیحات اضافی
برنامهی کامپیوتری مناسب برای پایاننامه
ثبتنام برای دفاع رساله یا پایاننامه (زمان)
چکیده
چشماندازها
حق مؤلف
حاشیهها
خدمات ماشیننویسی
روش بررسی نواقص و احتیاجات
زندگینامه (طرح سرگذشتنامهای)
صحافی
صفحهی عنوان
ضمائم
عکسها
علائم اختصاری، رمزها و اصطلاحات غلط گیری
فرایند عدول از مقررات رسمی
فرم انتخابی گزارش پایاننامه و یا رساله فضاها
فهرست مندرجات (نمونه)
فهرست جداول
قراردادهای ماشیننویسی
قالبها و پردازشگر کلمات
قالببندی صفحات
کار با کمیتهی پایاننامه برگههای چاپ شده کامپیوتری
بررسی تفاوت بین نیازمندیهای مورد درخواست دانشگاه، گروه و کمیته
پاورقیها
پرداختهای ویژه و زمان آن
تقدیرها
تعریف اصلاحات
تصاویر
توضیحات و آموزش مربوط به مواد به کار رفته در پایاننامه
ترسیمها
تکثیر و یا نسخهبرداری نسخ خطی
تغییرات و اصلاحات
تحویل طرح کلی
مواد طبقهبندی شده
مواد و مطالب نقل شدهی مجاز مثل نقلقولها
مسئولیت رئیس دانشکده
مسئولیت رئیس گروه
مشاوره و کمک در ویرایش
مقررات محلی
میکروفیلم
مالکیت پایاننامه (حقوقی ادبی)
مکان و جایگذاری مواد غیرچاپی
مواد قبلاً توزیع و چاپ شده و یا قابل چاپ مجلدات جداگانه
مسئولیت دانشجو
محدودیتهای زمانی و برنامهی زمانبندی شده برای تحویل
ماشیننویسها
نظم مطالب
نسخهی نهایی
نسخهی شخصی
نمرهی پایاننامه و یا رساله
نسخههای مورد نیاز
نیازهای باقی مانده
جدول 2-1 مجموعهی مطالب و مواردی است که در یک پایاننامه و رسالهی جامع و فراگیر میتواند مدنظر باشد، گو این که در بعضی از موارد ممکن است پارهای از آنها به دلایل مختلف کاربرد نداشته باشد و یا نسبت به آن سختگیری نشود.
2-2-14) برنامهی زمانبندی مراحل مختلف پایاننامه
بسیاری از دانشجویان در ارزیابی کار خود سردرگم و گیج میشوند، زیرا از آغاز کار، آن طور که باید و شاید، کار را برآورد نمیکنند و در اثر سهلانگاری، خوشباوری و یا ساده‌انگاری چنین تصور میکنند که کار به موقع تمام میشود و چون با تأخیر مواجه میشوند همواره تقاضای تمدید وقت میکنند. گاهی اوقات هم کار آماده است ولی به دلیل عدم آشنایی با مقررات گروه و یا کمیتهی تحصیلات تکمیلی دانشکده چون خود را در نوبت نگه داشته‌اند باز به خاطر تراکم متقاضیان دفاع پایاننامه و یا برخورد با تعطیلات رسمی و یا سالانه دانشگاه و یا در مرخصی و مأموریت بودن استاد راهنما و یا استادان مشاور و داور، کار دفاع به تاخیر میکشد. دانشجو برای این که کارش دچار تأخیر نشود، از آغاز باید برنامهی زمانبندی داشته باشد. هر کاری را در تاریخ معین انجام دهد و سر موعد و حتی پیش از موعد به فکر انجام آن باشد.
انتخاب استاد راهنما
تحویل موضوعات پیشنهادی استاد راهنما
تصویب موضوع انتخاب توسط استاد راهنما
تصویب استاد راهنما و موضوع توسط گروه
انتخاب سایر اعضای کمیتهی پایاننامه و یا رساله
تعیین اعضای کمیته توسط گروه
تحویل پیشنویس طرح پیشنهادی تحقیق که توسط استاد راهنما بازبینی شده به کمیته
اصلاح پیشنویس به وسیلهی استاد راهنما
جلسه با سایر اعضای کمیته جهت بحث بر روی طرح پیشنهادی تحقیق
بحث بر روی ملاحظات اعضای کمیته یا استاد راهنما
لحاظ کردن نظر اعضای کمیته و استاد راهنما در طرح پیشنهادی
تصویب پیشنویس طرح پیشنهادی تحقیق توسط استاد راهنما
تصویب مدارک طرح پیشنهادی تحقیق توسط استاد راهنما
تصویب نهایی طرح پیشنهادی تحقیق
شروع به کار پایاننامه و یا رساله
گزارش پیشرفت کار به استاد راهنما و اعضای کمیته
انطباقهای لازم که توسط استاد راهنما و اعضای کمیته پیشنهاد میشود
تکمیل مطالعه
تهیهی پیشنویس پایاننامه یا رساله
تهیهی نسخهی پایاننامه و یا رساله که ماشین و قالببندی شده است.
بازبینی اولین نسخه توسط استاد راهنما برای اصلاحات
پذیرش اولین نسخهی اصلاح شده توسط استاد راهنما
تسلیم اولین نسخهی اصلاح شده به اعضای کمیته و مصاحبه با تک تک اعضا
مصاحبه با تک تک اعضای کمیته
بحث با استاد راهنما به منظور پذیرش دیدگاههای سایر اعضای کمیته
پذیرش تغییرات توسط استاد راهنما
نسخهی نهایی پایاننامه و یا رساله و تحویل آن به کمیته
جلسهی دفاعیه
اصلاحات احتمالی توسط کمیته
تصویب نهاییجدول 2-2) برنامه زمانبندی مراحل مختلف پایان نامه
2-2-15) گزارش نهایی پایان نامه
فرآیند پژوهش یک فرآیند منظم و پیوسته است که ترتیب توالی مراحل آن، هم در اعتبار درونی و هم در اعتبار بیرونی تحقیق تأثیر زیادی دارد. برای مثال تا زمانی که جامعهی آماری تعریف نشود، انتخاب روش نمونهگیری و حجم نمونه، همراه با خطا خواهد بود. پس از آنکه مراحل یک پژوهش علمی با ترتیب توالی خاص خود انجام گرفت، آخرین مرحلهی این فرآیند تعریف می گردد.
تهیهی گزارش تحقیق، آخرین مرحلهی یک تحقیق است. برای تهیهی این گزارش، قبل از هر چیز باید هدف از تهیهی آن را به طور روشن و جامع تعریف و مشخص نمود. برای مثال اگر هدف در یک تحقیق آموزشی این است که به همهی فرهنگیان یک منطقه اطلاعرسانی صورت گیرد، ضروری نیست یک گزارش تفصیلی جامع تهیه گردد، بلکه یک خلاصهی تحقیق به زبان ساده در 2 الی 3 صفحه مناسبتر است. البته باید توجه داشت که تهیهی یک خلاصهی تحقیق، بایستی با استفاده از گزارش تفصیلی و جامع تحقیق صورت گیرد. بنابراین ضروری است برای هر پژوهشی یک گزارش تفصیلی و جامع تهیه گردد که این گزارش، فرآیند پژوهش مربوطه را نشان میدهد (عبادی، 1381).
پژوهشگران در تهیهی گزارش نهایی از سلیقههای مختلفی استفاده میکنند. علاوه بر این دانشگاهها نیز برای پایاننامهها و گزارشهای تفصیلی روشهای مختلفی را اعمال میکنند. وجود چنین روشهایی برخی اوقات پژوهشگران جوان را برای استفاده از یافتهها و نتایج این گزارشها با مشکل مواجه میکند. بنابراین لازم است به منظور یکسانسازی گزارشهای نهایی و استفادهی بهینه از روند پژوهشها و نتایج یافتههای آنها، گزارش نهایی تحقیقات از یک الگوی ثابت پیروی کند. طبق الگوی اقتباس شده از "A.P.A"، تنظیم گزارش نهایی تحقیقات به صورت زیر میباشد:
فصل اول: شکل و ظاهر فصل سوم: روش پژوهش
صفحهی روی جلد جامعهی آماری
صفحهی بسماللهالرحمنالرحیم نمونهی آماری
گواهی پایاننامه ابزار اندازهگیری
صفحهی تشکر و قدردانی نمرهگذاری و تفسیر آزمونها
صفحهی تقدیم روش اجرا
فهرست مطالب روش پژوهش
فهرست جداول روش تجزیه و تحلیل آماری
فهرست نمودارها فصل چهارم: یافتهها
فهرست منابع فارسی یافتههای توصیفی متغیرها
فهرست منابع انگلیسی آزمون فرضیهها یا سؤالهای تحقیق
چکیدهی فارسی فصل پنجم: بحث و نتیجهگیری
پیوستها بحث دربارهی نتایج
فصل دوم: ادبیات تحقیق بحث و نتیجهگیری

—d1195

هرچند یکی از خصوصیات ذکر شده برای چشمانداز، صراحت و بیابهام بودن آن است، ولی در هر صورت چشمانداز همواره از یک سطح انتزاع برخوردار است، در حالیکه در وضعیت موردانتظار انتزاعی وجود ندارد و همهی معیارهای تعیین و تفسیر آن وضعیت بایست به صورت کامل تعریف شده باشند. پس وضع مطلوب مفصلتر و دارای شرح و جزئیات بیشتری است، برخلاف چشمانداز که معمولا در قالب یک یا دو جمله قابل بیان است]17[.
همانطور که اشاره شد، چشمانداز نقطه نهایی تکامل سازمان است، اما وضع مطلوب تنها یک برهه در روال سیر تکاملی سازمان میباشد. این برهه حتی ممکن است در ابتدای پیدایش سازمان (منظور زمانی است که سازمان هنوز راه درازی تا رسیدن به بلوغ خود پیش رو دارد) مدنظر باشد، اما در عین حال میتواند در همان برهه برای ادامه حیات سازمان ضروری و سرنوشتساز باشد و عدم تحقق آن نتایج فاجعهباری در پی داشته باشد و حتی به ورشکستگی و انحلال سازمان بیانجامد.
وضع موردانتظار مسلما کوتاهمدتتر از چشمانداز است. زمان رسیدن بسته به یک وضع موردانتظار اهمیت و دشورای آن میتواند متفاوت باشد، ولی به هر حال این زمان معمولا به طور دقیق قابل محاسبه است و وابسته به پارامترهای مشخص و غالبا قابل اندازهگیری میباشد. حال زمان موردانتظار میتواند بین چند روز تا چند سال متغیر باشد که البته معمولا این زمان از یک سال کمتر بوده و در حد چند ماه است. در صورتی که در مورد چشمانداز یک زمان کلی و چندین ساله (معمولا 5 سال یا بیشتر) برای نیل به آن متصور میشوند.
در مورد وضع مطلوب، با توجه به ویژگیهای ذکر شده برای آن، میتوان در صورت تحقق یا عدم تحقق وضعیت، نتایج حاصله را با یک نظام جزا و پاداش تلافی نمود. این جزا و پاداش میتواند شامل حال تمام کارکنان سازمان یا تنها فرد یا گروهی که در رسیدن (یا نرسیدن) به وضعیت موردانتظار نقش داشتهاند، شود. در صورتی که برای چشمانداز معمولا کل سازمان و بهویژه رهبری آن بایست پاسخگو باشند.
نکتهی بعدی که بایست بدان اشاره نمود در مورد حوزهی اثر وضع موردانتظار است. برخلاف چشمانداز که کل سازمان در حوزهی اثر آن تلقی شده و راهنمای استراتژیها و جهت حرکت کلی سازمان است، وضع مطلوب میتواند تنها برای بخش کوچکی از سازمان تعریف گردد. هرچند که میتوان وضعیتهای مطلوب بسیاری نیز برای کل سازمان متصور شد که البته مسلما ترسیم چنین وضعیتهایی کار چندان سادهای نمیباشد.
تعیین وضعیتهای مطلوب گاه برای جلوگیری از ناامیدی در مسیر چشمانداز ضروری است. این مورد به خصوص زمانی که چشمانداز سازمان بسیار درازمدت و دست یافتن به آن دشوار باشد، بیشتر حائز اهمیت است، زیرا با ایجاد نقاط دلگرمی و قوت قلب، کارکنان را از سرخوردگی و یأس در حین تلاش برای دستیابی به یک وضعیت دشوار دور کرده و باعث نشاط و روحیه بخشی به آنها میشود. همانطور که اشاره شد اختصاص پاداش مناسب برای یک وضع مطلوب ترفندی است که مدیران سازمان میتوانند از آن به خوبی برای تشویق و تسریع در روند استراتژیهای سازمانی استفاده کنند. به بیان سادهتر وضعیتهای مطلوب میتوانند به عنوان نقاط تشویق و دلگرمی مورداستفاده قرار گیرند و بر این واقعیت صحه گذاشته و یادآور شوند که سازمان قابلیت رسیدن به نقطهی نهایی تعیین شده در چشمانداز را دارد]15[.
چشمانداز سازمان همواره توسط رهبر یا رهبران ردهبالای سازمان ترسیم و به سایر زیردستان ابلاغ میشود، حال آنکه وضعیت موردانتظار (با توجه به ویژگیهای ذکر شده برای آن) معمولا توسط مهندسین و متخصصین برنامهریزی و نظارت در سازمان ترسیم میشود یا حداقل پس از ترسیم کلی توسط رهبر یا مدیر ارشد، ویژگیهای جزئی آن توسط آن افراد تعیین و ابلاغ میشود. بنابراین تعیین وضع مطلوب را میتوان از جنبهی علوم مهندسی بسیار کارشناسانهتر از ترسیم چشمانداز تلقی نمود، هرچند ترسیم چشمانداز نیز دارای سختیها و نکات قابل تأمل و مهم خاص خود است که حتما بایست از سوی رهبر مورد توجه واقع شوند. به هر حال علوم اجتماعی و روانشناختی در آن مورد مؤثرتر به نظر میرسند. چیزی که بدیهی است آنکه وضعیتهای مطلوب در راستای چشمانداز سازمان ترسیم میشوند.
بر اساس موارد ذکر شده، و با توجه به دقیق بودن خصوصیات یک وضعیت موردانتظار، میتوان زمان، امکانات موردنیاز و هزینه رسیدن به آن وضعیت را از وضعیت فعلی محاسبه نموده و تخمین زد. در واقع میتوان گفت احتمال دستیابی به یک وضع مطلوب از یک وضعیت فعلی بر اساس شواهد توسط علم آمار و احتمالات قابل تخمین است. اما در مورد چشمانداز با توجه به ویژگیهای ذکر شده برای آن چنین تخمینی امکانپذیر نبوده و یا از دقت مناسب برخوردار نخواهد بود.
در تعریف استراتژی آمده است که هر استراتژی سازمان را از یک وضع موجود به سوی یک وضع مطلوب راهنمایی میکند. پس شاید بتوان هر وضع مطلوب را خروجی یک استراتژی به حساب آورد. از این دیدگاه تفاوت وضعیت موردانتظار و چشمانداز در آن است که چشمانداز تنها با اجرا و موفقیت یک استراتژی منفرد حاصل نمیشود و اغلب استراتژیهای چندگانه و متفاوتی در حوزههای مختلف جهت نیل به چشمانداز به صورت همروند و یا مجزا در سازمان اجرا میشوند]15[ و ]16[.
وضعیتهای مطلوب در مسیر دستیابی به چشمانداز قرار دارند، اینها در واقع نقاط تنفس و یا سنجش عملکرد مقطعی سازمانند. با تفکیک چشمانداز میتوان به تعدادی وضعیت موردانتظار دستپیدا کرد که رسیدن به هر وضعیت راهگشای وضعیتهای بعدی بوده و مدیران ارشد سازمان را از صحت عملکرد و کارایی سازمان تحت نظارتشان مطمئن میسازد.
در آخر بایست به این نکته توجه داشته باشید که حقایق از رویاها پیروی میکنند! در یک تعریف جسورانه شاید بتوان گفت که وضعیتهای مطلوب این حقایق و چشمانداز سازمان در حکم رویایی است که برای تحقق آن بایست در دنیای واقعی مبارزهای را برای بدست آوردن خواستههای خود (سازمان خود) انجام دهیم، هر مبارزه مقدمهی مبارزهی بزرگتر بعدی بوده و مبارزهی نهایی همان خان آخر نبرد دستیابی به رویای چشمانداز سازمان است.
سیستمهای اطلاعاتی استراتژیک مفهوم سیستمهای اطلاعاتی استراتژیک نخستین بار در اوایل دههی 80 توسط دکتر چارلز وایزمن مطرح شد و نگاه به سیستمهای اطلاعاتی در سازمانها را دستخوش تغییر زیادی کرد. این مفهوم به سیستمهای اطلاعاتی به عنوان یک ابزار یا سلاح رقابتی مینگرد. در تعریف آنها میتوان گفت سیستمهای اطلاعاتی استراتژیک نوع خاصی از سیستمهای اطلاعاتی هستند که از استراتژیهای حاکم در سازمان، بهویژه استراتژیهای رقابتی پشتیبانی میکنند. از این سیستمها میتوان به منظور بهبود ارتباط با مشتریان، بهبود فرایند طراحی، تولید و عرضه محصولات، ایجاد و توسعهی کمی و کیفی روشهای ارتباطی با تأمینکنندگان مواداولیه و قطعات موردنیاز، ایجاد فرصتهای جدید فروش و نهایتا افزایش بهرهوری سازمان استفاده نمود[55].
تعریف مختصر و مفیدتر سیستمهای اطلاعاتی راهبردی را سیستمهایی کامپیوتری معرفی میکند که مسئول اجرای استراتژیهای تجاری سازمانند. در واقع در اینسیستمها، اطلاعاتی که توسط کامپیوترها جمعآوری، پردازش و تجزیه و تحلیل میشوند، نقش اساسی و مهمی در تعیین یا اجرای استراتژیهای تجاری سازمان دارند]22[.
سیستمهای اطلاعاتی راهبردی در طی مدتزمانی که از پیدایش آنها گذشته است، با توجه به منافعی که برای سازمانها به دنبال داشته و فرصتهایی که در راستای افزایش سطح کارایی سازمان ایجاد نمودهاند، توانستهاند جایگاه مهم و قابل توجهی بدست آورند.
همانگونه که در بخشهای پیشین اشاره شد، سیستمهای اطلاعاتی سازمانی طی یک فرایند تکاملی از سیستمهای پردازش تراکنشها (که وظیفهی ثبت و ضبط تراکنشهای مالی را برعهده داشتند) به سیستمهای مدیریت اطلاعات (که وضعیت داراییهای سازمان مدیریت میکردند) و پس از آن به سمت سیستمهای پشتیبان تصمیم (که مدیران را در تعیین برخی سیاستها یاری میرساندند) تکامل یافتهاند. پس از سیستمهای پشتیبان تصمیم نوبت به نسل بعدی سیستمهای اطلاعاتی که همان سیستمهای اطلاعاتی راهبردی هستند، رسید. این‌ سیستم‌ها نیز مانند نسلهای پیشین سیستمهای اطلاعاتی، قابلیت پردازش و مدیریت موجودی‌ مشتریان و ارتباط آن با سیستم‌ سفارشات‌ سازمان را دارا هستند، با این تفاوت که برخلاف سیستمهای قبلی که بیشتر جنبههای هزینهای سازمان را مورد توجه قرار میدادند، در سیستمهای اطلاعاتی استراتژیک، هدف استفاده از اطلاعات به منظور ارائهی خدمات جدید، استفاده بهینه از فرصتها و دوری جستن از تهدیدات احتمالی و نهایتا کسب منفعت بیشتر برای سازمان است. علاوه بر آن برخلاف سیستمهای نسلهای قبلی که بیشتر بر فعالیتهای درون سازمانی توجه داشتند، در سیستمهای اطلاعاتی استراتژیک محیط پیرامون سازمان نیز به اندازه درون آن از اهمیت برخوردار بوده و مورد توجه قرار میگیرد]18[.
دستیابی به مزایای رقابتی برای سازمان یکی از مهمترین اهداف بهکارگیری سیستمهای مدیریت اطلاعات راهبردی سازمان است. برخی راههای ایجاد این مزایا عبارتست از :
ارائه یک کالا یا خدمت با هزینه کمتر: منظور از هزینه صرفا قیمت محصول نیست، بلکه کیفیت محصول یا خدمت نیز میتواند یک فاکتور مهم و تأثیرگذار تلقی شود که هر دوی آنها در بازار حائز اهمیت زیادی میباشند. همچنین واژه هزینه در اینجا، کلیه هزینههای جانبی سازمان از طراحی محصول تا عرضه نهایی آن را شامل میشود. سیستمهای کامپیوتری بسیاری وجود دارند که میتوانند باعث صرفهجویی هزینههای درونسازمان شوند، اما آن سیستمها اغلب نمیتوانند نقاط استراتژیک را پوشش داده و آنها را به فرصتهای رقابت در بازار بدل کنند.
ایجاد تمایز در محصول یا خدمت: متمایزسازی به معنی افزودن قابلیت جدید، یکتا و دارای جذابیت در بازار است. ایجاد تمایز اغلب منجر به افزایش هزینه محصول میشود، اما از آنجا که در این مورد قیمت در درجه اول اهمیت نمیباشد، بیشتر اوقات میتوان از آن صرفنظر نمود (البته موارد نادری نیز ممکن است پیش آید که ایجاد تمایز موجب کاهش هزینه محصول شود). یک سیستم استراتژیک به مشتریان این حس را القا میکند که از یک مزیت بسیار خاصتر و ممتازتر نسبت به سایر رقبای خود بهره میبرند.
تمرکز بر روی بخش خاصی از سازمان: ایدهی این روش آن است که سازمان تمام توان و تلاش خود را برای کار در یک عرصهی خاص و محدود معطوف نماید. این روش در صنعت کاربرد زیادی دارد.
نوآوری: ارائهی خدمات جدید به کمک سیستمهای کامپیوتری که دارای جذابیت برای مشتریان باشد.
تقریبا هر سیستم کامپیوتری که بتواند استراتژیهای کامپیوتری را با استراتژیهای تجاری سازمان ترکیب در یک راستا به کار گرفته و موجب همافزایی آنها و افزایش بهرهوری سازمان شود را میتوان به عنوان یک سیستم راهبردی درنظر گرفت. بدین منظور بایست ارتباط شفافی میان طرح تجاری سازمان و طرح و نقشهی سیستم مذکور وجود داشته باشد تا سیستم بتواند به خوبی اهداف سازمان را پوشش داده و مدیریت بهتری را بر روی منابع حساس اطلاعاتی سازمان ایجاد نماید]18[.
سیستمهای چندعاملی تاریخچه محاسبات کامپیوتری را میتوان از یک دیدگاه به پنج مرحله تقسیم نمود: اولین مرحله باعث کاهش چشمگیری در هزینه محاسبات گردید و استفاده از کامپیوترهای قدرتمند جهت انجام عملیات پردازشی را برای همه در دسترس و مقرون به صرفه گردانید (به گونهای که شاید پیش از آن تصورش هم ممکن نبود). البته این روند همچنان ادامه دارد.
دوره دوم دورهی ارتباط کامپیوترها با دنیای خارج بود. کامپیوترهایی که در ابتدا سیستمهایی ایزوله بودند و تنها با اپراتور خود ارتباط داشتند، به لطف اینترنت و شبکههای کامپیوتری اکنون به راحتی با تمام دنیا در ارتباطند. این شبکهها امکان توزیع محاسبات کامپیوتری را در مقیاس جهانی فراهم کردند. با پیدایش سیستمهای توزیعشده و پردازش موازی گام بزرگی در زمینهی انجام محاسبات سنگین و بسیار پیچیده برداشته شد. امروزه مفاهیمی مانند سیستمعاملهای توزیعشده و نسل جدید محاسبات با نام پردازشابری، باب جدیدی را در این حوزه گشودهاند و به طور قطع این سبک از محاسبات در آینده تنها گزینههای پیش روی صنعت و دنیای تجارت است.
سومین دوره مهم در محاسبات کامپیوتری زمانی بود که بحث هوشمندی در سیستمهای کامپیوتری مطرح گردید. هدف ایجاد سیستمهایی بود که از عهدهی حل مسائل پیچیده که حل آنها پیش از این ممکن نبود، برآیند. در دورهبعدی این هدف به ایجاد سیستمهایی که بتوانند به صورت مستقل و خودمختار و بدون نیاز به نظارت انسان فعالیت و تصمیمگیری کنند، ارتقاء یافت(در واقع هدف این بود که کنترل کامل سیستم کامپیوتری به خودشان واگذار شود). مفاهیم هوش مصنوعی و سیستمهای خبره و چندعاملی در این دوره پدید آمدند.
آخرین و پنجمین دوره شامل گذر آهسته و پیوستهایست که ما را از دیدگاه سنتی ماشین-گرای برنامهنویسی به سمت مفاهیمی که بیشتر و بهتر دنیای واقعی ما را انعکاس میدهند (و به عبارتی به ادراک ما از دنیای وافعی نزدیکتر است)، عبور میدهد. این تلاش شاهد بر این مدعاست که ما با کامپیوترها در ارتباط و تعاملیم و این تعامل همواره دستخوش تغییر و پیشرفت بوده است. به طور مثال در اولین روزهای پیدایش کامپیوتر، ارتباط کاربران با آنها از طریق یک ترمینال ورودی به صورت محدود انجام میگرفت و نیاز به دانش زیادی در زمینه کار با سیستم و دستورات آن داشت. کنسولهای رابط کاربر تا اواخر دهه 80 روش غالب ارتباطی کاربران و کامپیوترها بودند. پس از آن واسطهای گرافیکی پا به عرصه وجود گذاشتند و تعامل با سیستمهای کامپیوتری را تا حد زیادی برای کاربران سادهتر نمودند. این واسطها تا کنون نیز کارایی خود را حفظ کردهاند، با اینحال به نظر میرسد وقت آن است که آنها نیز جای خود را به روشهای سادهتر، کاراتر و واقعیتر بدهند. روشهایی از قبیل صحبت کردن و حس از طریق دیدن!
این روند تکاملی در مورد برنامه نویسان سیستمهای کامپیوتری نیز صادق بوده است. زبانهای برنامهنویسی از زبانهای سطح پایین و نزدیک به زبان ماشین، به زبانهای سطح بالا، شیئ گرا و جنبهگرا تکامل یافتهاند و کار برنامهنویسی را برای توسعهدهندگان نرمافزار بسیار سادهتر از پیش نمودهاند.
البته مراحل تکاملی ذکر شده، چالشهای جدی و مهمی را نیز در زمینه توسعه نرمافزار به وجود آوردهاند، مثلا اینکه چگونه و به چه روشی میتوان از قدرت پردازش کامپیوترهای موجود (در مقیاس بزرگ و جهانی) استفاده نمود؟ یا اینکه چگونه کامپیوترهایی با قابلیت عملکرد مستقل و بدون نیاز به دخالت انسان و نیز سیستمهایی که امکان تعامل با انسان را دارا بوده و علاوه بر آن بتوانند واقعیتهای موجود در جهان پیرامون را به سبک موردانتظار و علاقهی انسان مدل کنند، ایجاد نمود؟
تلاشهایی که در جهت اتصال و توزیع محاسبات طی سه دهه اخیر انجام شده، منجر به توسعه نرمافزارها و ایجاد سختافزارهایی گردیده است که امکان ایجاد سیستمهای توزیع شده را با سهولت و قابلیت اعتماد بالایی فراهم نموده است. با این وجود وقتی که صبحت از ارائهی مفاهیم انتزاعی مورد پسند انسان توسط کامپیوتر میشود، سیستمهای توزیعی با چالشهای جدیدی مواجه میشوند. هنگامی که کامپیوتری بخواهد به این سبک با کامپیوترهای دیگر ارتباط برقرار کند، بایست از نوعی قابلیت همکاری و سازش قوی با سیستمهای دیگر برخوردار باشد (همانگونه که انسانها از چنین قابلیتهایی برخوردارند).
تمامی موارد مطرح شده، نهایتا منجر به ایجاد رشته جدیدی با نام سیستمهای چندعاملی در علوم کامپیوتر گردید. ایده اصلی سیستمهای چندعاملی بسیار ساده است، یک عامل سیستمی کامپیوتری است که میتواند به طور مستقل ازجانب کاربر یا مالک خود عمل نماید. به عبارت دیگر، یک عامل میتواند تمام آنچه را که به منظور تحقق اهداف طراحیش نیاز دارد، خودش به تنهایی انجام دهد و نیازی نیست که مدام تحت کنترل و نظارت بوده و تکتک اعمالی که بایست در آن راستا انجام دهد به وی دیکته شود. یک سیستم چندعاملی سیستمی است که از چندین عامل تشکیل شده که این عاملها از طریق بستر یک شبکه با یکدیگر در حال تعاملند. این تعامل عمدتا از طریق ارتباط پیام صورت میپذیرد. در بیشتر سیستمهای چندعاملی، عاملهای موجود در سیستم اهداف بسیار سخت و دشواری را برعهده دارند و برای آنکه از عهده تحقق این اهداف برآیند، حتما بایست از قابلیت همکاری، هماهنگی و مذاکره قابل قبولی با یکدیگر برخوردار باشند، همانطور که ما در زندگی روزانه خود از این قابلیتها برخورداریم]24[.
به طور کلی دو سؤال مهم در زمینه ایجاد سیستمهای چندعاملی مطرح است:
چگونه عاملهایی مستقل و خودمختار ایجاد کنیم که بتوانند وظایف محوله به آنها را به درستی و به بهترین نحو ممکن با موفقیت به انجام رسانند؟
چگونه عاملهایی بسازیم که در عین استقلال عمل، قابلیت تعامل (همکاری، هماهنگی و مذاکره) با سایر عاملها را در راستای تحقق اهداف طراحیشان داشته باشند؟
سؤال اول مربوط به طراحی خود عاملها و سؤال دوم مربوط به طراحی جامعهی عاملها میباشد. البته ایندو مسئله کاملا مجزا و تفکیک شده نیستند، به طور مثال برای ایجاد اجتماعی از عاملها که بتوانند به طرز مؤثری با یکدیگر ارتباط داشته باشند، ممکن است بتوانیم اطلاعاتی از مدل و نحوه عملکرد سایر عاملها در اختیار اعضای اجتماع قرار دهیم که آنها را در جهت تعامل بهتر با دیگر عاملها یاری کند. در ادامه بیشتر در خصوص پاسخ این دو سؤال بحث خواهیم کرد.
تحقیق در زمینه سیستمهای چندعاملی اغلب با دو مفهوم دیگر مرتبط و درگیر است: یکی مفاهیم مهندسی و طراحی سیستم و دیگری هوش مصنوعی. مفهوم سیستمهای چندعاملی درک ما از خودمان را دچار تغییر خواهد ساخت. زیرا هوش مصنوعی بر روی جنبه فردی هوشمندی متمرکز است، حال آنکه آنچه انسان را به عنوان گونهای متمایز مطرح میکند، قابلیت تعامل و برقراری ارتباط وی با دنیای خارج یا دراصطلاح قابلیت اجتماعی اوست. ما علاوه بر آنکه میتوانیم از طریق زبانهای سطح بالا با همنوعان خود ارتباط برقرار کنیم، امکان همکاری، هماهنگی و مذاکره و سازش با یکدیگر را نیز داریم. این درحالیست که سایر گونهها (مثلا مورچهها یا دیگر حشرات اجتماعی از بهترین نمونههای شناخته شده هستند)، با وجود داشتن اجتماعات بزرگ و شدیدا متعامل، از لحاظ قابلیتهای اجتماعی حتی به گرد انسان نیز نمیرسند. در مبحث سیستمهای چندعاملی به سؤالاتی از این دست پاسخ داده خواهد شد:
همکاری در جوامع متشکل از عاملهای مستقل چگونه پدید میآید؟
عاملها بایست از چه زبانی برای ارتباط با عوامل انسانی یا سایر عاملهای سیستم استفاده کنند؟
عاملها چگونه بایست تشخیص دهند که اهداف، باورها یا عملیات آنها با سایر عوامل تلاقی پیدا کرده است و چگونه بایست بدون ایجاد مشکل در عملکرد خود و سایرین، این تداخلهای احتمالی را رفع رجوع نمایند؟
عاملهای خودمختار چگونه میتوانند با سایر عاملها در جهت نیل به اهداف مشترک هماهنگی پیدا کرده و همکاری نمایند؟
با وجود اینکه این سؤالات همگی در رشتههای دیگری مانند علوم اجتماعی و اقتصاد پاسخ داده شدهاند، آنچه حوزه سیستمهای چندعاملی را مجزا و متفات میسازد، تأکید بر این موضوع است که منظور از عامل در سؤالات فوق، موجودیتهای محاسباتی و پردازش اطلاعاتی کامپیوتریست[24]و[42].
تعریف عامل در ادامه قصد داریم به بررسی مفهوم عامل در سیستمهای چندعاملی بپردازیم. متأسفانه هنوز تعریف جامع و یکسانی برای عامل ارائه نشده و بحث و جدل در این باره (برای ارائه یک تعریف یکسان از عامل) همچنان ادامه دارد. یکی از دلایلی که باعث این وضع گردیده، صفات متفاوتی است که عاملها در حوزهها و مسائل مختلف ممکن است داشته باشند. مثلا ممکن است برای برخی برنامهها قابلیت یادگیری تجربی در عاملها بسیار موردنیاز و مهم باشد، حال آنکه در برنامههای دیگر این قابلیت نه تنها اهمیتی نداشته، بلکه کاملا غیرضروری و زائد باشد[26].
با وجود همهی اینها هنوز مفاهیم کلی و مشترکی برای تعریف یک عامل وجود دارد (بدیهی است که در غیراینصورت ممکن است عاملها تمام معنای خود را از دست بدهند). ولدریج و جنینگز در سال 1995 تعریفی به شرح زیر از عامل ارائه دادند:
"یک عامل سیستمی کامپیوتریست که در محیطی قرار گرفته و قابلیت انجام عملیات مستقل در آن محیط را به منظور نیل به اهداف طراحیش، داراست."
هر سیستم کامپیوتری (اعم از سختافزاری یا نرمافزاری) برای آنکه عامل محسوب شود بایست ویژگیهای زیر را داشته باشد:
خودمختاری : بایست کنترل نسبی بر عملکرد خود داشته و بتواند بدون دخالت انسان کار کند.
قابلیت تعامل : بایست بتواند با سایر عاملها و یا اپراتور انسانی تعامل داشته باشد.
واکنش پذیری : بایست به تغییرات محیطی که در آن قرار گرفته واکنش نشان دهد.
رفتار هدفمند : بایست بتواند با توجه به اهداف از پیش تعیین شده، رفتار جدیدی از خود بروز دهد.
به طور کلی در یک دسته‌بندی ساده و بسیار انتزاعی از عامل‌ها می‌توان به دو نوع عامل اشاره کرد، یکی عامل‌های ساده و کم‌اهمیت‌تر (مانند ترموستات‌ها) و دیگری عامل‌های هوشمند که در واقع همان برنامه کامپیوتری‌ است که در بعضی محیط‌ها قادر به انجام اعمال خودمختار و انعطاف‌پذیر است.
چیزی که عاملها را از نرمافزارهای سنتی متمایز میسازد جنبه خصوصی، خودمختاری، خلاقیت و سازگاری عاملهاست. این کمیتها عاملها را به طور خاص برای محیطهای غنی از اطلاعات و غنی از فرایندها بسیار کارا میسازد.
عامل هوشمند پس از توضیحاتی که پیرامون عاملها بیان گردید، به بررسی این موضوع خواهیم پرداخت که یک عامل هوشمند چیست و چه خصوصیاتی دارد؟ مسلما ما ترموستات یا پروسههای پسزمینه لینوکس را به عنوان عامل هوشمند نمیشناسیم. بنابراین سؤال اساسی و اصلی در این زمینه آن است که معنای هوشمندی چیست؟


پاسخ به این سؤال به تنهایی کارآسانی نیست، شاید روش بهتر برای پاسخ به این سؤال بررسی ویژگیهائیست که یک عامل هوشمند بایست داشته باشد. لیستی از این ویژگیها به شرح زیر توسط وولدریج و جنینگز پیشنهاد شده است:
واکنشپذیری: عاملهای هوشمند قادر به درک محیط پیرامون و واکنش به رویدادهای محیط بادرنظر گرفتن فاکتور زمان و در راستای تحقق اهداف طراحیشان میباشند.
رفتار هدفمند: عاملهای هوشمند میتوانند به طور خلاقانه، رفتاری هدفگرا از خود بروز دهند تا اهداف طراحیشان را ارضا کنند.
قابلیتهای اجتماعی: عاملهای هوشمند قادرند در راستای دستیابی به اهداف طراحیشان با سایر عاملها تعامل داشته باشند.
شاید این ویژگیها در نگاه اول بسیار سخت و دستنیافتنی به نظر برسد. به طور مثال رفتار هدفمند را درنظر بگیرید. ساختن سیستمی که رفتاری هدفگرا از خود نشان دهد کار چندان سختی نیست، مثلا نوشتن یک رویه در پاسکال، یک تابع در زبان سی یا یک متد در جاوا. وقتی چنین رویهای را ایجاد میکنیم در واقع فرضیات مسئله (یا همان پیششرطها) و نتایج صحیح حاصله (یا همان پسشرطها) را مشخص میکنیم که در واقع همان هدف مسئله میباشند (هدف طراح نرمافزار از ایجاد رویه موردنظر). چنانچه به رعایت پیششرطها رویه فراخوانی شود، انتظار داریم که رویه به درستی اجرا شده و نتیجه صحیح بدست آید (یعنی رویه به پایان برسد و به محض پایان، پسشرطها برقرار باشند) و در اینصورت میتوانیم ادعا کنیم که هدف رویه محقق شده است. در اینجا رفتار هدفگرا به سادگی عبارتست از اینکه رویه طراح یا دستورالعملی را جهت رسیدن به هدف خود دنبال میکند. این مدل برنامه نویسی در بسیاری از محیطها (مانند محیطهای وظیفهای که پیشتر شرح داده شد) به درستی عمل مینماید[44].
ولی در مورد سیستمهای غیروظیفهای، چنین مدل سادهای از برنامهنویسی هدفگرا به هیچ وجه قابل قبول نیست، بدین دلیل که محدویتهای بسیاری در فرضیات مسئله اعمال میکند. مهمترین محدودیت آنکه فرض شده است که محیط در حین اجرای رویه بدون تغییر باقی میماند، حال اگر در حین اجرا تغییری در شرایط محیط روی دهد، رفتار آن غیرقابل پیشبینی خواهد بود (معمولا منجر به شکست در اجرای آن رویه خواهد شد). همچنین محدودیت دیگر در مثال قبلی آن است که فرض شده هدف اجرای رویه تا پایان اجرای آن معتبر و صحیح خواهد بود، اما در صورتی که هدف در حین اجرا اعتبار خود را از دست بدهد، دیگر نیازی به ادامهی اجرای رویه نخواهد بود[28].
در بیشتر محیطهای واقعی هیچیک از این فرضیات معتبر نمیباشد. به عبارتی مسئله به قدری پیچیده است که توسط یک عامل منفرد قابل مشاهده کامل و حل نمیباشد و لذا یک سیستم چندعاملی برای حل مسئله نیاز خواهد بود. یا اینکه ممکن است عدم قطعیت در محیط وجود داشته باشد. در چنین محیطهایی اجرای کورکورانه یک رویه بدون توجه به اینکه فرضیات اساسی رویه در هر لحظه اعتبار دارند یا خیر، یک استراتژی بسیار ضعیف خواهد بود. همانطور که پیشتر بیان شد، در چنین محیطهایی عامل بایست واکنشی باشد و بتواند نسبت به رویدادهایی که در محیط اتفاق میافتد و اهداف عامل یا فرضیات درنظر گرفته شده توسط آن را تحتالشعاع قرار میدهد، واکنش مناسب و بهینه از خود نشان دهد که البته همانطور که گفته شد این واکنشها بایست در جهت نیل به اهداف طراحی عامل باشد.
همانطور که دیدیم، ایجاد یک سیستم هدفگرای محض کار چندان سختی نیست، همچنین ایجاد سیستمهای واکنشی محض (که به صورت مداوم به رویدادهای محیط پاسخ میدهد) نیز به تنهایی خیلی دشوار نیست. اما ایجاد سیستمی که بتواند بین رفتار هدفگرا و واکنشی یک تعادل کارا ایجاد نماید، کار بسیار سختی خواهد بود. ما از عاملها انتظار داریم که برای نیل به اهداف طراحیشان رویههایی را که بعضا ممکن است بسیار پیچیده نیز باشند، اجرا نمایند، اما در عین حال انتظار نداریم عاملها به صورت کورکورانه و بدون توجه به ممکن است اجرای رویه مؤثر نبوده یا هدف آنها به هر دلیل دیگر معتبر نباشد، اقدام به اجرای این رویهها و یا مداومت در اجرای رویهها (به جای پایان دادن به اجرای آنها) کنند. بلکه در چنین شرایطی عامل بایست بتواند در زمان قابل قبول نسبت به شرایط جدید واکنش نشان داده و در واقع خود را با شرایط تطبیق دهد. البته این واکنشها نبایست به صورت مکرر و به گونهای باشد که عامل نتواند بر روی یک هدف خاص به قدر کافی متمرکز شده و به نتیجه دلخواه دست یابد[26].
نتیجه آنکه دست یافتن به یک تعادل مناسب میان رفتار هدفگرا و واکنشی کار چندان آسانی نیست. حتی اگر بخواهیم در بین انسانها به دنبال فردی بگردیم که میان این دو نوع رفتار در خود تعادلی ایجاد کرده باشد، به ندرت بتوانیم چنین کسی را بیابیم. این مشکل (برقراری تعادل میان رفتار هدفگرا و واکنشی) یکی از معضلات اصلی طراحان عاملها محسوب میشود. راهکارهای بسیاری بدین منظور ارائه شده، اما به هر حال این مسئله هنوز هم جزو یکی از موارد مورد بحث است که کار بر روی آن همچنان ادامه دارد[46].
اما قابلیت اجتماعی جزء نهایی مؤثر در عملکرد خودمختار عاملهاست که در اینجا به بررسی آن میپردازیم. در نگاه اول این قابلیت بدیهی و عادی به نظر میرسد: روزانه میلیونها کامپیوتر در سراسر جهان حجم عظیمی از دادهها و اطلاعات را میان کامپیوترهای دیگر و انسانها مبادله میکنند. ولی موضوع آن است که مبادلهی جریانهای دادهای در واقع قابلیت اجتماعی محسوب نمیشود. به طور مشابه که در دنیای انسانها تعداد معدودی از اهداف میتوانند به تنهایی و بدون همکاری سایر انسانها محقق شوند، و این بدان معنا نیست که ما هدفهای خود را به اشتراک بگذاریم. به بیان دیگر، هر فردی خودمختار و مستقل است و هدفهای خود را دنبال میکند، اما برای تحقق این اهداف نیازمند همکاری و مذاکره با سایر افراد میباشد. در چنین شرایطی ممکن است نیاز باشد هر فرد در مورد اهداف سایرین اطلاعاتی کسب کرده و دلایل و انگیزه آنها را بفهمد و اعمالی را انجام دهد (مثلا پرداخت پول) تا سایرین را وادار به همکاری نماید. این نوع از همکاری نسبت به جابجایی سادهی اطلاعات باینری توسط کامپیوترها بسیار پیچیده بوده و کمتر درک شده است[26].
فناوری عاملها فناوری جدید و منفردی نیست، بلکه ترکیبی از کاربرد یکپارچه و سریعا در حال تغییر چندین فناوری دیگر (قبیل زبان و پروتکلهایی برای برنامهنویسی منطق، تعریف محتوا و تعامل عاملها، مکانیزمهای انتقال و ...) میباشد[35].
یک عامل را هوشمند گویند اگر این ویژگیها را داشته باشد: واکنشپذیری (در مواقع لزوم واکنشهای بهجا داشته باشد)، خلاقیت(اهداف درونیش را ارضا نموده و به هنگام نیاز بتواند اعمالی را که به نظرش مفید میرسد، انجام دهد) و قابلیت تعامل (با عاملهای دیگر در راستای تحقق اهدافش تعامل برقرار کند). تعریف دیگری در این زمینه میگوید: "عامل هوشمند یک سیستم کامپیوتری محدودشده است که در محیطی قرار گرفته و میتواند عملیات مستقل و منعطفی را در راستای نیل به اهداف طراحیش در آن محیط انجام دهد".
بدنه شامل تمام فرایندهای متمرکز است که در واقع وظایفی هستند که برای انجام به هر عامل سپرده شدهاند و با توجه به نقش عاملها میتواند متفاوت باشد. سرایند شامل اطلاعاتی است که توسط کاربر یا سایر عاملهای نرمافزاری تأمین شده و جعبههای خاکستری رنگ شامل تمامی عملیاتی میباشد که عامل برای ارتباط و در نتیجه همکاری با مجموعهی عاملها بدانها نیازمند است. چنین ترکیب موفقی از چندین عامل هوشمند که با هم کار میکنند یک سیستم چندعاملی نامیده میشود که در ادامه مفصلا تشریح شده است.
یک سیستم چندعاملی سیستمی است متشکل از گروهی از عاملها که قادرند با یکدیگر تعامل داشته باشند. عاملها در یک سیستم چندعاملی ایستای عامل-محور به منظور حل مسئله به صورت توزیع شده، در محیط توزیع میشوند و به منظور حل مسئله با یکدیگر همکاری میکنند. سیستمهای چندعاملی اخیرا توجه زیادی را به خود معطوف ساختهاند و برنامههای کاربردی موفقی بر این اساس ایجاد شده است[30].
استفاده از عاملها در پنج دسته کلی طبقهبندی شده است: تجارت الکترونیک، شبکههای خصوصی متعامل، دستیاران شخصی (مدیریت زمانبندی، بازیابی اطلاعات و ...)، تخصیص و مدیریت منابع، و میانافزارها (واسط میان برنامههای کاربردی و لایههای شبکه)[54].
رعایت این موارد در طراحی و ایجاد عاملها ضروریست: 1) تئوری عاملها (تعاریف رسمی که وظایف عاملها را بیان میکند). 2) زبان عاملها (ابزاری به منظور طراحی و ایجاد سیستمهای عامل محور، مثلا عاملها میتوانند با جاوا، TCL، Perl یا زبانهای XML نوشته شوند) و 3) معماری عاملها (ساختار داخلی عاملها که میتواند منطق محور، واکنشی، لایهای یا... باشد). عاملهایی که با زبان جاوا نوشته میشوند نیاز به محیط زمان اجرای جاوا (JRE) خواهند داشت.
عاملها موجودیتهای خودمختاری هستند که به صورت مستقل یا با همکاری سایر عاملها کار میکنند. در اینجا منظور از "عامل" موجودیتهای حل مسئله نرمافزاری میباشد که با عملکردهای معین در محیطی مشخص قرار گرفتهاند تا ورودیهای مرتبط با دامنهی مسئله را پردازش نمایند.
عاملها این توانایی را دارند که رفتار و وضعیت داخلی خود را کنترل کنند تا بتوانند انعطافپذیری تکنیکهای حل مسئله خود را در راستای اهداف طراحیشان به نمایش گذارند. معمولا هر عامل نرمافزاری یک متخصص مستقل و متفاوت است که قابلیت انجام کامل وظایفی را دارد، بنابراین اعضای همکار در یک گروه یا جامعه ارائه میشوند[30].
ارتباط سیستم اطلاعاتی استراتژیک و سیستم چندعاملی پس از بیان مفاهیم و مقدمات سیستمهای اطلاعاتی استراتژیک و نیز سیستمهای چندعاملی، نوبت به بیان ارتباط میان این دو گروه از سیستمها میرسد. اولین نکتهای که در این زمینه جلب توجه میکند، دلیل انتخاب و مناسب بودن سیستمهای چندعاملی برای شبیهسازی ساختارهای سازمانی و اجتماعی است. برای روشن نمودن دلایل این تناسب، پیش از هرچیز میتوان به ساختار سیستمهای چندعاملی توجه نمود: هر سیستم چندعاملی متشکل از چندین عامل مستقل، خودمختار و هوشمند میباشد و تمامی این عاملها با ارتباط و هماهنگی یکدیگر در یک محیط پویا در راستای تحقق هدفی مشترک در تلاش و تکاپو هستند و ممکن است تحت تأثیر عوامل محیطی داخلی یا خارجی نیز قرار گیرند. این ساختار شباهت زیادی به ساختار یک سازمان دارد که در آن واحدهای مختلف سازمان در محیطی پویا با یکدیگر در تعاملند و هر واحد ضمن حفظ استقلال عملکردی و ساختاری، در راستای استراتژیهای کلان سازمان، در جهت رسیدن به وضع مطلوب با سایر واحدها همکاری تنگاتنگ دارد.
در فرایند نگاشت ساختار سازمان به یک سیستم چندعاملی میتوان هر یک از واحدهای سازمان را در قالب یک عامل هوشمند خودمختار در نظر گیریم که از طریق زبان ارتباط میانعاملی با سایر عاملها در ارتباط است. چشمانداز سازمان همان هدفیست که کلیهی عاملها در راستای تحقق آن با یکدیگر همکاری دارند. البته توجه داشته باشید که بسته به پیچیدگی ساختار سازمانی که میخواهیم آنرا توسط یک سیستم چندعاملی مدل نماییم، تعداد و نحوهی ارتباط عاملهای مدل ارائه شده ممکن است متفاوت باشند و این کار بسیار سختی خواهد بود که یک مدل کلی و جامع و قابل استفاده در کلیه سازمانها ارائه کنیم. در اینصورت نیز عاملهای مدل مذکور به صورت بسیار انتزاعی معرفی شده و ممکن است نتوان به خوبی و صراحت جزئیات مربوط به چگونگی پیادهسازی آنها را بیان نمود[30].
اصلیترین مزیتی که نمایش یک سازمان یا ساختار سازمانی توسط سیستمهای چندعاملی به همراه دارد آنست که میتوان روند رویداد وقایع در سازمان را شبیهسازی نموده و از این طریق به نوعی دانش قابل استناد در مورد آینده سازمان (و به طور خاص آینده آرمانی یا همان منظر برازنده سازمان) دست یافت. البته انجام موفق و دقیق این شبیهسازی مستلزم در اختیار داشتن اطلاعات کافی و مناسب از وضعیت گذشته و حال و نیز جنبههای گوناگون استراتژیک و محیط خارجی و داخلی سازمان است که با توجه به سر و کار داشتن ما با سیستمهای اطلاعاتی استراتژیک، میتوان گفت که به منبع غنی و سرشاری از اطلاعات موردنیاز دسترسی داشته و از این حیث با مشکل خاصی مواجه نخواهیم بود[54]و[58].
به هر حال آنچه مسلم است اینکه در حال حاضر و با فناوری و امکانات موجود قابلیت نگاشت کامل، دقیق و بدون دخالت انسان میان این دو نوع سیستم اگر غیرممکن نباشد، بسیار سخت و طاقت فرساست، لذا برای اطمینان از صحت عملکرد سیستم نهایی نیاز به بازنگری انسانی اجتناب ناپذیر مینماید و در واقع خروجی و حاصل کار سیستم ایجاد شده تنها به عنوان راهنمای مدیران ارشد سازمانی میتواند مورد استفاده قرار گیرد.
کارهای پیشین گرچه بیش از سه دهه از عمر سیستمهای چندعاملی میگذرد، به دلیل ماهیت پیچیده و کاربردهای خاص این دسته از سیستمها، متاسفانه هنوز استفاده از آنها به نحوی که بایست و شایسته است، گسترش نیافته است. به دلیل بالا بودن هزینههای طراحی و استقرار چنین سیستمهایی، ایجاد آنها معمولا نیاز به حمایتهای دولتی دارد و عمده لذا پروژههایی که در این زمینه به فرجام رسیدهاند شاید در زمینهی فناوریهای فضایی و ایجاد کاوشگرهای هوشمند، یا سیستمهای کنترل خودکار پرواز، یا پرتاب موشک یا مواردی از این دست میباشد که نمود کمتری در زندگی روزمره انسانها داشته است و دلیل آن نیز همانطور که ذکر شد هزینهی بالای توسعهی آنهاست. اما با اینحال تحقیقات و پژوهشهای آکادمیک فراوانی تا کنون در این زمینه انجام شده که بیشتر آنها به ارائهی متدلوژیها و چارچوبهایی محدود بوده که هیچگاه در عمل پیادهسازی و اجرا نشدهاند.
بر خلاف سیستمهای چندعاملی، بر روی سیستمهای اطلاعاتی راهبردی سازمانی هم تحقیقات و هم پیادهسازیهای کوچک و بزرگ بسیاری به طرق و روشهای گوناگون صورت پذیرفته است که بسیاری از آنها به شکست انجامیده و بسیاری نیز توانسته با موفقیت اجرا شود و به نظر میرسد وضعیت این سیستمها به مراتب از سیستمهای چندعاملی بهتر و قابل قبولتر و نتایج حاصله ملموستر و کاربردیتر بوده است.
اما در مورد ترکیب و استفادهی این دو خانوادهی متمایز از سیستمها، یعنی سیستمهای چندعاملی و سیستمهای اطلاعاتی راهبردی، متاسفانه کمتر پژوهش آکادمیک معتبر و ساختیافتهای صورت گرفته است. یکی از این موارد پژوهشی است که در سال 2010 در دانشگاه سعدی ایاب در کشور مغرب توسط عبدالعزیز الفَزیکی و همکارانش انجام شده ]65[ و در آن به ارائهی یک راهکار مبتنی بر معماری مدلمحور یا MDA و سیستمهای چندعاملی برای توسعهی سیستمهای اطلاعاتی ارائه شده است.
همانطور که در REF _Ref354754101 h شکل ‏21 مشاهده میشود، این فرایند شامل سه سطح CIM، PIM و PSM است که در سطح اول مدلسازی نیازمندیها و مدلسازی سیستمچندعاملی انجام میشود. در سطح دوم مدلسازی به کمک MAS-ML که زبانی اختصاصی برای مدلسازی سیستمهای چندعاملی و در واقع توسعهای از UML است انجام شده و مدلسازی UML نیز پس از آن صورت میپذیرد و نهایتا در سومین و آخرین سطح از مدل ارائه شده، یک مدلسازی وابسته به سکو انجام میشود که از روی آن میتوان به تولید کد رسید که البته ادعا شده این تولید کد به صورت خودکار انجام شده و خروجی آن کدی به زبان جاوا خواهد بود. البته اشارهای نشده که فرایند مذکور به چه نحو صورت خواهد پذیرفت.

—d1209

بررسی قیمت گذاری در مساله کنترل موجودی توسط فروشنده
انتخاب بهترین تامین کننده
به دست آوردن معیار مناسب برای انتخاب تامین کننده برتر
افزایش رقابت در صنایع مختلف و به تیع آن افزایش رضایت مشتریان
1-4 سوالهای تحقیق
قیمت گذاری در مدل کنترل موجودی توسط فروشنده چه تفاوتی با زنجیره تامین سنتی دارد؟
آیا میزان سود خرده فروش در حالت مدیریت موجودی سنتی با سیستم VMI متفاوت است؟
انتخاب تامین کننده بر اساس چه معیارهایی صورت می گیرد؟
1-5 نوآوری تحقیقدر دنیای واقعی که صنایع مختلف به دنبال مزیت رقابتی هستند، مساله قیمت گذاری مقوله بسیار مهمی در مدیریت تقاضا محسوب می شوند. در این تحقیق سعی شده تا مساله با درنظر گرفتن تابع تقاضای وابسته به قیمت، بیشتر به دنیای واقعی نزدیک شود. علاوه بر مطالب فوق، مساله زنجیره تامین در اکثر صنایع، با مساله انتخاب تامین کننده مناسب درهم آمیخته است و درنظر گرفتن معیارهای انتخاب تامین کننده، مساله را به واقعیت های صنعت نزدیک تر می کند. بنابراین در هیچ پروژه - ریسرچو تحقیقی مساله انتخاب تامین کننده در زنجیره سه سطحی و همچنین در مدل کنترل موجودی توسط فروشنده با مساله قیمت گذاری به صورت برنامه ریزی غیر خطی آمیخته با عدد صحیح، مطرح نشده است. بنابراین، ادغام مسائل فوق با در نظر گرفتن معیار های گوناگون برای انتخاب تامین، علاوه بر نوآوری، این تحقیق را به واقعیت و کاربردی بودن نزدیک می کند.
1-6 ساختار کلی تحقیقدر فصل اول کلیات تحقیق شامل تشریح موضوع و بیان مساله، ضرورت تحقیق، اهداف تحقیق، نوآوری تحقیق و اهمیت آن ارائه شده است.
در فصل دوم، مبانی نظری تحقیق و کارهای عملی در تحقیقات گذشته ارائه شده است. این فصل شامل سه بخش است که در مورد مفاهیم زنجیره تامین، مروری بر مطالعات گذشته مربوط به مسائل انتخاب تامین کننده و مدیریت موجودی توسط فروشنده بیان شده است. در فصل سوم مدل های ریاضی تحقیق بیان شده اند و روشهای مورد استفاده برای حل آنها در تحقیق مورد بررسی قرار گرفته است. در فصل چهارم با ارایه مثال های عددی مدل های مطرح شده مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته شده است. در فصل پنجم نتایج بیان شده است و پیشنهادهای برای تحقیقات آینده مطرح شده است.
فصل دوممرور ادبیات2-1 مقدمهتغییرات و تحولات عمیق دنیای کسب و کار و الزامات جدید تولید و تجارت در عصر کنونی، زمینه ظهور و بروز نگرش های جدیدی را فراهم ساخته است که ضروری است مورد توجه قرار گیرند. درهمین راستا رویکردها و نگرش های جدیدی پیرامون موضوع تامین، تحت عنوان مدیریت زنجیره تامین گسترش یافته به نحوی که زمینه خلق پارادایم جدیدی در حوزه مدیریت تامین را فراهم ساخته است. همچنین با بیان مدیریت زنجیره تامین استراتژی های مختلفی از جمله مدیریت موجودی توسط فروشنده برای یک پارچه سازی بیشتر زنجیره مطرح شدند.
با توجه به اهمیت انتخاب درست تامین کننده در زنجیره تامین، با جهانی شدن تجارت و افزایش ارتباطات بین المللی و امکان انتخاب تامین کنندگان از سراسر نقاط جهان، منجر به افزایش پیچیدگی مساله انتخاب و تخصیص سفارش به تامین کنندگان شده است. افزایش سطوح تجارت و الکترونیک و استفاده از اینترنت نیز از طرف دیگر موجب شده است که سازمان ها راه حل های بیشتری برای انتخاب تامین کننده پیش رو داشته باشند و دامنه انتخاب آنها به شدت افزایش پیدا کند. در این فصل به بررسی مباحث زنجیره تامین، انتخاب تامین کننده و مدیریت موجودی توسط فروشنده و تحقیقات انجام شده در این حوزه ها خواهیم پرداخت.
2-2 تحولات زنجیره تامینپس از جنگ جهانی دوم و فشار بر صنایع برای کاهش قیمتها و افزایش رقابت‌پذیری آنها، صاحبان صنایع در ‌پی‌کاهش هزینه‌های خود در تولید محصولات، به‌ منظور ماندگاری و ادامه حیات بودند. در این راستا مدیران و صاحبان صنایع از روشهای مختلفی همچون: برنامه‌ریزی تولید، زمانبندی تولید، زمان‌سنجی، الگوهای چیدمان ماشین‌آلات، مکان‌یابی، ارتقای بهره‌وری نیروی کار، ارتقای فناوری و غیره بهره بردند.  وجه مشترک همه این روشها متمرکز بودن به درون بنگاه و تلاش درجهت کاهش هزینه‌ها در درون بنگاه یا کارخانه می‌باشد. هرچند این روشها تا دهه 70 میلادی تا حد زیادی پا سخگوی نیاز صاحبان صنایع در کاهش هزینه‌ها و افزایش توان رقابت ‌پذیریشان شد.
در اوایل دهه 80، مدیران دریافتند، فقط توجه به درون سازمان برای کاهش هزینه ها کافی نبست. در این زمان، با افزایش تنوع در الگوهاى مورد انتظار مشتریان، سازمان‌ها به طور فزاینده اى به افزایش انعطاف پذیرش در خطوط تولید و توسعه محصولات جدید براى ارضاى نیازهاى مشتریان علاقه مند شدند. در دهه 90 میلادى، به همراه بهبود در فرایندهاى تولید و به کارگیرى الگوهاى مهندسى مجدد، مدیران بسیارى از صنایع دریافتند که براى ادامه حضور در بازار تنها بهبود فرایندهاى داخلى و انعطاف پذیرى در توانایى‌هاى شـــــرکت و فقط تولید یک محصول کیفی کافی نیست. در واقع، عرضه محصولات با شرایط مورد نظر مشتری (چه موقع، کجا و چگونه)، با کیفیت و هزینه مورد نظر آنها، چالشی جدیدی را برای سازمانها به وجود آورد. با چنین نگرشى، رویکردهاى زنجیره تامین و مدیریت آن پا به عرصه وجود نهاد. در واقع زنجیره تامین از جدیدترین و مهمترین موضوعات است که سازمان ها با استفاده از آن در پی ایجاد ارزش برای سهامداران و ذی نفعان خود هستند [6]. بر این اساس، فعالیت‌هایی مانند تهیه مواد، برنامه ریزی محصول و تولید ، انبارداری، کنترل موجودی، توزیع ، تحویل و خدمت به مشتری که قبلا همگی در سطح یک سازمان انجام می شد به سطح زنجیره تامین انتقال یافته است. مسئله کلیدی در یک زنجیره تامین، مدیریت ، کنترل و هماهنگی فعالیت‌های مذکور است. مدیریت زنجیره تامین این کار را به طریقی انجام می‌دهد که مشتریان بتوانند محصولات را با کیفیت و خدمات قابل اطمینان، در اسرع وقت و با حداقل هزینه دریافت کنند [30].
مدیریت زنجیره ی تأمین با چالش هایی مواجه است از قبیل ، ایجاد اعتماد و همکاری میان شرکای زنجیره تأمین و تعیین بهترین اقداماتی که می توانند هم راستایی و یک پارچگی فرایند زنجیره نامین را تسهیل کنند.
بنابراین در دهه اخیر و در پی تحولات تکنولوژی ارتباطات و اطلاعات، روند مدیریت زنجیره تأمین به سمت مدیریت زنجیره تأمین الکترونیک تغییر کرد و از حالت سازمانی و منطقه ای به حالت جهانی متمایل گردید. به این ترتیب تولید از روش تولید استاندارد و انبوه به سمت تولید منعطف محلی سوق داده شد. لازمه این امر نیز تغییر ساختاری آن از حالت متمرکز به حالت نیمه متمرکز و ایجاد واحدهای استراتژیک مستقل بود. تغییر دیگری که در این روند می‌توان مشاهده کرد افزایش سهم برون سپاری است. شرکتهای مدیریت زنجیره تأمین برای افزایش مزیت رقابتی خود در طول فرایند تأمین، تمرکز خود را روی مراحلی اختصاص می دهند که ارزش افزوده بیشتری برای مشتری و شرکت فراهم کند و از این جهت بخشهایی با ارزش افزوده کمتر را به شرکتهای دیگر واگذار کرده و ترجیح می‌دهند در این موارد، خرید خارج از مجموعه داشته باشند که در این میان نقش استراتژی های همکاری، بسیار تعیین کننده است.
2-3 مفهوم زنجیره تامینیک زنجیره تامین معمولاً از اجزای زیر تشکیل شده است: 
    مشتریان نهایی محصولات
    خرده فروشان محصولات و خدمات
    توزیع کنندگان / عمده فروشان محصولات
    تولید کنندگان محصول نهایی


    تامین کنندگان
در حقیقت، زنجیره تامین از دو یا چند سازمان تشکیل می‌شود که رسماً از یکدیگر جدا هستند و به وسیله جریان‌های مواد، اطلاعات و جریان‌های مالی به یکدیگر مربوط می‌شوند. این زنجیره،‌ همه فعالیت‌های مرتبط با جریان کالا و تبدیل مواد، از مرحله تهیه ماده اولیه تا مرحله تحویل کالای نهایی به مصرف کننده را شامل می شود، و در شکل(2-1) اجزای یک زنجیره تامین نمایش داده شده که مفهوم هریک از سطوح به شرح زیر می باشد :
- زنجیره تامین بالادست: این بخش شامل تامین کنندگان اولیه )که خودشان میتوانند مونتاژ کننده یا سازنده باشند( و تامین کنندگانشان هستند که همه این مسیرها ازمواد سرچشمه می گیرد. فعالیتهای اصلی این قسمت خرید و حمل است.
- زنجیره تامین داخلی: این بخش شامل همه پردازشهای استفاده شده به وسیله یک سازمان در تبدیل داده های حمل شده به سازمان به وسیله تامین کنندگان به خروجی هاست، از زمانی که مواد وارد سازمان میشود تا زمانی که محصول نهایی برای توزیع به خارج سازمان حرکت می کند. فعالیتها اینجا شامل حمل مواد، مدیریت موجودی، ساخت وکنترل کیفیت است.
- زنجیره تامین پایین دست: این بخش شامل همه فرایندهای درگیر در توزیع و تحویل محصولات به مشتریان نهایی است. بسیار مشاهده می شود که زنجیره تامین وقتی محصول واگذار یا مصرف میگردد، پایان می پذیرد. اینجا فعالیت ها شامل بسته بندی، انبار و حمل است. این فعالیتها ممکن است با استفاده از چندین توزیع کننده انجام شود مثل کل فروشان وخرده فروشان .

شکل2-1 ساختار زنجیره تامین[1].2-4 اهمیت مدیریت زنجیره تأمینزنجیره‌تأمین نیز به‌عنوان یک سیستم، مانند بسیار از سیستم‌های دیگر برای عملکرد مناسب، نیازمند مدیریت است. به عنوان مثال یک تولیدکننده قطعه خودرو ممکن است برای تحویل قطعات نهایی به خودروساز نیازمند مواد اولیه پلاستیک باشد که باید از خارج وارد شود. اگر واردات این محصول با مشکل مواجه گردد تأمین این قطعه دچار اختلال می‌شود و شاید بهتر باشد تولیدکننده مقدار زیادی از آن را به طور مستقیم از عرضه کننده خارجی، یک‌جا خریداری کند. در همین حال، ساخت انبار برای نگهداری حجم زیادی از این مواد بسیار هزینه‌ بر است. از طرف دیگر عدم پاسخگویی به سفارش مشتری می‌تواند آینده تجاری قطعه ‌ساز را دچار مشکل سازد. خودروساز نیز دارای نرخ سفارش یکنواخت به تأمین‌کننده نیست و گاهی سفارش خود را به مدت طولانی به تعویق می‌اندازد. بنابراین هزینه‌ها و ریسک‌های گوناگونی کسب و کار قطعه‌ ساز را تحت تأثیر قرار می‌دهند. در این مثال‌ آن‌چه که روشن است، اهمیت هماهنگی میان عناصر زنجیره تأمین و جریان صحیح اطلاعات و کالا است. به‌‌ این ‌ترتیب مدیریت زنجیره تأمین مجموعه‌ای از رویکردها است که برای یک‌پارچه‌سازی فعالیت های اعضای زنجیره تامین شامل، تأمین‌کنندگان، تولیدکنندگان، توزیع کنندگان و خرده فروشان و نیز انتقال جریانهای اطلاعاتی و منابع مالی مرتبط با آن به‌کار می‌رود، تا کالا به مقدار درست، در محل درست و در زمان درست تولید و توزیع و به مشتریان ارسال شود. رعایت تمامی موارد در حالی است که هزینه‌های کل سیستم حداقل، و هم‌زمان سطح خدمت مطلوب نیز حفظ ‌شود. در این تعریف دو نکته اساسی در مدیریت زنجیره تامین اهمیت دارد.
1-مفهوم یک پارچه سازی 2- اشتراک گذاری اطلاعات که در ادامه به بیان هریک خواهیم پرداخت.
2-4-1 مفهوم یک پارچه سازیدر گذشته شرکت‌هایی که در عرضه کالا یا گروهی از کالاها با هم کار می‌کردند، سعی داشتند تا از هم جدا باشند و بر روی حفظ یا بهبود عملکرد خود تمرکز داشتند. اما امروزه با توجه به هزینه زیاد موجودی‌هایی که در سیستم‌های عرضه گسسته برای پاسخ‌گویی به مشتریان لازم است و نیز افزایش سطح خدمت به مشتریان، شرکت‌ها باید در زنجیره‌ ها یا شبکه‌های تأمین و نه به صورت سازمان های از هم دور افتاده کار کنند. بنابراین، یکی از عوامل کلیدی موفقیت زنجیره‌های تأمین فراهم آوردن امکان هم یاری و همکاری اعضای آن‌ها است. این سطح از همکاری را یکپارچه سازی زنجیره تأمین می‌نامند.
2-4-2 انواع استراتژی های همکاری در زنجیره تامیندر سال 2005 ماتیاس هالوگ و همکاران چهار نوع زنجیره تامین، که تفاوت های آنها در کنترل موجودی و برنامه ریزی در نوع همکاری بین سطوح زنجیره است را بیان نمودند. چهار حالت مختلف برای برنامه ریزی همکاری و کنترل موجودی در زنجیره تامین وجود دارد، که عبارتند از: زنجیره تامین سنتی، تبادل اطلاعات، مدیریت موجودی توسط فروشنده و تامین همزمان شده [7].
شکل(2-2) حالت های مختلف همکاری در زنجیره تامین را نشان می دهد.

شکل2-2 حالت های مختلف همکاری در زنجیره تامین [7].هدف از همکاری در زنجیره تامین ایجاد شفافیت در الگوهای تقاضا در کل زنجیره تامین است.
یک مجموعه از مدل های مخزن آب برای شرح این دسته بندی های همکاری در زنجیره تامین استفاده شده است [8]. در این مدل ها می توان دو تصمیم گیری برای سفارش، در یک زنجیره تامین ساده دو سطحی که به صورت توپ هایی نمایش داده شده است را ملاحظه نمود. آب به معنای موجودی و جریان آب به معنای فروش محصولات می باشد.
2-4-2-1 زنجیره تامین سنتیزنجیره تامین سنتی به این صورت شناسایی می شود که در آن، هر عضو، تنها تولید خود را بر اساس شرایط خودش یعنی تقاضای مشتریان، سطوح موجودی و میزان کار در جریان ساخت، پایه گذاری می کند و به طور خلاصه در صدور سفارشات، هر سطح مراقب مدیریت شرایط خاص خودش است [1].
دی بری و ام ام نعیم در سال 1996 تعریفی که از این زنجیره تامین بیان می کنند که به این شرح می باشد: «زنجیره تامین سنتی، یک سیستم شامل تامین کنندگان، تولیدکنندگان، توزیع کنندگان و مشتریان می باشد که این اعضا از طریق جریان رو به جلو مواد و جریان رو به عقب اطلاعات به یکدیگر متصل هستند. در زنجیره عرضه سنتی هر عضو تنها مسئولیت کنترل موجودی خودش را بر عهده دارد. چالش اصلی که کلیه اعضا اعم از خرده فروش، توزیع کننده، تولید کننده و تامین کننده با آن روبرو هستند این است، که برای مرتفع ساختن تقاضای مشتریان، چه میزان سفارش به سیستم تولیدی باید داد. در واقع این مساله، مهمترین سوال در کنترل موجودی کلاسیک می باشد.» [10] .
هدف یک سیستم تولید و موجودی عبارت است از تبدیل داده ها های بازار به برنامه های هماهنگ راجع به نرخ تولید و سطوح موجودی. در زنجیره تامین سنتی، کنترل تولید و موجودی از طریق پردازش داده های تقاضا، سطوح موجودی و سفارشات در راه از طریق یک شیوه، ساختار یافته ریاضی مانند سیستم پشتیبانی تصمیم گیری یا به شیوه غیر رسمی مانند استفاده از نطرات و تجربیات شخصی انجام می شود. در اغلب موارد به دلیل اثر بخش نبودن ساختار زنجیره، در عین کار آمدی فرایند تصمیم گیری، نتایج رضایت بخش نمی باشند [10]. در این نوع زنجیره عرضه، هر سطح، تنها راجع به مشتریان بلاواسطه و مستقیم خود اطلاع دارد. این وضعیت باعث می شود که تامین کنندگان، نسبت به آنچه که مشتریانشان برای پوشش سطح انتظار مشتریان خود سفارش خواهند داد؛ دیدی ناکافی داشته باشند [1] .
دید ناکافی نسبت به مشتریان نهایی، منجر به ایجاد یک سری مشکلات می شود. در زنجیره تامین، خرده فروش در نتیجه ی پیش بینی تقاضای مشتری، نوسانات یبشتری را به مدل تحمیل می کند. توزیع کننده هم به نوبه خود با پیش بینی بر مبنایی سفارشات خرده فروش این انحرافات تشدید می کند. نوسانات در طول زنجیره تامین بیشتر می شوند، در نتیجه زمانی که کارخانه سفارشات را دریافت می کند، این انحرافات قابل توجه از تقاضای واقعی مشتری رخ داده است. به فرایند تشدید نوسانات، اثر شلاق چرمی می گویند. مهمترین عوامل اثر گذار در تشدید این انحرافات و ازدیاد اثر شلاق چرمی عبارتند از: فرآیند پیش بینی تقاضا، تغییر ناگهانی قیمت ها و مدت تحویل های غیر صفر . اثر شلاق چرمی پدیده ای نیست که به تازگی مورد بررسی محققان قرار گرفته باشد. در سال 1990 استالک و هات اثر شلاق چرمی را در زنجیره تامین پوشاک مورد بررسی قرار داده اند. برمبنای مطالعه فوق تویل، ام سی کالن در سال 1999 به این نتیجه رسیدند که به طور معمول، خرده فروش تقاضای مشتری را با 5% خطا تخمین می زند و انحراف از تقاضای واقعی در هر سطح از زنجیره تامین دو برابر می شود. این امر در شکل(2-3) نشان داده شده است [3]. 45% 20% 10% 5%
3905250247650511492534925050673001587504943475158751048577502921004762500292100476250063500461010082550357187534925003857625234950385762545402536671253492503476625234950331470023495024384002921000225742529210000202882523495002571750396875192405023495011811003968751057275349250904875349250781050349250638175349250404812563500تولید پارچه
0تولید پارچه
528637562865تولید کننده نخ
0تولید کننده نخ
136207582550بوتیک
0بوتیک
275272582550تولید کننده لباس
0تولید کننده لباس
7620063500مصرف کننده
0مصرف کننده
55
شکل 2-3 اثر شلاق چرمی در زنجیره تامین پوشاک[3].
در این نوع زنجیره تامین، شرکت ها می توانند استراتژی های مختلفی برای کاهش هزینه های حمل و نقل اشان توسط یکی کردن بارها به منطوره افزایش تعداد وسایل حمل و نقل پر به کار گیرند [11]. به این ترتیب در زنجیره تامین سنتی بین نگهداری موجودی و کارایی حمل و نقل تضاد وجود دارد. برای یک جریان هموار از مواد در یک زنجیره تامین سنتی ، ارسال ها باید در زمان سفارش دهی و بر مبنای آن مقدار که مورد نیاز است انجام گیرد، این موضوع باعث می شودکه تعداد کمی از محموله ها وسیله نقلیه را پر کنند. بدین ترتیب با استفاده غیر بهینه از وسیله حمل و نقل، هزینه حمل و نقل کاهش می یابد. اما در این حالت به دلیل تشدید اثر شلاق چرمی و بوردیج هزینه های کنترل موجودی و ساخت افزایش پیدا می کند [2،11].
چیلدر هوس و تویل برای یک زنجیره تامین سنتی معایبی چون زمانهای تحویل طولانی، نقاط تصمیم گیری چندگانه، اطلاعات غیر شفاف و حداقل هماهنگی بیان می کند [12].
2-4-2-2 تبادل اطلاعاتتبادل اطلاعات یا اشتراک اطلاعات به این معناست، که خرده فروش و تامین کننده می توانند به طور مستقل سفارش دهند ولی به منظور تبادل در اطلاعات مربوط به تقاضا و یک پارچه کردن پیش بینی ها یشان برای ظرفیت و برنامه ریزی طولانی مدت با هم همکاری می کنند [1].
راهی که با کمک آن، شرکت‌ها می‌توانند با هم پیوند یابند و در نتیجه بهره‌مندی از مزایای یک‌پارچگی را ممکن می‌سازد، به اشتراک‌گذاری اطلاعات است. مهم‌ترین اطلاعاتی که برای دستیابی به یک‌پارچگی در زنجیره‌تأمین لازم است تا به اشتراک گذاشته شود را می‌توان شامل بر داده‌ها و پیش‌بینی‌های تقاضا، برنامه‌های زمان‌بندی تولید، داده‌های محصولات جدید و تغییرات مواد و هم‌چنین سطح موجودی‌ اعضای
زنجیره دانست.
به اشتراک گذاری اطلاعات وقتی تحقق می‌یابد که موانع جریان روان اطلاعات در طول زنجیره‌تأمین برداشته شده یا حداقل شوند. مهم‌ترین این موانع دیدگاه سنتی روابط تقابلی به جای روابط تعاملی در زنجیره‌های‌تأمین است. لی و همکاران  در سال ۲۰۰۶ طی تحقیقی نشان دادند که دو عامل اصلی برای ممکن شدن به اشتراک‌گذاری اطلاعات در زنجیره تأمین، اعتماد دو جانبه و دیدگاه مشترک درباره مشتریان است. هم‌چنین ایشان از این تحقیق نتیجه گرفتند که با به اشتراک‌گذاری اطلاعات در شکل درست آن، افزایش سرعت پاسخ‌گویی به مشتریان، افزایش سرعت جریان اطلاعات و سرانجام افزایش کارایی و اثربخشی را انتظار داشت .

شکل 2-4 عوامل و پیامد‌های به اشتراک‌گذاری اطلاعات در مدیریت زنجیره تامین.
تبادل اطلاعات برای اولین بار در صنایع نساجی به کار گرفته شد و به روش پاسخ سریع معروف شد. در سال 1984 تعدادی از شرکت ها که نقش رهبری را در بازار آمریکا ایفا می کردند، شورایی را تشکیل دادند. تحلیل هایی که این شورا روی زنجیره تامین لباس انجام داد، روشن ساخت که زمان ارسال از مواد خام تا مشتری 66 هفنه است. که این مقدار، 40 هفته در انبار و حمل ونقل گذرانده می شود. برای کاهش زمان اریال و هزینه های موجودی روش پاسخ سریع توسعه پیدا کرد. شرکت میلیکن که در زمینه نساجی و مواد شیمیایی فعالیت می کرد، با اجرای تبادل اطلاعات به شکل موفقیت آمیزی زمان تحویل را از 18 هفته به 6 هفته کاهش داد [2].
2-4-2-3 مدیریت موجودی توسط فروشندهطبق اجرای این سیستم، تصمیم های سازنده در حقیقت بر اساس اطلاعات در مورد فروش و سطح موجودی در مرکز توزیع است. از طرف دیگر توزیع کننده تضمین می کند که به صورت مداوم جریانی از اطلاعات به منطوره توانمند ساختن سازنده برای محاسبه واقع بینانه سفارش ها و فراهم کردن قابلیت اطمینان برای تدارک سفارش ها ارسال نماید [13]. در این نوع همکاری، تامین کننده مدیریت چرخه های باز پرسازی موجودی، برای مشتری را بر عهده دارد. تا بدین صورت بتواند، با سرعت بخشیدن به زنجیره تامین از عهده کوتاه بودن عمر محصولات برآید [7].
شکل(2-5 )مدیریت موجودی توسط فروشنده را به صورت مخزن آب نشان می دهد [7].

شکل 2-5 مدیریت موجودی توسط فروشنده را به صورت مخزن آب [7].مطابق شکل فوق دو نقطه تصمیم گیری وجود دارد. در این رویکرد کاملا اثر شلاق شرمی حذف می شود.
2-4-2-4 تامین هم زمان شدهدر حالت تامین هم زمان شده، برنامه ریزی برای تولید با تصمیم گیری در مورد سفارش دهی ترکیب می شوند و تامین کننده با استفاده از این برنامه ریزی کاملا واضح خود، اقدام به باز پرسازی موجودی مشتریان خود می کند. اگرچه، کنترل موجودی توسط فروشنده بادرک بهتری که به تامین کننده می دهد، این امکان را به او می دهد تا در مقابل نوسانات تقاضا بهتر تصمیم بگیرد و با اثر هزینه بردار شلاق چرمی مقابله کند. اما، اطلاعات مربوط به تقاضای مشتری در تولید و فرآیند کنترل موجودی، دخالت داده نمی شود [7]. شکل (2-6 ) حالت تامین هم زمان شده را از طریق مدل مخزن آب نشان می دهد.

شکل 2-6 نمایش تامین هم زمان شده از طریق مدل مخزن آب [7].
در حالت تامین هم زمان شده برخلاف مدیریت موجودی توسط مشتری، تامین کننده، اطلاعات مربوط به سفارش دهی مشتری را در برنامه ریزی و عملیات خود دخالت می دهد. در واقع در این جا تقاضایی که برای خرده فروش می آید به عنوان ورودی برای فرایند کنترل موجودی ترکیب شده (خرده فروش و تامین کننده) و نیز برنامه ریزی تولید به کار می رود. در حالت تامین هم زمان شده ضمن آنکه اثر شلاق چرمی از بین می رود موجودی ذخیره ایی که برای مقابله با عدم قطعیت در تقاضا نگهداری می شود به حداقل می رسد. چرا که پیش از این به دو سطح موجودی اطمینان نیاز داشتیم و اینک آنها به یک سطح موجودی اطمینان نیاز دارند. تامین هم زمان شده به شکل موفقیت آمیزی توسط شرکت کلوتافازر (یک تولید کننده شکلات در فنلاند)، اجرا شده است. کارخانه ی این شرکت با 5 الی 6 فروشنده ی بزرگ در بازار کشورهای اسکاندیناوی وارد همکاری برای کنترل موجودی شده است. این شرکت موفق شده است که از این طریق در هزینه های کنترل موجودی صرفه جویی های قابل توجهی ایجاد نماید و از این طریق صاحب مزیت رقابتی شده است. طول عمر محصول این شرکت بین 4 تا6 ماه است. از طریق همکاری انتقال موجودی در زنجیره تامین، 3 هفته حذف شده و این انتقال کاملا توانست کاهش معنا داری در هزینه های این شرکت که محصولی با طول عمر کوتاه دارد، فراهم نماید. این موضوع باعث شده است که محصول تازه تر و منسوخی و خرابی کمتر شود و در نتیجه تعداد کمتری از محصولات برگشت داده شوند و در نهایت رضایت مشتریان افزایش یابد. همکاری موفقیت آمیز این کارخانه در زنجیره عرضه مثالی است از ضرورت بیش از حد همکاری در زنجیره تامین محصولاتی که طول عمر کوتاه دارند [7]. با توجه به همه مطالب ذکر شده در مورد انواع همکاری در زنجیره تامین، نوع دوم یا همان مدیریت موجودی توسط فروشنده کاهش بیشتری در هزینه های انتقال، مربوط به باز پرسازی موجودی دارد و در بیشتر موارد اجرای آن و حفظ آن آسان تر و بهتر قابل دسترسی می باشد. در این نوع همکاری، مشتری به سطح سرویس دهی بیشتری نایل می شود و یک بازاریابی یک پارچه را برای بهبود عملیات تامین کننده خودش فراهم می کند. به همین دلیل رواج بیشتری در صنعت یافته است [7]. کنترل موجودی توسط فروشنده روشی برای بهبود زنجیره تامین است .که بستر موضوعی این پایان نامه می باشد. که در ادامه تحقیق، بیشتر به مزایای اجرای این سیستم خواهیم پرداخت.
2- 5 انواع نرم افزار ها برای مدیریت زنجیره تامینبرای تسهیل جریان اطلاعات و مدیریت دقیق آن بستری مناسبی از نرم افزارها و سیستمهای اطلاعاتی یک پارچه و شبکه اینترنت موردنیاز است. در حقیقت، مفهوم زنجیره تامین با رایانه ای شدن و تکامل آن با پیشرفت فناوری، منجر به ارائه نرم افزار هایی شد، که به واسطه آنها کنترل موجودی و همکاری بین اعضا زنجیره، پیشرفت فراوانی کرد.
به طورکلی چهار گروه نرم افزاری، از زنجیره تامین پشتیبانی می کنند، که عبارتند از: [1]
نرم افزارهای برنامه ریزی منابع موسسه
نرم افزارهای مدیریت زنجیره تامین
نرم افزارهای بهینه سازی تولید
نرم افزارهای تجزیه و تحلیل
2-5-1 نرم افزارهــــای برنامه ریزی منابع موسسهاین دسته از نرم افزارها براساس سیستم برنامه ریزی منابع که قبلاً به سیستم برنامه ریزی مواد معروف بود طراحی شده اند. این نرم افزارها سعی می کنند براساس مفاهیمی از برنامه ریزی مواد، عملکردها و بخشهــــایی را که خارج از حوزه های برنامه ریزی تولید قرار دارند را یکپارچه و هماهنگ سازند.
2-5-2 نرم افزارهای گروه مدیریت زنجیره تامین:
این نرم افزارها عمدتاً برهمخوانی بخش تامین و تقاضا تاکید دارد و همـــه وظایف کسب و کار را تعقیب نمی کنند. اکثــراین نرم افزارها از روشهای پیش بینی پیشرفته برای برنامه ریزی تقاضا، از واحد زمانبندی و برنامه ریــزی تولید برای برنامه ریزی تامین و از ابزارهای تجزیه و تحلیل برای بررسی همخوانی بین تقاضا و تامین استفاده می کنند.
2-5-3 ابزارهای بهینه سازی تولید: درجهت بهینه سازی مبتنی بر محدودیت مورد استفاده قرار می گیرند و برپایه قوانین استوارند. این رویکرد ساختمان مدل یک سیستم را دقیقاً با قوانین نه گانه بهینه سازی تولید هماهنگ کرده و راه حل مناسب را پیدا می کند. ابزارهای بهینه سازی تولید تقریباً ازهمه روشهای مدل سازی از قبیل برنامه ریـــزی خطی، عدد صحیح، بهینه- سازی و مــدلسازی شبکه ای و حتی شبیه سازی استفاده می کند.
2-5-4 ابزارهای تجزیه و تحلیل:این نرم افزارها با دیگر گروهها حوزه زنجیره تامین فعل و انفعال کمی دارند. این ابزارها عمدتاً برای شناخت و تحلیل پویایی سیستم یا برای طراحی راهبردی استفاده می شوند.

2-6 اهمیت انتخاب تامین کنندهامروزه بیشتر از قبل، سازمان ها به برون سپاری فعالیت های کسب و کار خود می پردازند. اکثر ساز مان های بزرگ، آن دسته از فعالیت هایی را برون سپاری می کنند که اگر خود، آنها را انجام دهند، از لحاظ هزینه مقرون به صرفه نباشند [14]. بسیاری از سازمان های بزرگ ملیون ها دلار، صرفه برون سپاری می کنند. موسسه مشاور اسنچر مطابق بررسی هایی که در سال 2005 انجام داد، بیان کرد که 80% ساز مان ها ی تحت بررسی به نوعی از برون سپاری استفاده می نمایند و تعداد زیادی از آنها حدود 45% از بودجه کلی خود را به برون سپاری اختصاص می دهند [14].
برون سپاری به عنوان « خرید مداوم خدمات و کالا ها از یک سازمان بیرونی که به این ترتیب آن سازمان بتواند معمولا تهیه و یا سازمان دهی بیشتری برای خودشان فراهم نمایند» تعریف می شود. طبق بررسی هایی که موسسه مشاور اسنچرانجام داده است مشخص شده است، که سازمان ها تنها به دلیل کاهش هزینه های خود، به برون سپاری فعالیت هایشان نمی پردازند بلکه تمرکز بر شایستگی های کلیدی دلیل مهم دیگری برای این کار است. از مهمترین دلایل برون سپاری به ترتیب زیر می توان اشاره کرد [14].
1-در بسباری از موارد برون سپاری موجب دستیابی به تکنولوژی ویژه ایی و برنامه ریزی عملیاتی کارآمدتری شود.
2-برون سپاری موجب کاهش سطوح نیروی انسانی به کار گرفته می شود.
3-برون سپاری با ایجاد پیشرفت در تکنولوژی موجب دستیابی به سطح سرویس دهی خیلی ویژه ایی می شود.
طی بررسی انجام شده توسط گروه آبردین در سال 2004 تشان داده شد که بیش از 83% از ساز مان ها با برون سپاری به کاهش معناداری در هزینه ها نایل می شوند و بیش از 73% از آنها با کاهش هزینه های حمل و نقل مواجه می شوندو همچنین بالای 60% از سازمان ها قادر به کوچک کردن سیکل های تهیه و منبع یابی شده اند [14].
در حقیقت خرید و انتخاب تامین کننده با توجه به قرار گرفتن در فرآیند های اصلی در بالادست زنجیره تامین و تاثیر گذاری بر تمامی حوزه های یک سازمان اهمیت فزاینده ایی یافته است [15[. به گونه ایی که سازمان ها به طور مستقیم و غیر مستقیم به تامین کنندگان وابسته شده اند و تصمیمات ضعیف در این حوزه اثرات بسیار سنگینی به همرا دارد. به گفته تلگن سهم خرید کردن در سازمان های صنعتی بین 90%-50% در گردش است [16] . خرید موثر از انجام 5 کار صحیح حاصل می شود (شکل2-7)، عبارتند از:خرید کالا و خدمات با قیمت مناسب، با کیفیت مناسب، درکمیت مناسب، زمان مناسب و از منبع مناسب [17].
1295400294640002762250294640006286508890قیمت مناسب
0قیمت مناسب
12954002565400043903908890کیفیت مناسب
0کیفیت مناسب

2352040205740خرید کالا و
خدمات
00خرید کالا و
خدمات
942975438150478155043180
273367535560000942975222250031051502222500
4428490372110مکان مناسب
0مکان مناسب
2304415448310کمیت مناسب
0کمیت مناسب
514350448310زمان مناسب
0زمان مناسب

12382502641600305752521653500
شکل2-7 پنج الزام خرید و رابطه بین آنها [17].کاویناتو و کافمن درسال 2000 بیان کردند از بین این موارد، انتخاب منبع مناسب، تأثیر بیشتری برسایر موارد داشته و چیزی است که خرید با استفاده از آن مقدار قابل توجهی از توانایی را برای ایجاد ارزش در فرآیند تدارکات ایجاد می کند. شناسایی، ارزیابی، و تحصیل منابع درست منجر به حصول اطمینان از این امر می شود که شرکت کیفیت، کمیت، زمان، و قیمت مناسبی را دریافت میکند. بنابراین، انتخاب تأمین کننده مناسب کلیدفرآیند خرید است [18] .
2-7 پیچیدگی شرایط تاثیر گذار بر مسئله انتخاب تامین کنندهبا جهانی شدن تجارت و افزایش ارتباطات بین المللی و امکان انتخاب تامین کنندگان از سراسر نقاط جهان، پیچیدگی مساله انتخاب و تخصیص سفارش به تامین کنندگان افزایش پیدا کرده است . افزایش سطوح تجارت و الکترونیک و استفاده از اینترنت نیز از طرف دیگر موجب شده است که سازمان ها راه حل های بیشتری برای انتخاب تامین کننده پیش رو داشته باشند و دامنه انتخاب آنها به شدت افزایش پیدا کند.
سایر موارد مانند مسیرهای حمل و نقل، قوانین دولتی، نگرانی های محیطی مثلا مساله تروریسم، تغییر نسبتا سریع ارجحیت های مشتری، افزایش عملکردها و عوامل مورد نیاز در خرید، افزایش تعداد افراد در گیر درفرایند و در نهایت تاثیر محیط بر تصمیمات اولیه خرید، بر پیچیدگی مساله افزوده و موجب می شوندکه نگرانیهای سازمان ها در انتخاب تامین کنندگان خود روز به روزافزایش پیدا کند. این مساله توسط دبور بررسی شده است که نتایج این بررسی در پروژه - ریسرچوی به صورت شکل زیرنشان داده شده است [19].

شکل2-8 تاثیر محیط بر تصمیمات اولیه خرید [19].2-8 ویژگی های مسئله انتخاب تامین کنندهدر رابطه با مسئله انتخاب و تخصیص سفارش به تامین کنندگان شرایط زیادی تاثیر گذار هستند، که در ادامه به برخی از مهمترین آنها پرداخته می شود.
2-8-1رویکرد تعداد تامین کننده های انتخابی
مطابق این رویکرد مسئله انتخاب تامین کننده بر دو حالت تقسیم می شود.
تک منبعی
چند منبعی
در حالت اول، همه تامین کننده ها توانایی کامل نیازهای کمی و کیفی سازمان از جمله کیفیت مناسب، ظرفیت تولید کل مقدار مورد نیاز، تحویل و غیره را دارا بوده، و در نتیجه فقط یکی از تامین کننده ها که از هر نظر بهترین می باشد انتخاب می شود. این مسئله را اصطلاحا تک منبعی می گویند.
از آنجا که این شرایط در عمل به ندرت پیش می آید، حالت معمول تر زمانی است، که هیچ یک از تامین کننده ها از هر نظر بر تامین کنندگان دیگر برتری نداشته باشد، و محدودیت هایی در ظرفیت تامین کنندگان( در زمینه تقاضا، کیفیت، تحویل) وجود دارد و به بیان دیگر یک تامین کننده منفرد ممکن است نتواند کلیه نیازهای کیفی و کمی خریدار را برآورده نماید. بنابراین خریدار نیاز دارد که مقداری را از یک تامین کننده و مقدار دیگر را از تامین کننده دیگر تهیه کند.در این موارد باید دو تصمیم بگیرد.
1-کدام تامین کنندگان می تواند به کار گرفته شوند
2-به هریک از این تامین کنندگان چه مقدار باید سفارش دهد
به این مساله اصطلاحا چند منبعی گویند.
2-8-2 رویکرد تعداد اقلام مورد نیازمسئله انتخاب تامین کننده ها را از لحاظ انواع اقلام مورد نیاز برای خرید می توان در دو حالت کلی در نظر گرفت.
1-حالتی که خریدار قصد خرید یک نوع محصول یا ماده اولیه را داشته باشد. در این حالت باید تصمیم در ارتباط با انتخاب و تخصیص سفارش به تامین کننده ها صورت پذیرد. این مساله را اصطلاحا تک محصولی می گویند.
2-حالتی است که در آن خریدار چندین نوع محصول یا ماده اولیه را از مجموعه ایی از تامین کننده ها تهیه می کند. بنابراین تصمیم گیری بهینه برای خرید، تعیین بهترین تامین کننده ها برای سفارش دهی، مناسب ترین مقدار سفارش به هریک از آنها ست. بنابراین قایل توجه است که در این حالت، همه تامین کننده ها توانایی تولید یا عرضه همه کالاها را ندارند. در این صورت هر تامین کننده باید اقلامی را که می تواند در اختیار قرار دهد را ارائه کند. این حالت را اصطلاحا چند محصولی می گویند.
2-8-3 رویکرد تعداد دوره های مورد نظر برای تصمیم گیری
از دیدگاه تعداد دوره های مورد نطر برای تصمیم گیری، مساله انتخاب و تخصیص سفارش به تامین کننده ها را می توان در دو حالت در نظر گرفت.
تک دوره ایی
چند دوره ایی
چنانچه سازمان در نظر داشته باشد، میزان سفارش تخصیص داده شده را برای چندین دوره برنامه ریزی کند، باید با در نظر گرفتن سیاست های موجودی، هزینه های نگهداری، سفارش دهی و سایر هزینه های موجودی، تامین کنندگان مناسب را شناسایی کرده و میزان سفارش اقتصادی را نیز تعیین کند. نکته ایی که در این نوع مساله مطرح است این است که، در اغلب این مسائل با توجه به سیاست های موجودی میزان بهینه سفارش تعیین می شود. یعنی با هدف کاهش سایر هزینه های موجودی، میزان سفارش اقتصادی سازمان و نیز تامین کنندگان مورد نظر به صورت همزمان مشخص می شود. این در حالتی است که در عمل، سازمان معمولا میزان تقاضای معینی دارند و باتوجه به آن و سایر موارد دیگر به انتخاب تامین کنندگان می پردازد.
2-8-4 رویکرد تعداد اهداف و معیار های مورد نیاز برای تصمیم گیریاز دیدگاه تعداد اهداف مورد نطر برای تصمیم گیری، مساله انتخاب تامین کننده و تخصیص سفارش به تامین کنندگان را به دو دسته تک هدفه و چند هدفه تقسیم کرد. همان طوری که در برخی از مقالات نیز مطرح شده است، در عمل شاخص های زیادی از قبیل قیمت، محل تامین کنندگان، میزان پاسخ گویی به تقاضا و غیره می توان برای انتخاب تامین کننده ها توسط سازمان به کار گرفت.
انتخاب تامین کنندگان یک مساله چند معیاره است. که شامل هر دو معیار کیفی و کمی و همچنین ملموس و غیرملموس است که برخی از این معیارها با هم در تضادند. بنابراین لازم است برای انتخاب تامین کنندگان مناسب به نقطه بهینه ایی برای این شاخص ها دست یافت. از طرف دیگر اهداف و رویکرد انتخاب تامین کنندگان با توجه به انواع زنجیره تامین می توان متفاوت باشد.
زنجیره تامین به سه دسته تقسیم می شود.
زنجیره تامین ناب
زنجیره تامین چابک
زنجیره تامین ترکیبی
در هریک از زنجیره های فوق با توجه به اهداف آن زنجیره تامین، رویکردهای متفاوتی برای انتخاب تامین کننده ها وجود دارد که در شکل2-10 به صورت موردی بیان شده اند [3].

جدول 2-1 رویکرد انتخاب تامین کنندگان در انواع زنجیره تامین[3].2-9مرور ادبیات انتخاب تامین کنندهدر تصمیمات مربوط به انتخاب تأمین کننده دو مبحث دارای اهمیت ویژه ای است.
چه معیارهایی را باید مورد استفاده قرار داد؟
از چه روش هایی می توان برای مقایسه و انتخاب تأمین کنندگان استفاده نمود [20].
در خصوص پاسخ سوال های فوق باید توجه شود که، برای انتخاب بهترین تامین کننده، مبادلات بین منابع ملموس و ناملموس را در نظر گرفته می شوند. در حالی که برای حل همزمان مسئله انتخاب تامین کننده و تخصیص سفارش به وی، با یک مسئله برنامه ریزی چند هدفه و چند مرحله ای روبرو می شویم که هم شامل جنبه های کیفی و هم شامل جنبه های کمی است، که باید در روش حل، مد نظر قرار داده شوند. از آنجایی که بسیاری از اطلاعات مرتبط با این مسائل با عدم قطعیت روبرو هستند، لازم است برخی از اطلاعات به صورت فازی در نظرگرفته شوند.
بنابراین مسئله ارزیابی و انتخاب تامین کنندگان، یک مسئله تصمیم گیری پیچیده و چند معیاره محسوب
میشود و وزن هر معیار به شرایط و زمان خرید بستکی دارد [22] . درضمن طی سالیان گذشته، روش های زیادی برای ارزیابی و انتخاب تأمین کنندگان ارائه شده است. با وجود این، متخصصان اعتقاد دارند که در عمل، روش بهینه منحصر به فردی برای ارزیابی تأمین کنندگان وجود ندارد، بنابراین شرکت ها از، روش های متفاوتی برای این مساله براساس نیازمندی های مشخص شرکت خود استفاده می کنند. همین امر، یافتن بهترین روش ارزیابی و انتخاب تأمین کننده را دشوار می کند. از جمله این روش ها، تحلیل پوششی داده ها، الگوریتم ژنتیک، فرایندهای تحلیل سلسله مراتبی، فرایندهای تحلیل شبکه ایی، برنامه ریزی ریاضی، تئوری مجموعه فازی، تکنیک رتبه بندی چند شاخصه ساده، شبکه هوش مصنوعی ، روش استدلال نمونه ‌محور،TOPSIS و ترکیب آنها می توان اشاره کرد. در ادامه به به مرور مقالات علمی انجام شده و رورش های و معیارهای به کار برده شده، پرداخته می شود.
با توجه به آنالیز دو موضوع فوق در انتخاب تأمین‌کننده، توجه بسیاری از دانشگاهیان و مدیران خرید را از دهه 1960 جلب کرد. به گونه ایی که،‌ نخستین تحقیق انتخاب و ارزیابی تأمین کننده، با مطالعه دیکسون 1966 با کاربر روی موضوعی با عنوان « یک تحلیل از انتخاب فروشنده و مدیریت» آغاز شد. در این تحقیق یک پرسشنامه، مشتمل بر 23 معیار برای 273 نفر از مدیران و عوامل خرید آمریکا و کانادا ارسال و از آنها خواست معیارهای مشخص شده را در مقیاس صفر(غیر مهم)، تا چهار( بسیار مهم) رتبه بندی کنند. بر اساس مطالعات دیکسون کیفیت تنها معیار بسیار مهم با میانگین 5/3بود. معیارهای تحویل، تاریخچه عملکرد، ضمانتنامه ها و سیاست های تضمین کالا ، قابلیت ها و تسهیلات تولید قیمت، قابلیت فنی، و موقعیت مالی با میانگین 5/2تا5/3 به عنوان معیار های قابل توجیه شناسایی شده اند. از15 معیار باقیمانده، 14معیار به عنوان با درجه اهمیت متوسط با میانگین 5/1 تا5/2 و معیار توافق نامه دو جانبه به عنوان معیار کم اهمیت شناخته شد [23]
بعد از دیکسون نویسندگان دیگری مطالعاتی را درخصوص معیارهای انتخاب تأمین کننده انجام دادند. در ادامه وبر و همکاران در سال1991 بر روی موضوعی با عنوان « معیار های انتخاب فروشنده و رویکرد ها» کار کردند.آنها 74 پروژه - ریسرچهایی که از سال 1966تا1991 درباره انتخاب تامین کننده منتشر شده بود را مرور نمودند. در این تحقیق، آنها تعداد مقالات را برحسب معیارهای دیکسون دسته بندی کردند و نتایج بدست آمده را با نتایج دیکسون مقایسه و قیمت خالص را مهمترین شاخص بیان نمودند [21].
ورما و پولمن در سال 1998 بر روی موضوعی با عنوان « تحلیل فرایندهای انتخاب تامین کننده » کار کردند.آنها پژوهشی را در میان 139 مدیر به منظور مطالعه چگونگی بده بستان بین کیفیت، هزینه، تحویل به موقع، زمان منتهی به تحویل و خصیصه های انعطاف پذیری که مدیران بهنگام گزینش تأمین کننده اعمال میکنند، انجام داده اند. طبق نتیجه این تحقیق، مشخص شده که مدیران، کیفیت وسپس تحویل به موقع و هزینه را مهمترین خصیصه تأمین کننده و در بعداز آن، تحویل به موقع و هزینه را برای ارزیابی تأمینکننده در نظر میگیرند دانسته اند [23].
سالها بعد ژانگ و همکاران در سال 2004بر روی موضوعی با عنوان « ارزیابی معیار های انتخاب تامین کننده و رویکردها» کار کردند. آنها در این پروژه - ریسرچمعیارهای دیکسون و وبر را بررسی و مقایسه نمودند.
گابالا اولین محققی بود که که در سال 1974،. او برنامه‌ریزی ریاضی را برای انتخاب تأمین‌کننده در یک مورد واقعی به کار برد‌ و از برنامه‌ریزی مختلط عدد صحیح برای حداقل‌کردن کل قیمت اقلام تخصیص داده شده به هر تأمین‌کننده استفاده کرد. او همچنین یک برنامه‌ریزی مختلط عدد صحیح یک هدفه را برای حداقل کردن جمع هزینه های خرید‌، هزینه‌های انبار داری و حمل و نقل با در نظر گرفتن چند آیتم‌، چند دوره زمانی‌، کیفیت‌، تحویل و ظرفیت تدوین کرد [24].
هانگ و هایادر سال 1992 بر روی موضوعی با عنوان « خرید کردن در تولید به هنگام با یک یا چندین منبع؟» کار کردند. آنهابه تجزیه و تحلیل خرید و تدارکات در سیستم تولید تولید به هنگام پرداختند و تقسیم یک مقدار سفارش بزرگ را بین تحویل دهندگان چندگانه یا تأمین کنندگان چندگانه به منظور کاهش اندازه دسته سفارش مورد بحث قرار دادند [25].
قدسی و اُبراین درسال 1997، یک سیستم پشتیبانی تصمیم را برای کاهش تعداد تأمین‌کنندگان، بر اساس استراتژی بهینه‌سازی پایگاه عرضه ایجاد کردند. آنها از یک برنامه‌ریزی عدد صحیح مختلط استفاده کردند و محدودیت ظرفیت تأمین‌کنندگان و محدودیت‌های بودجه و کیفیت از طرف خریدار را همراه با AHP در نظرگرفتند‌ [26]. یک سال بعد در پروژه - ریسرچدیگری در سال 1998آنها یک مدل برنامه ریزی خطی مختلط با AHP را توسعه دادند که می تواند به مدیران به منظور لحاظ کردن ویژگیهای کیفی و کمی در فعالیت خرید و تدارکات، در قالب یک روش سیستماتیک کمک کند [27]. در سال1999، کارپاک و همکاران برای حداقل سازی هزینه و حداکثر سازی کیفیت و قابلیت اطمینان در تحویل، یک مدل برنامه ریزی آرمانی را ارائه نمودند.[28]. وبر و همکارانش درسال 2000 پروژه - ریسرچایی با عنوان « یک رویکرد بهینه سازی برای استفاده کردن، تعیین تعداد فروشنده ها » کار کردند. آنها از یک رویکرد بهینه‌سازی ترکیبی، شامل برنامه‌ریزی چندهدفه و رویکرد DEA استفاده کردند.‌ در این رویکرد، ابتدا از برنامه‌ریزی چندهدفه برای انتخاب تأمین‌کنندگان استفاده شد و سپس برای ارزیابی کارآمدی تأمین‌کنندگان انتخاب شده براساس چندین معیار، از رویکرد DEA بهره گرفته شد [29].
در سال 2001، قدسی پور و اُبراین در پروژه - ریسرچدیگر، یک مدل برنامه ریزی غیرخطی عدد صحیح مختلط را برای حل مسأله انتخاب تأمین کننده در حالت منبع یابی چندگانه ارائه کردند که کل هزینه لجستیک شامل قیمت خالص، انبار داری، سفارش دهی و حل ونقل را در نظر می گیرند [30]. کومار و دیگران در سال 2004 از برنامه ریزی آرمانی فازی برای حل مسأله انتخاب فروشنده تأمین کننده با اهداف چندگانه و پارامتر های فازی استفاده کردند. آنها از داده های دنیای واقعی برای نشان دادن اثربخشی مدل پیشنهادی استفاده کردند [31].
فرانکلین و همکاراندر سال 2005 در پروژه - ریسرچتحقیقی خود یک روش جدید به نام فرایند تحلیل سلسله مراتبی رأی گیری را برای انتخاب تأمین کننده ارائه دادند. این روش یک روش وزن دهی جدید به جای روش مقایسات زوجیAHP برای انتخاب تامین کنندگان بود. شایان ذکر است که این روش علاوه بر اینکه روش ساده تری نسبت به AHP است، اما رویکرد منظم اقتباس اوزان استفاده شده و نمره دهی به عملکرد تأمین کنندگان را از دست نمی دهد [32]. زعیم و همکاران در سال 2005 بر روی موضوعی با عنوان « تحلیل سلسله مراتبی فازی بر اساس رویکرد انتخاب تامین کننده» کار کردند. آنها در این پروژه - ریسرچبه منظور حل مسأله تصمیم گیری چند معیاره برای انتخاب تأمین کنندگان، روش فرایند تحلیل سلسله مراتبی فازی را پیشنهاد کردند. مطالعه موردی آنها، تأمین کنندگان محصولات تلویزیونی در ترکیه بود. در این تحقیق، روش FAHPبا روش غیر فازی قیاس شد و نتایج نشان داد که این روش، روش بهتری برای ارزیابی و انتخاب تأمین کننده است[33].
قدسی پور و ابرین در سال 2006 بر روی موضوعی با عنوان « یک مدل خطی چند هدفه فازی برای مسئله انتخاب تامین کننده کار کردند. آنها وسیله این مدل توانستند بر ابهامات موجود در اطلاعات فائق آورند. در این پروژه - ریسرچبرای نخستین بار در حل مسئله فازی انتخاب تامین کننده، از تکنیک غیر متقارن تصمیم گیری فازی استفاده شده است که به وسیله آن شخص تصمیم گیرنده می تواند وزن های متفاوتی را برای معیارهای مختلف در نظر بگیرد. در مدلسازی مسئله در این پروژه - ریسرچ، سه تابع هدف تعریف شده است که عبارتند از: قیمت خالص، کیفیت و خدمات و پروژه - ریسرچبا مدلسازی این سه تابع، به دنبال مینیمم کردن هزینه های کلی و هم چنین ماکزیمم کردن سطح کیفی کلی و ماکزیمم کردن سطح خدمت در اقلام خریداری شده، بوده است [34].
دوگان ازگن و همکاران در سال 2008 بر روی موضوعی با عنوان«یک روش برنامه ریزی خطی چند هدفه احتمالی دو فازی، برای مسئله های ارزیابی تامین کننده و تخصیص سفارش » کار کردند. در این پروژه - ریسرچ، در فاز ارزیابی تامین کنندگان، فاکتورهای زیست محیطی و همچنین روشی جدید با استفاده از یکپارچه سازی روش های فرآیند تحلیل سلسله مراتبی AHP و روش برنامه ریزی خطی احتمالی چند هدفه ارایه شده است. از این روش برای محاسبه تمام فاکتورهای کمی و کیفی در انتخاب تامین کنندگان و همچنین تخصیص تعداد بهینه سفارش به هر یک از آنها استفاده می شود. در ابتدا یک روش برنامه ریزی خطی برای حل مسئله به کار گرفته شده است. برای در نظر گرفتن عدم قطعیت در ارزیابی تامین کنندگان و تخصیص سفارش به آن ها، از تئوری فازی استفاده شده است. که در این مرحله، برای حل مسئله از روش برنامه ریزی خطی احتمالی ، برای حل مسئله استفاده شده است، چرا که ثابت شده است این روش برای در نظر گرفتن ماهیت عدم غیر دقیق دنیای واقعی، روشی مناسب است. روش ارایه شده در این پروژه - ریسرچدر مقایسه با دیگر مدل ها، دامنه گسترده تری از اطلاعات را پوشش داده و انعطاف پذیری بالاتری دارد. با در نظر گرفتن ماهیت غیر دقیق پارامترها، مقادیر بهینه هدف که در نتیجه حل مدل به دست می آید نیز غیر دقیق هستند. در این مدل می توان با تغییر پارامترهای غیر دقیق و هم چنین مقادیر وزن های داده شده، سناریوهای مختلفی را ایجاد کرد [35].
قدسی پور و اُبرین در سال 2009برروی موضوعی با عنوان «یک مدل چند هدفه وزن دهی تجمعی فازی، برای مسئله انتخاب تامین کننده تحت شکست قیمت ها در یک زنجیره تامین » کار کردند. این پروژه - ریسرچشامل سه تابع هدف می شود که عبارتند از: کمینه سازی هزینه کل، کمینه سازی اقلام برگشتی و کمینه سازی تاخیر در تحویل. ضمنا محدودیت هایی برای هر یک از این توابع هدف در رابطه با ظرفیت و تقاضا در نظر گرفته شده است. برای حل مسئله از برنامه ریزی خطی اعداد مختلط و روش وزن دهی تجمعی فازی استفاده شده است. مدل ارایه شده در این پروژه - ریسرچ، توابع عضویت وزن دهی شده را برای هر یک از اهداف به صورت یکپارچه در نظر گرفته و به این ترتیب توابعی را برای فرآیند تصمیم گیری شکل می دهد که در آن ها اهداف اهمیت نسبی متفاوتی دارند. این مدل به مدیران کمک می کند تا استراتژی های شرکت را در فعالیت های وابسته به خرید اقلام از تامین کنندگان، مد نظر قرار دهند [36].
هو و همکاران در سال 2010 بر روی موضوعی با عنوان« رویکردهای تصمیم گیری چند معیاره برای ارزیابی و انتخاب تامین کننده» کار کردند. در این پروژه - ریسرچآنها به رویکردهای تصمیم گیری چند معیاره در ارزیابی و انتخاب تامین کننده پرداختند. از نظر آنها مشهورترین معیارهای انتخاب تامین کننده عبارتند از: کیفیت، تحویل، قیمت یا هزینه، ظرفیت تولید، سرویس، مدیریت، تکنولوژی، تحقیق و توسعه مالی، انعطاف پذیری، شهرت، روابط ، ریسک و معیارهای محیطی می باشند [37].
کئو و همکاران در سال 2010بر روی موضوعی با عنوان « ترکیب روش های شبکه عصبی مصنوعی و MADA برای انتخاب تامین کننده سبز» کار کردند. مدل ترکیبی از شبکه های عصبی مصنوعی، تحلیل پوششی داده ها و فرآیند تحلیل شبکه ای برای انتخاب بهترین تأمین کنندگان را توسعه داده اند. به عقیده آنها شرکت ها معمولاً با تعداد زیادی از اقلام مورد نیاز و تأمین کنندگان کاندید مواجه هستند. اتخاذ سیاست های یکسان در مورد تأمین اقلام مختلف منطقی به نظر نمی رسد. از سوی دیگر، سیاست های متفاوتی در حوزه ارتباط با تأمین کنندگان پیشنهاد شده است. بنابراین، خرید اثربخش و مدیریت تأمین کارا نیازمند اتخاذ سیاست های مناسب و متناسب با شرایط مختلف است [38].
میتات زیدان و همکاران در سال 2010برروی موضوعی باعنوان«یک روش ترکیب شده برای انتخاب تامین کننده و ارزیابی عملکرد» کارکردند. در این پروژه - ریسرچیک رویکرد جدیدی برای افزایش کیفیت ارزیابی و انتخای تامین کننده معرفی شده است. این رویکرد جدید متغیر های کیفی و هم کمی را در ارزیابی عملکرد انتخاب تامین کننده ها براساس کارایی و اثر گذاری در یکی از بزرگترین کارخانه های خودرو سازی در ترکیه به کار گرفته است. این روش در دو مرحله بیان می شود. در قسمت اول کیفیت عملکرد ارزیابی توسط AHP فازی برای یافتن وزن معیارها نمایش داده می شود و در قسمت بعد با به کارگیری TOPSIS فازی برای یافتن رتبه بندب تامین کننده ها استفاده می شود. به این طریق متغیر های کیفی برای استفاده کردن از DEA به متغیر های کمی تبدیل شده اند. این روش به عنوان ممیزی سیستم مدیریت کیفیت نامیده شده است. در واقع در قسمت DEA با استفاده از متغیرهای ورودی ساختگی به چهار متغیر
خروجی دست پیدا می کند به عبارتی، ممیزی سیستم مدیریت کیفیت، نرخ هزینه تعهد، نرخ خرابی و مدیریت کیفیت. با مقایسه این روش با سیستمی که در کارخانه قبلا استفاده می شده، نشان داد که اجرای این روش برتری ها و مزیت هایی نسبت به قبل برای تصمیم گیری بهتر در خرید قطعات خودرو توسط انتخاب مناسب تامین کننده ها در کارخانه خودرو سازی ترکیه به همرا داشته است [40].

—d1215

موجود میباشند. تولید کارگاهی Jmحالت کلیتر تولید کارگاهی؛ m مرکز پردازش وجود دارد؛ در
هر ایستگاه یکی از حالات سه گانه ماشینهای موازی برای
پردازش یک کار رخ میدهد. تولید کارگاهی منعطف FJmm ماشین وجود دارد؛ هر کدام از کارها بر روی هر کدام از
ماشینها یک یا چند بار پردازش میشود؛ محدودیتی برای مسیر
پردازش کارها وجود ندارد. کارگاه باز Omجدول SEQ جدول * ARABIC 2 جدول 2-2. نمادهای متداول برای β.توضیحات مسئله نماد
کار j نمیتواند قبل از زمان آمادهسازی خود(rj) پردازش خود را آغاز کند. زمان آمادهسازی غیر صفر برای کارها rjپردازش یک کار روی یک ماشین میتواند قبل از اتمام پرداش قطع شود و کار دیگری پردازش شود. شکست کارها prmpقبل از شروع پردازش یک کار یک یا چند کار مشخص باید پردازش شده باشند. اولویت پردازش کارها precزمان نصب یک کار به روی یک ماشین به کار قبلی پردازش شده روی آن ماشین بستگی دارد. زمان نصب وابسته به توالی کارها stsk,stijkکارهای موجود گروهبندی شده و کارهای یک گروه میتوانند بدون زمان نصب پشت سر هم پردازش شوند. گروه کاری fmlsیک ماشین میتواند دستهای از کارها را همزمان پردازش کنند. زمان پردازش کارها لزوما یکسان نیستند. پردازش دستهای batch(b)یک ماشین ممکن است به طور مداوم در دسترس نباشد. خرابی ماشین brkdwnیک کار ممکن است تنها روی ماشینهای مشخصی قابلیت پردازش داشته باشد. دسترسی محدود به ماشینها Mjدر مسائل کارگاهی جریانی، ترتیب پردازش کارها روی تمام ماشینها یکسان باشد. جایگشت prmuدر مسائل کارگاهی جریانی با ظرفیت محدود بین ماشینآلات هنگامی که بافر پر باشد کار روی ماشین قفل میشود. بلوکه شدن blockدر مسائل کارگاهی جریانی، کارها باید بدون هیچگونه توقفی مسیر پردازش را طی کنند. بدون انتظار nwtدر مسائل تولید کارکاهی یک کار ممکن است در یک مرکز کاری بیش از یک بار پردازش شود. گردش مجدد rcrcجدول SEQ جدول * ARABIC 3 جدول 2-3. نمادهای متداول برای γ.توضیحات مسئله نماد
زمان تکمیل آخرین کار را نشان میدهد. زمان تکمیل بیشینه Cmaxبیشترین انحراف زمانی از موعد تحویل را محاسبه میکند زمان تاخیر بیشینه Lmaxمجموع زمانهای تکمیل کارها را اندازهگیری میکند. زمان تکمیل کل Cjمجموع انحرافات زمانی از موعد تحویل را درنظر میگیرد. زمان دیرکرد کل Tjتعداد کارهای دارای دیرکرد زمانی را محاسبه میکند. تعداد کارهای با تاخیر کل Ujمجموع زمانهای زودکرد و دیرکرد را نشان میدهد. زمانهای زودکرد و دیرکرد کل Ej+Tjمجموع زمانهای تکمیل وزنی کارها را محاسبه میکند. زمان تکمیل وزنی کل wjCjمجموع انحرافات وزنی از موعد تحویل را محاسبه میکند. زمان دیرکرد وزنی کل wjTjتعداد وزنی کارهای دارای دیرکرد وزنی را نشان میدهد. تعداد کارهای با تاخیر وزنی کل wjUjمجموع زمانهای زودکرد و دیرکرد وزنی کارها را محاسبه میکند. زمانهای زودکرد و دیرکرد وزنی کل wj'Ej+wj"Tjسیستم تولید جریانی منعطف یکی از پرکاربردترین سیسستمهای تولیدی است که در واقع حالت کلیتر سیستم تولید جریانی و حالت خاصی از سیستم ماشینهای موازی است. از آنجا که چنین چیدمانی از ماشینها انعطاف پذیری خطوط تولیدی را تا حد زیادی افزایش میدهند، امروزه این حوزه توجه زیادی را به خود جلب کرده است.
از زمانی که اولین تحقیقات در زمینه سیستم تولید جریانی منعطف تاکنون انجام شده است، محدودیتهای بسیاری نظیر زمان نصب وابسته به توالی کارها، پردازش گروهی و … در این نحوه تولید مورد مطالعه قرار گرفتهاند. اما بررسی پردازش بدون انتظار نه تنها در حوزه سیستم تولید جریانی منعطف بلکه در سیستم تولید جریانی معمول نیز کمتر مورد بررسی قرار گرفته است. در این تحقیق، مسئله زمانبندی سیستم تولید جریانی بدون انتظار منعطف با در نظر گرفتن ظرفیت محدود تولید ماشینآلات، رد یا قبول سفارشات و زمان نصب وابسته به توالی کارها و با رویکرد مدیریتی ترکیبی تولید برای ذخیره و تولید برای سفارش با هدف به حداقل رساندن هزینهها(هزینههای ناشی از زودکرد و دیرکرد وزنی و رد کردن یا تحویل ناقص سفارش) مورد بررسی قرار میگیرد. به منظور مرور ادبیات تحقیق، اهم پژوهشهای انجام شده در این حوزه به تفکیک محدودیتها و تابع هدف مورد بررسی قرار میگیرند.
2-2. پردازش بدون انتظارپردازش بدون انتظار یک کار به این معنی است که از زمان شروع پرداش کار روی اولین ماشین تا زمان اتمام پرداش روی آخرین ماشین هیچ وقفه زمانی وجود نداشته باشد. با توجه به این شرایط، شروع پرداش یک کار روی اولین ماشین باید تا زمانی که شرایط پرداش بدون انتظار آن فراهم باشد به تعویق بیفتد [40]. یکی از رایجترین مثالها برای تولید بدن انتظار، صنایع فولاد است. فهرست کاملی از کاربردهای این روش تولیدی توسط هال و اسریسکاندراجاه (1996) [26]، فرامینان و ناگارو (2008) [18] و فرامینان و همکارانش (2010) [17] گرداوری شده است.
با نگاهی اجمالی، تحقیقات انجام شده در زمینه پردازش بدون انتظار را میتوان در سه دسته کلی جای داد که در این بخش اهم تحقیقات انجام شده در هر دسته ارائه میشوند.
2-2-1. سیستم تولید جریانی با دو ماشیندر این سیستم جریانی تنها دو ماشین وجود دارد. آلدوویزان (1998) [8] این مسئله را همراه با محدودیت زمان نصب جدا از زمان پردازش و با تابع هدف مجموع زمانهای تکمیل کارها مورد بررسی قرار داد. پس از آن آلدوویزان (2001) [9] همین مسئله را به کمک روش شاخه و کران حل کرد. بعدها هر دوی این محققان کار خود را برای همین مسئله در حالت سه ماشین تعمیم دادند. شیو(2004) [48] مسئله F2|nwt,sij|Ci را به کمک نمایش مسئله به فرم مسئله فروشنده دورهگرد به کمک الگوریتم کلونی مورچگان حل کرد و نشان داد که نتایج حاصل از آن بهتر از روشهای ابتکاری است که توسط اللهوردی و آلدوویزان بدست آمده بود.
2-2-2. سیستم تولید جریانی با بیش از دو ماشیندر این دسته پژوهشهای زیادی انجام شده است که از آن جمله میتوان به پژوهش انجام شده توسط توکلی مقدم و همکارانش(2008) [50] اشاره کرد که مسئله زمانبندی تولید جریانی بدون انتظار با توابع هدف مینیممسازی متوسط زمان تکمیل وزنی و متوسط دیرکرد وزنی را به کمک الگوریتم سیستم ایمنی مصنوعی حل کرد. بابک جوادی و همکارانش(2008) [27] مسئله چند هدفه سیستم جریانی بدون انتظار فازی را به کمک برنامهریزی خطی حل کرد. که پن و همکارانش(2009) [41] همین مسئله را با توابع هدف مینیممسازی بیشینه زمان تکمیل و مینیممسازی بیشینه دیرکرد به کمک الگوریتم دیفرانسیل تکاملی حل کرد. یوتسنگ و تای لین(2010) [52] مسئله مورد بحث را توسط الگوریتم ژنتیک ترکیبی حل کردند. ونگ و همکارانش نیز(2010) [55] روشی بر پایه الگوریتم جستجوی ممنوع به نام جستجوی ممنوع شتاب داده شده برای حل مسئله زمانبندی تولید جریانی بدون انتظار با تابع هدف مینیممسازی بیشینه دیرکرد ارائه کردند که در آن از سه روش ابتکاری جهت تولید جواب کاندیدا استفاده شده بود. در ادامه پژوهشهای انجام شده چینگ یینگ و همکارانش(2012) [58] مسئله تولید جریانی بدون انتظار را در شرایط تولید سلولی و با محدودیت زمان نصب وابسته به گروهبندی کارها مورد مطالعه قرار دادند. ناگانو و همکارانش(2013) [47] این مسئله را با در نظر گرفتن زمانهای نصب جدا از زمان پردازش بررس کرده و روش حلی با رویکرد جستجوی خوشهبندی تکاملی برای این مسئله با تابع هدف زمان درجریان ساخت نهایی ارائه کردند. داوندرا و همکارانش(2013) [12] با بهرهگیری از الگوریتم تاکید خود سازمانی گسسته جوابهای نسبتا خوبی برای مسئله تولید جریانی بدون انتظار با هدف مینیممسازی ماکزیمم زمان تکمیل بدست آوردند.
2-2-3. سیستم تولید جریانی منعطف تحقیقات انجام شده در این دسته خود به دو بخش سیستمهای تولید جریانی منعطف با دو ایستگاه کاری یا بیش از دو ایستگاه کاری تقسیمبندی میشوند. اما در کل پژوهشهای انجام شده در این دسته از نظر فراوانی بسیار کمتر از دو دسته قبل است. برای مثال، ونگ و لیو(2013) [56] مسئله تولید جریانی بدون انتظار را در محیطی مشتمل بر دو ایستگاه کاری مورد بررسی قرار دادند و روش حلی بر پایه الگوریتم ژنتیک برای این مسئله ارائه کردند. جولایی و همکارانش(2013) [28] این مسئله را با دو تابع هدف مینیممسازی بیشینه زمان تکمیل و مینیممسازی بیشینه دیرکرد بررسی کرده و به کمک رویکرد دو هدفه الگوریتم تبرید شبیهسازی شده به حل آن پرداختند. همچنین همین نویسنده به کمک همکارانش (2009) [29] به بررسی این مسئله در شرایط وجود بیش از دو ایستگاه کاری و وجود احتمال رد سفارشات پرداخته و با رویکرد پنجرههای زمانی مدل ریاضی این مسئله را ارائه کرده است همچنین با استفاده از الگوریتم ژنتیک روش حلی نیز برای آن ارائه داده است.
مقالات مورد بررسی در این بخش در جدول(2-4) آورده شدهاند.
جدول SEQ جدول * ARABIC 4 جدول 2-4. مسائل تولید جریانی با محدودیت پردازش بدون انتظارنویسنده مسئله رویکرد سال شماره ارجاع
آلدوویزان F2|nwt,sij|Cj- 1998 8
آلدوویزان F2|nwt,sij|Cjشاخه و کران 2001 9
شیو و همکاران F2|nwt,sij|Ciبا رویکرد تبدیل مسئله به فروشنده دورهگرد با الکوریتم کلونی مورچگان حل شد. 48
توکلی مقدم و همکاران FmnwtWiCiWi,WiTiWiرویکرد چند هدفه الگوریتم سیستم ایمنی مصنوعی 2008 50
جوادی و همکاران FmnwtWiCiWi,WiEiWiرویکرد چند هدفه فازی به کمک برنامهریزی خطی 2008 27
که پن و همکاران FmnwtCmax,Lmaxالگوریتم دیفرانسیل تکاملی 2009 41
تسنگ و تای لین FmnwtCmaxالگوریتم ترکیبی ژنتیک 2010 52
ونگ و همکاران FmnwtLmaxالگوریتم جستجوی ممنوع شتابدهی شده 2010 56
چینگ یینگ و همکاران Fmnwt,cellCmaxسه الگوریتم بر پایههای الگوریتمهای ژنتیک، تبرید شبیهسازی شده و تکرار حریصانه 2012 58
ناگانو و همکاران FmnwtCiرویکرد جدید جستجوی خوشهبندی تکاملی 2012 47
داوندرا و همکاران FmnwtCmaxالگوریتم تاکید خود سازمانی گسسته 2013 12
2-3. زمان نصب وابسته به توالی کارهابه زمان صرف شده جهت آمادهسازی ماشین برای انتقال کار روی آن زمان نصب میگویند. زمان نصب عموما صرف نصب ابزارهای لازم روی ماشین، تمیزکاری و … میشود. با نگاهی کلی به تاریخ پژوهشهای انجام شده در حوزه زمانبندی میتوان دریافت که تا دههها زمان نصب در ادبیات زمانبندی به کلی نادیده گرفته میشده است و عموما جزیی از زمان پرداش کار در نظر گرفته میشده است. این رویه شاید در برخی صنایع قابل توجیه باشد اما لزوم در نظر گرفتن زمان نصب بطور جداگانه در بسیاری از موارد غیر قابل انکار است.
به طور کلی مسائل زمانبندی از حیث در نظر گرفتن زمان نصب به دو دسته کلی تقسیم میشوند: در دسته اول که زمان نصب مستقل از توالی نامیده میشود و در آن زمان نصب یک کار بر روی ماشین تنها به خود آن کار بستگی دارد و به کار قبل از آن و یا اصطلاحا به توالی وابسته نیست. دسته دوم که آن را زمان نصب وابسته به توالی کارها مینامند به حالتی اطلاق میشود که زمان نصب یک کار روی ماشین به کار قبلی که روی آن ماشین نصب شده است نیز بستگی دارد. در این دسته حالت خاص دیگری نیز وجود دارد که آن را زمان نصب وابسته به گروههای کاری مینامند که به معنای این است که زمان نصب کارهای درون یک گروه کاری با گروه کاری دیگر متفاوت است و اگر دو کار از دو گروه متفاوت بلافاصله روی ماشین قرار بگیرند زمان نصب بزرگتری نسبت به حالتی دارد که کارهای یک گروه پشت سر هم قرار بگیرند.
اهمیت مدنظر قرار دادن زمان نصب به عنوان عاملی تاثیرگذار در بهرهوری سیستم تولیدی در تحقیقات متعددی مورد بحث قرار گرفته است. فلین [19] تاثیر زمانهای نصب وابسته به توالی را مورد تحقیق قرار داده است و ورتمن [57] فاکتورهایی که بیشترین تاثیر را در عملکرد سیستم دارند مورد بررسی قرار داد که در آن زمان نصب یکی از موثرترین راهها برای بهبود خدمات به مشتریان و کاهش هزینههای انبارداری معرفی شده است.
اگرچه محدودیت زمان نصب وابسته به توالی در اغلب چیدمانهای مسائل زمانبندی مورد مطالعه قرار گرفته است اما از آنجا که مسئله مورد بحث در حوزه تولید جریانی است در ادامه تنها به ارائه مهمترین مطالعات انجام شده در مسائل زمانبندی با محدودیت زمان نصب وابسته به توالی کارها در محیطهای مختلف سیستم تولید جریانی و به خصوص در سیستمهای تولید جریانی بدون انتظار اکتفا میشود.
2-3-1. سیستمهای تولید جریانیسیستم تولید جریانی مشتمل بر تعدادی ماشین است که به طور متوالی قرار گرفتهاند و کارها عموما با ترتیب یکسانی روی ماشینها پردازش میگردند. در نظر گرفتن محدودیت زمان نصب وابسته به توالی کارها میتواند معیارهای بهینهسازی را در چنین سیستمهایی تحت تاثیر قرار دهد. وانچیپورا و سریدهاران [54] برای مسئله Fm|sijk|Cmax دو الگوریتم جهت تخصیص زمانهای نصب تعریف کرده و سپس مسئله را با روشی ابتکاری بر پایه ساختن توالی حل کردهاند. میرابی [36] نیز همین مسئله را به کمک رویهای ترکیبی از الگوریتم ژنتیک حل کرده است.
سیستمهای تولید جریانی منعطف نیز ساختاری مشابه سیستم تولید جریانی ساده دارند، با این تفاوت که حداقل در یکی از ایستگاههای کاری بیش از یک ماشین وجود دارند. لذا مسئله مورد بحث تعمیمی از حالت مسئله ماشینهای موازی است. میرصانعی و همکارانش [37] این مسئله را با هدف بیشینه زمان تکمیل کارها مطالعه نموده و رویه حلی با رویکرد الگوریتم تبرید شبیهسازی شده برای آن ارائه نمودند. حکیمزاده و زندیه [25] مسئله فوق را با در نظر گرفتن دو تابع هدف و نیز وجود بافرهای محدود بین ایستگاههای کاری حل کردند.
2-3-2. سیستمهای تولید جریانی بدون انتظارسیستمهای تولید جریانی بدون انتظار از نظر نحوه چیدمان ماشینآلات تفاوتی با سیستمهای تولید جریانی بدون انتظار ندارند، تنها تفاوت در نحوه پردازش بدون انتظار کارها روی ماشینآلات است. در چنین شرایطی زمان نصب وابسته به توالی کارها میزان تاخیر احتمالی در شروع کار روی ماشین اول را که برای تامین شرایط پردازش بدون انتظار لازم است تحت تاثیر قرار میدهد.
عرب عامری و سلماسی(2013) [10] نیز روش حلی با رویکرد الگوریتم ترکیبی بهینهسازی تجمعی ذرات و جستجوی ممنوع برای مسئله Fm|nwt,sijk|wj'Ej+wj"Tj پیشنهاد دادند. گاوو و همکارانش [21] مسئله تولید جریانی بدون انتظار را با محدودیت زمان نصب وابسته به توالی و تابع هدف زمان در جریان کل بررسی نموده و چهار رویه ابتکاری برای حل آن پیشنهاد دادهاند. رمضانی و همکاران [43] مسئله سیستم تولید جریانی منعطف بدون انتظار را در حالتی که ماشینهای درون هر ایستگاه عملکرد مشابه و نسبتهای سرعت مشخص دارند مدنظر قرار داده و به کمک رویکرد ترکیبی فراابتکاری به حل آن پرداخته است.
پژوهشهای مرور شده در این بخش در جدول(2-5) خلاصه شدهاند.
جدول SEQ جدول * ARABIC 5 جدول 2-5. مسائل سیستم تولید جریانی با محدودیت زمان نصب وابسته به توالی کارهانویسنده مسئله رویکرد سال شماره ارجاع
وانچیپوراو سریدهاران Fm|sijk|Cmaxروش ابتکاری بر پایه ساختن جواب 2013 54
میرابی Fm|sijk|Cmaxرویه ترکیبی براساس الگوریتم ژنتیک 2014 36
میرصانعی و همکاران Fm|sijk|Cmaxالگوریتم شبیهسازی تبرید 2011 37
حکیم زاده و زندیه Fmsijk,bCmax,Tjچند رویه فراابتکاری 2012 25
عرب عامری و سلماسی Fm|nwt,sijk|wj'Ej+wj"Tjالگوریتم ترکیبی از بهینهسازس تجمعی ذرات و جستجوی ممنوع 2013 10
گاوو و همکاران Fm|nwt,sijk|Cjچهار رویه ابتکاری 2013 21
رمضانی و همکاران FFm|nwt,sijk|Cmaxسه روش فراابتکاری بر پایه الگوریتمهای ژنتیک، تبرید شبیهسازی شده و تکرار حریصانه 2013 43
2-4. محدودیت کاری ماشینآلاتمحدودیت کاری ماشینآلات به این معنی است که هر ماشین پس از انجام حجم مشخصی از کار از دسترس خارج میشود که این مسئله میتواند دلایل متعددی همچون انجام تعمیرات اساسی و … داشته باشد. برای مثال یک ماشین پرس عموما بعد از انجام تعداد مشخصی پرس جهت تنظیم، تعویض روغن و تعمیرات برای مدتی از دسترس خارج میگردد. پیادهسازی این محدودیت در مسائل بهینهسازی معمولا به دو صورت انجام میشود: در دسته اول مسائل، ماشینها پس از گذراندن تعداد یا حجم مشخصی از کار از دسترس خارج میگردند و در دسته دوم، ماشینها پس از سپری کردن زمان مشخصی از لحظه شروع به کار از دسترس خارج میشوند. به کار بردن هر کدام از این دو رویکرد به ویژگیهای ماشینآلات و محصول تولیدی بستگی دارد. محمدی و فاطمی قمی [38] مسئله محدودیت ساعات کاری ماشینآلات را با در نظر گرفتن زمان نصب وابسته به توالی کارها در محیط تولید جریانی مورد مطالعه قرار دادند و آن را با رویکردی ابتکاری بر پایه الگوریتم ژنتیک حل نمودند. همین نویسنده به کمک همکارانش [39] دو روش الگوریتمی جدید را نیز برای مسئله تولید جریانی همراه با محدودیت حجم کاری، زمان نصب وابسته به توالی و تولید بر مبنای تقاضا ارائه کردند. جورجیادیس و پولیتو [22] نیز همین محدودیت را در حالتی که تعداد کار پردازش شده در روز محدود باشد در سیستمهای تولید جریانی بررسی کردند. بابایی و همکاران [11] نیز مسئله بهینهسازی همزمان تولید محصولات بر پایه تقاضا و زمانبندی را در محیط تولیدی جریانی مطالعه نموده و برای آن به کمک الگوریتم ژنتیک جوابهای با کیفیتی بدست آوردند.
مقالات مروری در این بخش در جدول(2-6) خلاصه شدهاند.
جدول SEQ جدول * ARABIC 6 جدول 2-6. مسائل سیستم تولید جریانی با محدودیت حجم کاری ماشینآلاتنویسنده مسئله رویکرد سال شماره ارجاع
محمدی و فاطمی قمی Fm|sijk|MINcostالگوریتم ژنتیک 2011 38
محمدی و همکاران Fm|sijk|MINcostدو الگوریتم ترکیبی جدید 2011 39
جورجیادیس و پولیتو Fm||MINcostرویه فراابتکاری جدید 2013 22
بابایی و همکاران Fm||MINcostالگوریتم ژنتیک 2013 11
2-5. استراتژیهای مدیریت تولیدمدیریت تولید به معنای تعیین میزان تولید محصولات با استفاده از پیشبینیهای انجام شده از نیاز بازار، تعیین زمان مناسب تحویل و … است. همانطور که از تعریف برمیآید مدیریت تولید به دلیل مشخص نمودن تعداد کارها و موعد تحویل ارتباط تنگاتنگی با زمانبندی تولید محصولات دارد. یکی از مهمترین مسائل در مدیریت تولید این مسئله است که محصول با رویکرد تولید برای سفارش تولید شوند یا با استراتژی تولید برای ذخیره [24]. در استراتژی تولید برای سفارش، محصولات یک سفارش تنها از زمانی که سفارش به سیستم تولیدی ابلاغ میشود توانایی تولید شدن دارند. استراتژی تولید برای ذخیره نیز تعداد محصولات را با توجه به نیاز بازار و سهم محیط تولیدی از بازار پیشبینی مینماید. از اصلیترین اشکالات استراتژی تولید برای ذخیره هزینه نگهداری محصولات است. استراتژی تولید برای سفارش هم به دلیل متغیر بودن تعداد و حجم سفارشات و لزوم تحویل به موقع جهت کسب رضایت مشتری زمانبندی را مشکلتر خواهند کرد. از این رو در سالهای اخیر توجه به استراتژیهای ترکیبی مدیریت تولید رو به افزایش بوده است. یوسف و همکاران [24] تاثیر زمانبندی بر استراتژیهای ترکیبی تولید برای ذخیره و تولید برای سفارش را در زمانبندی تک ماشین در پروژه - ریسرچمفصلی مورد بحث قرار داده است. در این پروژه - ریسرچاو محصولات را به دو گروه تقسیم کرده است: تعداد زیادی از محصولات که تقاضای کمی دارند و تعداد کمی از محصولات که تقاضا برای آنها زیاد است. در نهایت محصولات با تقاضای زیاد را با استراتژی تولید برای ذخیره و محصولات با تقاضای کم را با رویه تولید برای سفارش به خط تولید میفرستد. همین رویکرد توسط آدان و وال [7] نیز مورد مطالعه قرار گرفته است. عیوضی و همکاران [16] نیز مدل توسعه یافتهای بر مبنای زمانبندی و کنترل تولید نیمههادیها ارائه کردند که در آن دو رویکرد برای اولویت دادن به کارهای تولید برای سفارش و تولید برای ذخیره وجود دارد. زائر پور و همکاران [59] نیز ساختار تصمیمگیری برای ترکیب استراتژیهای تولید را مورد بررسی قرار داده و با رویهای ترکیبی از رویکردهای ایاچپی و تاپسیس به اتخاذ تصمیم پرداخته است.
مقالات مروری در این بخش در جدول(2-7) خلاصه شدهاند.
جدول SEQ جدول * ARABIC 7 جدول 2-7. مسائل با محدودیت استراتژیهای ترکیبی مدیریت تولیدنویسنده مسئله رویکرد سال شماره ارجاع
یوسف و همکاران 1||Cmax- 2004 24
آدان و وان -- 1998 7
عیوضی و همکاران -- 2009 16
زائرپور و همکاران -AHP,TOPSIS 2009 59
2-6. تابع هدفگسترش مفاهیم تولید به موقع اهمیت زمانهای زودکرد را برای دانشمندان علم زمانبندی بیش از پیش روشن کرده است. پس از بکارگیری موفق این مفاهیم در صنعت و تاثیر قابل توجه آن بر عملکرد تولید و کاهش موجودی انبار تعداد پژوهشهای زمانبندی که به این مسئله توجه نشان داده بودند افزایش چشمگیری یافت. در عمل محصولاتی که زودتر از موعد ساخته میشوند باید به انبار بروند و محصولاتی که دیرتر از موعد تحویل میگردند نیز نارضایتی مشتریان را در پی دارند. از آنجا که بسته به شرایط اهمیت این دو هزینه برای هر کدام از کارها میتواند متفاوت باشد، ضرایب وزنی هزینهها برای هرکار متفاوت تعریف میگردد.
در کنار رشد تحقیقات زمانبندی که درآنها مفهوم تولید به موقع مدنظر قرار گرفته است، پژوهشهایی نیز انجام شده است که با حفظ مفهوم تولید به موقع به سایر هزینههای موجود در سیستم نیز پرداختهاند. در این تحقیقات هزینههایی نظیر عدم پذیرش کارها، هزینههای انبارداری و … نیز در نظر گرفته میشوند.
در این نمونههایی از تحقیقات انجام شده در زمینه تولید جریانی بدون انتظار که در آنها رویکرد تولید به موقع به عنوان تابع هدف در نظر گرفته شده است مرور میشوند.
عرب عامری و سلماسی [10] مسئله زمانبندی تولید جریانی بدون انتظار را با محدودیت زمان نصب وابسته به توالی کارها و با محدودیت مجموع زمانهای زودکرد و دیرکرد وزنی به کمک الگوریتم ترکیبی بهینهسازی تجمعی ذرات و جستجوی ممنوع حل کردند. جولایی و همکاران [29] نیز با حفظ مفهوم تولید به موقع تابع هدفی شامل مجموع وزنی زودکردها و دیرکردها و ضرر ناشی از رد سفارشات جهت رسیدن به بیشینه سود حاصل از پردازش کارها برای مسئله تولید جریانی بدون انتظار تعریف کردند.
در جدول(2-8) پژوهشهای مرور شده در این بخش به اختصار آورده شدهاند.
جدول SEQ جدول * ARABIC 8 جدول 2-8. مسائل سیستم تولید جریانی با تابع هدفهای تولید به موقعنویسنده مسئله رویکرد سال شماره ارجاع
عرب عامری و سلماسی Fm|nwt,sijk|wj'Ej+wj"Tjالگوریتم ترکیبی از بهینهسازس تجمعی ذرات و جستجوی ممنوع 2013 10
جولایی و همکاران FFm|nwt|MAXbenefitالگوریتم ژنتیک 2009 29
2-7. جمعبندیدر این فصل، ابتدا به کمک رویکرد سه نمادی به طبقهبندی مسائل زمانبندی پرداخته شد. پس از آن ادبیات سیستم تولید جریانی منعطف بدون انتظار تشریح گردید. در ادامه فصل جهت مرور ادبیات موضوع مورد بررسی مقالات و پژوهشهای انجام شده به تفکیک محدودیتها و تابع هدف تحقیق مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به مطالب عنوان شده در این فصل تحقیق پیش رو از جنبه تابع هدف، کاربرد رویکردهای مدیریت تولید در زمانبندی و بکارگیری مسئله محدودیت ساعات کاری در محیط سیستم تولیدی تولیدی منعطف بدون انتظار نوآوری دارد.
فصل سوممدل ریاضی پیشنهادی3-1. مقدمهرویکردهایی همچون برنامهریزی خطی و غیرخطی، برنامهریزی عدد صحیح و … به عنوان رویکردهای دقیق برای بدست آوردن جواب از توانایی محدودی برخوردارند. با پیچیده شدن مسائل دنیای واقعی این واقعیت بیش از پیش برای دانشمندان روشن گردید که برای حل مسائل جدید به ابزارهایی کارآمدتر نیازمندند. از این رو امروزه تمرکز مطالعاتی از بدست آوردن جواب دقیق توسط این روشها به بدست آوردن جوابهای نزدیک به بهینه به کمک روشهای ابتکاری و فراابتکاری معطوف گردیده است. اگر چه روشهای دقیق امروزه بسیار کمتر مورد استفاده قرار میگیرند اما همچنان به عنوان ابزاری برای اعتبارسنجی روشها و مدلها بسیار سودمندند.
در این فصل، مسئله زمانبندی تولید جریانی منعطف با محدودیت ساعات کاری ماشینآلات و زمانهای نصب وابسته به توالی کارها و نیز با درنظر گرفتن رویکرد مدیریت تولید ترکیبی تولید برای سفارش و تولید برای ذخیره مورد بررسی قرار میگیرد. در ادامه مدل ریاضی ارائه شده برای این مسئله به طور کامل تشریح شده و اعتبارسنجی میگردد.
3-2. تعریف مسئلهمسئله زمانبندی تولید جریانی منعطف با محدودیت ساعات کاری ماشینآلات و زمانهای نصب وابسته به توالی کارها و نیز با درنظر گرفتن رویکرد مدیریت تولید ترکیبی تولید برای سفارش و تولید برای ذخیره به صورت زیر ارائه میگردد:
یک محیط صنعتی با قابلیت تولید N محصول متفاوت و مستقل در نظر گرفته میشود. چیدمان ماشینآلات در این محیط تولیدی به صورت سیستم جریانی منعطف است، به این معنی که حداقل در یکی از ایستگاههای کاری بیش از یک ماشین وجود دارد. ماشینهای موجود در هر ایستگاه کاری کاملا مشابه هستند و هر کدام مقدار زمان مشخصی میتوانند در حال کار باشند و پس از آن از دسترس خارج میشوند. هر سیستم تولیدی با توجه به پیشبینیهای انجام شده براساس فروش قبلی خود سهم مشخصی از بازار را برای خود متصور است. از طرفی سیستم تولیدی ممکن است سفارشاتی را نیز دریافت کند(برای مثال سفارشات صادراتی یا تولید محصول برای یک ارگان مشخص). این سفارشات در زمان خاصی به سیستم تولیدی ارائه شده و موعد تحویل مشخصی دارند. معیار بهینهسازی این مسئله به حداقل رساندن هزینههای ناشی از رد کردن سفارشات، تحویل ناقص سفارشات(به دلیل محدودیت ظرفیت تولید) و هزینههای ناشی از زودکرد و دیرکرد تحویل سفارشات است. برای هر کدام از هزینههای ذکر شده براساس اهمیتی که برای مدیریت دارد ضرایب وزنی مشخصی در نظر گرفته میشود. برای درک بهتر مسئله نمای کلی محیط تولیدی -241304619625شکل SEQ شکل * ARABIC 1 شکل 3-1. نمای کلی مسئله مورد بررسی0شکل SEQ شکل * ARABIC 1 شکل 3-1. نمای کلی مسئله مورد بررسی-2578723158170در شکل(3-1) نشان داده شده است.
3-2-1. مفروضات مسئلهمفروضات زیر بر مسئله مورد بررسی حاکم است:
هر ماشین در هر لحظه تنها توانایی پردازش یک کار را دارد و هر کار در هر ایستگاه تنها باید بر روی یک ماشین پردازش شود.
هر سفارش شامل تعداد مشخصی از هر کدام از محصولات قابل تولید است.
کارهایی که برای ذخیره در انبار و براورده کردن سهم بازار تولید میشوند از لحظه صفر در دسترس خواهند بود و تا پایان افق برنامهریزی برای تکمیل تولید فرصت دارند.
زمانهای پردازش، ضرایب انواع هزینهها، تعداد ماشینهای هر ایستگاه و ظرفیت تولید(مقدار ساعتی که هر ایستگاه در دسترس است) مشخص است.
بیکاری ماشینها مجاز است.
3-3. مدل پیشنهادیدر این بخش، مدل ریاضی عدد صحیح غیرخطی پیشنهادی برای مسئله مورد بحث ارائه میگردد. پیش از ارائه کامل مدل، پارامترهای ورودی، متغیرهای تصمیمگیری، تابع هدف و محدودیتها به طور مجزا تشریح میگردند.
3-3-1. پارامترهای ورودی مسئله:s تعداد ایستگاههای کاری s=1, …,S:k تعداد ماشینهای موجود در هر ایستگاه کاریs. s=1, …,S ، k=1, …,ms:i تعداد سفارشات (برای سهولت در مدلسازی، i=1 مجموع کارهای با رویکرد تولید برای سفارش را نمایندگی میکند) i=1, …, N:j تعداد کارهای (محصولات) قابل تولید در محیط تولیدی j=1, …, J:t شماره هر کار در هر سفارش (sumi مجموع تعداد کارهای هر سفارش)t=1, …, sumi, i=1, …, N
:q محل قرارگیری هر کار در توالی کلی کارها (Z مجموع تعداد کارهای سفارشات پذیرفته شده به علاوه کارهای رویکرد تولید برای ذخیره)q=1, …, Z:Ri زمان در دسترس قرار گرفتن سفارش i (کارهای تولید برای ذخیره از لحظه صفر در دسترس هستند) i=2, …, N:Di موعد تحویل سفارش i به مشتری (کارهای تولید برای ذخیره تا پایان افق برنامهریزی برای تحویل فرصت دارند) i=2, …, N:Wti وزن دیرکرد در تحویل سفارش i به ازای هر واحد زمانی i=2, …, N
:Wei وزن زودکرد در تحویل سفارش i به ازای هر واحد زمانی i=2, …, N
:Wni وزن هزینه ناشی از رد سفارش (کارهای تولید برای ذخیره همیشه پذیرفته شده هستند و رد کردن برای آنها متصور نیست) i=2, …, N
:Wgi وزن هزینه ناشی از تحویل ناقص سفارش i به مشتری به ازای هر کار تحویل نشده (به دلیل محدودیت ساعات کاری ممکن است یک سفارش به طور کامل پردازش نشود، کارهای تولید برای ذخیره هم در صورت تحویل ناکامل توانایی براورده کردن نیاز بازار را ندارند) i=1, …, N
:cas محدودیت زمانی هر ماشین k در ایستگاه کاری s. s=1, …, S:pjs زمان پردازش کار نوع j در ایستگاه کاری s. j=1, …, J , s=1, …,S:hji تعداد کار نوع j در سفارش i. i=1, …, N, j=1, …, J:sjj'sk زمان نصب کار نوع j' هنگامی که این کار دقیقا پس از کار نوع j در ایستگاه کاری s روی ماشین k انجام شود. j,j'=1, …, J, s=1, …,S, k=1, …,ms3-3-2. متغیرهای تصمیمگیری مسئله:xtiq 1 اگر کار شماره t از سفارش i در محل q از توالی کارها قرار بگیرد و 0 در غیر اینصورت. t=1, …, sumi, i=1, …, N, q=1, …, Z:yqsk 1 اگر کار قرار گرفته در موقعیت q از توالی کارها روی ماشین k در ایستگاه s پردازش شود و 0 در غیر اینصورت. q=1, …, Z, , s=1, …,S, k=1, …,ms:vqj 1 اگر کار قرار گرفته در موقعیت q از توالی کارها از نوع j باشد و 0 در غیر اینصورت. q=1, …, Z, j=1, …, J:fi 1 اگر سفارش i پذیرفته شود و 0 در غیر اینصورت. i=1, …, N:stqs زمان شروع کار قرار گرفته در موقعیت q از توالی کارها در ایستگاه کاری s. q=1, …, Z, s=1, …,S:cqs زمان تکمیل کار قرار گرفته در موقعیت q از توالی کارها در ایستگاه کاری s. q=1, …, Z, s=1, …,S:deq زمان تاخیر لازم برای برقراری شرایط پردازش بدون توقف برای کار قرار گرفته در موقعیت q از توالی کارها. q=1, …, Z:avqs زمان در دسترس قرار گرفتن ایستگاه کاری s برای پردازش کار قرار گرفته در موقعیت q توالی کارها. q=1, …, Z, s=1, …,S:gq 1 اگر کار قرار گرفته در موقعیت q از توالی کارها انجام شود و 0 در غیر اینصورت (به دلیل محدودیت ساعات کاری ایستگاهها ممکن است کار انجام نشود). q=1, …, Z3-3-3. تابع هدفminZ=i=2Ntardii× fi×wti+i=2Nearlii ×fi×wei+i=1Nwni×1-fi+i=1Nsumi-nondi×fi×wgiاز آنجا که در صنایع امروزی اهمیت تحویل به موقع محصولات به مشتریان از اهمیت ویژهای برخوردار است، تابع هدف این مسئله با رویکرد تولید به موقع تعیین شده است. در اکثر پژوهشهایی که تاکنون انجام شده است هزینه دیرکرد برای کارهای پردازش شده محاسبه میشود، اما در این تحقیق از آنجا که بستههای سفارش داده شده باید تحویل مشتری شوند، هزینههای مربوطه نیز برای سفارشات محاسبه میشوند. برای یک بسته سفارشی مفروض چهار هزینه متصور است که به شرح زیر هستند.
هزینه دیرکرد: هزینه دیرکرد برای هر سفارش برابر است با بیشینه دیرکرد کارهای آن سفارش ضرب در میزان اهمیت(وزن) دیرکرد آن سفارش. لازم به ذکر است چنانچه سفارش مربوطه پذیرفته شده باشد (fi=1) هزینه دیرکرد برای آن متصور است و در غیر این صورت هزینه رد سفارش که در ادامه خواهد آمد باید محاسبه گردد. به دلیل اینکه موعد تحویل محصولات تولید برای ذخیره پایان افق برنامهریزی است، محاسبه هزینه دیرکرد برای آنها معنی پیدا نمیکند به همین دلیل این هزینه تنها برای سفارشات تولید برای سفارش محاسبه میشود(i=2). عبارت هزینه دیرکرد در تابع هدف به صورت زیر است:
(3-1) i=2Ntardii× fi×wtiهزینه زودکرد: این هزینه نیز مانند هزینه دیرکرد برای بستههای سفارشی پذیرفته شده(fi=1) محاسبه میشود. برای یک بسته سفارشی مفروض مقدار زودکرد برابر است با بیشینه زودکرد هر کدام از کارهای سفارش ضرب در اهمیت(وزن) زودکرد آن سفارش. از آنجا که موعد تحویل محصولات با استراتژی تولید برای ذخیره پایان افق برنامهریزی است برای آنها هزینه زودکرد متصور نیست(i=2). عبارتی که محاسبه هزینه زودکرد را در تابع هدف نمایندگی میکند به صورت زیر است:
(3-2) i=2Nearlii ×fi×weiهزینه رد سفارش: عدم پذیرش سفارش به دلیل از دست دادن سود ناشی از تولید آن برای سیستم تولیدی دارای هزینه است. هزینه رد سفارش برابر است با اهمیت(وزن) آن سفارش. در این بخش وزن سفارش میتواند میزان سود از دست رفته را نمایندگی کند. عبارت مربوط به این هزینه در تابع هدف مطابق رابطه(3-3) است.
(3-3) i=1Nwni×1-fiهزینه تحویل ناقص سفارش: چنانچه یک یا چند کار در سفارشات پذیرفته شده به دلیل محدودیت ساعات کاری ماشینآلات نتوانند پردازش خود را کامل کنند، بسته سفارشی ناقص پردازش میگردد. در چنین شرایطی یا سفارش باید ناقص تحویل شود و یا از موجودی انبار که کالاهای تولید برای ذخیره است برای کامل کردن سفارش استفاده شود که در هر دو حالت هزینههایی را در پی دارد. هزینه تحویل ناقص سفارش به صورت شمارش تعداد کارهای پردازش نشده در یک سفارش پذیرفته شده ضرب در میزان اهمیت(وزن) آن سفارش محاسبه میشود. تعداد کارهای پردازش نشده برای هر سفارش(sumi-nondi) با استفاده از تعداد کارهای پردازش شده هر سفارش که در محدودیتها محاسبه میشود محاسبه میگردد. بدیهی است این هزینه نیز تنها برای سفارشات پذیرفته شده متصور است. عبارت مربوط به هزینه تحویل ناقص در تابع هدف مطابق عبارت(3-4) است.
(3-4) i=1Nsumi-nondi×fi×wgi3-3-4. محدودیتهاj=1Jhji fi≤mscas , s=1,…,Sاین محدودیت تضمین میکند که مجموع زمان پردازش کارهایی که پذیرفته میشوند از مجموع زمان در دسترس در هر ایستگاه بیشتر نباشد.
f1≥1این محدودیت وجود کارهایی که تحت استراتژی تولید برای ذخیره تولید میشوند را در توالی کارهای نهایی تضمین میکند.
sumi=j=1Jhji, i=1,…, Nاین محدودیت مجموع محصولات سفارش داده شده در هر بسته سفارشی را محاسبه میکند.
Z=i=1Nsumi fi, i=1,…,N
این محدودیت تعداد کل کارهایی که در اثر پذیرفته شدن سفارشات باید پردازش شوند را محاسبه میکند.
t=1Zxtiq=1, q=1,…,Z and i=1,…,Nq=1Zxtiq=1, t=1,…,Z and i=1,…,N این مجموعه محدودیتها تخصیص هر کار به یک مکان در توالی و تخصیص هر مکان در توالی به یک کار را تضمین میکنند.
k=1msyqsk=1, q=1,…,Z and s=1, …,Sاین محدودیت تخصیص یک ماشین در هر ایستگاه کاری به هر کار موجود در توالی را تضمین میکند.
deq=maxi=1Nt=1sumiri xqit,avqs-avqs-1,…, avq2-avq1, q=1,…,Zمحاسبه میزان تاخیر در شروع پردازش هر کار در توالی در ایستگاه اول برای تامین شرایط پردازش بدون انتظار توسط این محدودیت انجام میشود. میزان تاخیر لازم برای پردازش بدون انتظار برابر با بیشینه فاصله زمانهای در دسترس برای آن کار در هر دو ایستگاه کاری متوالی است.
st11=deq+avq1stq1=deq+avq1+j=1Jj'=1Jq'=1q-1k=1ms(vqj' vq-1j yq1k yq-11k) sjj'1k, q=2,…,Zstqs=cqs-1+ j=1Jj'=1Jq'=1q-1k=1ms(vqj' vq-1j yqsk yq-1sk) sjj'sk, s=2,…, S and q=2,…,Zاین مجموعه از محدودیتها زمان شروع پردازش هر کار را در هر ایستگاه کاری را محاسبه میکند. اگر هر دو کار متوالی روی یک ماشین در هر ایستگاه از دو نوع متفاوت باشند زمان نصب به کار دوم تعلق میگیرد.
cqs=stqs+j=1Jvqj pjs, s=1,…,Sاین محدودیت زمان تکمیل پردازش هر کار در هر ایستگاه کاری را تعیین میکند.
avqs=min1≤k≤msmax1≤q≤q'-1cq's yq'sk, s=1,…,S and q=1,…,Zمحاسبه زمان در دسترس قرار گرفتن هر ایستگاه کاری برای هر کار توسط این محدودیت محاسبه میگردد. همانطور که از محدودیت مشخص است زمان در دسترس قرار گرفتن هر ایستگاه کاری برای هر کار برابر است با کمینه زمان در دسترس قرار گرفتن ماشینهای درون آن ایستگاه. زمان در دسترس قرار گرفتن هر ماشین نیز برابر است با بیشینه زمانهای تکمیل کل کارهایی که تاکنون روی آن ماشین پردازش شده است.
tardii=max0, max1≤q≤zt=1zxtiq cqs-di, i=2,…,N and s=Searlii=max0,di-max1≤q≤zt=1zxtiq cqs, i=2,…,N and s=Sاین دو محدودیت میزان دیرکرد و زودکرد را برای هر بسته سفارشی محاسبه میکند. دیرکرد یک سفارش برابر است با بیشینه مقدار دیرکرد هر کدام از کارهای آن سفارش و مقدار زودکرد هر سفارش برابر است با بیشینه زودکرد هر کدام از کارهای آن سفارش.
gq-k=1msyqsk=0 q=1, …, Z , s=Sاین محدودیت انجام شدن یا نشدن هر کار را تعیین میکند. اگر هیچ یک از ماشینهای ایستگاه کاری آخر به کار در موقعیت q در توالی کارها به تخصیص پیدا نکنند، به این معنی است که کار به پایان پردازش خود نرسیده است.
gq-k=1msyqsk=nondi=sumi-t=1sumiq=1Zgqxtiq, i=1, …, N این محدودیت تعداد کارهای انجام شده در هر سفارش را محاسبه میکند.
با توجه به توضیحات ارائه شده مدل ریاضی پیشنهادی به صورت زیر خواهد بود:
minZ=i=2Ntardii× fi×wti+i=2Nearlii ×fi×wei+i=1Nwni×1-fi+i=1Nsumi-nondi×fi×wgi Subject to:
j=1Jhji fi pjs≤mscas, s=1,…,S f1≥1sumi=j=1Jhji, i=1,…, NZ=i=1Nsumi fi, i=1,…,Nt=1Zxtiq=1, q=1,…,Z and i=1,…,N
q=1Zxtiq=1, t=1,…,Z and i=1,…,N k=1msyqsk=1, q=1,…,Z and s=1, …,S deq=maxi=1Nt=1sumiri xqit,avqs-avqs-1,…, avq2-avq1, q=1,…,
st11=deq+avq1stq1=deq+avq1+j=1Jj'=1Jq'=1q-1k=1ms(vqj' vq-1j yq1k yq-11k) sjj'1k, q=2,…,Zstqs=cqs-1+ j=1Jj'=1Jq'=1q-1k=1ms(vqj' vq-1j yqsk yq-1sk) sjj'sk, s=2,…, S and q=2,…,Z
cqs=stqs+j=1Jvqj pjs, s=1,…,Savqs=min1≤k≤msmax1≤q≤q'-1cq's yq'sk, s=1,…,S and q=1,…,Ztardii=max0, max1≤q≤zt=1zxtiq cqs-di, i=2,…,N and s=Searlii=max0,di-max1≤q≤zt=1zxtiq cqs, i=2,…,N and s=Sgq-k=1msyqsk=nondi=sumi-t=1sumiq=1Zgqxtiq, i=1, …, N 3-4. اعتبارسنجی مدلاعتبارسنجی مدل گام مهمی در اطمینان از صحت یک مدل ریاضی است. از آنجا که طبق مطالعات پژوهشگر چنین تحقیقی تاکنون انجام نشده است و مدل ارائه شده از چند نظر جدید است لزوم انجام اعتبارسنجی کاملا روشن به نظر میرسد.
اعتبارسنجی به این معنی است که نتایج بدست آمده از حل مدل باید با واقعیت مطابقت داشته باشد. بر این اساس اعتبارسنجی مدل ریاضی ارائه شده در دو مرحله انجام میگردد. مرحله اول اعتبارسنجی مدل به کمک یک مسئله حل شده و مرحله دوم حل یک مسئله تولید شده و بررسی اعتبار مدل.
3-4-1. اعتبارسنجی مدل به کمک مسئله حل شدهدر این بخش تحقیق انجام شده توسط ونگ و لیو [56] که مسئله تولید جریانی بدون انتظار منعطف با دو ایستگاه کاری و تابع هدف بیشینه زمان تکمیل کارها که حاوی حل تعدادی مسئله جهت استفاده سایر پژوهشگران است به عنوان مسئله جهت اعتبارسنجی مدل ارائه شده مدنظر قرار گرفته است.
جهت انجام فرایند اعتبارسنجی لازم است پارامترهای مدل ارائه شده در این تحقیق طوری تعریف شوند که مسئله با نمونه ارائه شده در پروژه - ریسرچونگ و لیو [56] مشابه گردد. بر این اساس، تعداد کارهای موجود در هر سفارش یک تعریف شده است. زمانهای نصب صفر در نظر گرفته شده و نوع کارهای موجود در سفارش متفاوت تعریف شده است. همچنین ظرفیت کاری ماشینآلات نامتناهی تعریف شده و امکان رد سفارش حذف گردیده است. همچنین از آنجا که تابع هدف این پروژه - ریسرچبیشینه زمان تکمیل است، تابع هدف مدل ارائه شده را نیز بیشینه زمان تکمیل سفارشات قرار داده تا نتایج قابل مقایسه باشند. قابل ذکر است که تغییر تابع هدف تاثیری در صحت عملکرد محدودیتها ندارد. تغییرات انجام شده در مدل پیشنهادی به طور خلاصه در جدول(3-1) آمدهاند.
جدول SEQ جدول * ARABIC 9 جدول 3-1. تغییرات اعمال شده در مدل پیشنهادی جهت اعتبارسنجیفاکتور وضعیت اصلی وضعیت تغییر یافته
تابع هدف کمینه هزینهها بیشینه زمان تکمیل کارها
زمان نصب بزرگتر از صفر صفر
تعداد کارهای موجود در سفارش از انواع متفاوت و معمولا بیش از یک کار از انواع متفاوت و یک کار
قابلیت رد سفارش وجود دارد وجود ندارد
ظرفیت کاری ماشینآلات محدود نامحدود
در تحقیق مورد استفاده سیستم تولید جریانی بدون انتظار شامل دو ایستگاه کاری و هر ایستگاه شامل دو ماشین یکسان است. کوچکترین ابعاد مسئله مورد بررسی در این پروژه - ریسرچمسئلهای مشتمل بر ده کار است که بنابر توضیحات ارائه شده در بالا در مدل پیشنهادی ما به صورت ده سفارش که هر کدام شامل یک کار است تعبیر میشوند. زمان پردازش کارها روی ماشین نیز دارای توزیع یکنواخت بین [50 ،1] میباشد بر همین مبنا با استفاده از تابع تولید اعداد تصادفی یکنواخت در نرمافزار متلب اعداد زیر به عنوان زمانهای پردازش تولید شدهاند.
(3-5) pqs=41 7 32 14 48 8 48 48 22 4546 46 5 28 49 49 25 8 46 48این مسئله در نرمافزار لینگو 9 حل شده است که در نتیجه آن توالی سفارشات به صورت q7, q3, q9, q8, q1, q10, q5, q2, q4, q6 و مقدار تابع هدف برابر 326 است. این در حالی است که مقدار تابع هدف در تحقیق مورد استفاده برای این مسئله برابر 292.3 است. این تفاوت حدودا 11% میتواند به دلیل متفاوت بودن مقدار زمانهای پردازش بوده باشد.
3-4-2. اعتبار سنجی مدل به کمک مسئله تولیدیدر این روش، اعتبارسنجی به کمک یک مسئله تولید شده و بررسی درستی عملکرد محدودیتها صورت میگیرد. این روش به عنوان مکملی برای روش قبلی است چرا که در روش قبل به دلیل تفاوت توابع هدف تغییر آن ناگزیر بود. برای انجام این روش دادههای ارائه شده در جدول(3-2) مورد استفاده قرار میگیرند.
جدول SEQ جدول * ARABIC 10 جدول 3-2. دادههای لازم جهت پیادهسازی مدل ریاضیفاکتور مقدار
تعداد سفارش 5
تعداد کارهای موجود در هر سفارش 1
تعداد ایستگاه 2
تعداد ماشین در هر ایستگاه 2
زمانهای پردازش unif [1, 50]زمانهای نصب 0
موعدهای تحویل 50
وزنهای زودکرد و دیرکرد 10
وزن رد سفارش 20
امکان رد سفارش وجود دارد
ظرفیت ماشینآلات نامحدود
لازم به ذکر است که دلیل اصلی کوچک در نظر گرفتن ابعاد مسئله یا حذف فاکتوری همچون محدودیت ظرفیت ماشینآلات تنها به دلیل افزایش چشمگیر زمان حل مسئله در نرمافزار لینگو و امکان نرسیدن به جواب بهینه کلی بوده است و از آنجا که این تغییرات جزیی از دامنه تغییرات ممکن این فاکتورها است تاثیری در اعتبارسنجی مدل نخواهند داشت.
-241304295775شکل SEQ شکل * ARABIC 2 شکل 3-2. گانت چارت جواب بهینه مسئله طراحی شده جهت اعتبارسنجی مدل ریاضی.0شکل SEQ شکل * ARABIC 2 شکل 3-2. گانت چارت جواب بهینه مسئله طراحی شده جهت اعتبارسنجی مدل ریاضی.right10596120مسئله مورد بررسی در این بخش در نرمافزار لینگو 9 حل شد و جواب بهینه برابر 2830 بود. توالی کارها نیز به صورت q2, q3, q5, q1, q4 بدست آمد. جهت اطمینان از درستی عملکرد مدل گانت چارت جواب بهینه در شکل(3-2) رسم شده است.
3-5. تعیین پیچیدگی مسئلهانتخاب روش حل مناسب میتواند در دقت و کیفیت و زمان مورد نیاز برای حل یک مسئله تاثیر قابل توجهی داشته باشد. شاخهای از علوم کامپیوتر با نام نظریه پیچیدگی بر مطالعه این مبحث تمرکز دارد. به طور خلاصه پیچیدگی یک مسئله با میزان محاسبات لازم جهت حل آن ارتباط مستقیم دارد. این بدان معناست که با افزایش ابعاد مسئله طبیعتا زمان حل آن نیز افزایش مییابد. چنانچه زمان حل مسئله نسبت به ابعاد آن با تابعی چندجملهای افزایش یابد، زمان این مسئله را چندجملهای میگویند. چنین مسائلی عمدتا با روشهای دقیق قابل حل هستند.
دسته بزرگتر و مهمتری از مسائل بهینهسازی که عمدتا مسائل زمانبندی نیز در این دسته قرار میگیرند دارای تابع زمانی غیر چندجملهای هستند. چنین مسائلی را در علم پیچیدگی NP-hard مینامند. این دسته از مسائل با روشهای دقیق قابل حل نبوده و لذا از روشهای تقریبی جهت یافتن نزدیکترین جواب به بهینه کلی بهره گرفته میشود. در نتیجه شناخت مسئله از نقطه نظر پیچیدگی آن میتواند بر کیفیت جواب تاثیر مستقیم داشته باشد.
8426456118225شکل SEQ شکل * ARABIC 3 شکل 3-4. سلسله مراتب پیچیدگی در توابع هدف مسائل زمانبندی [6].00شکل SEQ شکل * ARABIC 3 شکل 3-4. سلسله مراتب پیچیدگی در توابع هدف مسائل زمانبندی [6].10096503163570شکل SEQ شکل * ARABIC 4 شکل 3-3. سلسله مراتب پیچیدگی در مسائل کارگاهی زمانبندی [6].00شکل SEQ شکل * ARABIC 4 شکل 3-3. سلسله مراتب پیچیدگی در مسائل کارگاهی زمانبندی [6].center17732300center567841500پیندو [6] در کتاب مفصل خود پیرامون موضوع زمانبندی سلسله مراتب مسائل پیچیدگی در مسائل زمانبندی را در گرافهایی تشریح میکند. این گرافها در شکلهای(3-3) و (3-4) آمدهاند.
همانطور که از این شکلها مشخص است میزان پیچدگی یک مسئله زمانبندی به نحوه چیدمان ماشینآلات و تابع هدف مسئله بستگی مستقیم دارد. نکته قابل تعمل در مسئله پیچیدگی آن است که پس از تشخیص میزان پیچیدگی یک مسئله به کمک این گرافها میتوان این میزان را به حالات خاص این مسائل نیز تعمیم داد. به عنوان مثال مقدار پیچیدگی مسئله 1||Cj که حالت خاصی از مسئله 1||WjCj است را میتوان معادل مقدار پیچیدگی مسئله 1||WjCj دانست. این مسئله را در علم پیچیدگی به صورت 1||Cj∝1||WjCj نشان میدهند.


در این تحقیق مسئله زمانبندی تولید جریانی منعطف بدون انتظار با محدودیت ساعات کاری ماشینآلات، زمان نصب وابسته به توالی کارها و استراتژی ترکیبی تولیید با هدف حداقل سازی هزینهها مورد بررسی قرار میگیرد. راک [45] نشان داد که مسئله تولید جریانی بدون انتظار با تابع هدف بیشینه زمانهای تکمیل NP-hard است. با توجه به نتایج مطرح شده در مورد میزان پیچیدگی مسئله پردازش بدون انتظار به یقین میتوان گفت که مسئله مورد بحث در این تحقیق نیز از میزان پیچیدگی NP-hard برخوردار است لذا حل این مسئله در ابعاد بزرگ را نمیتوان به طور کارایی با روشهای دقیق انجام داد. در فصل آینده روشهای حل کارایی با استفاده از رویکردهای فراابتکاری ارائه میگردند. ولید جریانی منعطف بدون انتظار با محدودیت ساعات کاری ماشین
3-6. جمعبندیدر این فصل، پس از بیان تعریف مسئله مورد بررسی و تشریح ویژگیهای آن، مدل ریاضی عدد صحیح غیر خطی جدیدی برای حل آن ارائه گردید. در ادامه فصل نیز اعتبار مدل ریاضی ارائه شده با استفاده از دو رویکرد سنجیده شد. در پایان فصل نیز دلایلی مبنی بر ناکارامدی روشهای حل دقیق برای مسئله مذکور بیان شده و میزان پیچیدگی آن مورد بررسی قرار گرفت.
فصل چهارمالگوریتمهای فراابتکاری پیشنهادی و نتایج محاسباتی
4-1. مقدمههدف از حل هر مسئله بهینهسازی یافتن بهترین ترکیب ممکن از متغیرهای جواب برای آن مسئله است. مسائل بهینهسازی از منظر ماهیت جواب شدنی برای آنها به دو دسته کلی مسائل پیوسته و مسائل گسسته تقسیم میشوند. مسائل حوزه زمانبندی به عنوان دستهای مهم از مسائل بهینهسازی ترکیبی یکی از شناخته شده ترین مسائل با ساختار گسسته هستند. فاکتورهای جواب این دسته از مسائل باید به صورت گسسته کدگذاری شوند. با توجه به اهمیت مسائل این حوزه تاکنون رویکردهای جواب متنوعی برای حل این مسائل ارائه گردیدهاند. با نگاهی کلی، روشهای حل ارائه شده را میتوان در دو گروه کلی روشهای دقیق و تقریبی جای داد. ساختار رویکردهای دقیق به گونهای است که عملکرد آنها را تنها به حل مسائل با پیچیدگی مشخص و ابعاد کوچک محدود میکند. این رویکردها برای مسائل با ابعاد بزرگ زمانهای حل بسیار ناکارامدی را ارائه میدهند. برهمین اساس، لزوم استفاده از رویکردهای تقریبی در حل مسائل پیچیده بدیهی به نظر میرسد. این رویکردها بسته به نوع آنها میتوانند جوابهای با کیفیت قابل قبول را در زمان منطقی ارائه دهند.
روشهای فراابتکاری دسته مهمی از روشهای تقریبی هستند که عموما با الگوبرداری از رفتار طبیعت تدوین گردیدهاند. وجه تمایز اصلی این روشها با روشهای تقریبی دیگر استفاده از متدهایی برای اجتناب از توقف فرایند جستجو در بهینه محلی است. براساس استراتژیهای بکار رفته در فرایند الگوریتم، امروزه طیف گستردهای از روشهای فراابتکاری به جامعه محققین ارائه شده است که برای مثال میتوان به الگوریتمهایی نظیر ژنتیک، جستجوی ممنوع، مورچگان، تبرید شبیهسازی شده، سیستم ایمنی مصنوعی و … اشاره کرد.
در ادامه فصل پیش رو، الگوریتمهای فراابتکاری ارائه شده به منظور حل مسئله مورد بررسی شامل الگوریتم سیستم ایمنی مصنوعی و تبرید شبیهسازی شده با رویکرد ابری به طور کامل تشریح میگردند. پس از آن با استفاده از رویکرد تنظیم پارامترها به روش تاگوچی الگوریتمهای ارائه شده کالیبره شده و به وسیله آزمایشات طراحی شده مورد سنجش قرار میگیرند. در نهایت نتایج استخراج شده از اجرای آزمایشات تشریح میگردند.
4-2. الگوریتم سیستم ایمنی مصنوعیالگوریتم سیستم ایمنی مصنوعی یکی از جدیدترین الگوریتمهای الگوبرداری شده از رفتارهای طبیعی پدیدهها است. همانگونه که از نام آن هویدا است، این الگوریتم از سیستم ایمنی بدن موجودات زنده و بالاخص پستانداران الگوبرداری شده است. روند کلی الگوریتم بسیار شبیه به الگوریتم ژنتیک بوده اما وجود تفاوتهایی تاثیرگذار باعث برتری نسبی این الگوریتم نسبت به الگوریتم ژنتیک در برخی مسائل بهینهسازی ترکیبی گردیده است.
سیستم ایمنی بدن انسان مجموعهای پیچیده است که وظیفه حفاظت بدن در مقابل خطرات و حفظ سلامتی آن را به عهده دارد [34]. این سیستم این وظیفه را با شناسایی عوامل مضر خارجی به نام پاتوژنها و تلاش جهت نابودسازی آنها انجام میدهد. این عوامل عموما به کمک فاکتور پروتئینی موجود در ساختارشان که آنتیژن نام دارد شناسایی میشوند. پس از شناسایی آنتیژن، بدن فاکتور پروتئینی مناسب جهت نابودسازی آنتیژن مربوطه را که آنتیبادی نام دارد ساخته و به جریان خون میفرستد و از این طریق عامل خارجی مضر را نابود میکند این فرایند را پاسخ اولیه ایمنی مینامند. پس از رفع خطر، بدن بهترین آنتیبادی ساخته شده را در حافظه خود نگه میدارد تا چنانچه این آنتیژن بار دیگر وارد بدن شد بتواند عملکرد سریعتری داشته باشد. دلیل علمی واکسیناسیون نیز همین است.
در کل سیستم ایمنی بدن انسان به زیر شاخه سیستم ایمنی ذاتی و سیستم ایمنی قابل انطباق تقسیم میشود [34]. سیستم ایمنی ذاتی وظیفه دفاع عمومی بدن را برعهده داشته و تنها توانایی مبارزه با بیماریهای مشخصی را دارد، چیزی را به یاد نمیسپارد و عملکرد خود را بهبود نمیبخشد. اما سیستم ایمنی قابل انطباق توانایی مواجهه با عوامل بیماریزای جدید را داشته و در هر زمان بهترین عملکرد خود را در مقابل پاتوژنهای جدید به خاطر میسپارد. لازم به ذکر است که تمام الگوریتمهای ایجاد شده براساس سیستم ایمنی بدن براساس سیستم ایمنی قابل انطباق تدوین شدهاند.
رویه جستجوی بهترین آنتیبادی و نحوه به یاد سپاری آن برای تقریبا تمام عمر در بدن توجه بسیاری از پژوهشگران را جلب کرده است. به همین دلیل الگوریتمهای متعددی که هر کدام از بخشی از فرایند ایمنی الگوبرداری شدهاند در طی سالها ایجاد شده است. در یک تقسیمبندی کلی الگوریتمهای ایمنی ارائه شده را میتوان در سه دسته الگوریتم ایمنی تولید انتخابی، شبکه ایمنی و جستجوی منفی تقسیم کرد. الگوریتم ایمنی مصنوعی با رویکرد تولید انتخابی عموما در مسائل تعیین توالی بهینه و زمانبندی مورد استفاده قرار میگیرد حال آنکه دو رویکرد بعدی عموما برای مسائل تشخیص عوامل مخرب و مسائل خوشهبندی یا جستجوی الگو مورد استفاده قرار میگیرند. در تحقیق پیش رو نیز رویکرد تولید انتخابی الگوریتم ایمنی مصنوعی مورد استفاده قرار گرفته است لذا از این پس عبارت الگوریتم سیستم ایمنی مصنوعی به اختصار به جای عبارت رویکرد تولید انتخابی الگوریتم سیستم ایمنی مصنوعی به کار میرود.
الگوریتم سیستم ایمنی مصنوعی فرایند جستجوی خود را با جامعهای از آنتیبادیهای تصادفی که در واقع نشان دهنده جوابهای شدنی هستند آغاز میکند. در الگوریتم ایمنی مصنوعی آنتیژن تابع هدف را نمایندگی میکند. لذا هر کدام از جوابها از نظر میزان تطابق با تابع هدف مورد ارزیابی قرار میگیرند و در نهایت جوابها براساس میزان تطابقشان با تابع هدف که همان میزان برازندگی در الگوریتم ژنتیک است مرتب میشوند. پس از آن تعدادی مشخص از بهترین جوابها انتخاب شده و براساس رابطهای که بسته به نوع مسئله تعریف میشود، از هر جواب بسته به میزان تطابق آن تکثیر میشود. یعنی هرچه تطابق بیشتر باشد تعداد تکثیر نیز بیشتر میشود. در مرحله بعد هر جواب بسته به میزان تطابق خود تحت عملگر جهش قرار میگیرد، یعنی هر چه تطابق یک جواب بیشتر باشد میزان جهش کمتر خواهد بود. در نهایت میزان تطابق جوابهای جهش یافته بررسی شده و به تعدادی که در مراحل قبل بهترین جوابها برگزیده شده بودند، از بهترین جوابهای جهش یافته برداشته میشود و با همان تعداد از بدترین جوابهای جامعه مرجع جایگزین میگردد. این رویه تا فرارسیدن شروط توقف ادامه مییابد.
الگوریتم سیستم ایمنی مصنوعی به دلیل ساختار خود نقاط قوتی را در مقابل سایر الگوریتمها دارا است. از آنجا که این الگوریتم همزمان دستهای از جوابها را مورد بررسی قرار میدهد توانایی جستجوی همزمان نقاط متفاوتی از فضای حل را دارا میباشد و این مسئله توانایی الگوریتم برای رسیدن به بهینه کلی را افزایش داده و از به دام افتادن الگوریتم در بهینه موضعی جلوگیری میکند. به علاوه از آنجا که این الگوریتم فاقد عملگر تقاطع است در شرایط مساوی سرعت بالاتری نسبت به الگوریتم ژنتیک داشته و نیز از آنجا که عملگرهای بازتولید و جهش نیز در این الگوریتم تابعی از میزان تطابق جواب هستند سرعت همگرایی آن نسبت به الگوریتم ژنتیک بیشتر است.
4-2-1. شمای کلی الگوریتم سیستم ایمنی مصنوعیفرایند اجرای الگوریتم تولید انتخابی سیستم ایمنی مصنوعی مطابق شبه برنامه زیر است:
تولید جامعه اولیه آنتیبادیها(جوابها) به صورت تصادفی.
محاسبه میزان تطابق جوابهای تولید شده با آنتیبادی(تابع هدف) و مرتب کردن جامعه اولیه براساس میزان تطابق جوابها.

—d1221

فصل دوم: مرور ادبیات11
2-1- مقدمه12
2-2- مکانیابی تسهیلات12
2-2-1- مرور ادبیات در موضوع مکانیابی تسهیلات12
2-2-2- معیارهای دسته بندی مدلهای مکانیابی17
2-2-3- مسائل پوشش19
2-2-3-1-مسأله پوشش مجموعه19
2-2-3-2- مسأله مکانیابی حداکثر پوشش21
2-2-3-3- مسائل p-center22
2-2-3-4- مسائل p-median23
2-2-4- مسائل دیگر مکانیابی24
2-2-5- مسائل مکانیابی تسهیلات با تقاضای تصادفی و تراکم25
2-2-5-1- مرور ادبیات مسائل مکانیابی تسهیلات با تقاضای تصادفی و تراکم26
2-2-5-2- مکانیابی تسهیلات با تقاضای تصادفی و تراکم29
2-3- نظریه صف35
2-3-1- مشخصات صف36
2-3-2- قانون لیتِل38
2-3-3- صف M/M/139
2-4- مسائل بهینه سازی چندهدفه40
2-4-1- فرمول بندی مسائل بهینه سازی چندهدفه40
2-4-2- الگوریتم‌های تکاملی برای بهینه سازی مسائل چندهدفه بر مبنای الگوریتم ژنتیک41
2-4-2-1- الگوریتم ژنتیک مرتب سازی نامغلوب42
2-4-2-2- الگوریتم NSGA-II محدود شده45
2-4-2-3- الگوریتم ژنتیک رتبه بندی نامغلوب46
2-4-3- الگوریتم‌های تکاملی برای بهینه سازی مسائل چندهدفه بر مبنای سیستم ایمنی مصنوعی49
2-4-3-1- سیستم ایمنی مصنوعی49
2-4-3-1-1- مفاهیم ایمنی49
2-4-3-1-2- ایمنی ذاتی51
2-4-3-1-3- ایمنی اکتسابی51
2-4-3-1-4- تئوری شبکه ایمنی52
2-4-3-1-5- الگوریتم ایمنی مصنوعی53
2-4-3-1-6- سیستم ایمنی مصنوعی و مسائل بهینه سازی چندهدفه54
2-4-3-2- الگوریتم MISA56
2-4-3-3- الگوریتم VIS61
2-4-3-4- الگوریتم NNIA64
2-5- روش‌های اندازه گیری عملکرد الگوریتم‌های چندهدفه67
2-5-1- فاصله نسلی68
2-5-2- درجه توازن در رسیدن همزمان به اهداف69
2-5-3- مساحت زیر خط رگرسیون70
2-5-4- تعداد جواب‌های غیرمغلوب نهائی71
2-5-5- فاصله گذاری71
2-5-6- گسترش72
2-5-7- سرعت همگرائی73
2-5-8- منطقه زیر پوشش دو مجموعه73
2-6- جمع بندی74
فصل سوم: مدل سازی مسأله و توسعه الگوریتم‌ها76
3-1- مسأله موردتحقیق77
3-2- طراحی الگوریتم‌ها81
3-2-1- تطبیق الگوریتم‌ها با مسئله موردبررسی81
3-2-1-1- ساختار حل‌ها81
3-2-1-2- معیار توقف82
3-2-2- تطبیق الگوریتم NSGA-II برای مسئله موردبررسی83
3-2-3- تطبیق الگوریتم CNSGA-II برای مسئله موردبررسی84
3-2-4- تطبیق الگوریتم NRGA برای مسئله موردبررسی85
3-2-5- تطبیق الگوریتم MISA برای مسئله موردبررسی85
3-2-6- تطبیق الگوریتم VIS برای مسئله موردبررسی85
3-2-7- تطبیق الگوریتم NNIA برای مسئله موردبررسی86
فصل چهارم: تجزیه و تحلیل داده‌ها87
4-1- تولید مسأله نمونه88
4-2- اندازه گیری عملکرد الگوریتم‌ها براساس معیارها89
4-3- تجزیه و تحلیل نتایج92
فصل پنجم: نتیجه گیری و مطالعات آتی100
5-1- نتیجه گیری101
5-2- مطالعات آتی102
فهرست منابع و مراجع103
پیوست الف: محاسبه معیارهای هشت گانه برای الگوریتم های استفاده شده105
پیوست ب: نمودارهای بدست آمده از تجزیه و تحلیل نتایج113
پیوست ج: یک نمونه مسئله حل شده توسط الگوریتم NSGA-II118
پیوست د: کد برنامه نویسی الگوریتم NSGA-II در محیط MATLAB123

فهرست اشکال
شکل 2-1- مدل پایه‌ای صف36
شکل 2-2- مجموعه حل‌های غیرمغلوب41
شکل 2-3- نمایشی از نحوه عملکرد NSGA-II43
شکل2-4- الگوریتم NRGA47
شکل 2-5- سلول B، آنتی ژن، آنتی بادی، اپیتوپ، پاراتوپ و ادیوتوپ50
شکل 2-6- فلوچارت الگوریتم MISA57
شکل 2-7- یک شبکه تطبیقی برای رسیدگی به حافظه ثانویه60
شکل 2-8- فلوچارت الگوریتم VIS62
شکل 2-9- تکامل جمعیت NNIA65
شکل 2-10- نمایش حل‌های مناسب69
شکل 2-11- مساحت زیر خط رگرسیون70
شکل 2-12- بیشترین گسترش73
شکل 3-1- مکانیسم عملگر تقاطع83
شکل 4-1- نمودار همگرایی الگوریتم‌ها براساس شاخص MID90
شکل 4-2- نتیجه بدست آمده از آنالیز واریانس برای معیار تعداد جواب‌های غیرمغلوب94
شکل 4-3- نتیجه بدست آمده از آزمون توکی برای معیار تعداد جواب‌های غیرمغلوب95
شکل 4-4- نتیجه به دست آمده از آنالیز واریانس برای تعداد جواب‌های غیرمغلوب97

فهرست جداول
جدول 4-1- مشخصات هر نمونه88
جدول 4-2- گروه بندی الگوریتم‌ها براساس معیار تعداد جواب‌های غیرمغلوب96
جدول 4-3- مقایسه الگوریتم‌ها ازنظر معیارهای مختلف و در حالت‌های گوناگون98
جدول 4-4- متوسط معیارهای الگوریتم‌ها و رتبه بندی الگوریتم‌ها براساس آن99
4221207272
82867519050 1
00 1

تعریف مسأله

1-1- مقدمه
با رشد روز افزون معاملات تجاری در سطح جهان و در سال‌های اخیر، ظهور پدیده تجارت الکترونیک و بانکداری الکترونیک به عنوان بخش تفکیک ناپذیر از تجارت الکترونیک مطرح شد. بانکداری الکترونیک اوج استفاده از فناوری انفورماتیک و ارتباطات و اطلاعات برای حذف دو قید زمان و مکان از خدمات بانکی است. ضرورت یک نظام بانکی کارامد برای حضور در بازارهای داخلی و خارجی ایجاب می‌کند تا بانکداری الکترونیک نه به عنوان یک انتخاب، بلکه ضرورت مطرح شود. امروزه پایانه فروش، پایانه شعب، دستگاه‌های خودپرداز و ... نماد بانکداری الکترونیک است و یافتن مکان بهینه برای این پایانه‌ها و دستگاه‌ها می‌تواند نقش مهمی در حضور یک بانک یا مؤسسه در بازارهای داخلی و خارجی داشته باشد [1].
1-2- مکانیابی تسهیلات
فرض کنید که یک شرکت رسانه‌ای می‌خواهد که ایستگاه‌های روزنامه را در یک شهر ایجاد کند. این شرکت در حال حاضر جایگاه‌هایی را به صورت بالقوه در شهرهای همسایه اش مشخص کرده‌است و هزینه ایجاد و نگهداری یک جایگاه را می‌داند. همچنین فرض کنید که تقاضای روزنامه در هر شهر همسایه مشخص است. اگر این شرکت بخواهد تعدادی از این ایستگاه‌ها را ایجاد کند، باتوجه به مینیمم کردن کل هزینه‌های ایجاد و نگهداری این ایستگاه‌ها و همچنین متوسط مسافت سفر مشتریان، این ایستگاه‌ها در کجا باید واقع شوند؟
سؤال قبل یک مثال از مسأله مکانیابی تسهیلات بود. مکانیابی تسهیلات یعنی اینکه مجموعه‌ای از تسهیلات (منابع) را به صورت فیزیکی به گونه‌ای در یک مکان قراردهیم که مجموع هزینه برآورده کردن نیازها (مشتریان) باتوجه به محدودیت‌هایی که سر راه این مکانیابی قرار دارد، مینیمم گردد.
از سالهای 1960 به این طرف مسائل مکانیابی یک جایگاه ویژه‌ای را در حیطه تحقیق در عملیات اشغال کرده‌اند. آنها وضعیت‌های مختلفی را درنظر گرفته‌اند که می‌توان به موارد ذیل اشاره کرد: تصمیم گیری در مورد مکان کارخانجات، انبارها، ایستگاه‌های آتش نشانی و بیمارستان‌ها.
به طور اساسی، یک مسأله مکانیابی بوسیله چهار عنصر زیر توصیف می‌شود:
مجموعه‌ای از مکانها که در آن‌ها، تسهیلات ممکن است ایجاد یا باز شوند. برای هر مکان نیز بعضی اطلاعات درمورد هزینه ساخت یا باز نمودن یک تسهیل در آن مکان مشخص می‌شود.
مجموعه‌ای از نقاط تقاضا (مشتریان) که برای سرویس دهی به بعضی از تسهیلات اختصاص داده شوند. برای هر مشتری، اگر بوسیله یک تسهیل معینی خدمت‌رسانی شود، بعضی اطلاعات راجع به تقاضایش و درمورد هزینه یا سودش بدست می‌آید.
لیستی از احتیاجات که باید بوسیله تسهیلات بازشده و بوسیله تخصیص نقاط تقاضا به تسهیلات برآورده شود.
تابعی از هزینه یا سودهایی که به هر مجموعه از تسهیلات اختصاص پیدا می‌کند.
پس هدف این نوع مسائل، پیدا کردن مجموعه‌ای از تسهیلات است که باید باتوجه به بهینه کردن تابع مشخصی باز شوند.
مدل‌های مکانیابی در یک زمینه گسترده از کاربردها استفاده می‌شود. بعضی از این موارد شامل موارد ذیل است: مکانیابی انبار در زنجیره تأمین برای مینیمم کردن متوسط زمان فاصله تا بازار؛ مکانیابی سایت‌های مواد خطرناک برای مینیمم کردن درمعرض عموم قرار گرفتن؛ مکانیابی ایستگاه‌های راه آهن برای مینیمم کردن تغییرپذیری زمان بندی‌های تحویل بار؛ مکانیابی دستگاه‌های خودپرداز برای بهترین سرویس دهی به مشتریان بانک و مکانیابی ایستگاه‌های عملیات تجسس و نجات ساحلی برای مینیمم کردن ماکزیمم زمان پاسخ به حادثه‌های ناوگان دریایی. با اینکه این پنج مسأله توابع هدف مختلفی دارند، همه این مسائل در حوزه مکانیابی تسهیلات واقع می‌شوند. درواقع، مدل‌های مکان‌یابی تسهیلات می‌توانند در موارد ذیل متفاوت باشند: توابع هدفشان، معیارهای فاصله‌ای که به کار می‌برند، تعداد و اندازه تسهیلاتی که قرار است مکانیابی شوند و چندین معیار تصمیم گیری مختلف دیگر. بسته به کاربرد خاص هر مسأله، درنظرگرفتن این معیارهای مختلف در فرموله کردن مسأله، منتهی به مدل‌های مکانیابی بسیار متفاوتی خواهدشد.
1-3- بیان مسأله
هدف از اجرای این تحقیق، مکان‌یابی سیستم‌های خدمات رسانی ثابت با ظرفیت خدمت محدود می‌باشد. یعنی دستگاه‌های خدمت‌رسان به چه تعداد و در چه محل‌هایی استقرار یابند و چه مراکز تقاضایی به این دستگاههای خدمت‌رسان تخصیص یابند. در چنین سیستم‌هایی، زمانی که برای انجام سرویس موردنیاز است تصادفی است و همچنین تقاضای انجام خدمت در نقاط تصادفی از زمان می‌رسند که این تقاضا از جمعیت بزرگی از مشتریان سرچشمه می‌گیرد و معمولاً این سرویس‌دهی در نزدیک ترین تسهیل انجام می‌شود. چنین سیستم‌های خدمت‌رسانی، سیستم‌های صف را تشکیل می‌دهند. مدل‌های مختلفی برای حل این مسائل مکان‌یابی سیستم صف ارائه شده‌است.
دو ناحیه کاربردی وجود دارد که ما با این مدل‌ها روبه رو می‌شویم [4]: اولی در طراحی سیستم ارتباط کامپیوتری مانند اینترنت می‌باشد. در یک سیستم ارتباط کامپیوتری، ترمینال‌های مشتری (کاربران اینترنت) به کامپیوترهای میزبان (سرورهای پروکسی، سرورهای آینه) وصل می‌شوند که قابلیت پردازش بالا و/یا پایگاه داده‌های بزرگ میزبان دارند. زمانی که طول می‌کشد تا سرور درخواست را پردازش کند بستگی به سرعت پردازش سرور و و نوع درخواست دارد که آن هم تصادفی است. زمانی که مشتری برای پاسخ سرور منتظر می‌ماند نیز بستگی به تعداد و اندازه درخواست‌های داده‌ای است که در حال حاضر در صف هستند. به طور کلی، درخواست‌های مشتری‌ها به نزدیکترین سرور وصل می‌شود. این مکان و ظرفیت سرورها، پارامترهای طراحی بحرانی هستند. این انتخاب پارامترها تأثیری قابل توجه روی کیفیت خدمات دارد، به طوری که بوسیله یک مشتری درک می‌شود.
کاربرد دوم شامل طراحی یک سیستم دستگاه خودپرداز برای بانک است. مشتری‌ها به صورت تصادفی به یک دستگاه خودپرداز می‌رسند. اگر هنگامی‌که آن‌ها می‌رسند، دستگاه آزاد باشد، آن‌ها بلافاصله سرویس دهی می‌شوند. در غیر این صورت ، آن‌ها به صف می‌پیوندند یا آن جا را ترک می‌کنند. زمان تصادفی که یک مشتری در یک دستگاه سپری می‌کند بستگی به تعداد و نوع تراکنشی (مثلاً مانده حساب، دریافت وجه، انتقال وجه و غیره) دارد که او انجام می‌دهد. منبع قابل توجه دیگر زمان مشتری در یک دستگاه، شامل تأخیر ارسال در مدت شبکه ارتباط بانک است. از آن جا که دستگاه‌ها ثابت هستند، مشتری‌ها باید به یک مکان خودپرداز مراجعه کنند تا یک تراکنش را انجام دهند. گاهی اوقات، مردم در طول مسیر خود (مثلاً از خانه به محل کار) برای استفاده از یک دستگاه خودپرداز به آن مراجعه می‌کنند؛ گاهی اوقات هم، آن‌ها آن را طبق یک مسیر از پیش برنامه‌ریزی‌شده (مثلاً مسیر روزانه بین خانه و کار) استفاده می‌کنند. به طور کلی، آن‌ها از تسهیل با کمترین هزینه قابل‌دسترس استفاده می‌کنند. برای مثال، هنگامی‌که هزینه‌ها بوسیله مسافت سفر تعیین می‌شود، مشتری‌ها نزدیکترین تسهیل به محل کار/خانه یا نزدیکترین مسیر روزانه شان را انتخاب می‌کنند. ما فرض می‌کنیم که مشتری‌ها هیچ اطلاعی از تأخیرات دستگاه‌های خودپرداز ندارند و از این رو نزدیکترین تسهیل را برای درخواست سرویسشان انتخاب می‌کنند.
فرضیاتی که برای این مسأله درنظر گرفته می‌شود به شرح زیر می‌باشد:
گره مشتری وجود دارد که هر یک درخواستی را برای سرویس ایجادمی‌کند؛
تعداد درخواست‌ها در واحد زمان، یک جریان پوآسن مستقل را تشکیل می‌دهند؛
گره خدمت‌رسان بالقوه وجود دارد؛
مشتریان از مراکز تقاضا به سمت مکان این دستگاه‌ها حرکت می‌کنند؛
هر جایگاه خدمت فقط یک خدمت دهنده دارد؛
زمان سرویس یک دستگاه به صورت تصادفی و توزیع نمایی دارد؛
مکان دستگاه‌ها ثابت هستند؛
مشتری‌ها بوسیله نزدیکترین دستگاه خودپرداز خدمت‌رسانی می‌شوند؛
میزان زمان انتظار مشتریان در صف نباید از یک حد ازپیش تعیین شده، فراتر رود؛
ماکزیمم تعداد دستگاه‌های خدمت‌رسان از قبل تعریف شده‌است.
در مسائل مکان‌یابی تک هدفه، هدف مسأله معمولاً هزینه یا پوشش بوده‌است، امّا در مسائل چندهدفه، حداقل یک هدف دیگر وجود دارد که باتوجه به طبیعت این گونه مسائل، با هدف اوّلی درتضاد است.
براین اساس، ما مروری بر روی اهدافی که در مسائل مکان‌یابی چندهدفه توسعه یافته می‌کنیم. این اهداف می‌توانند به صورت زیر توصیف شوند:
هزینه: انواع مختلفی از هزینه وجود دارد. این انواع می‌توانند به دو قسمت ثابت و متغیر تقسیم شوند. هزینه‌های ثابت شامل هزینه شروع و نصب به همراه سرمایه گذاری می‌باشد. هزینه‌های متغیر می‌تواند هزینه حمل و نقل، عملیات، تولید، خدمات، توزیع، تدارکات، دفع پسماند، نگهداری و محیطی باشد. هزینه حمل و نقل بیشترین و هزینه نصب بعد از آن قرار دارد. مسائل مختلفی از یک معیار «هزینه کل» استفاده کرده‌اند که شامل همه هزینه‌ها تحت یک هدف می‌شود.
ریسک‌های محیطی: این هدف شامل ریسک حمل و نقل، ریسک طبیعی، دفع پسماند یا ریسک رفتاری، یا «اثرات نامطلوب» عمومی است که جایگاه بزرگی دارد. به هر حال نسبت ریسک محیطی در مسائل مکان‌یابی کمتر از دیگر هزینه‌هاست.
پوشش: تقریبا مجموعه کامل مسائل مکان‌یابی درباره پوشش مسافت، زمان، مبلغ و یا حتی انحراف پوشش است. اگرچه بسیاری از مسائل از مسافت و پوشش جمعیّت به عنوان هدفشان استفاده می‌کنند، اما در بعضی مسائل نیز زمان مهّم است.
مفهوم تساوی نیز در این طبقه قرار می‌گیرد، زیرا این نوع مسائل، روشی منصفانه در برخورد با مسأله پوشش دارند.
سطح و کارائی خدمت: در این طبقه، هدف سطح سرویس به همراه کارائی قرارمی‌گیرد.
سود: بعضی مسائل به سود خالص (تفاوت بین سودها و هزینه‌ها) علاقمندند.
اهداف دیگر: بعضی اهداف دیگر که در مسائل مکان‌یابی استفاده می‌شوند، مانند دستیابی به منابع به همراه ریسک‌های سیاسی و اجتماعی که نمی‌توانند در دیگر دسته‌ها قرار بگیرند.
سه هدف برای مسأله موردنظر ما درنظر گرفته شده‌است که هدف اول، مینیمم کردن متوسط تعداد مشتریان درحال سفر؛ هدف دوم، مینیمم کردن متوسط تعداد مشتریان در حال انتظار و هدف سوم، ماکزیمم کردن مجموع کارکرد دستگاه‌ها در واحد زمان می‌باشد.
1-4- روش حل
به طور کلی مسائل مکانیابی تسهیلات اصولاً NP-Hardهستند و بعید است بدون کاربرد الگوریتم‌های فراابتکاری بتوان حلّی بهینه را در زمان معقول پیدا کرد و زمان محاسباتی نیز با توجه به اندازه مسأله به صورت نمایی افزایش می یابد.
مسائل بهینه یابی چندهدفه، به طور کلی با یافتن حل‌های بهینه پارتو یا حل‌های مؤثّر کارمی‌کنند. چنین حل‌هایی غیرمغلوب هستند، یعنی هنگامی‌که همه اهداف درنظر گرفته شوند، هیچ حل دیگری برتر از آن‌ها نیست. بیشترین روش‌هایی که برای حل مسائل بهینه سازی چندهدفه به کار می‌روند، روشهای ابتکاری و فراابتکاری هستند.
برای مسائلی که در کلاس NP-Hard قرار می گیرند، تاکنون روش‌های دقیقی که بتواند در حالت کلی و در زمانی معقول به جواب دست یابد توسعه داده نشده‌است. از این رو روش‌های ابتکاری و فراابتکاری مختلفی را برای حل این دسته از مسائل به کار می برند تا به جواب‌های بهینه یا نزدیک به بهینه دست یابند.
در این تحقیق سعی شده‌است که از چندین الگوریتم بهینه سازی چندهدفه استفاده شود. الگوریتم NSGA-II به این خاطر انتخاب شده‌است که این الگوریتم در بسیاری از مقالات به عنوان الگوریتم مرجع مقایسه گردیده‌است. الگوریتم CNSGA-II نیز به این علت انتخاب شده‌است که روشی مناسب برای برخورد با محدودیت‌های حل مسأله ارائه می‌کند. چون باتوجه به ماهیت مسأله، چندین محدودیت سر راه حل مسأله ایجاد شده‌است که راهکار مناسبی برای رسیدگی به این محدودیت‌ها ایجاب می‌کند. الگوریتم NRGA نیز چون جزء جدیدترین الگوریتم‌های ارائه شده در زمینه بهینه سازی چندهدفه می‌باشد مورداستفاده قرار گرفته‌است. در سال‌های اخیر، الگوریتم‌های بهینه سازی مبتنی بر ایمنی مصنوعی بسیار مورد توجه قرار گرفته‌است که به همین علت، ما در این تحقیق سعی بر آن داریم که از کارآمدترین این الگوریتم‌ها استفاده کنیم. از میان الگوریتم‌های چندهدفه ایمنی، ما از MISA، VIS و NNIA استفاده کرده ایم که در ادامه و در بخش‌های بعدی به نتایج خوبی که دراثر استفاده از این الگوریتم‌ها بدست می‌آید، اشاره می‌کنیم.
1-5- اهمیت و ضرورت تحقیق
امروزه پایانه فروش، پایانه شعب، دستگاه‌های خودپرداز و ... نماد بانکداری الکترونیک است و یافتن مکان بهینه برای این پایانه‌ها و دستگاه‌ها می‌تواند نقش مهمی در حضور یک بانک یا مؤسسه در بازارهای داخلی و خارجی داشته باشد.
در این تحقیق سعی شده‌است که محدودیت‌ها و چالش‌های فراروی این مسأله در دنیای واقعی تا حد ممکن درنظر گرفته شود. به همین منظور محدودیت‌هایی ازقبیل ماکزیمم دستگاه خدمت‌رسانی که می‌تواند به کار گرفته شود و حدّ بالای زمان انتظار برای مشتریان منظور شده‌است. همچنین به‌دلیل اینکه یک هدف، پاسخگوی انگیزه ایجاد شده برای انجام این طرح نمی‌باشد، این مسأله به صورت یک مسأله چند هدفه درنظر گرفته شده‌است تا به دنیای واقعی هر چه نزدیکتر گردد تا در درجه اول سود بانک یا مؤسسه ازطریق انتخاب بهینه دستگاه‌های خودپرداز افزایش یابد و در درجه دوم رضایت مشتریان جلب گردد، به صورتی که هم پوشش مناسب برای خدمت‌رسانی داده شود و هم مدت زمان خدمت‌رسانی به مشتریان حداقل گردد.
1-6- اهداف تحقیق
اهدافی که برای اجرای این تحقیق درنظر گرفته شده‌است عبارتند از:
مروری بر مدل‌های مکانیابی تسهیلات به صورت کلّی
مروری بر مدل‌های مکانیابی تسهیلات با تقاضای تصادفی و تراکم
بهینه نمودن استفاده از دستگاه‌های‌های خدمت‌رسان؛ یعنی دستگاه‌های خدمت‌رسان به چه تعداد و در چه محل‌هایی استقرار یابند و چه مراکز تقاضایی به این دستگاههای خدمت‌رسان تخصیص یابند، به‌صورتی که هم رضایت مشتریان جلب شود (این هدف را به صورت کمینه کردن مجموع زمان خدمت‌رسانی به مشتریان که شامل زمان سفر مشتریان از مراکز تقاضا به مراکز خدمت‌رسانی و زمان انتظار آنها برای خدمت‌رسانی درنظر گرفته ایم) و هم مجموع کارکرد دستگاه‌ها بیشینه گردد.
تطبیق الگوریتم‌های مختلف با مسئله مورد بررسی
تجزیه و تحلیل الگوریتم‌های مختلف با استفاده از روشهای مقایسه الگوریتم‌ها
1-7- جمع بندی
مسأله مکانیابی تسهیلات در حالت کلی به عنوان یک مسأله NP-Hard شناخته می‌شود. به‌خصوص در حالتی که محدودیت‌های دیگری نظیر محدودیت انتظار مشتریان در صف و محدودیت در تعداد تسهیلات باز شده نیز مطرح باشد، پیچیدگی این مسأله چندین برابر می‌شود.
هدف اول، مینیمم کردن متوسط تعداد مشتریان درحال سفر؛ هدف دوم، مینیمم کردن متوسط تعداد مشتریان در حال انتظار و هدف سوم، ماکزیمم کردن مجموع کارکرد دستگاه‌ها در واحد زمان می‌باشد.
پایان نامه دارای ساختار زیر است: در فصل دوم برای آنکه خواننده با مفاهیمی که در این پایان‌نامه به کار گرفته شده‌است و همچنین موضوعاتی که در این تحقیق مطرح می‌شود، مروری جامع بر ادبیات موضوعات در بخش‌های مختلف اعم از مکانیابی تسهیلات به صورت کلی، مکانیابی تسهیلات باتوجه به مسأله مطرح شده و محدودیت‌های ایجاد شده به عمل آمده‌است. همچنین الگوریتم‌های چندهدفه‌ای که در این پروژه - ریسرچبه کار گرفته شده‌است به طور عمومی معرفی و تشریح می‌شوند. باتوجه به اینکه سه الگوریتم از این الگوریتم‌ها از مبحث ایمنی مصنوعی است، سعی شده‌است تا مروری مختصر بر این موضوع نیز انجام شود. در آخر نیز روش‌های اندازه گیری عملکرد الگوریتم‌های چندهدفه معرفی شده‌اند.
در فصل سوم ابتدا درمورد مسئله مورد بررسی این تحقیق توضیحات کافی داده می شود و اهداف و محدودیت های فراروی آن شرح داده می شود. سپس، در قسمت طراحی الگوریتم‌ها، الگوریتم‌های درنظر گرفته شده را با مسئله مورد بررسی تطبیق می دهیم.
در فصل چهارم پس از اینکه درمورد تولید مسائل نمونه صحبت کردیم، به تجزیه و تحلیل و مقایسه الگوریتم‌ها خواهیم پرداخت که این کار را به این صورت انجام می‌دهیم که ابتدا معیارهای مختلف را برای تمامی الگوریتم‌ها اندازه گیری کرده و سپس این نتایج را باتوجه به روش‌های موجود درزمینه تحلیل واریانس، مورد تجزیه و تحلیل قرارمی‌دهیم.
در فصل پنجم نیز پس از مروری کلّی بر تحقیقی که انجام شده، چند زمینه تحقیق برای مطالعات آتی به خوانندگان پیشنهاد می‌شود.
4221207272
82867519050 2
00 2

مرور ادبیات

2-1- مقدمه
در این فصل، ابتدا به بحث درباره موضوع مکانیابی تسهیلات می پردازیم. در ابتدا، به مروری بر ادبیات این موضوع می پردازیم. در ادامه، مسائل پوشش که مهمترین و پرکاربردترین مباحث در این حوزه است را توضیح داده و مدل های دیگر مکانیابی تسهیلات را معرفی می نمائیم. سپس باتوجه به اینکه مسئله ما در حیطه مسائل مکانیابی تسهیلات با تقاضای تصادفی و تراکم می باشد، به مرور ادبیات این حیطه و خصوصیات این نوع مدل ها می پردازیم. سپس سیستم صف و مسائلی که در این حوزه و ادامه تحقیق، موردنیاز است، شرح داده می شود. همچنین الگوریتم‌های چندهدفه‌ای که در این پروژه - ریسرچبه کار گرفته شده‌است به طور عمومی معرفی و تشریح می‌شوند. باتوجه به اینکه سه الگوریتم از این الگوریتم‌ها از مبحث ایمنی مصنوعی است، سعی شده‌است تا مروری مختصر بر این موضوع نیز انجام شود. در آخر نیز روش‌های اندازه گیری عملکرد الگوریتم‌های چندهدفه معرفی شده‌اند.
2-2- مکانیابی تسهیلات
2-2-1- مرور ادبیات در موضوع مکانیابی تسهیلات [5]
می‌توان استدلال نمود که تحلیل‌های مکانیابی در قرن هفدهم و با مسأله پیِر دِ فِرمَت شروع شد: فرض کنید که سه نقطه در یک صفحه وجود دارد، نقطه چهارمی را پیداکنید به صورتی که مجموع فواصلش تا سه نقطه فرض شده مینیمم گردد. اِوانجلیستا توریچلی نیز یکی از کسانی است که ساختارهای فضایی که نیاز به یافتن یک چنین میانه‌های فاصله‌ای یا «نقاط توریچلی» دارند، به آن نسبت داده شده‌است. به هر حال در قرن اخیر، با «مسأله وِبِر» از آلفرد وِبِر و بعضی از گسترش‌های بعدی اش در مسئله درِزنر و همکارانش دوران جدید تحلیلهای مکانیابی با کاربردش در مکانیابی صنعتی شروع می‌شود. مسأله وِبِر نقاطی را در یک سطح پیدا می‌کند که مجموع فواصل اقلیدسی وزن‌دهی شده آن تا یک مجموعه نقاط ثابت مینیمم گردد. این مسأله به این صورت تفسیر می‌شود که مکان یک کارخانه را به گونه‌ای پیداکنیم که کل مسافت وزن دهی شده آن از تأمین کنندگان و مشتریان مینیمم گردد، که وزن‌ها بیانگر حجم مبادلات می‌باشد، مثل وزن موادی که باید از یک تأمین‌کننده منتقل شود یا حجم محصولات نهایی که برای یک مشتری ارسال می‌شود.
تنها در دهه 60 و 70، با فراهم بودن گسترده قدرت محاسبات برای پردازش و تحلیل مقادیر بزرگی از داده‌ها بود که ما شروع واقعی بهینه سازی جدید و به همراه آن، تحقیق در مسائل مکانیابی را مشاهده می‌کنیم. این دوره را به این دلیل دوره بلوغ تحلیلهای مکانیابی می‌نامند که گرایش زیادی به مطالعه p-median کلاسیک، p-center، پوشش مجموعه، مکانیابی تأسیسات ساده و مسائل تخصیص درجه دوم و گسترش آنها پیدا شد.
در این دوره، کوپر مسأله تک تسهیلی وِبِر را گسترش داد تا مسأله تخصیص-مکانیابی چندتسهیلی را ایجاد کند. سپس مارانزانا این مسأله را از فضای پیوسته به شبکه گسترش داد. به هر حال حکیمی است که شالوده تحقیق در p-median و مسائل دیگر در یک شبکه را کامل می‌کند. مسأله p-median شبیه مسأله وِبِر در یک سطح، مکان p نقطه را در یک شبکه به گونه‌ای پیدا می‌کند که کل مسافت وزن دهی شده با تقاضا را تا نزدیکترین تسهیل مینیمم می‌کند. به علاوه حکیمی مسأله p-center اصلی را ارائه می‌کند که مکان p نقطه را در یک شبکه به گونه‌ای پیدا می‌کند که ماکزیمم مسافت تقاضا تا نزدیکترین تسهیل مینیمم گردد. نتیجه مهم قضیه حکیمی نیز مشخص است، یعنی اینکه یک حل در مسأله p-median، همیشه در گره‌های یک شبکه در مسأله واقع می‌شود، درحالیکه یک حل در مسأله p-center لزومی ندارد که در گره‌ها واقع شود. کاریف و حکیمی اثبات می‌کنند که مسائل p-center و p-median، NP-Hard هستند.
مدلهای پوشش، مسائلی را درنظر می‌گیرند که تقاضاها باید در یک مسافت مطمئنی از زمان سفر پوشش داده شوند. تورِگاس و همکارانش روش حلی را برای اینگونه مسائل که در کاربرد با نام مسأله پوشش مجموعه (LSCP) شناخته می‌شود را فرمول بندی و ارائه کردند. مکان تسهیلات برای خدمات اورژانسی از این مسأله الهام می‌شوند. چِرچ و رِوِله، مسأله مکانیابی حداکثر پوشش (MCLP) را ارائه کردند. این مسأله، مکانهای بهینه‌ای را برای تعداد معیّنی از تسهیلات پیدا می‌کند که جمعیّتی که درون یک فاصله خدمت‌رسانی مشخص، پوشش داده می‌شوند، حداکثر گردد.
دیگر مسأله بنیادی با مفهوم پوشش، مسأله تخصیص درجه دوم (QAP) می‌باشد که به دلیل طبیعت درجه دوّم فرموله کردن تابع هدفش به این نام خوانده می‌شود. تعدادی (N) تسهیل که در همان تعداد جایگاه (N) به گونه‌ای واقع می‌شوند که کل هزینه انتقال مواد درمیان آنها مینیمم گردد. هزینه حرکت مواد بین هر دو مکان بوسیله ضرب یک وزن یا جریان در فاصله بین مکان‌ها بدست می‌آید. مدل خطی آن بوسیله کوپمنس و بِکمن ارائه شد که مورد خاصی از مسأله حمل و نقل شناخته شده‌است. این مسأله NP-Hard علائق بسیاری را برای تحقیق ایجاد کرد و هنوز هم حل آن در هر اندازه ای، بسیار سخت به نظر می‌رسد.
دهه 80 و 90 تحقیقاتی را در تحلیل مکانیابی دید که به رشته‌های دیگر نیز گسترش پیدا کرد و نتایج سودمندی را از دیدگاه مدل سازی و کاربرد بدست آورد. این نوآوری‌ها تا به امروز نیز ادامه دارد.
از جمله این مدل‌ها می‌توان به مکان‌یابی رقابتی، مکان تسهیلات گسترده، مکانیابی تصادفی، مسیریابی، مکان‌یابی هاب و جلوگیری از جریان اشاره کرد. به عنوان کاربردهای جدید در این دوران می‌توان به ناحیه‌هایی ازجمله برنامه ریزی خدمات اورژانسی، کاربردهای محیط زیستی همچون تسهیلات زیان آور و ترکیب مکانیابی با مدیریت زنجیره تأمین اشاره کرد.
مدلهای مکانیابی رقابتی: حکیمی مدلهای رقابتی را درون تئوری مکانیابی وارد کرد. بیشتر نتایج در این زمینه یک فضای گسسته یا یک شبکه را درنظر می‌گیرند. اخیراً مدل‌های مکانیابی رقابتی پیوسته توسط داسکی و لاپورته ارائه شده‌است.
مدلهای مکانیابی تسهیلات گسترده: یک تسهیل اگر در مقایسه با محیطش، خیلی کوچکتر از یک نقطه به نظر برسد، گسترده نامیده می‌شود. چنین مدل‌هایی بارها در وضعیت‌های طراحی شبکه به کار گرفته شده‌است. مِسا و بوفی یک سیستم دسته بندی شامل مسائلی برای تعیین خط مسیر حمل و نقل مواد خطرناک ارائه کردند. اخیراً یک مثال بوسیله بریمبرگ و همکارانش آورده شده‌است که مسأله مکانیابی یک دایره درون یک کره را درنظر می‌گیرد، به صورتی که فاصله از تسهیلات موجود باید مینیمم گردد.
مکانیابی تصادفی: مدلهای مکانیابی تصادفی هنگامی رخ می‌دهند که داده‌های مسأله فقط به روشی احتمالی شناخته شوند. بِرمن و همکارانش مسائلی را درنظر گرفتند که ورود به تسهیلات به صورت تصادفی است و اثر تراکم نیز باید درنظر گرفته می‌شد. لوگندران و تِرِل یک مسأله LA با ظرفیت نامحدود را با تقاضاهای تصادفی حسّاس به قیمت درنظر گرفتند. بِرمن و کراس یک کلاس کلی از «مسائل مکانیابی با تقاضای تصادفی و تراکم» را ارائه کردند.
مسیریابی مکان: ترکیب تحلیلهای مکانیابی با زمینه‌های شناخته شده مسائل مسیریابی وسایل نقلیه، ناحیه جدید دیگری از مدل سازی، یعنی مسیریابی مکان را ایجاد می‌کند.
مکانیابی هاب: در چنین مسائل مکانیابی، هاب‌ها به عنوان متمرکزکننده‌ها یا نقاط سوئیچینگ ترافیک عمل می‌کنند، خواه برای مسافران خطوط هوایی باشد، خواه بسته‌های کوچک در سیستمهای سوئیچینگ. جریان بین منابع و مقاصد اساس مدل سازی این دسته از مسائل را تشکیل می‌دهد. اُکِلی اساس تحلیلهای مکانیابی هاب را بنانهاد. آن مدل‌ها به صورتی مدل سازی شد تا بهترین مکان‌ها برای متصل کردن ترمینال‌ها را باتوجه به مینیمم کردن هزینه‌های کل تراکنش‌ها، پیدا کند.
جلوگیری از جریان: در بسیاری از مسائل مکانیابی، تقاضاها فرض می‌شوند که در گره‌های یک شبکه رخ می‌دهند. یک تغییر جالب که بوسیله مسائل فرض می‌شود این است که تقاضا بوسیله جریانی از وسایل نقلیه یا پیاده‌هایی که از میان اتصالات شبکه عبور می‌کنند، ارائه می‌شوند. ازجمله کاربردهای این حیطه می‌توان به دستگاه‌های خودپرداز و ایستگاه‌های نفتی اشاره کرد. چنین مسائلی اولین بار توسط هاچسون و بِرمن و همکارانش ارائه شد.
مکانیابی یا جابجایی وسایل خدمات اورژانسی: مقدار شگرفی از تحقیقات در مطالعه مکانیابی وسایل خدمات اورژانسی ایجاد شده‌است. چَپمن و وایت اولین کار را برحسب محدودیت‌های کاربردی که در LSCP کاربرد دارد، ارائه کردند. مطالعه میرچندانی و اُدُنی زمان‌های سفر تصادفی را در مکانیابی تسهیلات اورژانس درنظر می‌گیرد. همچنین باتوجه به کاربردهای وسایل اورژانسی، مدل MEXCLP که توسط داسکین ارائه شده‌است، مدل MCLP را با محدودیت‌های احتمالی گسترش می‌دهد. رِپِده و برناردو، مدل TIMEXCLP را ارائه کردند که MEXCLP را با تغییر تصادفی در تقاضا گسترش می‌دهد.
کاربردهای مرتبط با محیط زیست: تسهیلات زیان آور و مفاهیم دیگر: بعضی از تحلیلهای مکانیابی در موضوع محیط زیست، مربوط به مکان تسهیلاتی می‌شود که برای جمعیت مجاورشان مضر یا نامطبوع هستند. گُلدمن و دیِرینگ و همچنین چِرچ و گارفینکل جزء اولین افرادی بودند که مکانیابی برای تسهیلات زیان آور یا تسهیلاتی که ترجیح می‌دهیم دور از دسترس باشند را درنظر گرفتند.
تحلیلهای مکانیابی با مدیریت زنجیره تأمین: مدیریت زنجیره تأمین (SCM) شامل تصمیمات درمورد تعداد و مکان تسهیلات و جریان شبکه در حیطه تأمین، تولید و توزیع می‌شود. در اولین کارها در برنامه ریزی پویا، بالُو از برنامه نویسی پویا برای جابجایی انبارها در طول دوره برنامه‌ریزی استفاده می‌کند. جئوفریون و پاورز محیطی یکپارچه را بین مکان و SCM درنظر می‌گیرد.
2-2-2- معیارهای دسته بندی مدلهای مکانیابی
مدلهای مکانیابی تسهیلات می‌توانند باتوجه به اهداف، محدودیتها، حل‌ها و دیگر خصوصیات دسته بندی شوند. در زیر، هشت معیار رایجی که برای دسته بندی مدل‌های مکانیابی تسهیلات سنتی استفاده می شود، آورده شده‌است ‍‍[6]:
مشخصات مکان: مشخصات مکان تسهیلات و جایگاه‌های تقاضا شامل مدل‌های مکانیابی پیوسته، مدل‌های شبکه گسسته، مدل‌های اتصال هاب و غیره می‌شود. در هر یک از این مدل‌ها، تسهیلات می‌توانند فقط در جایگاه‌هایی واقع شوند که توسط شرایط مکانی مجاز هستند.
اهداف: هدف یکی از معیارهای مهم برای دسته بندی مدل‌های مکانیابی است. هدف مدل‌های پوشش، مینیمم کردن تعداد تسهیلات برای پوشش همه نقاط تقاضا یا ماکزیمم کردن تعداد تسهیلاتی است که باید پوشش داده شوند. هدف مدل‌های p-center مینیمم کردن ماکزیمم فاصله (یا زمان سفر) بین نقاط تقاضا و تسهیلات است. آن‌ها اغلب برای بهینه کردن تسهیلات در بخش‌های عمومی همچون بیمارستان‌ها، اداره‌های پست و آتش‌نشانی‌ها استفاده می‌شوند. مدل‌های p-median سعی می‌کنند که جمع فاصله (یا متوسط فاصله) بین نقاط تقاضا و نزدیکترین تسهیلشان مینیمم گردد. شرکت‌هادر بخش‌های عمومی اغلب از مدل‌های p-median استفاده می‌کنند تا برنامه توزیع تسهیل را به گونه‌ای بریزند که مزایای رقابتشان را بهبود دهند.
روش‌های حل: روش‌های حل مختلف در مدل‌های مکانیابی مختلف همچون مدل‌های بهینه‌سازی و مدل‌های توصیفی بدست می‌آیند. مدل‌های توصیفی از رویکردهای ریاضی همچون برنامه نویسی ریاضی یا برنامه نویسی عددی استفاده می‌کنند تا حل‌های مختلف را برای سبک و سنگین کردن اکثر اهداف مهم در مقابل یکدیگر جستجو کنند. در مقابل، مدل‌های توصیفی، از شبیه سازی یا رویکردهای دیگری استفاده می‌کنند تا موفقیت دستیابی به الگوی مکانیابی را افزایش دهند تا حلی با درجه مطلوب بدست آید. روش‌های حل ترکیبی نیز بوسیله گسترش مدلهای توصیفی با تکنیک‌های بهینه سازی توسعه داده شده‌است تا مسائل مکانیابی تعاملی یا پویا (مثل سرورهای متحرک) را بسازند.
مشخصات تسهیلات: مشخصات تسهیلات نیز مدل‌های مکانیابی را به انواع مختلف تقسیم می‌کند. مثلاً، محدودیت تسهیل می‌تواند منجر به مدلی با یا بدون ظرفیت خدمت‌رسانی شود، و تکیه تسهیلات به یکدیگر می‌تواند به مدل‌هایی منجر شود که همکاری تسهیلات را به حساب آورند یا نیاورند.
الگوی تقاضا: همچنین مدل‌های مکانیابی می‌توانند براساس الگوهای تقاضا دسته بندی شوند. اگر یک مدل تقاضای انعطاف پذیر داشته باشد، پس آن تقاضا محیطی متفاوت با تصمیمات مکانیابی تسهیلات مختلف خواهد داشت؛ درحالیکه یک مدل با تقاضای غیرانعطاف پذیر، به علت تصمیمات مکانیابی تسهیلات، با آن الگوی تقاضا متفاوت نخواهد بود.
نوع زنجیره تأمین: مدل‌های مکانیابی می‌تواند بوسیله نوع زنجیره تأمینی که درنظر می‌گیرند تقسیم شوند (یعنی مدلهای تک مرحله‌ای درمقابل مدل‌های چند مرحله ای). مدل‌های تک‌مرحله‌ای بر روی سیستمهای توزیع خدمت تنها با یک مرحله تمرکز می‌کنند، درحالیکه مدل‌های چندمرحله ای، جریان خدمات را در طول چند سطح سلسله مراتبی درنظر می‌گیرند.
افق زمانی: افق زمانی، مدل‌های مکانیابی را به مدل‌های استاتیک و پویا دسته بندی می‌کند. مدل‌های استاتیک، کارایی سیستم را با درنظر گرفتن همزمان همه متغیرها بهینه می‌کند. درمقابل، مدل‌های پویا، دوره‌های زمانی مختلف را با تغییر داده‌ها درطول این دوره‌ها درنظر می‌گیرند و حل‌هایی را برای هر دوره زمانی با وفق دادن با شرایط مختلف ارائه می‌کند.
پارامترهای ورودی: روش دیگری برای دسته بندی مدل‌های مکانیابی براساس خصوصیت پارامترهای ورودی به مسأله است. در مدلهای قطعی، پارامترها با مقادیر مشخص پیش بینی می‌شوند و بنابراین، این مسأله، برای حل‌های ساده و سریع، ساده سازی می‌شود. به هر حال، برای بیشتر مسائل جهان واقعی، پارامترهای ورودی ناشناخته هستند و طبیعتاً ماهیت احتمالی/تصادفی دارند. مدل‌های مکانیابی احتمالی/تصادفی برای رسیدگی به ماهیت پیچیده مسائل جهان واقعی از توزیع احتمالی متغیرهای تصادقی استفاده می‌کنند یا مجموعه‌ای از طرحهای ممکن را برای پارامترهای نامعیّن درنظر می‌گیرند.
همچنین مدل‌های مکانیابی می‌توانند براساس مشخصات دیگری همچون مدل‌های تک محصولی درمقابل مدلهای چندمحصولی و یا مدلهای کششی درمقابل مدلهای فشاری متمایز شوند.
2-2-3- مسائل پوشش
ایده اصلی پشت مدلهای پوشش مکانیابی تسهیلات به گونه‌ای است که بعضی خدمات موردنیاز مشتریان فراهم شود. دو هدف برای مکانیابی تسهیلات وجود دارد که آیا همه مشتریان در شبکه با حداقل تسهیلات پوشش داده می‌شوند یا هر تعدادی از مشتریان که ممکن است با تعداد مشخصی از تسهیلات پوشش داده شوند. در اینجا به مسائل پوشش در شبکه می‌پردازیم [7]،[8].
2-2-3-1-مسأله پوشش مجموعه
برای ساده سازی، فرض می‌کنیم که همه مشتریان و تسهیلات در گره‌های شبکه واقع می‌شوند. در ادامه، ما از اندیس i برای اشاره به مشتریان و از اندیس j برای اشاره به تسهیلات استفاده می‌کنیم. همچنین تقاضاها (یا وزن‌ها) در گره i را با و تعداد تسهیلاتی است که باید مکانیابی شوند را با p نمایش می‌دهیم. همچنین ما را به عنوان کوتاهترین مسیر (یا زمان، هزینه یا هر عدم مطلوبیت دیگری) بین گره تقاضای و جایگاه تسهیل در گره تعیین می‌کنیم. اگر گره i بتواند بوسیله تسهیل در مکان j پوشش داده شود، قرارمی‌دهیم، درغیر اینصورت . همچنین را مجموعه همه جایگاه‌های کاندیدشده‌ای قرار می‌دهیم که می‌توانند گره تقاضای i را پوشش دهند. اینکه p تسهیل در کجا واقع شوند و کدام تسهیل باید کدام گره تقاضا را سرویس دهد، تصمیمات کلیدی در اینگونه مسائل هستند.
مسائل پوشش مجموعه در ابتدای دهه 70 ایجاد شد. هدف LSCP مکانیابی حداقل تعداد تسهیلات به گونه‌ای است که هر گره تقاضا بوسیله یک یا چند تسهیل «پوشش» داده شود. به طور کلی، تقاضا در یک گره i توسط تسهیل j پوشش داده شده نامیده می‌شود اگر فاصله (یا زمان سفر) بین گره‌ها کمتر از فاصله بحرانی D باشد. به علاوه، D به ماکزیمم فاصله یا زمان خدمتی که تصمیم‌گیرنده مشخص می‌کند اشاره می‌کند.
با این توضیحات، می‌توان مدل مکان پوشش مجموعه را که اولین بار توسط تورِگاس و همکارانش ارائه شد، به صورت زیر فرموله کرد:
(1.2)
(2.2)
(3.2)
تابع هدف (1.2) تعداد تسهیلاتی که استفاده می‌شوند را مینیمم می‌کند. محدودیت (2.2) تعیین می‌کند که برای هر نقطه تقاضای i، حداقل یک تسهیل باید در مجموعه ایجاد گردد که بتواند این گره را پوشش دهد. محدودیت‌های (3.2) محدودیت‌های تکمیلی هستند.

2-2-3-2- مسأله مکانیابی حداکثر پوشش
درمقابل مسأله پوشش مجموعه که در بالا آورده شد، مسأله مکانیابی حداکثر پوشش (MCLP) سعی نمی‌کند که همه مشتریان را پوشش دهد. تعداد p تسهیل را فرض کنید که هدف ما مکانیابی این تسهیلات به گونه‌ای است که بیشترین تعداد ممکن از مشتریان را پوشش دهیم. منظور از پوشش را نیز در بالا آوردیم.
با تعیین این محدودیت‌های مدل پوشش مجموعه، چِرچ و رِوِله مسأله مکانیابی حداکثر پوشش را به صورت زیر فرمول بندی کردند:
(4.2)
(5.2)
(6.2)(3.2)
(7.2)
که اگر گره تقاضای i پوشش داده شود، برابر یک خواهد بود، درغیر اینصورت صفر می‌شود. تابع هدف (4.2) تعداد تقاضاهایی که پوشش داده می‌شوند را ماکزیمم می‌کند. محدودیت (5.2)، متغیرهای مکان و پوشش را به همدیگر مرتبط می‌کند و نشان می‌دهد که گره تقاضای i نمی‌تواند به عنوان پوشش داده شده تلقی گردد مگر اینکه ما حداقل یک تسهیل را در یکی از جایگاه‌های کاندید شده مستقر کنیم که بتواند آن گره را پوشش دهد. محدودیت (6.2) تعداد تسهیلات را به p محدود می‌کند و محدودیت‌های (3.2) و (7.2) محدودیت‌های تکمیلی هستند.
اگر تعداد تسهیلاتی که برای پوشش تمام تقاضاها نیاز است، از منابع دردسترس بیشتر شود، یک گزینه، راحت کردن الزامات برای پوشش کامل می‌باشد.
2-2-3-3- مسائل p-center
نوع دیگری از مسائل کلاسیک پوشش، اصطلاحاً مسائل p-center نامیده می‌شود. هدف مسائل p-center ، مکانیابی تعداد معین p تسهیل به گونه‌ای است که بزرگترین فاصله بین هر مشتری و نزدیکترین تسهیلش تا حد ممکن کوچک شود. اگرچه از دیدگاه نظری، مسائل p-center متفاوت هستند، اما یک روش دوبخشی ساده می‌تواند به کار گرفته شود تا مسائل p-center را به عنوان بخشی از مسائل پوشش حل نماید. این مسأله می‌تواند به صورت زیر فرمول بندی شود که Q ماکزیمم فاصله است که باید مینیمم گردد:
(8.2)
(9.2)
(10.2)
(6.2)
(11.2)
(3.2)
(12.2)محدودیت (9.2) ما را مطمئن می‌کند که هر گره تقاضا تخصیص داده شده‌است، درحالیکه محدودیت (10.2) تصریح می‌کند که این تخصیصها می‌توانند فقط در تسهیلاتی که بهره برداری شده‌اند ایجاد شود. محدودیت (6.2) بیان می‌کند که دقیقاً p تسهیل می‌تواند ایجاد شود. محدودیت (11.2) ماکزیمم فاصله را برحسب متغیرهای تصمیم تعیین می‌کند. این محدودیت‌ها تصریح می‌کنند که Q باید بزرگتر یا مساوی با فاصله‌ای باشد که برای هر گره تقاضا تخصیص داده می‌شود.
2-2-3-4- مسائل p-median
درمقابل مسائل p-center با اهداف مینیماکسش که در قسمت قبل توضیح داده شد، مسائل p-median اهداف مینیمم مجموع دارند. به عبارت دیگر مسائل p-median ، p تسهیل را به‌گونه‌ای مکان‌یابی می‌کنند که مجموع فواصل بین همه مشتریان و نزدیکترین تسهیل مرتبطشان مینیمم گردد. رِوِله و سواین مسأله p-median را به صورت زیر فرمول بندی کردند:
(13.2)
(9.2)
(10.2)
(6.2)
(3.2)
(12.2)
تابع هدف (13.2) کل فاصله‌ای که در تقاضا ضرب شده‌است را مینیمم می‌کند. از آنجائیکه تقاضاها مشخص هستند و کل تقاضا ثابت است، این هدف در حکم مینیمم کردن متوسط فاصله ضرب در تقاضا است. به خاطر داشته باشید که این فرمول بندی خیلی شبیه به فرمول بندی مسأله p-center است مگر در تابع هدف و محدودیت شماره (11.2).

2-2-4- مسائل دیگر مکانیابی [8]
در این بخش به اختصار به انواع دیگری از مدل‌های مکانیابی که در مقالات استفاده شده‌است اشاره می‌کنیم. اولین نوع، مدل‌هایی هستند که به تسهیلات نامطلوب اشاره می‌کنند. چنین مدل‌هایی به مکانیابی تسهیلاتی همچون تأسیسات تصفیه فاضلاب، محل‌های بازیافت زباله‌ها، نیروگاه‌ها یا زندان‌ها می‌پردازند که همسایگی آنها با نواحی مسکونی نامطلوب به نظر می‌رسد.
به عنوان سیستم‌هایی که معمولاً شامل دو یا چند سطح از تسهیلات می‌شوند، از سیستمهای سلسله مراتبی استفاده می‌کنیم. بسیاری از سیستمها در طبیعت سلسله مراتبی هستند. این تسهیلات معمولاً برحسب نوع خدماتی که ارائه می‌کنند سلسله مراتبی هستند. مثلاً مراکز مراقبت‌های پزشکی را درنظر بگیرید که شامل کلینیک‌های عمومی، بیمارستان‌ها و مراکز دارویی هستند.
نوع دیگری از مدل‌ها، به مدل‌های مکانیابی می‌پردازد که اهداف «یکسان» دارند. این مدل‌ها، تسهیلات را به گونه‌ای مکانیابی می‌کنند که برای همه مشتریان به طور مساوی دردسترس باشند.
ناحیه فعال دیگر در این زمینه، مکانیابی هاب‌هاست. هاب به عنوان توپ در مرکز یک چرخ است و منظور از آن، تسهیلاتی است که به بعضی جفت‌های منبأ-مقصد به عنوان گره‌های معاوضه و حمل و نقل سرویس دهی می‌کند و در سیستمهای ترافیک و ارتباطات استفاده می‌شود.
نوع دیگر از مدل‌های مکانیابی، مدل‌های مکانیابی رقابتی است. مثالی از این نمونه به این صورت است که دو فروشنده انحصاری یک محصول را درنظر بگیرید که تسهیلی را هر کدام در یک پاره خط ایجاد می‌کنند. آنها از ابزاری مشابه استفاده می‌کنند و در مکان و قیمت رقابت می‌کنند.
در پایان، تسهیلات گسترده و مسائل جانمایی تسهیلات را درنظر بگیرید. در هر دو زمینه، به خاطر اینکه اندازه تسهیلات در قیاس با فضایی که در آن واقع شده‌اند قابل چشم پوشی نیست، تسهیلات نمی‌توانند به صورت یک نقطه بر روی نقشه نشان داده شوند و خیلی بزرگتر از آن هستند که به صورت یک نقطه درنظر گرفته شوند. به عنوان نمونه‌هایی از مسائل جانمایی، آرایش ایستگاه‌های کاری در یک اداره و قراردادن اتاق‌ها در یک بیمارستان را می‌توان نام برد.
2-2-5- مسائل مکانیابی تسهیلات با تقاضای تصادفی و تراکمما در این بخش به مسائل پیدا کردن مکان‌های بهینه برای مجموعه‌ای از تسهیلات در حضور تقاضای مشتریان تصادفی و تراکم در آن تسهیلات می‌پردازیم. ما به این گونه مسائل به عنوان «مسائل مکانیابی با تقاضای تصادفی و تراکم» (LPSDC) نگاه می‌کنیم [9]. اکثراً ما بحث درباره مسائل را به شبکه محدود می‌کنیم، حتی اگر این مدل‌ها بتواند به مکان‌های گسسته گسترش یابند.
اهمیت مشهود پرداختن به مسائل مکانیابی تسهیلات در حضور عدم قطعیت‌های گوناگون، منجر به تعداد زیادی از مقالات در این موضوع می‌شود. اصولاً مدل‌های LPSDC بر روی دو منبع از عدم قطعیت متمرکز می‌شود: (1) مقدار واقعی و مقدار زمانی که تقاضا بوسیله هر مکان مشتری تولید می‌شود و (2) از دست دادن تقاضا (یا جریمه پولی) به علت ناتوانی تسهیل در فراهم کردن سرویس مناسب به (بعضی از) مشتریان به علت تراکم در آن تسهیل.
این گونه مسائل به پیدا کردن بهترین مکان‌ها برای مجموعه‌ای از تسهیلات می‌پردازند تا ظرفیت سرویس (تعداد خدمت دهندگان) را در تسهیل j مشخص کند. نتیجه چنین سیستمی می‌تواند به صورت یک سیستم صف با M صف و سرویس دهنده مشاهده شود. حتی تحلیل‌های توصیفی چنین سیستمهایی (یعنی با فرض اینکه تصمیمات مکانیابی در حال حاضر گرفته شده‌اند) می‌تواند توانایی حال حاضر سیستم صف را گسترش دهد. چنین مسائلی، قابلیت‌های مسائل مکان‌یابی «کلاسیک» (که بیشتر آن‌ها NP-complete شناخته می‌شوند) را با پویایی پیچیده سیستم‌های صف ترکیب می‌کند. بنابراین، در ساختن یک مدل LPSDC کاربردی، بعضی فرض‌ها و تخمین‌های ساده سازی باید انجام شود تا مدل را قابل حل کند.
یک ناحیه مهم کاربرد مدل‌های LPSDC، مکان‌یابی تسهیلات خدمات اورژانسی (مانند بیمارستان‌ها)، ایستگاه‌های پلیس، ایستگاه‌های آتش نشانی و آمبولانس‌ها هستند. توانایی پاسخگویی به یک درخواست برای خدمت‌رسانی در زمان مناسب، به چنین سیستم‌هایی اختصاص دارد (مثلاً استاندارد رایج برای آمبولانس‌ها در آمریکای شمالی برای پاسخگویی به تلفن‌های با ارجحیت بالا، 3 دقیقه می‌باشد). خصوصیت پایه چنین سیستم‌هایی غیرقابل پیش بینی بودن تعداد و زمان رسیدن تلفن‌ها برای درخواست و اثری که روی کارایی سیستم تراکمی می‌گذارد است و هنگامی‌که بعضی از این تسهیلات درخواست‌های بسیاری را برای خدمت در دوره زمانی مشخصی دریافت می‌کنند، نتیجه آن مشخص می‌شود. به راستی که از لحاظ تاریخی، مسأله مکان‌یابی تسهیلات خدمات اورژانسی، محرّک اصلی برای تحقیقات بیشتر در این زمینه را فراهم کرده‌است.
دیگر ناحیه مهم کاربرد این مسائل که کمتر مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته‌است، مکان‌یابی خرده فروشی‌ها یا تسهیلات خدمت‌رسانی دیگر است که مقدار کل تجارت (تقاضای مشتری) در یک تسهیل ممکن است هنگامی‌که نرخ خدمت‌رسانی به علت تراکم کاهش می‌یابد، به طور معکوس عمل کند. درحالی که بعضی از مدل‌هایی که برای مکان‌یابی تسهیلات اورژانسی توسعه پیدا کرده‌اند، می‌توانند به خوبی برای تسهیلات غیراورژانسی نیز به کار روند، این دو دسته از کاربردها، خصوصیات مختلف خودشان را نیز ایجاد می‌کنند.
2-2-5-1- مرور ادبیات مسائل مکانیابی تسهیلات با تقاضای تصادفی و تراکم [10]
باتوجه به انعطاف پذیری تقاضا، دسترسی به یک تسهیل می‌تواند برحسب مجاورت با مشتریان بالقوه اش (وِرتر و لاپیِره)، به صورت کل زمان موردنیاز برای دریافت سرویس (پارکر و سرینیواسان) مدل سازی شود. در این مورد یا موارد دیگر، شکل تابع تقاضای مورداستفاده، گسترشی از انعطاف پذیری تقاضا را نشان می‌دهند. بیشتر توابع تقاضای رایج در مقالات به شکل‌های زیر هستند: تابع خطی (وِرتر و لاپیِره؛ پارکر و سرینیواسان)؛ تابع نمایی (بِرمن و پارکان؛ بِرمن و کاپلان و درِزنِر)؛ و تابع مرحله‌ای (بِرمن و کِراس).
اگر انتخاب مشتری را درنظر بگیریم ( که بدین معنی است که هر عضو این حق را دارد که خود تسهیلش را انتخاب کند و نه اینکه توسط یک مرکز به یکی اختصاص پیدا کند)، یک گروه از مقالات، انتخاب بهینه را فرض می‌کنند، یعنی، هر مشتری، تسهیلی که برحسب مزیتش بهینه است را انتخاب می‌کند. بسیاری از نویسندگان به سادگی فرض می‌کنند که مشتریان به نزدیکترین تسهیل مراجعه می‌کنند، درحالیکه پارکر و سرینیواسان فرض می‌کنند که مشتریان، تسهیلی که بیشترین منفعت را دارد انتخاب می‌کنند. درمقابل، گروه دوم مطالعات، انتخاب احتمالی را فرض می‌کنند، یعنی، انتخاب تسهیل توسط مشتری، براساس توزیع احتمالی است که از سودمندی و مجاورت هر تسهیل ایجاد می‌شود. این فرض اغلب در محیط بازار استفاده می‌شود و شاید یک کار اصولی از هاف، مؤثرترین مدل در این دسته باشد. همچنین ماریانوف و همکارانش یک مسأله مکانیابی تسهیلات با تراکم را پیشنهاد کردند که از یک مدل انتخابی احتمالی برای نشان دادن رفتار تخصیص مشتریان استفاده می‌کرد.
مسأله موردنظر ما که تا حدودی در تئوری مکان‌یابی تسهیلات، پایه‌ای به حساب می‌آید، توجّهات بسیاری را در مقالات به خود جلب کرده‌است؛ مخصوصاً اینکه تقابل جنبه‌های مکانیابی و تصادفی (صف بندی)، آن را چالش برانگیز کرده‌است [11]. این مسأله متعلق به دسته‌ای از مسائل مکانیابی با تقاضای تصادفی و تراکم و سرویس دهندگان ثابت (LPSDC) است که توسط بِرمن و کراس مرور شده‌است. مطالعه مدل‌هایی از این نوع، با ماریانوف و سِرا در سال 1998 شروع شده‌است. مقالات دیگری نیز در این زمینه نوشته شده‌است که می‌توان به مقالات بِرمن، کراس و وانگ؛ ماریانوف و ریوس؛ ماریانوف و سِرا؛ وانگ، باتا و رامپ اشاره کرد. به علت پیچیدگی باطنی مسأله، همه مقالاتی که در بالا آورده شده، ساده سازی‌های بزرگی را انجام داده‌اند: فرض می‌شود که تقاضا گسسته است، یا فرض می‌شود که تعداد یا ظرفیت تسهیلات (یا هر دو) ثابت هستند، فرض می‌شود که مکان‌های تسهیلات بالقوه گسسته و بینهایت هستند، فرض می‌شود که فرایند رسیدن تقاضا پواسن باشد و همچنین معمولاً فرض می‌شود که فرایند خدمت‌رسانی نمایی است.
ترکیب حالت تصادفی (شامل تراکم بالقوه در تسهیلات) در مدل‌های نوع پوشش تسهیلات، با مسأله مکانیابی حداکثر پوشش موردانتظار (MEXCLP) توسط داسکین شروع شد؛ و تعداد قابل ملاحظه‌ای از دیگر کاربردها نیز در ادامه آن آورده شد. اما این مدل شامل بعضی ساده سازی‌های بزرگی بود، برای مثال: احتمال اینکه یک خدمت‌رسان مشغول باشد، مستقل از هر خدمت دهنده دیگری است و این موضوع برای همه خدمت دهندگان یکسان است؛ این احتمالات نسبت به مکان و حجم کار یکسان هستند. ماریانوف و سِرا فرض کردند که: (1) تقاضای مشتریان توسط یک فرایند پواسن تولید می‌شود؛ (2) توزیع زمان خدمت نمایی است؛ (3) هر تسهیل به صورت یک سیستم صف M/M/1/a با ظرفیت محدود a عمل می‌کند؛ و (4) همه تقاضاها هنگامی‌که برای خدمت‌رسانی به سیستم می‌رسند، اگر سیستم پر باشد، فرض می‌شود که تقاضا از دست می‌رود. توسط این مدل، تقاضای مشتریان ممکن است ازبین برود، چون یا تسهیل در شعاع پوشش آن وجود ندارد و یا تسهیلات مسدود شده‌اند. هدف، قرار دادن m تسهیل به گونه‌ای است که تقاضا‌ها را هرچه بیشتر پاسخ دهد. ماریانوف و ریوس این مدل را برای مکانیابی دستگاه‌های خودپرداز به کار گرفتند. در مدل آن‌ها، دستگاه‌ها، حافظه کوچکی دارند که هر کدام می‌تواند تعداد ثابتی، b، درخواست را نگهدارند که آن به این علت است که درخواست‌های دستگاه‌ها، اندازه ثابتی (53 بایت) دارند. همچنین دستگاه‌ها به صورت یک صف M/M/1، حداکثر b درخواست در صف (یعنی حافظه) را انجام می‌دهد. اگر یک درخواست درحالی برسد که حافظه پر است، آن درخواست ازدست می‌رود (و باید دوباره فرستاده شود)، و برای اینکه مطمئن باشیم که این رویداد نادر است، یک محدودیت سطح سرویس اعمال شده‌است. به هر حال تعداد کل دستگاه‌ها،به جای اینکه به عنوان قسمتی از فرایند بهینه سازی تعیین شود، ثابت هستند. مدل LSCP این مدل توسط ماریانوف و سِرا گسترش داده شد که در آن، هدف، پیدا کردن حداقل تعداد تسهیلات به گونه‌ای است که همه مشتریان، یک تسهیل در شعاع پوششان داشته باشند و محدودیت بر روی حداکثر نسبت تقاضای از دست رفته (یا حداکثر زمان انتظار) رعایت شود. باید به یاد داشته باشیم که این مدل، فرض می‌کند که مشتریان به جای اینکه به نزدیکترین تسهیل مراجعه کنند، می‌توانند به هر تسهیل باز شده‌ای در شعاع پوشش تخصیص یابند. بنابراین، آنها به جای مکانیسم انتخاب مشتری، مکانیسم انتخاب هدایت شده را انتخاب می‌کنند.
2-2-5-2- مکانیابی تسهیلات با تقاضای تصادفی و تراکم
دو منبع بالقوه برای از دست دادن تقاضا به صورت زیر است [12]:
عدم پوشش: این مورد زمانی اتفاق می‌افتد که هیچ کدام از تسهیلات به اندازه کافی به مشتری نزدیک نیستند که سطح مناسبی از راحتی را فراهم کنند.
عدم سرویس: این مورد زمانی اتفاق می‌افتد که مشتری تصمیم می‌گیرد که یک تسهیل را ملاقات کند، اما باتوجه با سطح سرویسی که در آنجا دریافت می‌کند، ناراضی می‌شود. علت‌های زیادی ممکن است وجود داشته باشد که حادثه شکست خدمت اتفاق افتد: یکی از رایج ترین آنها (و مرتبط ترین به تصمیمات مکانیابی) تراکم (پرجمعیتی) در آن تسهیل است.
برای مدل سازی تقاضایی که به علت تراکم از دست می‌رود، ما هر تسهیل را به صورت یک صف مارکفی با ظرفیت ثابت معین درنظر می‌گیریم و فرض می‌کنیم که اگر این ظرفیت به دست آمده باشد، تقاضای مشتری هنگامی‌که درطول این دوره می‌رسد، از دست می‌رود (یعنی، مشتریان بالقوه‌ای که هنگام پر بودن سیستم می‌رسند، مسدود می‌شوند).
مدل‌های LPSDC اصولاً به تقابل چهار مجموعه از عناصر مربوط می‌شود [9]:
مشتریان: که برای انجام خدمت، درخواست می‌دهند.
تسهیلات: که به منابعی (خدمات دهندگان) که برای انجام خدمات موردنیاز است مکان می‌دهند.
خدمت دهندگان: که خدمت درخواست شده را انجام می‌دهند، و
درخواست انجام خدمت: که توسط مشتریان انجام می‌شود و بوسیله اتصال یک مشتری با یک خدمت دهنده دردسترس، رسیدگی می‌شود.
دیگر اجزاء موردنیاز برای توصیف یک مدل LPSDC به صورت زیر هستند: انواع فراهم شدن خدمت (که یا مشتریان به تسهیلات سفر می‌کنند تا به خدمت دهندگان دست یابند و یا خدمت‌دهندگان متحرّک، به مکان مشتریان سفر می‌کنند)، طبیعت و نتایج تراکم (هنگامی‌که یک تسهیل درخواست‌های بسیار زیادی برای انجام خدمت دریافت می‌کند، چه عکس العملی از خود نشان می‌دهد؟)، فرضیات رفتار مشتری (مشتریان تصمیم می‌گیرند که برای بدست آوردن خدمت، به کدام تسهیل مراجعه کنند یا یک «مرجع مرکزی» وجود دارد که مشتریان را به تسهیلات متصل می‌کند)، نوع اهداف و احتیاجات خاص دیگر مانند «استانداردهای پوشش» (که معمولاً به صورت محدودیت‌ها بیان می‌شود).
یک شبکه مشخص را فرض می‌کنیم ، که N، مجموعه گره‌ها و A مجموعه کمان‌هاست. برای از استفاده می‌کنیم که به کوتاهترین مسیر از x به y است.
مشتریان: فرض می‌شود که مشتریان در گره‌های شبکه واقع می‌شوند. نسبت را برای همه درخواست‌هایی که برای انجام خدمت از گره ایجاد می‌شود درنظر می گیریم که . معمولاً فرض می‌شود که کل تقاضای مشتریان برای خدمت‌رسانی، یک فرایند پوآسن از جنس زمان با نرخ است. همچنین فرایند درخواست خدمت برای هر گره i، یک فرایند پوآسن با نرخ می‌باشد. درحالیکه بیشتر مدل‌ها، از ساختار تقاضای مشتریانی که در بالا توضیح داده شد استفاده می‌کنند، بعضی تلاشها برای دخالت دادن امکان ازدست دادن تقاضا به علت تراکم انجام شده‌است. این می‌تواند بوسیله تعریف دوباره نرخ تقاضا در گره i به صورت تعریف شود که C، بعضی اندازه‌های هزینه تراکم است که بوسیله مشتریان اتفاق می‌افتد و یک تابع غیر افزایشی است. در ادامه این بخش، به طور عمومی فرض می‌کنیم که تحت تأثیر تراکم قرار نمی‌گیرد.
تسهیلات: ما فرض می‌کنیم که حداکثر M تسهیل وجود دارد که باید مکان‌یابی شود. ما فرض میکنیم که یک مجموعه گسسته از مکان‌های بالقوه تسهیلات X تعیین شده‌است (که ) و . این فرضیات نیز بدون از دست دادن عمومیت انجام می‌شود: باتوجه به استدلالاتی که توسط بِرمن، لارسون و چیو انجام شده‌است می‌توان نشان داد که اگر به تسهیلات اجازه دهیم که در هر جایی در طول کمان واقع شوند، یک حل بهینه در یک مجموعه گسسته از مکان‌ها بدست می‌آید که شامل گره‌های شبکه است که بوسیله بعضی نقاط داخلی در طول کمان ایجاد شده‌است. بنابراین، با تکمیل کردن مجموعه گره‌های اصلی بوسیله بعضی گره‌های «ساختگی» اضافی، می‌توان فرض کرد که X گره‌ای است.
خدمت دهندگان: هر تسهیل j می‌تواند بین 1 و K خدمت دهنده داشته باشد. بسته به ماهیت خدمتی که بوسیله این تسهیل انجام می‌شود، خدمت دهندگان یا ثابت هستند، یعنی به طور ثابت در تسهیل واقع می‌شوند، یا متحرک هستند، یعنی برای انجام خدمت به مکان مشتریان سفر می‌کنند. تعداد خدمت دهندگانی که در تسهیل j واقع می‌شوند، یک متغیرتصمیم گیری در مدل می‌باشد.
درخواست خدمت: معمولاً یک درخواست برای انجام خدمت، به یک «یارگیری» بین مشتری ایجاد کننده درخواست و یکی از خدمت دهندگان موجود در سیستم احتیاج دارد. این کار معمولاً به صورت زیر انجام می‌شود:
اول باید تعیین کنیم که آیا مکان i بوسیله سیستم پوشش داده می‌شود یا خیر؟ معمولاً برای اینکه یک مشتری پوشش داده شود فرض می‌شود که با استاندارد‌های پوشش معینی مطابقت دارد (مثلاً، تعداد خدمت دهنده کافی باید در اطراف مشتری واقع شده باشد و غیره). این استانداردهای پوشش اغلب از طریق قانونگذاری یا قوانین اجرایی ایجاد می‌شود. اگر مکان مشتری i پوشش داده نشده باشد، همه درخواست‌های خدمت که از i ایجاد می‌شود، به صورت خودکار بوسیله سیستم برگردانده می‌شود (صرفنظر از اینکه آیا سیستم در حال حاضر متراکم هست یا خیر؟). معمولاً برای از دست دادن پوشش مجموعه یک جریمه درنظر گرفته می‌شود. یک تفسیر دیگر از گسترش ندادن پوشش به یک مشتری این است که مشتری بوسیله بعضی خدمات «دیگر» یا «ذخیره» پوشش داده شود (مثلاً، یک خدمت آمبولانس غیردولتی)؛ پس جریمه پوشش ندادن، می‌تواند به عنوان حق الزحمه قرارداد فرعی تفسیر می‌شود.
زمانی که معین می‌شود که درخواست خدمت از یکی از مشتریان «پوشش داده شده» بیاید، یک ارزیابی انجام می‌شود که آیا حالت فعلی سیستم اجازه می‌دهد که فرایند درخواست انجام شود یا خیر؟ این ارزیابی معمولاً در دو مرحله اتفاق می‌افتد: اول، قوانین منطقه‌ای و مکان مشتری برای تعیین «زیرسیستم» مشتری، استفاده می‌شود، یعنی، کدام تسهیلات و خدمت دهندگان می‌توانند به طور بالقوه به این درخواست پاسخ دهند (این ممکن است شامل همه خدمت دهندگان در شبکه شود و یا فقط خدمت دهندگانی که در شعاع سفر معینی از مکان مشتری واقع شده‌اند و غیره). بعد، تعداد درخواست‌های انجام نشده در زیرسیستم ارزیابی می‌شود و تصمیم گیری می‌شود که آیا این درخواست پذیرفته شود یا رد شود؟ این تصمیم معمولاً براساس ظرفیت زیرسیستم صورت می‌پذیرد (مثلاً برای یک صف «ازدست رفته»، اگر هیچ خدمت دهنده‌ای در حال حاضر دردسترس نباشد، یک عدم پذیرش ممکن است اتفاق بیفتد؛ در موارد دیگر ممکن است این محدودیت وجود داشته باشد که چه تعداد درخواست می‌تواند در یک زمان مشخص در صف وجود داشته باشد). معمولاً یک جریمه مرتبط با قبول نکردن یک درخواست وجود دارد. باز هم تأکید می‌کنیم، برخلاف نپذیرفتن یک درخواست از مشتریانی که پوشش داده نشده‌اند که به صورت خودکار است، نپذیرفتن درخواست یک مشتری که پوشش داده شده‌است، براساس حالت سیستم است. به خاطر داشته باشید که قوانین منطقه ای، درجه همکاری بین تسهیلات گوناگون و خدمت دهندگان را در سیستم معین می‌کند.
بعد، درخواست پذیرفته شده به یکی از تسهیلات متصل می‌شود (یعنی تخصیص پیدا می‌کند). این تخصیص ممکن است به قوانین اتصال مطمئن بستگی داشته باشد، همانطور که به حالت فعلی سیستم بستگی دارد (مثلاً، یک درخواست ممکن است به نزدیکترین تسهیل متصل شود و یا ممکن است به نزدیکترین تسهیل با حداقل یک خدمت دهنده آزاد متصل شود و غیره). همچنین قوانین اتصال به فرضیات رفتار مشتریان نیز بستگی دارد، یعنی اینکه کدام تسهیل باید این درخواست را انجام دهد به مشتری بستگی دارد یا به بعضی مراجع مرکزی. ما، این مورد را که مشتری تصمیم می‌گیرد که کدام تسهیل باید به درخواستش رسیدگی کند به عنوان «انتخاب کاربر» و موردی که یک مرجع مرکزی این تصمیم را می‌گیرد به عنوان «انتخاب هدایت شده» می‌شناسیم.
معمولاً یک درخواست پذیرفته شده در یک تسهیل معین، در صف قرار می‌گیرد تا یک خدمت دهنده، دردسترس قرار گیرد. زمانی که این اتفاق می‌افتد، خدمت دهنده و مشتری «یارگیری» کرده‌اند. درمورد خدمت دهندگان متحرک، لازم است که این خدمت‌دهندگان از مکان فعلی شان به مکان مشتری سفر کنند (که متحمل هزینه سفر می‌شوند).
معمولاً مسائل مکانیابی با خدمت دهندگان متحرک، دارای مشخصات زیر هستند:
این تخصیص بستگی به حالت فعلی خدمت دهندگان در زمان ارسال دارد. برای خدمت دهندگان ثابت، این تخصیص ممکن است قبل از تصمیم گیری برای انجام خدمت اتفاق بیفتد، بنابراین ممکن است گفته شود که خدمت دهندگان متحرک ممکن است با یکدیگر همکاری کنند، درحالیکه خدمت دهندگان ثابت تمایلی به این کار ندارند.
اگر یک کاربر، درخواستی را انجام دهد و نزدیکترین خدمت دهنده مشغول باشد، خدمت دهنده دیگری ارسال می‌شود. یعنی، این تخصیص، در حالت مطلق، به نزدیکترین تسهیل اتفاق نمی‌افتد.
مسائل مکانیابی احتمالی اغلب می‌توانند به خوبی به صورت مجموعه مستقلی از سیستم‌های صف، مدل سازی شوند. این استقلال، ازطریق ابزاری ناشی می‌شود که حتی اگر زمان‌های خدمت از یک توزیع نمایی پیروی کنند، درمورد هنگامی‌که زمان سفر احتمالی است، این امر صادق نیست. بنابراین، تئوری صف M/G/m مناسب‌تر از تئوری M/M/m است.
حال به فرموله کردن مسأله می‌پردازیم. محدودیت‌های مسأله معمولاً شامل موارد ذیل است:
- یک حد بالای M بر روی کل تعداد تسهیلاتی که می‌توانند واقع شوند:
(14.2)
- یک حد بالای K بر روی کل تعداد خدمت دهندگانی که می‌تواند واقع شوند:
(15.2)
- استانداردهای پوشش: بسته به احتیاجات پوششی که استفاده می‌شود، می‌تواند شکل‌های گوناگونی به خود بگیرد. شاید ساده ترین (و قدیمی‌ترین) شکل این محدودیت‌ها، به این نیاز دارد که حداقل تعداد مشخصی از این خدمت دهندگان ،، باید در حداکثر فاصله مشخصی از هر مکان مشتری i، واقع شوند. اجازه دهید زیرمجموعه‌ای از مکان‌های تسهیلات بالقوه در فاصله موردنیاز از i باشد. پس این محدودیت می‌تواند به صورت زیر بیان شود:
(16.2)
شکل پیچیده تر این محدودیت پوشش، ممکن است احتیاجاتی احتمالی را به زمان‌های پاسخ تحمیل کند. مثلاً، یک پاسخ سه دقیقه‌ای زمان پاسخ را درنظر بگیرید که برای درخواست‌های آمبولانس با ارجحیت بالا موردنیاز است. شکل دیگری از محدودیت‌ها، ممکن است یک حد بالایی را بر روی نسبت درخواست‌هایی که برگردانده می‌شود ،، اعمال کند. به طور خلاصه، ما می‌توانیم یک محدودیت عمومی را به صورت زیر ارائه کنیم. اجازه دهید که یک متغیر تصادفی باشد که بیانگر «سطح سرویسی» است که بوسیله سیستم به نقاط تقاضای مشتری i تحویل می‌شود (مثلاً، زمان پاسخ). اجازه دهید، ، بیانگر حداقل فراوانی مطلوب این اتفاق باشد (مثلاً، 95% از این زمان). بنابراین، یک محدودیت سطح سرویس کلی می‌تواند به صورت زیر بیان شود:
(17.2)
اکنون، مسأله LPSDC عمومی می‌تواند به صورت زیر فرمول بندی شود:
(18.2)
باتوجه به محدودیت‌های (15)، (16) و (17)

بدیهی است که برای اینکه فرمول بندی بالا را ساده کنیم، به بعضی روشها احتیاج داریم تا پارامترهای کارایی سیستم گوناگونی را که در توسعه تابع هدف و محدودیت‌ها استفاده شد را ارائه کنیم (یعنی، احتمال برگرداندن ، زمان انتظار صف و غیره). متأسفانه، معمولاً بیان تحلیلی کلی برای این مقادیر دردسترس نیست. این منجر به دو رویکرد ممکن می‌شود: رویکرد اول نیاز دارد که فرضیاتی ساده سازی مطمئنی را بر روی عملیات سیستم ایجاد کنیم (مانند قوانین منطقه‌ای ساده، زمان‌های سفر قابل اغماض و غیره). دومین رویکرد شامل استفاده از تکنیک‌هایی براساس توصیف است (مثل شبیه سازی) تا اندازه‌های کارایی سیستم موردنیاز را برای مقادیر خاص بردار مکان x محاسبه کنیم. علاوه بر آن می‌توان از بعضی تکنیک‌های ابتکاری استفاده کرد.
2-3- نظریه صف
انتظار در صف هر چند بسی ناخوشایند است، اما متأسفانه بخشی از واقعیت اجتناب ناپذیر زندگی را تشکیل می‌دهد. انسان‌ها در زندگی روزمره خود با انواع مختلف صف، که به از بین رفتن وقت، نیرو و سرمایه آن‌ها می‌انجامد، روبه رو می‌شوند. اوقاتی که در صف‌های اتوبوس، ناهارخوری، خرید و نظایر آن‌ها به هدر می‌رود، نمونه‌های ملموسی از این نوع اتلاف‌ها در زندگی است. در جوامع امروزی صف‌های مهمتری وجود دارد که هزینه‌های اقتصادی و اجتماعی آن‌ها به مراتب بیش از نمونه‌های ساده فوق است.
2-3-1- مشخصات صف [13]
یک مدل صف در شکل (2-1) نشان داده شده‌است. آن می‌تواند یک مدل صف مثل ترتیب ماشین آلات یا اپراتورها باشد.

شکل 2-1- مدل پایه‌ای صف
یک مدل صف بوسیله مشخصات زیر توصیف می‌شود:
فرایند رسیدن مشتریان
معمولاً فرض می‌کنیم که زمان بین رسیدن‌ها مستقل هستند و یک توزیع رایج دارند. در بسیاری از کاربردهای عملی، مشتریان باتوجه به یک جریان پواسن (یعنی زمان بین رسیدن‌ها نمایی) می‌رسند. مشتریان ممکن است یک به یک و یا به صورت دسته‌ای برسند.
رفتار مشتریان
مشتریان ممکن است صبور باشند و راضی باشند که (برای یک مدت طولانی) منتظر بمانند. یا مشتریان ممکن است کم حوصله باشند و بعد از مدتی صف را ترک کنند.
زمان‌های رسیدن
معمولاً فرض می‌کنیم که زمان‌های رسیدن مستقل هستند و به طور یکسان توزیع شده‌اند و مستقل از زمان بین رسیدن‌ها هستند. مثلاً زمان‌های رسیدن ممکن است به صورت قطعی یا نمایی توزیع شده باشد. همچنین ممکن است که زمان‌های رسیدن، وابسته به طول صف باشد.
نظم سرویس
ترتیبی که مشتریان ممکن است به صف وارد شوند به صورت‌های زیر می‌تواند باشد:
کسی که اول می‌آید، اوّل هم سرویس دهی می‌شود، مثل ترتیب رسیدن‌ها
ترتیب تصادفی
کسی که آخر می‌آید، اول سرویس دهی می‌شود.
حق تقدّم
اشتراک پردازنده (در کامپیوتر که قدرت پردازششان را در میان کل کارها در سیستم، به طور مساوی تقسیم می‌کنند).
ظرفیت سرویس
ممکن است یک سرور تک و یا گروهی از سرورها به مشتریان کمک کنند.
اتاق انتظار
ممکن است محدودیتهایی در رابطه با تعداد مشتریان در سیستم وجود داشته باشد.
یک کد سه قسمتی برای مشخص کردن این مدل‌های به صورت a/b/c استفاده می‌شود که حرف اول توزیع زمان بین رسیدن‌ها و حرف دوم توزیع زمان سرویس را مشخص می‌کند. مثلاً برای یک توزیع عمومی از حرف G و برای توزیع نمایی از حرف M (که M بیانگر فاقد حافظه بودن است) استفاده می‌شود. حرف سوم و آخر نیز تعداد سرورها را مشخص می‌کند. این نمادسازی می‌تواند با یک حرف اضافه که دیگر مدل‌های صف را پوشش دهد، گسترش یابد. مثلاً، یک سیستم با توزیع زمان بین رسیدن و زمان سرویس دهی نمایی، یک سرور و داشتن اتاق انتظار فقط برای N مشتری (شامل یکی در سرویس) بوسیله چهار کد حرفی M/M/1/N نشان داده می‌شود.
در این مدل پایه، مشتریان یک به یک می‌رسند و همیشه اجازه ورود به سیستم را دارند، همیشه اتاق وجود دارد، هیچ حق تقدّمی وجود ندارد و مشتریان به ترتیب رسیدن سرویس دهی می‌شوند.
در یک سیستم G/G/1 با نرخ رسیدن و میانگین زمان سرویس ، مقدار کار که در واحد زمان می‌رسد برابر است. یک سرور می‌تواند به یک کار در واحد زمان رسیدگی کند. برای جلوگیری از اینکه طول صف بینهایت نشود، باید .
معمولاً از نماد زیر استفاده می‌کنند:

اگر ، نرخ اشتغال یا بکارگیری سرور نامیده می‌شود، چون کسری از زمان است که سرور، مشغول کارکردن است.
2-3-2- قانون لیتِل [13]
اگر E(L)، میانگین تعداد مشتریان در سیستم، E(S)، میانگین زمان اقامت مشتری در سیستم باشد و ، متوسط تعداد مشتریانی باشد که در واحد زمان وارد سیستم می‌شوند، قانون لیتِل، رابطه بسیار مهمی را بین این سه نماد می‌دهد و به صورت زیر بیان می‌شود:
(19.2)در اینجا فرض می‌شود که ظرفیت سیستم برای رسیدگی به مشتریان کافی است (یعنی، تعداد مشتریان در سیستم به سمت بینهایت میل نمی‌کند).
به طور حسی، این نتیجه می‌تواند به صورت زیر فهمیده شود: فرض کنید که مشتریان هنگامی‌که به سیستم وارد می‌شوند، یک دلار در واحد زمان می‌پردازند. این پول می‌تواند به دو روش گرفته شود. روش اول اینکه به مشتریان اجازه دهیم که به طور پیوسته در واحد زمان بپردازند. پس متوسط درآمدی که توسط سیستم کسب می‌شود، برابر E(L) دلار در واحد زمان است. روش دوم این است که به مشتریان اجازه دهیم که برای اقامتشان در سیستم، 1 دلار را در واحد زمان در موقع ترک سیستم بپردازند. در موازنه، متوسط تعداد مشتریانی که در واحد زمان، سیستم را ترک می‌کنند برابر متوسط تعداد مشتریانی است که به سیستم وارد می‌شوند. بنابراین سیستم، یک متوسط درآمد دلار را در واحد زمان کسب می‌کند.
با به کار بردن قانون لیتِل در صف، رابطه‌ای بین طول صف، و زمان انتظار W به دست می‌آید:
(20.2)
2-3-3- صف M/M/1
این مدل، حالتی را درنظر می‌گیرد که زمان بین رسیدن‌ها، نمایی با میانگین ، زمان‌های سرویس، نمایی با میانگین و یک سرور مشغول کار است. مشتریان به ترتیب رسیدن، سرویس دهی می‌شوند. ما نیاز داریم که:
(21.2)درغیراینصورت، طول صف منفجر خواهد شد (قسمت قبل را ببینید). مقدار ، کسری از زمان است که سرور، مشغول کار است.
میانگین تعداد مشتریان در سیستم و همچنین میانگین زمانی که در سیستم گذرانده می‌شوند به صورت زیر بیان می‌شود:
(22.2)
و با استفاده از قانون لیتِل،
(23.2)
میانگین تعداد مشتریان در صف، ، می‌تواند از E(L) و با کم کردن میانگین تعداد مشتریان در سیستم بدست آید:
(24.2)
میانگین زمان انتظار، E(W)، از E(S) و با کم کردن میانگین زمان سرویس بدست می‌آید:
(25.2)
2-4- مسائل بهینه سازی چندهدفه
بسیاری از مسائل کاربردی در جهان واقعی را مسائل بهینه سازی ترکیباتی چندهدفه تشکیل می‌دهند، زیرا متغیر‌های مجزا و اهداف متضاد به طور واقعی در ذات آنها است. بهینه سازی مسائل چندهدفه نسبت به مسائل تک هدفه متفاوت بوده، زیرا شامل چندین هدف است که باید در بهینه‌سازی به همه اهداف همزمان توجه شود. به عبارت دیگر الگوریتم‌های بهینه سازی تک هدفه، حل بهینه را با توجه به یک هدف می یابند و این در حالی است که در مسائل چندهدفه (با چندهدف مخالف و متضاد) معمولاً یک حل بهینه مجزا را نمی توان بدست آورد. بنابراین طبیعی است که مجموعه ای از حل‌ها برای این دسته از مسائل موجود بوده و تصمیم گیرنده نیاز داشته باشد که حلّی مناسب را از بین این مجموعه حل‌های متناهی انتخاب کند و در نتیجه حل مناسب، جواب‌هایی خواهد بود که عملکرد قابل قبولی را نسبت به همه اهداف داشته باشد.
2-4-1- فرمول بندی مسائل بهینه سازی چندهدفه
مسائل بهینه سازی چندهدفه را به طور کلی می‌توان به صورت زیر فرموله کرد:
(26.2)

x یک حل است و S مجموعه حل‌های قابل قبول و k تعداد اهداف در مسأله و F(x) هم تصویر حل x در فضای k هدفی و هم مقدار هر یک از اهداف است.
تعریف حل‌های غیرمغلوب: حل a حل b را پوشش می‌دهد، اگر و تنها اگر:
(27.2)
(28.2)
به عبارت دیگر، حل‌های غیرمغلوب، به حل‌های گفته می‌شود که حل‌های دیگر را پوشش داده ولی خود، توسط حل‌های دیگر پوشش داده نمی‌شوند. در شکل (2-2) چگونگی پوشش سایر حل‌ها (دایره‌های با رنگ روشن) توسط مجموعه حل‌های غیرمغلوب (دایره‌های تیره رنگ) نشان داده شده‌است. در این شکل، جبهه‌ی پارتو با خط چین نشان داده شده‌است.
هدف B
هدف A
هدف B
هدف A

شکل 2-2- مجموعه حل‌های غیرمغلوب
2-4-2- الگوریتم‌های تکاملی برای بهینه سازی مسائل چندهدفه بر مبنای الگوریتم ژنتیک
با توجه به آنکه بسیاری از مسائل بهینه سازی، NP-Hard هستند، بنابراین حل به روش‌های دقیق در یک زمان معقول غیرممکن بوده و در نتیجه، استفاده از روش‌های فراابتکاری در این موارد مناسب می باشد. درحقیقت الگوریتم‌های فراابتکاری برای زمانی که محدودیت زمانی وجود دارد و استفاده از روش‌های حل دقیق میسّر نبوده و یا پیچیدگی مسائل بهینه سازی زیاد باشد، به دنبال جواب‌های قابل قبول هستند.
اولین پیاده سازی واقعی از الگوریتم‌های تکاملی، «الگوریتم ژنتیک ارزیابی برداری» توسط دیوید اسکافر در سال 1984 انجام گرفت. اسکافر الگوریتم را به سه بخش انتخاب، ترکیب و جهش که به طور جداگانه در هر تکرار انجام می‌شدند، تغییر داد. این الگوریتم به صورت کارآمدی اجرا می‌شود، اما در برخی از حالات مانند اریب بودن اهداف، با مشکل مواجه می‌شود. درواقع هدف اول الگوریتم‌های بهینه یابی چندهدفه، یعنی رسیدن به جواب‌های بهینه پارتو، به نحو شایسته‌ای توسط این الگوریتم بدست می‌آید، ولی جواب‌های بدست آمده از گستردگی و تنوع خوبی برخوردار نیستند.
در ادامه این قسمت، به سه الگوریتم تکاملی چند هدفه که مبنای اصلی آنها، الگوریتم ژنتیک می‌باشد، می‌پردازیم. الگوریتم NSGA-II به این خاطر انتخاب شده‌است که این الگوریتم در بسیاری از مقالات به عنوان الگوریتم مرجع مقایسه گردیده‌است. الگوریتم CNSGA-II نیز به این علت انتخاب شده‌است که روشی مناسب برای برخورد با محدودیت‌های حل مسأله ارائه می‌کند؛ چون باتوجه به ماهیت مسأله، چندین محدودیت سر راه حل مسأله ایجاد شده‌است که راهکار مناسبی برای رسیدگی به این محدودیت‌ها ایجاب می‌کند. الگوریتم NRGA نیز چون جزء جدیدترین الگوریتم‌های ارائه شده در زمینه بهینه سازی چندهدفه می‌باشد مورداستفاده قرار گرفته‌است.
2-4-2-1- الگوریتم ژنتیک مرتب سازی نامغلوب
دب و همکارانش [14]، یک نخبه گرایی دسته بندی یا مرتب سازی نامغلوب را در الگوریتم‌های ژنتیک پیشنهاد دادند. در اغلب مواقع، این الگوریتم شباهتی به NSGA ندارد، ولی مبتکران نام NSGA-II را به دلیل نقطه پیدایش آن، یعنی همان NSGA، برای آن حفظ کردند.
در این روش، ابتدا جمعیت فرزندان، ، با استفاده از جمعیت والدین، ، ساخته می‌شود. در اینجا به جای پیدا کردن جواب‌های نامغلوب از ، ابتدا دو جمعیت با یکدیگر ترکیب شده و جمعیت با اندازه 2N را ایجاد می‌کنند. سپس از یک مرتب سازی نامغلوب برای دسته بندی تمام جمعیت استفاده می‌شود، البته این مرتب سازی، نسبت به مرتب سازی بر روی ، به تعداد مقایسه بیشتری نیاز دارد. در این شیوه، یک مقایسه عمومی در بین اعضای که مجموع دو جمعیت فرزندان و والدین است، انجام می‌شود و پس از ایجاد صف‌های متفاوت نامغلوب، به ترتیب اولویت (اولویت صفها نسبت به هم) جمعیت بعدی، یکی یکی از این صف‌ها پر می‌شود. پر کردن جمعیت ، با بهترین صف نامغلوب شروع شده و سپس به ترتیب با دومین صف نامغلوب و همین طور سومین و الی آخر، تا زمانی که پر شود، ادامه می‌یابد. از آنجا که اندازه برابر 2N است، تمام اعضای آن ممکن است نتوانند در قرارگیرند و به راحتی جواب‌های باقیمانده را حذف خواهیم کرد. شکل (2-3) نحوه عمل الگوریتم NSGA II را نمایش می‌دهد.

شکل 2-3- نمایشی از نحوه عملکرد NSGA-II
درمورد جواب‌هایی که در صف آخر با استفاده از عملگر نخبه گرایی ازبین می‌روند، باید مهارت بیشتری به کار برده و جواب‌هایی که در ناحیه ازدحام کمتری قراردارند را حفظ کرد. درواقع برای رعایت اصل چگالی در بین جواب‌ها، جواب‌هایی که در ناحیه ازدحامی کوچکتری هستند، برای پر کردن ، در اولویت قرار دارند.
یک استراتژی شبیه بالا در پیشرفت مراحل اولیه از تکامل الگوریتم، تأثیر زیادی نخواهد داشت، چرا که اولویت‌های زیادی در جمعیت ترکیب شده از فرزندان و والدین وجود دارد. احتمالاً جواب‌های نامغلوب زیادی وجود دارند که آماده قرارگرفتن در جمعیت قبل از آن که اندازه‌اش از N تجاوز کند، می‌باشند. یک مسأله مهم و در عین حال سخت این است که مابقی جمعیت چگونه باید پر شود؟ اگرچه درخلال مراحل بعدی شبیه سازی الگوریتم، احتمالاً بیشتر جواب‌های موجود در جمعیت با اندازه 2N، در رده جواب‌هایی با بهترین درجه نامغلوب بودن قرار می‌گیرند و تعداد آن‌ها از N متجاوز خواهد شد، اما الگوریتم بالا با یک راهکار موقعیتی انتخاب، وجود مجموعه متنوعی از جواب‌ها در جمعیت را تضمین می‌کند. با چنین راهکاری، یعنی زمانی که به‌نحوی تمام ناحیه بهینه پارتو توسط جمعیت پوشانده می‌شود، در ادامه الگوریتم، جواب‌های گسترده تری را در فضای جواب فراهم خواهدآورد.
در ادامه، الگوریتم NSGA-II را به اختصار آورده ایم [15]:
گام 1: جمعیت فرزندان و والدین را با یکدیگر ترکیب کرده و را می‌سازیم:

جمعیت حاصل را با استفاده از یک مرتب سازی نامغلوب به صفوف دسته بندی می‌کنیم.
گام 2: قرارمی‌دهیم، i=1، سپس تا زمانی که ، عملیات زیر را تکرار می‌کنیم:

گام 3: روال مرتب سازی ازدحام را اجرا کرده و با استفاده از مفهوم فاصله ازدحام، ارزشهای متفاوتی را برای از جواب‌های تعیین می‌کنیم.
گام 4: جمعیت فرزندان را از با استفاده از یک الگوریتم انتخاب مسابقه‌ای ازدحام و عملگرهای ترکیب و جهش ایجاد می‌کنیم.
گام سوم از الگوریتم بالا، مرتب سازی برحسب ازدحام جواب‌ها در صف i (منظور آخرین صفی است که احتمالاً برخی از جواب‌های موجود در آن نتوانسته‌اند در جمعیت قرار گیرند)، با بکارگیری مفهوم فاصله ازدحام انجام می‌شود. بنابراین، جمعیت به صورت نزولی تحت میزان بزرگی ارزش فاصله ازدحام مرتب شده و در گام چهارم یک عملگر انتخاب مسابقه‌ای ازدحام که مبنای مقایسه آن همان فاصله ازدحام است بکار برده می‌شود. لازم به ذکر است، مرتب سازی نامغلوب واقع در گام اول می‌تواند به همراه عمل پر کردن جمعیت به صورت موازی انجام شود. درواقع هر بار که یک صف نامغلوب، پیدا شده و تست می‌شود که ازنظر اندازه می‌تواند به جمعیت اضافه شود یا نه، درصورتی که نتواند، دیگر نیازی نیست که مرتب سازی بیشتری انجام دهیم. این موضوع، به کاهش زمان اجرا الگوریتم کمک می‌کند.
2-4-2-2- الگوریتم NSGA-II محدود شده
اگر در حین حل مسأله‌ای که باید حل شود، حل‌هایی ایجاد شود که با محدودیت‌های مسأله مغایرت داشته باشد و آن‌ها را نقض کند و درنتیجه غیرقابل قبول باشد، چگونه باید با این موضوع برخورد کرد؟ روش‌های مختلفی برای مقابله با این موضوع وجود دارد که از جمله آن‌ها می‌توان به توابع جریمه و یا نادیده گرفتن و حذف حل غیرقابل قبول ایجاد شده اشاره کرد.
الگوریتم CNSGA-II، همانند الگوریتم NSGA-II عمل می‌کند، تنها با این تفاوت که برای رسیدگی به محدودیت‌ها، روشی را برمی‌گزیند که براساس مفهوم غلبه و امتیازدهی عمل می‌کند [14].
این روش که به محدودیت رسیدگی می‌کند، از انتخاب تورنمنت دودویی استفاده می‌کند که دو حل از جمعیت، انتخاب و حل بهتر انتخاب می‌شود. باتوجه به محدودیتها، هر حل می‌تواند یا قابل قبول و یا غیرقابل قبول باشد. بنابراین، ممکن است حداکثر سه وضعیت به وجود آید:
هرد و حل قابل قبول باشند؛
یکی از حل‌ها قابل قبول و دیگری غیرقابل قبول باشد؛
هر دو حل غیر قابل قبول باشند.
برای مسائل بهینه سازی تک هدفه، از یک قانون ساده برای هر مورد استفاده می‌کنیم:
مورد 1) حلی که تابع هدف بهتری دارد را انتخاب می‌کنیم.
مورد 2) حل قابل قبول را انتخاب می‌کنیم.
مورد 3) حلی که کمترین انحراف از محدودیت‌ها را دارد انتخاب می‌کنیم. باتوجه به اینکه در هیچدام از موارد، اندازه تابع هدف و محدودیت‌ها با یکدیگر مقایسه نشده‌اند، هیچ نیازی به داشتن پارامترهای جریمه نیست، این موضوعی است که این رویکرد را مفید و جذاب کرده‌است.
درمورد مسائل بهینه سازی چندهدفه، دو مورد آخر می‌تواند همانطور که هستند استفاده شوند و مورد اول نیز می‌تواند با استفاده از اپراتور مقایسه ازدحام، حل شود. برای مقایسه کردن در این الگوریتم، تعریف «غلبه» را بین دو حل i و j تعریف می‌کنیم.
تعریف 1) حل i اگر یکی از وضعیت‌های زیر درست باشد، گفته می‌شود که از لحاظ محدودیت بر حل j غلبه دارد:
حل i قابل قبول است ولی حل j نیست.
حل i و j هر دو غیر قابل قبول می‌باشند، اما حل i انحراف از محدودیت کمتری دارد.
حل i و j قابل قبول هستند و حل i، حل j را مغلوب می‌کند.


اثر استفاده از مفهوم غلبه محدودیت این است که، هر حل قابل قبول، رتبه غیرمغلوبی بهتری از هر حل غیرقابل قبول دارد. همه حل‌های قابل قبول، باتوجه به سطح غلبه شان و براساس مقادیر توابع هدفشان رتبه بندی می‌شوند. به هر حال، از بین دو حل غیر قابل قبول، حلی که کمترین انحراف از محدودیت را دارد، دارای رتبه بهتری است. به هر حال، این اصلاح، در مفهوم غلبه، تغییری در پیچیدگی NSGA-II ندارد. بقیه فرایند CNSGA-II، همانطور که قبلاً درمورد NSGA-II توضیح داده شد، اجرا می‌شود.
2-4-2-3- الگوریتم ژنتیک رتبه بندی نامغلوب
این الگوریتم که توسط الجدان و همکارانش [16] ارائه شده، الگوریتم انتخاب چرخ رولت رتبه‌بندی شده را با الگوریتم رتبه بندی جمعیت برمبنای پارتو ترکیب می‌کند. در این الگوریتم از الگوریتم انتخاب چرخ رولتی استفاده شده‌است که به هر عضو، یک اندازه برازش برابر با رتبه اش در جمعیت، تخصیص می‌دهد؛ بالاترین رتبه، بیشترین احتمال را دارد که انتخاب شود (درمورد ماکزیمم سازی).
این احتمال به صورت معادله زیر محاسبه می‌شود:
(29.2)
که N، تعداد اعضاء این جمعیت است. در این الگوریتم، اعضاء در یک جبهه، براساس فاصله ازدحامشان و جبهه ها براساس رتبه غلبه شان رتبه می‌گیرند.
الگوریتم NRGA، همان طور که سودوکد آن را در شکل (2-4) مشاهده می کنید، به این صورت است که ابتدا، یک جمعیت تصادفی والدین، P، ایجاد می‌شود. مرتب کردن جمعیت براساس غلبه است. به هر حل، برازشی (یا رتبه ای) برابر سطح غلبه اش، تخصیص داده می‌شود (1 برای بهترین سطح، 2 برای سطح بعدی و الی آخر).
Initialize Population P
{ Generate random population-size N
Evaluate Objective Values

—d1142

گام برنامهنویسی گلوگاه است زیرا در بسیاری از موارد نگاشت کاری آسان یا طبیعی نیست ( REF _Ref375943816 h شکل ).
شکل 2-1: برنامه‌نویسی جریان اصلی با یک زبان همه‌منظوره [2]روش ذکرشده برای برنامهنویسان در بیان برنامههای پیچیده، روشی کارا نیست و این امر ثابت شده است. در مقابل، برنامهنویسی زبان گرا به این‌گونه کار میکند:
فکر: یک برنامه باید نوشته شود، بنابراین برنامهنویس باید یک مدل مفهومی در ذهن خود در مورد چگونگی حل مشکل شکل دهد.
انتخاب کردن: برنامهنویس تعدادی از زبانهای خاص دامنه را برای نوشتن راه حل انتخاب میکند.
ایجاد: اگر هیچ زبان خاص دامنه مناسبی برای مسئله‌ی وجود نداشت، برنامهنویس زبانی ایجاد میکند که مناسب باشد.
برنامه‌نویسی: با انجام یک نگاشت نسبتاً مستقیم از مدل مفهومی خود به زبانهای خاص دامنه، راه حل را مینویسد.


در حال حاضر، گام برنامهنویسی بسیار کمتر از این است که یک تنگنا باشد چرا که زبانهای خاص دامنه، ترجمهی مسئله به چیزی که برای رایانه قابل‌درک باشد را بسیار سادهتر میکنند ( REF _Ref375943965 h شکل ). ممکن است این‌گونه به نظر برسد که مشکل فقط به «مرحلهی ایجاد» منتقل شده است، اما ترکیبی از ابزارهای پشتیبانی و استفاده از برنامه‌نویسی زبان گرا این مرحله را بسیار آسانتر میکنند.
شکل 2-2: برنامه‌نویسی زبان گرا با زبان خاص دامنه [2]هدف برنامهنویسی زبان گرا این است که باید بتوان بر حسب مفاهیم و تصاویر ذهنی، روی مسئله کارکرد به جای اجبار در ترجمه ایدهها و مفاهیمی که یک زبان همه منظوره قادر به فهم آنها باشد; به عنوان مثال کلاسها، روشها، حلقهها، شرطی و غیره. برای رسیدن به این هدف، به استفاده از زبانهای خاص دامنه نیاز است و آنها باید ایجاد شوند.
2-4 برنامه در برنامه‌نویسی زبان گراامروزه، اکثر برنامهنویسان فکر میکنند برنامهنویسی یعنی نوشتن مجموعهای از دستورالعمل‌ها برای رایانه دنبال شوند. اینگونه آموزش داده شده است که رایانه‌ها بعد از ماشین تورینگ مدلسازی شدند و بنابراین آن‌ها بر حسب مجموعهای از دستورالعملها فکر میکنند؛ اما این دیدگاه برنامهنویسی ناقص است. این معنی برنامهنویسی هدف‌دار را دچار سردرگمی میکند.
زمانی که یک مسئله باید حل شود، برنامهنویس در سر خود در مورد راه حل فکر میکند. این راه حل در واژهها، تصورات، مفاهیم، ​​افکار و یا هر چیز دیگری نشان داده شده است. این یک مدل است در سر برنامهنویس که چگونه این مسئله باید حل شود. او تقریباً هرگز در مورد آن به عنوان یک مجموعهای از دستورالعملها فکر نمیکند، بلکه به آنها به چشم مجموعهای از مفاهیم وابسته به هم نگاه میکند که مخصوص دامنهای هستند که در آن کار میکند. برای مثال، اگر در دامنه رابط کاربری گرافیکی فکر میکند، به اینگونه میاندیشد که «من میخواهم این دکمه به اینجا برود، این فیلد به اینجا برود و این جعبهی صفحه خالی باید یک لیست از برخی از دادهها را در خود داشته باشد.» حتی ممکن است آن را در ذهن خود بدون هیچ‌گونه کلمهای به تصویر بکشد.
این مدل ذهنی یک راه حل است زیرا میتواند این مدل را برای یک برنامهنویس دیگر با جزئیات کافی توضیح دهد به طوری که برنامهنویس دیگر میتواند با آن یک برنامه بنویسد (به عنوان مثال در جاوا) که این برنامه مسئله را حل خواهد کرد و نیازی ندارد که راه حل را بر حسب یک زبان برنامهنویسی توضیح دهد، برنامه میتواند تقریباً در هر شکلی توضیح داده شود. برای اینکه توضیح دهد که چگونه یک فرم گرافیکی را ذخیره کند، فقط فرم را ترسیم میکند. به عنوان مثال، اگر این طراحی به اندازه کافی جزئیات را گفته باشد، بنابراین طراحی به خودی خود نشان‌دهنده راه حل است. برنامه باید چنین بازنماییهای خاص دامنهای باشد؛ به عبارت دیگر، باید یک روش باشد که به برنامهنویس اجازه دهد تا از این بازنمایی به عنوان یک برنامهی واقعی استفاده کند، نه فقط به عنوان یک راه برقراری ارتباط با دیگر برنامه‌نویسان؛ بنابراین این منجر به تعریف غیررسمی از برنامه میشود: برنامه هر گونه راه حل بدون ابهام یک مشکل است. یا به بیان دقیق تر: برنامه هر مدل تعریف‌شده‌ی دقیق از یک راه حل برای بعضی از مسائل در برخی از دامنههاست که با استفاده از مفاهیم دامنه بیان شده است.
این است دلیل اصلی که برنامهنویسان باید این آزادی را داشته باشند تا زبان خود را به گونهای ایجاد کنند که بتوانند راه‌حل‌ها را در اشکال طبیعی بیشتری بیان کنند. زبانهای همه منظوره بدون ابهام هستند، اما بیش از حد طولانیاند و گزافهگویی دارند و همچنین مستعد خطا هستند. زبان طبیعی (به عنوان مثال انگلیسی) بسیار غنی است، اما در حال حاضر بیش از حد دشوار است چرا که بسیار غیررسمی و مبهم است.
باید به راحتی بتوان اقدام به ایجاد زبانهای خاص دامنه رسمی و با تعریف دقیق کرد؛ بنابراین زبان برنامه‌نویسی گرا نه فقط برای نوشتن برنامههاست، بلکه زبانی را نیز ایجاد میکند که با آن بتوان برنامهها را نوشت؛ بنابراین برنامهها نزدیکتر به دامنهی مسئله نوشته خواهد شد به جای دامنهی مجموعهای از دستورالعملهای رایانه و به گونهای که نوشتن آنها بسیار ساده‌تر باشد.
همه این ایده را دارند که یک برنامه به عنوان یک متن ذخیره شده است، یعنی یک جریان از کاراکترها. پس از همهی اینها، ابزارهای بیشماری برای ویرایش، نمایش و دست‌کاری متن وجود دارد. امروزه بخشهای مرکزی زبانهای برنامهنویسی دستور زبان، تجزیه کنندهها، مترجم‌ها و اشکالزداهای خط گرا هستند؛ اما متن برنامه فقط یک نماینده از این برنامه است. برنامهها متن نیستند. اگر برنامهها وادار شوند که متن باشند، مشکلات بسیاری به وجود خواهد آمد که همگان ممکن است حتی از آن آگاه نباشند چرا که به راههای مختلف برای ذخیره و کار با برنامهها نیازاست.
هنگامی که یک مترجم کد منبع را ترجمه میکند، متن را به یک ساختار درخت مانند گراف تجزیه میکند که «درخت نحوی انتزاعی» نامیده میشود. برنامهنویسان در هنگام خواندن کد منبع، اساساً همان عملیات ذهنی را انجام میدهند. هنوز باید در مورد ساختار درخت گونه‌ی برنامه فکر کنند. به همین دلیل است که کروشه و پرانتز و مانند آنها وجود دارند. همچنین به همین دلیل است که نیاز به قالب و تو رفتگی کد و دنبال کردن قراردادهای برنامهنویسی دارند، چرا که این کار خواندن کد منبع را آسان تر میکند. آنها متوسل به ذخیرهسازی متن میشوند به این دلیل که در حال حاضر، راه جهانی و راحت برای خواندن و ویرایش برنامهها با یک ویرایشگر متن است؛ اما باز هم هزینهای پرداخت میشود چرا که نمایشدهندههای متن برنامهها دارای اشکالات بزرگاند، مهم‌ترین آنها این است که گسترش زبانهای برنامهنویسی مبتنی بر متن بسیار دشوار است. اگر برنامهها به صورت متن ذخیره شوند، برنامهنویس نیاز به یک دستور زبان بدون ابهام دارد تا بتواند این برنامه را تجزیه کند. از آنجا که ویژگیها به زبان اضافه‌شده‌اند، ایجاد گسترشهای جدید در برنامه به گونهای که زبان مبهم نشود، کار بسیار دشواری است. نیاز است انواع بیشتری از کروشه‌ها، عملگرها، کلمات کلیدی، قواعد سفارش، تودرتو و غیره اختراع شود. طراحان زبان مقادیر زیادی از زمان خود را صرف تفکر در مورد نحو متن کرده و تلاش میکنند راه‌های جدیدی برای گسترش آن پیدا کنند.
اگر میخواهیم ایجاد زبان را ساده سازیم، باید نمایش و ذخیرهی برنامه، از خود برنامه جدا شود. باید برنامه به طور مستقیم به عنوان یک گراف ساختار ذخیره شود، این کار اجازه میدهد هرگونه گسترشی که نیاز است در برنامه ایجاد شود. گاهی اوقات، حتی به کل نیازی به در نظر گرفتن ذخیره‌سازی متن وجود ندارد. امروزه یک مثال خوب، یک صفحه گسترده اکسل است. اکثر مردم به طور کلی نیاز ندارد با قالب ذخیره‌شده سروکار داشته باشند، در آنجا همیشه زمانی که یک فرضیه مطرح میشود ویژگیهای ورودی و خروجی وجود دارد. تنها دلیل واقعی که امروزه از متن استفاده میشود این است که هیچ ویرایشگری که بهتر از ویرایشگرهای متنی باشد وجود ندارد؛ اما میتوان این را تغییر داد.
مشکل این است که ویرایشگرهای متنی هوشمند نیستند و نمیدانند که چگونه با ساختار اساسی گراف برنامه کار کنند؛ اما با ابزار مناسب، ویرایشگر میتواند به طور مستقیم با ساختار گراف کار کند و به برنامهنویس آزادی استفاده از هر گونه نمایش مجازی که میخواهد را بدهد. میتوان برنامه را به عنوان متن، جداول، نمودارها، درختان، یا هر چیز دیگری ارائه داد. حتی میتوان از نمایشهای مختلف برای مقاصد مختلف استفاده کرد، به عنوان مثال یک نمایش گرافیکی برای مشاهده و یک نمایش متنی برای ویرایش. میتوان از نمایشهای خاص دامنه برای بخشهای مختلف کد استفاده کرد، به عنوان مثال نمادهای ریاضی گرافیکی برای فرمولهای ریاضی، نمودار گرافیکی برای نمودار، ردیفها و ستونها برای صفحات گسترده و غیره. میتوان از مناسبترین نمایش برای دامنه مسئله استفاده کرد که ممکن است متن باشد، اما به متن محدود نمیشود. بهترین نمایش بستگی به این دارد که برنامهنویس چگونه در مورد دامنه مسئله فکر میکند. این انعطافپذیری در نمایشها، این زمینه را فراهم میآورد تا ویرایشگرها قویتر از همیشه شوند، چرا که نمایشهای مختلف میتوانند راههای تخصصی برای ویرایش داشته باشند [2].
2-5 زبان‌های خاص دامنهزبان‌های خاص دامنه بنا به تعریف به زبان‌هایی گفته می‌شود که حیطه خاصی از محاسبات را هدف گرفته‌اند. این زبان‌ها اگر به درستی انتخاب و به‌کاربرده شوند، می‌توانند در حوزه کاربردی خود، کدهای پیچیدهی زبان‌های دیگر را به کدهای ساده و خوانا تبدیل کرده، ارتباط مؤثرتر با مشتریان را فراهم کرده، بهره‌وری را بالاتر برده و گلوگاه‌های فرآیند کد نویسی را از بین ببرند. این زبان‌ها معمولاً کوچک هستند و بر جنبه خاصی از یک سیستم نرم‌افزاری متمرکزشده‌اند. با این زبان‌ها نمی‌توان یک برنامه کامل نوشت، بلکه معمولاً در یک سیستم نرم‌افزاری که خودش با یک زبان همه منظوره نوشته شده است، از چندین زبان خاص دامنه استفاده می‌شود (تفکر برنامه‌نویسی زبان گرا) [6].
برای کارشناسان دامنه سادهتر است که از زبانهای خاص دامنه استفاده کنند تا از زبانهای خصوصیات رسمی، همچنین دقت بالاتر در زبانهای خاص دامنه نسبت به زبان‌های طبیعی، ساخت ابزار را برای آن آسان تر می‌کند و این ساده شدن به کمک محدود کردن زبانهای خاص دامنه به دامنهی خط محصول نرم‌افزار در حال توسعه به دست آمده است [7].
به رغم این‌که مدت مدیدی از پدیدار شدن زبانهای خاص دامنه می‌گذرد، اما فقدان دانش برنامه‌نویسی با این زبان‌ها مانع بزرگی در توسعه و فراگیری آن‌ها است و به همان میزان در کاهش سرعت و بهره‌وری پروژه‌های خاص نرم‌افزاری مؤثر است. معمولاً بر استفاده از زبانهای خاص دامنه به عنوان لایه‌ای روی یک کتابخانه معمولی تأکید فراوانی شده است. به این ترتیب، برنامه‌نویس این دو مورد را باهم پیش برده و روش‌هایی را نیز در زمینه تولید کد یاد خواهد گرفت [8].
در بسیاری از زبانهای خاص دامنه برای رسیدن به درک آن‌ها نیاز به مهارتهای برنامهنویسی است و توسط متخصصین حرفه‌ای فناوری اطلاعات و نرم‌افزار در کارهای روزانه، ساختار و سیستمهای حفظ و مدیریت استفاده میشود. آن‌ها برای یک جنبه فنی ویژه از توسعه سیستم خاص هستند؛ بنابراین حوزهی CSS به عنوان یک زبان خاص دامنه و به طور کلی توسعهی وب و به خصوص سبک نگارش و طرحبندی است. بسیاری از توسعهدهندگان وب از یک پس زمینه طراحی گرافیکی شروع و تبدیل به متخصصینی به عنوان کد نویسان HTML، CSS و جاوا اسکریپت میشوند، تنها به این دلیل که این کار به آن‌ها کنترل ریزدانه‌ی بهتری در فرایند طراحی میدهد. بسیاری از طراحان گرافیک، به همین دلیل، در نهایت خود را به گونهای در مییابند که برای بهتر شدن کد از ابزارهای گرافیکی مانند دریمویور اجتناب میکنند. هدف در زندگی این نیست که همه به یک کد نویس تبدیل شوند. با اینکه بسیاری از زبانهای خاص دامنه در قلمرو برنامهنویس باقی میمانند، موارد بسیاری وجود دارند که در آن یک زبان خاص دامنه که به خوبی طراحی‌شده، میتواند با سایر کسانی که در فرایند توسعه سهم دارند، به غیر از توسعه‌دهندگان حرفهای استفاده شود. در برخی موارد، زبانهای خاص دامنه میتوانند آنهایی که در فرایند توسعه سهم دارند را قادر سازند باعث به وجود آمدن قسمتهایی از سیستم شوند به گونه‌ای که این قسمتها را قادر سازند که خودشان، خود را کد نویسی کنند. در موارد دیگر، زبان خاص دامنه میتواند یک نمایش از سیستم شود که به اشتراک گذاشته شده است. اگر هدف یک زبان خاص دامنه ویژه، پیاده‌سازی قوانین کسب‌وکار است، به صورت ایدهآل، آن زبان خاص دامنه باید قانون کسب‌وکار را به گونه‌ای بیان کند که هم ذینفعان کسب‌وکار که آن را مشخص کرده‌اند و هم برنامهنویسی که آن را نوشته است وقتی آن را میخوانند به طور واضح آن را درک کنند [9].
در اصل، زبان خاص دامنه یک نام جدید برای چیزی است که ما هر روز در زندگی برنامهنویسی حرفه‌ای خود از آن استفاده میکنیم. برنامههای کاربردی زیادی وجود ندارند که بتوانند به طور کامل در یک زبان همه منظوره واحد نوشته شوند. به این ترتیب ما همه‌روزه مصرف‌کنندگان تعداد زیادی از زبانهای خاص دامنه مختلف هستیم که هر کدام از آنها مختص یک هدف خاص است. اصطلاح زبان خاص دامنه فقط چند سال است که وجود دارد. این اصطلاح یک زبان برنامهنویسی را توصیف میکند که مختص یک دامنهی مسئله‌ی خاص است. زبانهای خاص دامنه مدت زمان زیادی است که در اطراف ما هستند. یکی از ویژگیهای هیجان‌انگیز یونیکس همیشه زبانهای مینی آن بوده است. زبانهای خاص دامنه شامل مجموعهای غنی از زبانهای حروف‌چینی (troff, eqn, pic)، ابزارهای shell(awk, sed and so on) و ابزارهای توسعه نرمافزار (make, yacc, lex) میشوند. [10]
2-5-1 طراحی و پیاده‌سازی زبان خاص دامنهزبانهای خاص دامنه اشکال مختلفی دارند. برخی از زبانهای خاص دامنه، مانند مینی زبان‌های یونیکس (sed awk, troff)، ساختاری نحوی دارند که برای آن زبان خاص، یکتا است. برای اجرای چنین زبانهای خاص دامنهای، باید قادر به تجزیه این ترکیب نحوی به چیزی غیر از فایلهای متنی بود که حاوی کد منبع آن زبان خاص باشد تا بتوان زبان خاص دامنه خود را در این سبک (که شامل پیادهسازی یک مترجم کوچک است که از lexing و ابزار تجزیه مانند LEX، YACC و یا antlr استفاده میکند)، پیادهسازی کرد [5].
نوشتن مترجم یک مهارت خاص است که خارج از مجموعه مهارتهای اکثر گروههای توسعه نرم‌افزار است. نوشتن تجزیه کننده‌ای اختصاصی و یا مترجم دستور زبان، نیازمند تلاش قابل‌توجهی است، مگر اینکه زبان خاص دامنه بخواهد به صورت کلی استفاده شود که این فراتر از محدودهی بسیاری از زبانهای خاص دامنه خاص برنامه است.
بسیاری از زبانهای خاص دامنه که استفاده میشوند، در زبانهای دیگر جاسازی‌شده‌اند. نمونهی آن اکثر اسکریپتهای پیکربندی XML در پلت فرم جاواست. این مینی زبانهای خاص دامنه بر پشت نحو XML سوار شدهاند و به صورت اختیاری میتوانند از یک تعریف شِما برای تعریف نحو خاص خودشان استفاده کنند.
2-5-2 انواع زبان‌های خاص دامنهزبانهای خاص دامنه به سه دسته اصلی تقسیم میشوند: زبانهای خاص دامنه خارجی، زبانهای خاص دامنه داخلی و میز کار زبان: [6]
زبان خاص دامنه خارجی، یک زبان جدا از زبان اصلی برنامهی کاربردی است که برنامه با آن کار میکند و معمولاً یک نحو سفارشی دارد، اما استفاده از نحو یک زبان دیگر نیز رایج است (XML انتخابی مکرر است). یک اسکریپت، زبان خاص دامنه خارجی است که معمولاً توسط یک کد در برنامهی میزبان بررسی و تفسیر خواهد شد (با استفاده از فنون تجزیه متن). سنت یونیکس با زبانهای کوچک، مطابق با این سبک است. نمونههایی از زبانهای خاص دامنه خارجی عبارت‌اند از عبارات منظم، SQL، AWK و فایلهای پیکربندیXML برای سیستمهایی مانندStruts و هایبرنیت.
زبان خاص دامنه داخلی روشی خاص برای استفاده از یک زبان همه منظوره است. یک اسکریپت در یک زبان خاص دامنه داخلی، کدی معتبر در زبان همه منظورهی خود است، اما تنها از یک زیرمجموعه از ویژگیهای این زبان در یک سبک خاص استفاده میکند که جنبهی کوچکی از سیستم کلی را لمس میکند. نتیجه باید به جای اینکه زبان میزبان خود را نشان دهد، احساس یک زبان سفارشی را بدهد. مثال کلاسیک این سبک، لیسپ است. برنامهنویسان لیسپ اغلب از این برنامهنویسی به عنوان ایجاد و استفاده از زبانهای خاص دامنه یاد میکنند. روبی نیز فرهنگی قوی برای زبان خاص دامنه دارد. بسیاری از کتابخانههای روبی به سبک زبانهای خاص دامنه هستند. به طور خاص، معروف‌ترین چارچوب روبی، یعنی ریلز، اغلب به عنوان مجموعهای از زبانهای خاص دامنه دیده میشود.
میز کار زبان یک محیط توسعه یکپارچه تخصصی برای تعریف و ایجاد زبانهای خاص دامنه میباشد. به طور خاص، یک میز کار زبان فقط برای تعیین ساختار یک زبان خاص دامنه استفاده نمیشود بلکه به عنوان یک محیط ویرایش سفارشی برای مردم استفاده میشود که اسکریپتهای زبانهای خاص دامنه را بنویسند. اسکریپتهای به دست آمده محیط ویرایش و زبان را صمیمانه باهم ترکیب میکنند [6].
هنگامی که صحبت از زبانهای خاص دامنه باشد، تصور میشود ساخت زبان خاص دامنه کاری دشوار است. در واقع، معمولاً کار سخت، ساخت مدل است. زبانهای خاص دامنه پس از آن فقط در بالای آن لایهبندی میشوند. هنوز تلاش لازم است تا زبان خاص دامنهای به دست آورد که خوب کار کند، اما این تلاش معمولاً از تلاشی که برای ساخت مدل اساسی میشود بسیار کمتر است. [11]
به طور کلی به زبانهای خاص دامنه به این صورت اشاره شد که آنهایی که با نحو منحصربه‌فرد خود پیاده‌سازی شدهاند، به عنوان زبانهای خاص دامنه خارجی معرفی میشوند و زبانهای خاص دامنه که در نحو یک زبان میزبان پیادهسازی شدهاند، جاسازی‌شده، و یا زبانهای خاص دامنه داخلی هستند. در حالت ایده آل، هر زمان یک زبان خاص دامنه جدید ساخته شد، بهترین چیز میتواند این باشد که به آن نحو یکتا و فردی خودش داده شود؛ بنابراین می‌توان ساختارهای زبانی تعریف کرد که هم با دامنه مسئله طراحی‌شده‌اند و هم با مخاطبان هدف در ذهن [5].
اگر کاربری که برای زبان خاص دامنه در نظر گرفته شده است، غیر برنامه‌نویس باشد، توسعهی یک نحو بر پایهی XML میتواند مشکل‌ساز باشد. XML در باز و بسته شدن و درست خاتمه دادن به برچسبها دارای قوانین خاص خود است که برای هر کس به جز یک برنامهنویس، محرمانه به نظر میرسد. در هنگام کار با زبانهای خاص دامنه که جاسازی‌شده/داخلی در زبان دیگر هستند، یک محدودیت طبیعی وجود دارد. یک زبان خاص دامنه مبتنی برXML نمیتواند کمک کند که شبیه به XML باشد.
با توجه به محدودیتهای زبان میزبان، زبانهای خاص دامنه جاسازی‌شده/داخلی، هرگز به اندازهای که یک زبان خاص دامنه خارجی سفارشی آزاد است، آزاد نخواهند بود. خوشبختانه، زبانهای خاص دامنه مبتنی بر گرووی، قادرند در قالبی ساختار دهی شوند که برای انسان خواناتر است. با این حال، آن‌ها همیشه نیاز دارند تا از نحوی که به خوبی شکل گرفته است، استفاده کنند و همیشه در هنگام طراحی زبانهای خاص دامنه مبتنی بر گرووی که برای مخاطبانتان قابل خواندن هستند، وضعیت رو به مصالحه پیش میرود.
با استفاده از برنامهنویسی زبان گرا، هدف باید ساخت زبانهای خاص دامنهای باشد که میتوانند توسط همهی ذینفعان خوانده و درک شوند. به این ترتیب، این زبانهای خاص دامنه باید تبدیل به خصوصیات به اشتراک گذاشتهی زندگی سیستم شوند، حتی اگر در پایان آنها ضرورتاً باید توسط یک برنامهنویس با درک فنی زبانهای خاص دامنه نوشته شوند.
با اینکه زبانهای خاص دامنه، بسیاری از چالشهای فعلی توسعه نرم افزار را حل میکنند، ادبیات مربوطه ادعا میکند که زبانهای خاص دامنه معمولاً یک ایراد دارند و آن تلاشهای بالای مورد نیاز برای پیادهسازی و استفاده از آنهاست. با این حال، زبانهای خاص دامنه داخلی با تلاش کمتری توسعه مییابند، چرا که بر روی یک زبان برنامه نویسی موجود ساخته شده و میتوانند از تمام زیرساختهای زبان که شامل مفسر، کامپایلر، و یا مترجم میشود، استفاده کنند. [12]
2-6 گرووی، زبان میزبانجاوا و پلت فرم جاوا با همهی چارچوب‌ها و کتابخانه‌های آن، در حال حاضر به یک جهان همه‌جانبه برای توسعه‌دهنده نرم‌افزار تبدیل شده است. ماشین مجازی جاوا بر روی همه چیز قابل‌اجراست، از بزرگ‌ترین پردازنده مرکزی گرفته تا کوچک‌ترین ریزتراشه و هر برنامهی کاربردی قابل تصوری را پشتیبانی میکند. برای اولین بار وسعت کل حوزه نرم‌افزار، از بازی‌های تلفن همراه بر روی تلفن گرفته تا مأموریت برنامههای سازمانی حیاتی، توسط این پلت فرم زبان پشتیبانی میشوند.
تاکنون، زبان برنامه‌نویسی جاوا جایگاه خود را به عنوان زبان برنامه‌نویسی استاندارد پلت فرم جاوا، به دست آورده است. این زبان به مدت تقریباً نه سال،  نیازهای برنامه‌نویسان را به بهترین شکل ممکن برطرف کرده است، اما جاوا نمی‌تواند و نباید تمام نیازهای همه گروه‌های برنامه‌نویسان را که پروژه‌ها و اهداف متفاوتی را دنبال می‌کنند برآورده سازد. چرا که زبانی با این مشخصات بخش بزرگی از قابلیت‌های خود را به نفع پاسخ‌گویی به همه کاربران از دست می‌دهد و تضعیف می‌شود. زبان جاوا مانند زبانهای‌C++‌ ، ‌C#، به شدت ساخت یافته است. این نوع زبان‌ها که گاه زبان‌های قراردادی نامیده می‌شوند، برای حل بسیاری از مسایل مناسب هستند اما پاسخگوی  همه مشکلات نیستند. زبان‌های قراردادی بسیار نکته‌سنج و خرده‌گیر هستند به این معنی که کوچک‌ترین اشکال در نوشتن برنامه، ترجمه کردن کد را ناممکن می‌سازد. اگرچه این دقت بیش از حد،  نتیجه اجرای کد را قابل پیش‌بینی می‌سازد، اما از سوی دیگر از سرعت کار برنامه‌نویس می‌کاهد.‌
در هنگام توسعه با جاوا، به خاطر در دسترس بودن کتابخانهها و یا چارچوبها هرگز محدودیتی وجود ندارد. مسلماً تنها محدودیتی که باقی میماند خود زبان است؛ مانند تمام زبانهای شیءگرای سنتی، حتی جاوا نیاز به حجم زیادی متن استاندارد و تنظیم صحنه در هنگام برنامهنویسی دارد. در جاوا، به عنوان یک زبان همه منظوره، هیچ مسئله‌ای وجود ندارد که نتوان یک راه حل برای آن کد کرد. گاهی اوقات، با این حال، بهتر است راهحل در شکل کوتاهتری از کد بیان شود که توسط زبانهای پویایی مانند روبی و پایتون پشتیبانی میشود [5].
با آمدن این زبانها و بعدها زبانهای اسکریپتی پویا یا دینامیک (دینامیک معنی گستردهای دارد، به شکل خلاصه میتوان گفت توانایی گسترش نحو و یا پشتیبانی یک فناوری در سطح زبان نه رابط برنامه کاربردی و یا نوع دهی خودکار) مثل روبی نیاز به افزوده شدن امکانات جدید به دستور زبان جاوا هر روز بیشتر و بیشتر احساس میشود. مخصوصاً اینکه رقیب تجاری جاوا یعنی .Net با پشتیبانی از تعدادی زبان برنامهنویسی برای پلت فرم آن، در برنامهنویسها ایجاد کشش میکند. همان طور که اشاره شد اضافه کردن موارد جدید به جاوا مثل چیزهایی که در C یا C ++ و یا روبی و غیره هست با فلسفه وجودی جاوا سازگار نیست [13].
اکنون زمان آن رسیده است که پلت فرم جاوا یک زبان سریع را برای پیشبرد اهداف خود به کار گیرد. جواب جاوا به این تناقضات (ارائه امکانات جدید جالب و جذاب و ایجاد زبانی به غیر از جاوا برای برنامهنویسی پلت فرم جاوا در مقابل فلسفه و مدل پیشرفت و مقاومتهایی که در مقابل امکانات جدید هست) و به شکل استاندارد و مورد تأیید سان، گرووی است. گرووی اکنون زمینه لازم برای این کار را دارد و‌ نشان‌دهنده یک دوران جدید برای پلت فرم جاوا است. دورانی که در آن جامعهی برنامهنویسان جاوا از گوناگونی و تنوع ایجادشده بهره فراوانی خواهند برد و قادر به استفاده از تمام پتانسیل‌های پلت فرم جاوا هستند. تشخیص هوشمندانه این مسئله که جاوا چیزی بیش از یک زبان برنامه‌نویسی است و درک این نکته که پلت فرم جاوا  قدرت کافی برای اینکه چند زبان همزمان روی آن کار کنند و به حیات خود ادامه دهند را دارد، از عوامل مهم در موفقیت طرح ایجاد زبان گرووی هستند. امروزه زبان‌های متعددی برای اجرا روی ماشین مجازی جاوا طراحی‌شده‌اند. گرووی به این دلیل بهترین انتخاب است که از پایه و اساس برای پلت فرم جاوا طراحی شده است. از سوی دیگر، دستور زبان آن برای توسعه‌دهندگان برنامه‌های جاوا آشناست. گرووی برخی از بهترین ویژگیهای پایتون، روبی و اسمالتاک را پیاده‌سازی می‌کند. جیتون و جی‌روبی نمونه‌های بسیار درخشانی از پشتیبانی پلت فرم جاوا از دیگر زبان‌های برنامه‌نویسی موجود هستند. با این وجود جیتون و جی‌روبی تنها درگاه‌هایی هستند که ارتباط جاوا را با زبان‌های دیگر ممکن می‌سازند. دستور زبان این درگاه‌ها برای طراحان جاوا ایجاد نشده است و حتی مجموعه کتابخانه‌های استفاده‌شده برای پیاده‌سازی آن‌ها با آنچه که برای برنامه‌نویسی جاوا استفاده می‌شود متفاوت است. در مقابل گرووی برای توسعه‌دهندگان جاوا طراحی شده است و پایه و اساس آن بر مبنای رابطهای برنامه کاربردی استاندارد پلت فرم جاوا استوار است [14].
گرووی، یک زبان شیء‌گرا است که برای پلت فرم جاوا نوشته شده است. گرووی زبانی پویاست و ویژگی‌هایی مشابه پایتون، روبی، پرل و اسمالتاک دارد. همچنین می‌تواند بعنوان یک زبان اسکریپت‌نویسی برای پلت فرم جاوا استفاده شود. دستور زبان گرووی مشابه جاوا است و کدها درون کروشه قرار می‌گیرند. این کدها به صورت بایت کد ترجمه می‌شوند و سپس توسط ماشین مجازی جاوا اجرا می‌شوند. کدهای گرووی می‌توانند به سادگی با دیگر کدهای جاوا و همچنین با کتابخانه‌های جاوا کار کنند. از دیگر ویژگیهای مترجم گرووی این است که می‌تواند بایت کدهای استاندارد جاوا تولید کند. به این ترتیب کدهای گرووی را می‌توان در هر پروژه جاوا مورد استفاده قرارداد. بیشتر کدهای جاوا در مترجم گرووی شناخته می‌شوند. به این ترتیب انتقال کد بین دو زبان بسیار ساده است. توضیحات کاملتر در ضمیمه‌ی یک ذکر شده است.
2-7 آزمون نرم‌افزاراهمیت آزمایش نرم‌افزار و اثرات آن بر کیفیت نرم‌افزار نیاز به تأکید بیشتری ندارد. داچ دراین‌باره این‌گونه بیان مینماید:
توسعه سیستمهای نرم‌افزاری شامل یک سری فعالیت‌های تولید می‌باشد که امکان اشتباهات انسانی در آن زیاد است. خطاها در ابتدای یک فرآیند و مراحل توسعه بعدی آن ظهور مینمایند. به دلیل عدم توانایی انجام کارها و برقراری ارتباط به صورت کامل، توسعه نرم‌افزار همواره با فعالیت تضمین کیفیت همراه است. آزمایش نرم‌افزار عنصری حیاتی از تضمین کیفیت نرم‌افزار میباشد و مرور تقریبی مشخصه، طراحی و تولید کد را نشان میدهد.
آزمایش، مجموعه فعالیت‌هایی است که میتواند از قبل به صورت ساماندهی شده برنامهریزی و هدایت شود. به این دلیل، باید الگویی برای آزمایش نرم‌افزار تعریف شود. این الگو شامل مجموعه مراحلی است که میتوان فنون خاص طراحی نمونه‌های آزمایش و روش‌های آزمایش را در آن قرارداد.
چند راهبُرد آزمایش نرم‌افزار در این رابطه پیشنهاد شده است. همه آن‌ها برای توسعه‌دهنده نرم‌افزار، الگویی را به منظور آزمایش فراهم می‌کنند و همگی دارای خصوصیات زیر هستند:
آزمایش از سطح مؤلفه شروع میشود به سمت خارج در جهت مجتمع سازی کل سیستم رایانه‌ای پیش میرود.
فنون متفاوت آزمایش، در نقاط زمانی مختلف مناسب میباشند.
آزمایش توسط توسعه‌دهنده نرم‌افزار و برای پروژههای بزرگ توسط گروه مستقل آزمایش، هدایت میشود.
آزمایش و اشکال‌زدایی فعالیتهای متفاوتی هستند، اما اشکال‌زدایی باید با هر راهبُرد آزمون همراه باشد.
یک راهبُرد برای آزمایش نرم‌افزار باید آزمایشهای سطح پایینی را هدایت کند که برای بازبینی صحت پیادهسازی یک قطعه کد کوچک لازم میباشند. همچنین این راهبُرد باید آزمایشهای سطح بالایی را سازمان‌دهی کند که اکثر توابع سیستم را در رابطه با نیازهای مشتری اعتبارسنجی مینمایند. یک راهبُرد باید راهنماییهایی را برای مجری و مجموعهای از علائم نشان‌دهنده را برای مدیر فراهم نماید. چون این مراحل راهبُرد آزمایش، زمانی انجام میشوند که فشار مربوط به پایان مهلت، شروع به افزایش مینماید، پیشرفت باید قابل اندازهگیری باشد و مشکلات باید تا حد امکان به سادگی برطرف شوند [15].
2-7-1 اهداف آزموندر مورد آزمایش نرم‌افزار، میر چند قانون زیر را بیان می‌کند که اهداف مناسبی برای آزمایش هستند: [15]
آزمایش فرآیندی است شامل اجرای برنامه باهدف یافتن خطا.
یک نمونه آزمایش خوب، نمونه‌ای است که با احتمال بالایی خطاها را بیابد.
آزمایش موفق، آزمایشی است که خطاهای یافت نشده تاکنون را بیابد.
این اهداف تغییری اساسی در دیدگاه ایجاد مینمایند. این اهداف باعث تغییر در دیدگاه متداولی میشوند که آزمایش موفق را آن نوع آزمایشی میداند که در آن خطایی یافت نشود. هدف، طراحی آزمایشهایی است که به طور سامان‌بخش ردههای متفاوتی از خطاها را آشکار نمایند و این عمل را با حداقل مقدار زمان و فعالیت انجام دهند
2-7-2 انواع آزمونآزمون نرم‌افزار به گونه‌های مختلفی انجام می‌شود که در ادامه بررسی خواهند شد.
2-7-2-1 آزمون جعبه سفیدآزمایش جعبه سفید، که گاهی آزمایش جعبه شیشهای نامیده میشود، یک روش طراحی نمونههای آزمایش است که از ساختار کنترل طراحی رویهای برای هدایت نمونههای آزمایش استفاده میکند. با استفاده از روشهای آزمایش جعبه سفید، مهندس نرم‌افزار میتواند نمونههای آزمایشی را به دست آورد که: [16]
تضمین نمایند که تمام مسیرهای مستقل داخل پیمانه حداقل یک بار آزمایش شوند.
تمام تصمیمات شرطی را در دو بخش درست و غلط بررسی نمایند.
تمام حلقهها را در شرایط مرزی و در محدودههای عملیاتی اجرا کنند.
ساختمان دادههای داخلی را بررسی نمایند تا از اعتبار آن‌ها مطمئن شوند.
2-7-2-2 آزمون جعبه سیاهآزمایش جعبه سیاه که آزمایش رفتاری نیز نامیده میشود، بر نیازهای تابعی نرم‌افزار تأکید دارد. یعنی، آزمایش جعبه سیاه باعث میشود مهندس نرم‌افزار مجموعههایی از شرایط ورودی را به دست آورد که کاملاً تمام نیازهای تابعی برنامه را بررسی میکنند. آزمایش جعبه سیاه راه جایگزینی برای روش جعبه سفید نیست. در عوض، روشی تکمیلی است که احتمالاً رده متفاوتی از خطاها را نسبت به روش‌های جعبه سفید آشکار می‌کند. به واسطه‌ی آنکه آزمون وب‌سایت از دید کاربر انجام میشود، روش پیشنهادی در این پایاننامه یک آزمون جعبه سیاه میتواند در نظر گرفته شود.
آزمایش جعبه سیاه سعی در یافتن خطاهایی در دستهبندیهای زیر دارد:
توابع غلط یا حذف‌شده
خطاهای واسط‌ها
خطا در ساختمان دادهها یا دسترسی به بانک اطلاعاتی خارجی
خطاهای رفتاری یا کارایی
خطاهای آماده سازی و اختتامیه
برخلاف آزمون جعبه سفید که در اوایل فرآیند آزمایش انجام میشود، آزمایش جعبه سیاه در مراحل آخر آزمون به کار گرفته میشود. چون آزمایش جعبه سیاه عمدتاً به ساختار کنترلی توجهی ندارد، توجه بر دامنه اطلاعات متمرکز میشود. آزمایشها برای پاسخگویی به سؤالات زیر طراحی میشوند:
چگونه اعتبار عملکردی آزمایش میشود؟
چگونه رفتار و کارایی سیستم آزمایش میشود؟
چه ردههایی از ورودی، نمونههای آزمایش خوبی میسازند؟
آیا سیستم مخصوصاً به مقادیر خاص ورودی حساس است؟
چگونه مرزهای یک رده از دادهها مجزا میشود؟
سیستم چه نوساناتی برای سرعت و حجم دادهها دارد؟
ترکیبات خاص دادهها چه اثری بر عملکرد سیستم دارند؟
با به‌کارگیری روشهای آزمایش جعبه سیاه، مجموعهای از نمونههای آزمایشی به دست میآیند که معیارهای زیر را برآورده میسازند:
نمونههای آزمایشی که باعث کاهش بیش از حد یک واحد از تعداد نمونههای آزمایشی میشوند که برای رسیدن به آزمایش قابل‌قبول مورد نیاز میباشند.
نمونههای آزمایشی که چیزی در مورد حضور یا عدم حضور ردههایی از خطاها ارائه دهند. به جای اینکه یک خطا مربوط به یک آزمایش خاص در حال انجام را آشکار نمایند.
2-8 کارهای مرتبطاستفاده از زبان‌های خاص دامنه برای آزمون نرم‌افزار امری متداول است. این مسئله در سال‌های اخیر که ابزارهای تولید و طراحی زبان‌های خاص منظور پیشرفت قابل‌ملاحظه‌ای داشته‌اند، بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است.
طبق بررسی‌های انجام‌شده زبان خاص دامنهای که به طور خاص برای انجام آزمون بار روی برنامه‌های کاربردی تحت وب باشد، وجود ندارد. اکثر زبانهای خاص دامنه موجود در حوزه آزمون نرم‌افزار، برای آزمون عملکردی برنامه‌های کاربردی (چه در فضای وب و چه در فضای سیستم‌عامل) نوشته‌شده‌اند. آزمون عملکردی برنامه‌های تحت وب، در واقع بخشی از آزمون بار است؛ به عبارت دیگر از ابزارهای موجود برای انجام آزمون عملکردی برنامه‌های وبی، می‌توان برای آزمون بار نیز استفاده کرد. در واقع آزمون بار اجرای سناریوهای مشخصی از آزمون عملکردی به صورت همزمان توسط تعداد زیادی کاربر و ثبت رفتار سیستم در برابر این درخواست‌ها است. از آنجا که زبان خاص دامنه‌ای به طور اختصاصی برای آزمون بار وجود ندارد، در این بخش اشاره‌ای به زبان‌های خاص دامنه و ابزارهای موجود برای انجام آزمون عملکردی که برای انجام آزمون بار نیز می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند، خواهد شد.
زبان‌های مختلف هر یک به تناسب خود دارای کتابخانه‌هایی هستند که می‌توان با آن‌ها آزمون بار نیز انجام داد. با بررسی کارهای مشابه، می‌توان این کتابخانه‌ها را عمدتاً در دو دسته جای داد:
کتابخانه‌ها و چهارچوب‌های انتخاب و انجام عملیات روی عناصر موجود در صفحه وب.
کتابخانه‌های کار با نخها و اتصال‌ها.
کتابخانه‌های دسته اول عمدتاً نحو خاص خود را دارند و به همین دلیل در زمره زبان‌های خاص دامنه قرار می‌گیرند. معروف‌ترین کتابخانه در این دسته، سلنیوم است. نسخه جدید این کتابخانه، در واقع چارچوبی قابل‌حمل برای آزمون برنامه‌های کاربردی است. این چارچوب امکانی فراهم می‌کند که در آن کاربر می‌تواند با عناصر وب از طریق برنامه تعامل داشته باشد. این ابزار در زبان‌های مختلفی چون جاوا، C#، Modern C++، پرل، پایتون، PHP، روبی و گرووی قابل استفاده است. رابط برنامه کاربردی جدید مورد استفاده در این زبان‌های برنامه‌نویسی که از نسخه سلنیوم2 به بعد ارائه گردید، با نام سلنیوم وب درایور شناخته می‌شود. با استفاده از وب درایور کاربر می‌تواند در برنامه خود با برنامه کاربردی تحت وب، «تعامل کامل» داشته باشد[17]. این تعامل درست شبیه حالتی است که کاربر در مرورگر با برنامه کار می‌کند با این تفاوت که درخواست‌ها به و پاسخ‌ها از برنامه تحت آزمون، کاملاً توسط برنامه آزمون کننده مدیریت می‌شود.
هرچند با استفاده از سلنیوم آزمون‌های مختلفی روی برنامه‌های تحت وب نوشته شده است، اما تمامی این آزمون‌ها در راستای آزمون کاربردی نرم‌افزارهای وبی بوده‌اند و هیچ یک قابلیتی برای آزمون بار در نظر نگرفته‌ و طبعاً زبان خاص دامنهای نیز برای این منظور ارائه نداده‌اند.
در بسیاری از کارهای مشابه که از چهارچوب‌های خودکاری سازی مانند سلنیوم استفاده نکرده‌اند، عموماً درخواست‌ها به صورت دستی ارسال، دریافت و پردازش می‌شوند. معمولاً این نوع آزمون‌ها «کامل» نیستند زیرا تأثیرات زبان سمت کلاینت (معمولاً جاوااسکریپت) که توسط مرورگر به اجرا درمی‌آید، در آن‌ها نادیده گرفته می‌شود[18]. در این موارد تعامل با عناصر وب، مسئله مهم دیگری است. روش عمومی استفاده از عبارات منظم است تا بتوان با عناصر مختلف صفحه تعامل داشت. به طور کلی به دلیل کندی، دشواری توصیف الگوها، در برخی موارد ضعف در پشتیبانی از کُدگذاری‌های صفحه و نهایتاً امکان خطای بیشتر، در موارد کمی از عبارات منظم برای انتخاب عناصر صفحه استفاده شده است.
ابزار دیگری که می‌توان آن را در زمره زبان‌های خاص دامنه کار با عناصر وب جای داد، تویل است. این ابزار در واقع یک مرورگر کوچک و سبک خط فرمانی است که با دستورات خاص خود قادر به انجام فرآیندهایی در صفحات وب است[19]. تویل در واقع موتور برنامه‌های کاربردی وبی گوگل است و توسط این شرکت پشتیبانی می‌شود. این ابزار قادر به شناسایی خطاهای رخ داده در سطح پروتکل است اما در کل نسبت به ابزارهای دیگری چون سلنیوم قدرت و انعطاف‌پذیری کمتری دارد.
چهارچوب دیگر ویندمیل نام دارد که بسیار شبیه به سلنیوم است با این تفاوت که این چهارچوب با زبان پایتون و جاوااسکریپت نوشته‌شده و انعطاف‌پذیری سلنیوم برای استفاده در زبان‌های گوناگون را ندارد. با استفاده از این چهارچوب و بر اساس نحو خاصی که دارد، می‌توان آزمون‌های برنامه‌های کاربردی تحت وب نوشت. ویندمیل هم می‌تواند به صورت خط فرمانی و هم با ضبط رفتار کاربر در مرورگر‌ به کار رود[20].
اما دسته دوم کتابخانه‌ها، مربوط به مدیریت تعداد درخواست‌های همزمان به برنامه کاربردی است. این درخواست‌ها عمدتاً از طریق برنامه‌نویسی چندنخی پیاده‌سازی می‌شوند. هرچند مدل کلی برنامه‌نویسی چندنخی تقریباً در تمامی موارد یکسان است، اما زبان‌های مختلف هر یک قواعد خاص خود را برای کار با نخها دارند. همچنین زبان مورد استفاده باید امکان ایجاد اتصالات شبکه به طور همزمان را نیز داشته باشد.
جدول 2-1: مقایسه زبانهای خاص دامنه با زبان خاص دامنهی پیشنهادیgatling grinder twill زبان پیشنهادی
زبانهای مورد استفاده در توسعه چهارچوب یا ابزارها اسکالا موتور اصلی آن به زبان جاوا نوشته شده است اما اسکریپتهای تست آن با زبانهای جیتون و Clojure نوشته میشود. پایتون
گرووی
قابلیت دریافت و فرستادن کوکیها (مدیرت نشستها) بطور کامل از کوکیها پشتیبانی میکند مدیریت کوکی های از دید کاربر پنهان است. ارسال و دریافت کوکیها بصورت پنهان از برنامهنویس میتواند غیرفعال شود و برنامهنویس میتواند به کمک واسطهای برنامهنویسی کوکیها را دستکاری کند پشتیبانی کامل از کوکیها و قابلیت مدیریت خودکار و پنهان از برنامه نویس کوکیها از کوکیها پشتیبانی میکند.
به دلیل پشتیبانی جب از این قابلیت، زبان پیشنهادی نیز از این ویژگی پشتیبانی می کند. عملیات کار و تعامل با کوکی‌ها از دید کاربر پنهان است.
نحوهی تعریف و تزریق سناریوی تست قابلیت تعریف سناریو به کمک یک زبان خاص دامنه قابلیت تعریف سناریو به کمک زبانهای جیتون و Clojure قابلیت تعریف سناریو به کمک زبان پایتون
تعریف سناریو با استفاده از یک زبان خاص دامنه مشخص انجام می‌شود. روال انتخاب و تعامل با عناصر صفحه براساس نحو انتخابگرهای CSS3 و jQuery است.
منابع دادهای تست بار قابلیت لود داده بار از فایلهای با قالب CSV، TSV و SSV و همینطور قابلیت لود داده از پایگاه دادههای مختلف به کمک JDBC
دارای قابلیت دریافت داده پویا از فایلها با فرمتهای مختلف همینطور دادههای تصادفی و پایگاه دادهها میباشد. همینطور در گریندر این امکان وجود دارد که از دادههای ضبط شدهی تستهای قبل در تست جدید استفاده کرد. از طرفی یک رابط گرافیکی امکان تزریق دادههای پویا را در زمان تست فراهم میکند. ندارد قابلیت لود داده های ورودی از فایل های متنی
زبانهای پشتیبانی شده برای تست جاوا، زبان خاص دامنه گتلینگ، اسکالا قابلیت تست برنامه های نوشته شده به زبانهای جیتون وClojure را داراست. همچنین این چارچوب میتواند برنامههای تحت وب و API های نوشته شده با جاوا برای وب را نیز بیازماید. پایتون بطور کلی تمامی برنامههای اجرا شده در محیط وب
قابلیت کار با SSL بله بله
خیر به دلیل پشتیبانی جب از SSL، زبان پیشنهادی نیز این قابلیت را داراست.
قابلیت انجام تست بار بله بله بله بله
قابلیت انجام تست ظرفیت بله بله بله به صورت صریح ندارد اما با برخی تنظیمات میتوان به تست ظرفیت رسید.
قابلیت تست functionalityهای نرم افزار تحت وب (تست پایداری و اتکاپذیری) قابل انجام است اما به دلیل نحو این چارچوب، بسیار مشکل می باشد. قابل انجام است اما به دلیل نحو این چارچوب، بسیار مشکل می باشد. قابل انجام است اما به دلیل نحو این چارچوب، بسیار مشکل می باشد. بله، با تنظیم تعداد کاربران روی عدد 1 و مشخص کردن روال مد نظر، کاملاً می توان تست Functionality نیز انجام داد.
قابلیت انجام تست استرس بله بله با استفاده از قابلیت fork در کتابخانهی تویل میتوان فرایندهای زیادی جهت انجام تست استرس به وجود آورد. بله
وابستگی به چهارچوبهای دیگر Akka
Netty
Async Http Client بستگی به تعدادی از دیگر محصولات منبع باز دارد از جمله:
Jython
HTTPClient
JEdit Syntax
Apache XMLBeans
PicoContainer
Clojure
سلنیوم
Scotch گرووی
جب
اسپاک
متن باز بودن و مجوز منبع باز
مجوز Apache v2 منبع باز
مجوز BSD style منبع باز
مجوز MIT منبع باز
قابلیت ضبط و بازپخش یک سناریوی تست دارد. به کمک TCP proxy می تواند عملیات یک کاربر را ذخیره کند. به کمک پروژهی Scotch میتواند عملیات کاربر را ذخیره و بعداً اجرا کند. قابلیت ضبط رفتار کاربر از روی مرورگر ندارد.
پشتیبانی از درخواستهای همزمان به دلیل وجود تست استرس و نیاز به درخواست های همزمان به منظور پیاده سازی تست استرس همزمانی وجود دارد. به دلیل وجود تست استرس و نیاز به درخواست های همزمان به منظور پیاده سازی تست استرس همزمانی وجود دارد.
به دلیل وجود تست استرس و نیاز به درخواستهای همزمان به منظور پیاده سازی تست استرس همزمانی وجود دارد. بله. در ذات زبان خاص دامنه پیشنهادی این مسئله وجود دارد.
پشتیبانی از آژاکس پشتیبانی نمیکند پشتیبانی نمیکند پشتیبانی داخلی ندارد اما به کمک Browser Driverهای سلنیوم و Pamie میتواند درخواست های آزاکس بسازد پشتیبانی میشود چون جب پشتیبانی میکند.
داشتن ابزارهای جانبی یک سری ابزار خط فرمان برای اجرا و ضبط سناریو
ابزار گزارش گیری
ابزار تنظیمات
ابزار نظارت بر نحوه ی روند اجرای تست دارای یک ابزار به نامTCP proxy است که برای ضبط سناریو از آن استفاده میشود و همچنین دارای یک ابزار و یک موتور گزارشگیری و آمار گیری است. Twill-sh دارای یک ابزار خط فرمان برای اجرای سناریوهای تست است ابزار جانبی خاصی ندارد.
پشتیبانی از درخواستهای multi-part قابلیت ارسال درخواستهای multi-part دارد.

user8334

تفاوت بعدی تعریف وضعیت موردانتظار و چشمانداز به مقطعی بودن وضع مطلوب مربوط میشود. در طول حیات سازمان، ممکن است بسته به شرایط، وضعیتهای مطلوب بسیاری تعریف شود که در مقاطعی خاص تمرکز سازمان یا دستکم بخشهایی از آن به رسیدن به آن وضعیت معطوف شود. اما به محض رسیدن به وضعیت مذکور، ممکن است هدف به حفظ آن وضعیت به صورت موقت یا دائم و یا گذر از آن تغییر نماید. این وضعیتهای مطلوب گرچه هر کدام اهمیت خاص خود را دارند، معمولا هیچیک به تنهایی برای سازمان تعیین کننده و ارضا کننده نمیباشند و احتمالا از اهمیت مقطعی برخوردارند.
هرچند یکی از خصوصیات ذکر شده برای چشمانداز، صراحت و بیابهام بودن آن است، ولی در هر صورت چشمانداز همواره از یک سطح انتزاع برخوردار است، در حالیکه در وضعیت موردانتظار انتزاعی وجود ندارد و همهی معیارهای تعیین و تفسیر آن وضعیت بایست به صورت کامل تعریف شده باشند. پس وضع مطلوب مفصلتر و دارای شرح و جزئیات بیشتری است، برخلاف چشمانداز که معمولا در قالب یک یا دو جمله قابل بیان است]17[.
همانطور که اشاره شد، چشمانداز نقطه نهایی تکامل سازمان است، اما وضع مطلوب تنها یک برهه در روال سیر تکاملی سازمان میباشد. این برهه حتی ممکن است در ابتدای پیدایش سازمان (منظور زمانی است که سازمان هنوز راه درازی تا رسیدن به بلوغ خود پیش رو دارد) مدنظر باشد، اما در عین حال میتواند در همان برهه برای ادامه حیات سازمان ضروری و سرنوشتساز باشد و عدم تحقق آن نتایج فاجعهباری در پی داشته باشد و حتی به ورشکستگی و انحلال سازمان بیانجامد.
وضع موردانتظار مسلما کوتاهمدتتر از چشمانداز است. زمان رسیدن بسته به یک وضع موردانتظار اهمیت و دشورای آن میتواند متفاوت باشد، ولی به هر حال این زمان معمولا به طور دقیق قابل محاسبه است و وابسته به پارامترهای مشخص و غالبا قابل اندازهگیری میباشد. حال زمان موردانتظار میتواند بین چند روز تا چند سال متغیر باشد که البته معمولا این زمان از یک سال کمتر بوده و در حد چند ماه است. در صورتی که در مورد چشمانداز یک زمان کلی و چندین ساله (معمولا 5 سال یا بیشتر) برای نیل به آن متصور میشوند.
در مورد وضع مطلوب، با توجه به ویژگیهای ذکر شده برای آن، میتوان در صورت تحقق یا عدم تحقق وضعیت، نتایج حاصله را با یک نظام جزا و پاداش تلافی نمود. این جزا و پاداش میتواند شامل حال تمام کارکنان سازمان یا تنها فرد یا گروهی که در رسیدن (یا نرسیدن) به وضعیت موردانتظار نقش داشتهاند، شود. در صورتی که برای چشمانداز معمولا کل سازمان و بهویژه رهبری آن بایست پاسخگو باشند.
نکتهی بعدی که بایست بدان اشاره نمود در مورد حوزهی اثر وضع موردانتظار است. برخلاف چشمانداز که کل سازمان در حوزهی اثر آن تلقی شده و راهنمای استراتژیها و جهت حرکت کلی سازمان است، وضع مطلوب میتواند تنها برای بخش کوچکی از سازمان تعریف گردد. هرچند که میتوان وضعیتهای مطلوب بسیاری نیز برای کل سازمان متصور شد که البته مسلما ترسیم چنین وضعیتهایی کار چندان سادهای نمیباشد.
تعیین وضعیتهای مطلوب گاه برای جلوگیری از ناامیدی در مسیر چشمانداز ضروری است. این مورد به خصوص زمانی که چشمانداز سازمان بسیار درازمدت و دست یافتن به آن دشوار باشد، بیشتر حائز اهمیت است، زیرا با ایجاد نقاط دلگرمی و قوت قلب، کارکنان را از سرخوردگی و یأس در حین تلاش برای دستیابی به یک وضعیت دشوار دور کرده و باعث نشاط و روحیه بخشی به آنها میشود. همانطور که اشاره شد اختصاص پاداش مناسب برای یک وضع مطلوب ترفندی است که مدیران سازمان میتوانند از آن به خوبی برای تشویق و تسریع در روند استراتژیهای سازمانی استفاده کنند. به بیان سادهتر وضعیتهای مطلوب میتوانند به عنوان نقاط تشویق و دلگرمی مورداستفاده قرار گیرند و بر این واقعیت صحه گذاشته و یادآور شوند که سازمان قابلیت رسیدن به نقطهی نهایی تعیین شده در چشمانداز را دارد]15[.
چشمانداز سازمان همواره توسط رهبر یا رهبران ردهبالای سازمان ترسیم و به سایر زیردستان ابلاغ میشود، حال آنکه وضعیت موردانتظار (با توجه به ویژگیهای ذکر شده برای آن) معمولا توسط مهندسین و متخصصین برنامهریزی و نظارت در سازمان ترسیم میشود یا حداقل پس از ترسیم کلی توسط رهبر یا مدیر ارشد، ویژگیهای جزئی آن توسط آن افراد تعیین و ابلاغ میشود. بنابراین تعیین وضع مطلوب را میتوان از جنبهی علوم مهندسی بسیار کارشناسانهتر از ترسیم چشمانداز تلقی نمود، هرچند ترسیم چشمانداز نیز دارای سختیها و نکات قابل تأمل و مهم خاص خود است که حتما بایست از سوی رهبر مورد توجه واقع شوند. به هر حال علوم اجتماعی و روانشناختی در آن مورد مؤثرتر به نظر میرسند. چیزی که بدیهی است آنکه وضعیتهای مطلوب در راستای چشمانداز سازمان ترسیم میشوند.
بر اساس موارد ذکر شده، و با توجه به دقیق بودن خصوصیات یک وضعیت موردانتظار، میتوان زمان، امکانات موردنیاز و هزینه رسیدن به آن وضعیت را از وضعیت فعلی محاسبه نموده و تخمین زد. در واقع میتوان گفت احتمال دستیابی به یک وضع مطلوب از یک وضعیت فعلی بر اساس شواهد توسط علم آمار و احتمالات قابل تخمین است. اما در مورد چشمانداز با توجه به ویژگیهای ذکر شده برای آن چنین تخمینی امکانپذیر نبوده و یا از دقت مناسب برخوردار نخواهد بود.
در تعریف استراتژی آمده است که هر استراتژی سازمان را از یک وضع موجود به سوی یک وضع مطلوب راهنمایی میکند. پس شاید بتوان هر وضع مطلوب را خروجی یک استراتژی به حساب آورد. از این دیدگاه تفاوت وضعیت موردانتظار و چشمانداز در آن است که چشمانداز تنها با اجرا و موفقیت یک استراتژی منفرد حاصل نمیشود و اغلب استراتژیهای چندگانه و متفاوتی در حوزههای مختلف جهت نیل به چشمانداز به صورت همروند و یا مجزا در سازمان اجرا میشوند]15[ و ]16[.
وضعیتهای مطلوب در مسیر دستیابی به چشمانداز قرار دارند، اینها در واقع نقاط تنفس و یا سنجش عملکرد مقطعی سازمانند. با تفکیک چشمانداز میتوان به تعدادی وضعیت موردانتظار دستپیدا کرد که رسیدن به هر وضعیت راهگشای وضعیتهای بعدی بوده و مدیران ارشد سازمان را از صحت عملکرد و کارایی سازمان تحت نظارتشان مطمئن میسازد.
در آخر بایست به این نکته توجه داشته باشید که حقایق از رویاها پیروی میکنند! در یک تعریف جسورانه شاید بتوان گفت که وضعیتهای مطلوب این حقایق و چشمانداز سازمان در حکم رویایی است که برای تحقق آن بایست در دنیای واقعی مبارزهای را برای بدست آوردن خواستههای خود (سازمان خود) انجام دهیم، هر مبارزه مقدمهی مبارزهی بزرگتر بعدی بوده و مبارزهی نهایی همان خان آخر نبرد دستیابی به رویای چشمانداز سازمان است.
سیستمهای اطلاعاتی استراتژیک مفهوم سیستمهای اطلاعاتی استراتژیک نخستین بار در اوایل دههی 80 توسط دکتر چارلز وایزمن مطرح شد و نگاه به سیستمهای اطلاعاتی در سازمانها را دستخوش تغییر زیادی کرد. این مفهوم به سیستمهای اطلاعاتی به عنوان یک ابزار یا سلاح رقابتی مینگرد. در تعریف آنها میتوان گفت سیستمهای اطلاعاتی استراتژیک نوع خاصی از سیستمهای اطلاعاتی هستند که از استراتژیهای حاکم در سازمان، بهویژه استراتژیهای رقابتی پشتیبانی میکنند. از این سیستمها میتوان به منظور بهبود ارتباط با مشتریان، بهبود فرایند طراحی، تولید و عرضه محصولات، ایجاد و توسعهی کمی و کیفی روشهای ارتباطی با تأمینکنندگان مواداولیه و قطعات موردنیاز، ایجاد فرصتهای جدید فروش و نهایتا افزایش بهرهوری سازمان استفاده نمود[55].
تعریف مختصر و مفیدتر سیستمهای اطلاعاتی راهبردی را سیستمهایی کامپیوتری معرفی میکند که مسئول اجرای استراتژیهای تجاری سازمانند. در واقع در اینسیستمها، اطلاعاتی که توسط کامپیوترها جمعآوری، پردازش و تجزیه و تحلیل میشوند، نقش اساسی و مهمی در تعیین یا اجرای استراتژیهای تجاری سازمان دارند]22[.
سیستمهای اطلاعاتی راهبردی در طی مدتزمانی که از پیدایش آنها گذشته است، با توجه به منافعی که برای سازمانها به دنبال داشته و فرصتهایی که در راستای افزایش سطح کارایی سازمان ایجاد نمودهاند، توانستهاند جایگاه مهم و قابل توجهی بدست آورند.
همانگونه که در بخشهای پیشین اشاره شد، سیستمهای اطلاعاتی سازمانی طی یک فرایند تکاملی از سیستمهای پردازش تراکنشها (که وظیفهی ثبت و ضبط تراکنشهای مالی را برعهده داشتند) به سیستمهای مدیریت اطلاعات (که وضعیت داراییهای سازمان مدیریت میکردند) و پس از آن به سمت سیستمهای پشتیبان تصمیم (که مدیران را در تعیین برخی سیاستها یاری میرساندند) تکامل یافتهاند. پس از سیستمهای پشتیبان تصمیم نوبت به نسل بعدی سیستمهای اطلاعاتی که همان سیستمهای اطلاعاتی راهبردی هستند، رسید. این‌ سیستم‌ها نیز مانند نسلهای پیشین سیستمهای اطلاعاتی، قابلیت پردازش و مدیریت موجودی‌ مشتریان و ارتباط آن با سیستم‌ سفارشات‌ سازمان را دارا هستند، با این تفاوت که برخلاف سیستمهای قبلی که بیشتر جنبههای هزینهای سازمان را مورد توجه قرار میدادند، در سیستمهای اطلاعاتی استراتژیک، هدف استفاده از اطلاعات به منظور ارائهی خدمات جدید، استفاده بهینه از فرصتها و دوری جستن از تهدیدات احتمالی و نهایتا کسب منفعت بیشتر برای سازمان است. علاوه بر آن برخلاف سیستمهای نسلهای قبلی که بیشتر بر فعالیتهای درون سازمانی توجه داشتند، در سیستمهای اطلاعاتی استراتژیک محیط پیرامون سازمان نیز به اندازه درون آن از اهمیت برخوردار بوده و مورد توجه قرار میگیرد]18[.
دستیابی به مزایای رقابتی برای سازمان یکی از مهمترین اهداف بهکارگیری سیستمهای مدیریت اطلاعات راهبردی سازمان است. برخی راههای ایجاد این مزایا عبارتست از :
ارائه یک کالا یا خدمت با هزینه کمتر: منظور از هزینه صرفا قیمت محصول نیست، بلکه کیفیت محصول یا خدمت نیز میتواند یک فاکتور مهم و تأثیرگذار تلقی شود که هر دوی آنها در بازار حائز اهمیت زیادی میباشند. همچنین واژه هزینه در اینجا، کلیه هزینههای جانبی سازمان از طراحی محصول تا عرضه نهایی آن را شامل میشود. سیستمهای کامپیوتری بسیاری وجود دارند که میتوانند باعث صرفهجویی هزینههای درونسازمان شوند، اما آن سیستمها اغلب نمیتوانند نقاط استراتژیک را پوشش داده و آنها را به فرصتهای رقابت در بازار بدل کنند.
ایجاد تمایز در محصول یا خدمت: متمایزسازی به معنی افزودن قابلیت جدید، یکتا و دارای جذابیت در بازار است. ایجاد تمایز اغلب منجر به افزایش هزینه محصول میشود، اما از آنجا که در این مورد قیمت در درجه اول اهمیت نمیباشد، بیشتر اوقات میتوان از آن صرفنظر نمود (البته موارد نادری نیز ممکن است پیش آید که ایجاد تمایز موجب کاهش هزینه محصول شود). یک سیستم استراتژیک به مشتریان این حس را القا میکند که از یک مزیت بسیار خاصتر و ممتازتر نسبت به سایر رقبای خود بهره میبرند.
تمرکز بر روی بخش خاصی از سازمان: ایدهی این روش آن است که سازمان تمام توان و تلاش خود را برای کار در یک عرصهی خاص و محدود معطوف نماید. این روش در صنعت کاربرد زیادی دارد.
نوآوری: ارائهی خدمات جدید به کمک سیستمهای کامپیوتری که دارای جذابیت برای مشتریان باشد.
تقریبا هر سیستم کامپیوتری که بتواند استراتژیهای کامپیوتری را با استراتژیهای تجاری سازمان ترکیب در یک راستا به کار گرفته و موجب همافزایی آنها و افزایش بهرهوری سازمان شود را میتوان به عنوان یک سیستم راهبردی درنظر گرفت. بدین منظور بایست ارتباط شفافی میان طرح تجاری سازمان و طرح و نقشهی سیستم مذکور وجود داشته باشد تا سیستم بتواند به خوبی اهداف سازمان را پوشش داده و مدیریت بهتری را بر روی منابع حساس اطلاعاتی سازمان ایجاد نماید]18[.
سیستمهای چندعاملی تاریخچه محاسبات کامپیوتری را میتوان از یک دیدگاه به پنج مرحله تقسیم نمود: اولین مرحله باعث کاهش چشمگیری در هزینه محاسبات گردید و استفاده از کامپیوترهای قدرتمند جهت انجام عملیات پردازشی را برای همه در دسترس و مقرون به صرفه گردانید (به گونهای که شاید پیش از آن تصورش هم ممکن نبود). البته این روند همچنان ادامه دارد.
دوره دوم دورهی ارتباط کامپیوترها با دنیای خارج بود. کامپیوترهایی که در ابتدا سیستمهایی ایزوله بودند و تنها با اپراتور خود ارتباط داشتند، به لطف اینترنت و شبکههای کامپیوتری اکنون به راحتی با تمام دنیا در ارتباطند. این شبکهها امکان توزیع محاسبات کامپیوتری را در مقیاس جهانی فراهم کردند. با پیدایش سیستمهای توزیعشده و پردازش موازی گام بزرگی در زمینهی انجام محاسبات سنگین و بسیار پیچیده برداشته شد. امروزه مفاهیمی مانند سیستمعاملهای توزیعشده و نسل جدید محاسبات با نام پردازشابری، باب جدیدی را در این حوزه گشودهاند و به طور قطع این سبک از محاسبات در آینده تنها گزینههای پیش روی صنعت و دنیای تجارت است.
سومین دوره مهم در محاسبات کامپیوتری زمانی بود که بحث هوشمندی در سیستمهای کامپیوتری مطرح گردید. هدف ایجاد سیستمهایی بود که از عهدهی حل مسائل پیچیده که حل آنها پیش از این ممکن نبود، برآیند. در دورهبعدی این هدف به ایجاد سیستمهایی که بتوانند به صورت مستقل و خودمختار و بدون نیاز به نظارت انسان فعالیت و تصمیمگیری کنند، ارتقاء یافت(در واقع هدف این بود که کنترل کامل سیستم کامپیوتری به خودشان واگذار شود). مفاهیم هوش مصنوعی و سیستمهای خبره و چندعاملی در این دوره پدید آمدند.
آخرین و پنجمین دوره شامل گذر آهسته و پیوستهایست که ما را از دیدگاه سنتی ماشین-گرای برنامهنویسی به سمت مفاهیمی که بیشتر و بهتر دنیای واقعی ما را انعکاس میدهند (و به عبارتی به ادراک ما از دنیای وافعی نزدیکتر است)، عبور میدهد. این تلاش شاهد بر این مدعاست که ما با کامپیوترها در ارتباط و تعاملیم و این تعامل همواره دستخوش تغییر و پیشرفت بوده است. به طور مثال در اولین روزهای پیدایش کامپیوتر، ارتباط کاربران با آنها از طریق یک ترمینال ورودی به صورت محدود انجام میگرفت و نیاز به دانش زیادی در زمینه کار با سیستم و دستورات آن داشت. کنسولهای رابط کاربر تا اواخر دهه 80 روش غالب ارتباطی کاربران و کامپیوترها بودند. پس از آن واسطهای گرافیکی پا به عرصه وجود گذاشتند و تعامل با سیستمهای کامپیوتری را تا حد زیادی برای کاربران سادهتر نمودند. این واسطها تا کنون نیز کارایی خود را حفظ کردهاند، با اینحال به نظر میرسد وقت آن است که آنها نیز جای خود را به روشهای سادهتر، کاراتر و واقعیتر بدهند. روشهایی از قبیل صحبت کردن و حس از طریق دیدن!
این روند تکاملی در مورد برنامه نویسان سیستمهای کامپیوتری نیز صادق بوده است. زبانهای برنامهنویسی از زبانهای سطح پایین و نزدیک به زبان ماشین، به زبانهای سطح بالا، شیئ گرا و جنبهگرا تکامل یافتهاند و کار برنامهنویسی را برای توسعهدهندگان نرمافزار بسیار سادهتر از پیش نمودهاند.
البته مراحل تکاملی ذکر شده، چالشهای جدی و مهمی را نیز در زمینه توسعه نرمافزار به وجود آوردهاند، مثلا اینکه چگونه و به چه روشی میتوان از قدرت پردازش کامپیوترهای موجود (در مقیاس بزرگ و جهانی) استفاده نمود؟ یا اینکه چگونه کامپیوترهایی با قابلیت عملکرد مستقل و بدون نیاز به دخالت انسان و نیز سیستمهایی که امکان تعامل با انسان را دارا بوده و علاوه بر آن بتوانند واقعیتهای موجود در جهان پیرامون را به سبک موردانتظار و علاقهی انسان مدل کنند، ایجاد نمود؟
تلاشهایی که در جهت اتصال و توزیع محاسبات طی سه دهه اخیر انجام شده، منجر به توسعه نرمافزارها و ایجاد سختافزارهایی گردیده است که امکان ایجاد سیستمهای توزیع شده را با سهولت و قابلیت اعتماد بالایی فراهم نموده است. با این وجود وقتی که صبحت از ارائهی مفاهیم انتزاعی مورد پسند انسان توسط کامپیوتر میشود، سیستمهای توزیعی با چالشهای جدیدی مواجه میشوند. هنگامی که کامپیوتری بخواهد به این سبک با کامپیوترهای دیگر ارتباط برقرار کند، بایست از نوعی قابلیت همکاری و سازش قوی با سیستمهای دیگر برخوردار باشد (همانگونه که انسانها از چنین قابلیتهایی برخوردارند).
تمامی موارد مطرح شده، نهایتا منجر به ایجاد رشته جدیدی با نام سیستمهای چندعاملی در علوم کامپیوتر گردید. ایده اصلی سیستمهای چندعاملی بسیار ساده است، یک عامل سیستمی کامپیوتری است که میتواند به طور مستقل ازجانب کاربر یا مالک خود عمل نماید. به عبارت دیگر، یک عامل میتواند تمام آنچه را که به منظور تحقق اهداف طراحیش نیاز دارد، خودش به تنهایی انجام دهد و نیازی نیست که مدام تحت کنترل و نظارت بوده و تکتک اعمالی که بایست در آن راستا انجام دهد به وی دیکته شود. یک سیستم چندعاملی سیستمی است که از چندین عامل تشکیل شده که این عاملها از طریق بستر یک شبکه با یکدیگر در حال تعاملند. این تعامل عمدتا از طریق ارتباط پیام صورت میپذیرد. در بیشتر سیستمهای چندعاملی، عاملهای موجود در سیستم اهداف بسیار سخت و دشواری را برعهده دارند و برای آنکه از عهده تحقق این اهداف برآیند، حتما بایست از قابلیت همکاری، هماهنگی و مذاکره قابل قبولی با یکدیگر برخوردار باشند، همانطور که ما در زندگی روزانه خود از این قابلیتها برخورداریم]24[.
به طور کلی دو سؤال مهم در زمینه ایجاد سیستمهای چندعاملی مطرح است:
چگونه عاملهایی مستقل و خودمختار ایجاد کنیم که بتوانند وظایف محوله به آنها را به درستی و به بهترین نحو ممکن با موفقیت به انجام رسانند؟
چگونه عاملهایی بسازیم که در عین استقلال عمل، قابلیت تعامل (همکاری، هماهنگی و مذاکره) با سایر عاملها را در راستای تحقق اهداف طراحیشان داشته باشند؟
سؤال اول مربوط به طراحی خود عاملها و سؤال دوم مربوط به طراحی جامعهی عاملها میباشد. البته ایندو مسئله کاملا مجزا و تفکیک شده نیستند، به طور مثال برای ایجاد اجتماعی از عاملها که بتوانند به طرز مؤثری با یکدیگر ارتباط داشته باشند، ممکن است بتوانیم اطلاعاتی از مدل و نحوه عملکرد سایر عاملها در اختیار اعضای اجتماع قرار دهیم که آنها را در جهت تعامل بهتر با دیگر عاملها یاری کند. در ادامه بیشتر در خصوص پاسخ این دو سؤال بحث خواهیم کرد.
تحقیق در زمینه سیستمهای چندعاملی اغلب با دو مفهوم دیگر مرتبط و درگیر است: یکی مفاهیم مهندسی و طراحی سیستم و دیگری هوش مصنوعی. مفهوم سیستمهای چندعاملی درک ما از خودمان را دچار تغییر خواهد ساخت. زیرا هوش مصنوعی بر روی جنبه فردی هوشمندی متمرکز است، حال آنکه آنچه انسان را به عنوان گونهای متمایز مطرح میکند، قابلیت تعامل و برقراری ارتباط وی با دنیای خارج یا دراصطلاح قابلیت اجتماعی اوست. ما علاوه بر آنکه میتوانیم از طریق زبانهای سطح بالا با همنوعان خود ارتباط برقرار کنیم، امکان همکاری، هماهنگی و مذاکره و سازش با یکدیگر را نیز داریم. این درحالیست که سایر گونهها (مثلا مورچهها یا دیگر حشرات اجتماعی از بهترین نمونههای شناخته شده هستند)، با وجود داشتن اجتماعات بزرگ و شدیدا متعامل، از لحاظ قابلیتهای اجتماعی حتی به گرد انسان نیز نمیرسند. در مبحث سیستمهای چندعاملی به سؤالاتی از این دست پاسخ داده خواهد شد:
همکاری در جوامع متشکل از عاملهای مستقل چگونه پدید میآید؟
عاملها بایست از چه زبانی برای ارتباط با عوامل انسانی یا سایر عاملهای سیستم استفاده کنند؟
عاملها چگونه بایست تشخیص دهند که اهداف، باورها یا عملیات آنها با سایر عوامل تلاقی پیدا کرده است و چگونه بایست بدون ایجاد مشکل در عملکرد خود و سایرین، این تداخلهای احتمالی را رفع رجوع نمایند؟
عاملهای خودمختار چگونه میتوانند با سایر عاملها در جهت نیل به اهداف مشترک هماهنگی پیدا کرده و همکاری نمایند؟
با وجود اینکه این سؤالات همگی در رشتههای دیگری مانند علوم اجتماعی و اقتصاد پاسخ داده شدهاند، آنچه حوزه سیستمهای چندعاملی را مجزا و متفات میسازد، تأکید بر این موضوع است که منظور از عامل در سؤالات فوق، موجودیتهای محاسباتی و پردازش اطلاعاتی کامپیوتریست[24]و[42].
تعریف عامل در ادامه قصد داریم به بررسی مفهوم عامل در سیستمهای چندعاملی بپردازیم. متأسفانه هنوز تعریف جامع و یکسانی برای عامل ارائه نشده و بحث و جدل در این باره (برای ارائه یک تعریف یکسان از عامل) همچنان ادامه دارد. یکی از دلایلی که باعث این وضع گردیده، صفات متفاوتی است که عاملها در حوزهها و مسائل مختلف ممکن است داشته باشند. مثلا ممکن است برای برخی برنامهها قابلیت یادگیری تجربی در عاملها بسیار موردنیاز و مهم باشد، حال آنکه در برنامههای دیگر این قابلیت نه تنها اهمیتی نداشته، بلکه کاملا غیرضروری و زائد باشد[26].
با وجود همهی اینها هنوز مفاهیم کلی و مشترکی برای تعریف یک عامل وجود دارد (بدیهی است که در غیراینصورت ممکن است عاملها تمام معنای خود را از دست بدهند). ولدریج و جنینگز در سال 1995 تعریفی به شرح زیر از عامل ارائه دادند:
"یک عامل سیستمی کامپیوتریست که در محیطی قرار گرفته و قابلیت انجام عملیات مستقل در آن محیط را به منظور نیل به اهداف طراحیش، داراست."
هر سیستم کامپیوتری (اعم از سختافزاری یا نرمافزاری) برای آنکه عامل محسوب شود بایست ویژگیهای زیر را داشته باشد:
خودمختاری : بایست کنترل نسبی بر عملکرد خود داشته و بتواند بدون دخالت انسان کار کند.
قابلیت تعامل : بایست بتواند با سایر عاملها و یا اپراتور انسانی تعامل داشته باشد.
واکنش پذیری : بایست به تغییرات محیطی که در آن قرار گرفته واکنش نشان دهد.
رفتار هدفمند : بایست بتواند با توجه به اهداف از پیش تعیین شده، رفتار جدیدی از خود بروز دهد.
به طور کلی در یک دسته‌بندی ساده و بسیار انتزاعی از عامل‌ها می‌توان به دو نوع عامل اشاره کرد، یکی عامل‌های ساده و کم‌اهمیت‌تر (مانند ترموستات‌ها) و دیگری عامل‌های هوشمند که در واقع همان برنامه کامپیوتری‌ است که در بعضی محیط‌ها قادر به انجام اعمال خودمختار و انعطاف‌پذیر است.
چیزی که عاملها را از نرمافزارهای سنتی متمایز میسازد جنبه خصوصی، خودمختاری، خلاقیت و سازگاری عاملهاست. این کمیتها عاملها را به طور خاص برای محیطهای غنی از اطلاعات و غنی از فرایندها بسیار کارا میسازد.
عامل هوشمند پس از توضیحاتی که پیرامون عاملها بیان گردید، به بررسی این موضوع خواهیم پرداخت که یک عامل هوشمند چیست و چه خصوصیاتی دارد؟ مسلما ما ترموستات یا پروسههای پسزمینه لینوکس را به عنوان عامل هوشمند نمیشناسیم. بنابراین سؤال اساسی و اصلی در این زمینه آن است که معنای هوشمندی چیست؟
پاسخ به این سؤال به تنهایی کارآسانی نیست، شاید روش بهتر برای پاسخ به این سؤال بررسی ویژگیهائیست که یک عامل هوشمند بایست داشته باشد. لیستی از این ویژگیها به شرح زیر توسط وولدریج و جنینگز پیشنهاد شده است:
واکنشپذیری: عاملهای هوشمند قادر به درک محیط پیرامون و واکنش به رویدادهای محیط بادرنظر گرفتن فاکتور زمان و در راستای تحقق اهداف طراحیشان میباشند.
رفتار هدفمند: عاملهای هوشمند میتوانند به طور خلاقانه، رفتاری هدفگرا از خود بروز دهند تا اهداف طراحیشان را ارضا کنند.
قابلیتهای اجتماعی: عاملهای هوشمند قادرند در راستای دستیابی به اهداف طراحیشان با سایر عاملها تعامل داشته باشند.
شاید این ویژگیها در نگاه اول بسیار سخت و دستنیافتنی به نظر برسد. به طور مثال رفتار هدفمند را درنظر بگیرید. ساختن سیستمی که رفتاری هدفگرا از خود نشان دهد کار چندان سختی نیست، مثلا نوشتن یک رویه در پاسکال، یک تابع در زبان سی یا یک متد در جاوا. وقتی چنین رویهای را ایجاد میکنیم در واقع فرضیات مسئله (یا همان پیششرطها) و نتایج صحیح حاصله (یا همان پسشرطها) را مشخص میکنیم که در واقع همان هدف مسئله میباشند (هدف طراح نرمافزار از ایجاد رویه موردنظر). چنانچه به رعایت پیششرطها رویه فراخوانی شود، انتظار داریم که رویه به درستی اجرا شده و نتیجه صحیح بدست آید (یعنی رویه به پایان برسد و به محض پایان، پسشرطها برقرار باشند) و در اینصورت میتوانیم ادعا کنیم که هدف رویه محقق شده است. در اینجا رفتار هدفگرا به سادگی عبارتست از اینکه رویه طراح یا دستورالعملی را جهت رسیدن به هدف خود دنبال میکند. این مدل برنامه نویسی در بسیاری از محیطها (مانند محیطهای وظیفهای که پیشتر شرح داده شد) به درستی عمل مینماید[44].
ولی در مورد سیستمهای غیروظیفهای، چنین مدل سادهای از برنامهنویسی هدفگرا به هیچ وجه قابل قبول نیست، بدین دلیل که محدویتهای بسیاری در فرضیات مسئله اعمال میکند. مهمترین محدودیت آنکه فرض شده است که محیط در حین اجرای رویه بدون تغییر باقی میماند، حال اگر در حین اجرا تغییری در شرایط محیط روی دهد، رفتار آن غیرقابل پیشبینی خواهد بود (معمولا منجر به شکست در اجرای آن رویه خواهد شد). همچنین محدودیت دیگر در مثال قبلی آن است که فرض شده هدف اجرای رویه تا پایان اجرای آن معتبر و صحیح خواهد بود، اما در صورتی که هدف در حین اجرا اعتبار خود را از دست بدهد، دیگر نیازی به ادامهی اجرای رویه نخواهد بود[28].
در بیشتر محیطهای واقعی هیچیک از این فرضیات معتبر نمیباشد. به عبارتی مسئله به قدری پیچیده است که توسط یک عامل منفرد قابل مشاهده کامل و حل نمیباشد و لذا یک سیستم چندعاملی برای حل مسئله نیاز خواهد بود. یا اینکه ممکن است عدم قطعیت در محیط وجود داشته باشد. در چنین محیطهایی اجرای کورکورانه یک رویه بدون توجه به اینکه فرضیات اساسی رویه در هر لحظه اعتبار دارند یا خیر، یک استراتژی بسیار ضعیف خواهد بود. همانطور که پیشتر بیان شد، در چنین محیطهایی عامل بایست واکنشی باشد و بتواند نسبت به رویدادهایی که در محیط اتفاق میافتد و اهداف عامل یا فرضیات درنظر گرفته شده توسط آن را تحتالشعاع قرار میدهد، واکنش مناسب و بهینه از خود نشان دهد که البته همانطور که گفته شد این واکنشها بایست در جهت نیل به اهداف طراحی عامل باشد.
همانطور که دیدیم، ایجاد یک سیستم هدفگرای محض کار چندان سختی نیست، همچنین ایجاد سیستمهای واکنشی محض (که به صورت مداوم به رویدادهای محیط پاسخ میدهد) نیز به تنهایی خیلی دشوار نیست. اما ایجاد سیستمی که بتواند بین رفتار هدفگرا و واکنشی یک تعادل کارا ایجاد نماید، کار بسیار سختی خواهد بود. ما از عاملها انتظار داریم که برای نیل به اهداف طراحیشان رویههایی را که بعضا ممکن است بسیار پیچیده نیز باشند، اجرا نمایند، اما در عین حال انتظار نداریم عاملها به صورت کورکورانه و بدون توجه به ممکن است اجرای رویه مؤثر نبوده یا هدف آنها به هر دلیل دیگر معتبر نباشد، اقدام به اجرای این رویهها و یا مداومت در اجرای رویهها (به جای پایان دادن به اجرای آنها) کنند. بلکه در چنین شرایطی عامل بایست بتواند در زمان قابل قبول نسبت به شرایط جدید واکنش نشان داده و در واقع خود را با شرایط تطبیق دهد. البته این واکنشها نبایست به صورت مکرر و به گونهای باشد که عامل نتواند بر روی یک هدف خاص به قدر کافی متمرکز شده و به نتیجه دلخواه دست یابد[26].
نتیجه آنکه دست یافتن به یک تعادل مناسب میان رفتار هدفگرا و واکنشی کار چندان آسانی نیست. حتی اگر بخواهیم در بین انسانها به دنبال فردی بگردیم که میان این دو نوع رفتار در خود تعادلی ایجاد کرده باشد، به ندرت بتوانیم چنین کسی را بیابیم. این مشکل (برقراری تعادل میان رفتار هدفگرا و واکنشی) یکی از معضلات اصلی طراحان عاملها محسوب میشود. راهکارهای بسیاری بدین منظور ارائه شده، اما به هر حال این مسئله هنوز هم جزو یکی از موارد مورد بحث است که کار بر روی آن همچنان ادامه دارد[46].
اما قابلیت اجتماعی جزء نهایی مؤثر در عملکرد خودمختار عاملهاست که در اینجا به بررسی آن میپردازیم. در نگاه اول این قابلیت بدیهی و عادی به نظر میرسد: روزانه میلیونها کامپیوتر در سراسر جهان حجم عظیمی از دادهها و اطلاعات را میان کامپیوترهای دیگر و انسانها مبادله میکنند. ولی موضوع آن است که مبادلهی جریانهای دادهای در واقع قابلیت اجتماعی محسوب نمیشود. به طور مشابه که در دنیای انسانها تعداد معدودی از اهداف میتوانند به تنهایی و بدون همکاری سایر انسانها محقق شوند، و این بدان معنا نیست که ما هدفهای خود را به اشتراک بگذاریم. به بیان دیگر، هر فردی خودمختار و مستقل است و هدفهای خود را دنبال میکند، اما برای تحقق این اهداف نیازمند همکاری و مذاکره با سایر افراد میباشد. در چنین شرایطی ممکن است نیاز باشد هر فرد در مورد اهداف سایرین اطلاعاتی کسب کرده و دلایل و انگیزه آنها را بفهمد و اعمالی را انجام دهد (مثلا پرداخت پول) تا سایرین را وادار به همکاری نماید. این نوع از همکاری نسبت به جابجایی سادهی اطلاعات باینری توسط کامپیوترها بسیار پیچیده بوده و کمتر درک شده است[26].
فناوری عاملها فناوری جدید و منفردی نیست، بلکه ترکیبی از کاربرد یکپارچه و سریعا در حال تغییر چندین فناوری دیگر (قبیل زبان و پروتکلهایی برای برنامهنویسی منطق، تعریف محتوا و تعامل عاملها، مکانیزمهای انتقال و ...) میباشد[35].
یک عامل را هوشمند گویند اگر این ویژگیها را داشته باشد: واکنشپذیری (در مواقع لزوم واکنشهای بهجا داشته باشد)، خلاقیت(اهداف درونیش را ارضا نموده و به هنگام نیاز بتواند اعمالی را که به نظرش مفید میرسد، انجام دهد) و قابلیت تعامل (با عاملهای دیگر در راستای تحقق اهدافش تعامل برقرار کند). تعریف دیگری در این زمینه میگوید: "عامل هوشمند یک سیستم کامپیوتری محدودشده است که در محیطی قرار گرفته و میتواند عملیات مستقل و منعطفی را در راستای نیل به اهداف طراحیش در آن محیط انجام دهد".
بدنه شامل تمام فرایندهای متمرکز است که در واقع وظایفی هستند که برای انجام به هر عامل سپرده شدهاند و با توجه به نقش عاملها میتواند متفاوت باشد. سرایند شامل اطلاعاتی است که توسط کاربر یا سایر عاملهای نرمافزاری تأمین شده و جعبههای خاکستری رنگ شامل تمامی عملیاتی میباشد که عامل برای ارتباط و در نتیجه همکاری با مجموعهی عاملها بدانها نیازمند است. چنین ترکیب موفقی از چندین عامل هوشمند که با هم کار میکنند یک سیستم چندعاملی نامیده میشود که در ادامه مفصلا تشریح شده است.
یک سیستم چندعاملی سیستمی است متشکل از گروهی از عاملها که قادرند با یکدیگر تعامل داشته باشند. عاملها در یک سیستم چندعاملی ایستای عامل-محور به منظور حل مسئله به صورت توزیع شده، در محیط توزیع میشوند و به منظور حل مسئله با یکدیگر همکاری میکنند. سیستمهای چندعاملی اخیرا توجه زیادی را به خود معطوف ساختهاند و برنامههای کاربردی موفقی بر این اساس ایجاد شده است[30].
استفاده از عاملها در پنج دسته کلی طبقهبندی شده است: تجارت الکترونیک، شبکههای خصوصی متعامل، دستیاران شخصی (مدیریت زمانبندی، بازیابی اطلاعات و ...)، تخصیص و مدیریت منابع، و میانافزارها (واسط میان برنامههای کاربردی و لایههای شبکه)[54].
رعایت این موارد در طراحی و ایجاد عاملها ضروریست: 1) تئوری عاملها (تعاریف رسمی که وظایف عاملها را بیان میکند). 2) زبان عاملها (ابزاری به منظور طراحی و ایجاد سیستمهای عامل محور، مثلا عاملها میتوانند با جاوا، TCL، Perl یا زبانهای XML نوشته شوند) و 3) معماری عاملها (ساختار داخلی عاملها که میتواند منطق محور، واکنشی، لایهای یا... باشد). عاملهایی که با زبان جاوا نوشته میشوند نیاز به محیط زمان اجرای جاوا (JRE) خواهند داشت.
عاملها موجودیتهای خودمختاری هستند که به صورت مستقل یا با همکاری سایر عاملها کار میکنند. در اینجا منظور از "عامل" موجودیتهای حل مسئله نرمافزاری میباشد که با عملکردهای معین در محیطی مشخص قرار گرفتهاند تا ورودیهای مرتبط با دامنهی مسئله را پردازش نمایند.
عاملها این توانایی را دارند که رفتار و وضعیت داخلی خود را کنترل کنند تا بتوانند انعطافپذیری تکنیکهای حل مسئله خود را در راستای اهداف طراحیشان به نمایش گذارند. معمولا هر عامل نرمافزاری یک متخصص مستقل و متفاوت است که قابلیت انجام کامل وظایفی را دارد، بنابراین اعضای همکار در یک گروه یا جامعه ارائه میشوند[30].
ارتباط سیستم اطلاعاتی استراتژیک و سیستم چندعاملی پس از بیان مفاهیم و مقدمات سیستمهای اطلاعاتی استراتژیک و نیز سیستمهای چندعاملی، نوبت به بیان ارتباط میان این دو گروه از سیستمها میرسد. اولین نکتهای که در این زمینه جلب توجه میکند، دلیل انتخاب و مناسب بودن سیستمهای چندعاملی برای شبیهسازی ساختارهای سازمانی و اجتماعی است. برای روشن نمودن دلایل این تناسب، پیش از هرچیز میتوان به ساختار سیستمهای چندعاملی توجه نمود: هر سیستم چندعاملی متشکل از چندین عامل مستقل، خودمختار و هوشمند میباشد و تمامی این عاملها با ارتباط و هماهنگی یکدیگر در یک محیط پویا در راستای تحقق هدفی مشترک در تلاش و تکاپو هستند و ممکن است تحت تأثیر عوامل محیطی داخلی یا خارجی نیز قرار گیرند. این ساختار شباهت زیادی به ساختار یک سازمان دارد که در آن واحدهای مختلف سازمان در محیطی پویا با یکدیگر در تعاملند و هر واحد ضمن حفظ استقلال عملکردی و ساختاری، در راستای استراتژیهای کلان سازمان، در جهت رسیدن به وضع مطلوب با سایر واحدها همکاری تنگاتنگ دارد.
در فرایند نگاشت ساختار سازمان به یک سیستم چندعاملی میتوان هر یک از واحدهای سازمان را در قالب یک عامل هوشمند خودمختار در نظر گیریم که از طریق زبان ارتباط میانعاملی با سایر عاملها در ارتباط است. چشمانداز سازمان همان هدفیست که کلیهی عاملها در راستای تحقق آن با یکدیگر همکاری دارند. البته توجه داشته باشید که بسته به پیچیدگی ساختار سازمانی که میخواهیم آنرا توسط یک سیستم چندعاملی مدل نماییم، تعداد و نحوهی ارتباط عاملهای مدل ارائه شده ممکن است متفاوت باشند و این کار بسیار سختی خواهد بود که یک مدل کلی و جامع و قابل استفاده در کلیه سازمانها ارائه کنیم. در اینصورت نیز عاملهای مدل مذکور به صورت بسیار انتزاعی معرفی شده و ممکن است نتوان به خوبی و صراحت جزئیات مربوط به چگونگی پیادهسازی آنها را بیان نمود[30].
اصلیترین مزیتی که نمایش یک سازمان یا ساختار سازمانی توسط سیستمهای چندعاملی به همراه دارد آنست که میتوان روند رویداد وقایع در سازمان را شبیهسازی نموده و از این طریق به نوعی دانش قابل استناد در مورد آینده سازمان (و به طور خاص آینده آرمانی یا همان منظر برازنده سازمان) دست یافت. البته انجام موفق و دقیق این شبیهسازی مستلزم در اختیار داشتن اطلاعات کافی و مناسب از وضعیت گذشته و حال و نیز جنبههای گوناگون استراتژیک و محیط خارجی و داخلی سازمان است که با توجه به سر و کار داشتن ما با سیستمهای اطلاعاتی استراتژیک، میتوان گفت که به منبع غنی و سرشاری از اطلاعات موردنیاز دسترسی داشته و از این حیث با مشکل خاصی مواجه نخواهیم بود[54]و[58].


به هر حال آنچه مسلم است اینکه در حال حاضر و با فناوری و امکانات موجود قابلیت نگاشت کامل، دقیق و بدون دخالت انسان میان این دو نوع سیستم اگر غیرممکن نباشد، بسیار سخت و طاقت فرساست، لذا برای اطمینان از صحت عملکرد سیستم نهایی نیاز به بازنگری انسانی اجتناب ناپذیر مینماید و در واقع خروجی و حاصل کار سیستم ایجاد شده تنها به عنوان راهنمای مدیران ارشد سازمانی میتواند مورد استفاده قرار گیرد.
کارهای پیشین گرچه بیش از سه دهه از عمر سیستمهای چندعاملی میگذرد، به دلیل ماهیت پیچیده و کاربردهای خاص این دسته از سیستمها، متاسفانه هنوز استفاده از آنها به نحوی که بایست و شایسته است، گسترش نیافته است. به دلیل بالا بودن هزینههای طراحی و استقرار چنین سیستمهایی، ایجاد آنها معمولا نیاز به حمایتهای دولتی دارد و عمده لذا پروژههایی که در این زمینه به فرجام رسیدهاند شاید در زمینهی فناوریهای فضایی و ایجاد کاوشگرهای هوشمند، یا سیستمهای کنترل خودکار پرواز، یا پرتاب موشک یا مواردی از این دست میباشد که نمود کمتری در زندگی روزمره انسانها داشته است و دلیل آن نیز همانطور که ذکر شد هزینهی بالای توسعهی آنهاست. اما با اینحال تحقیقات و پژوهشهای آکادمیک فراوانی تا کنون در این زمینه انجام شده که بیشتر آنها به ارائهی متدلوژیها و چارچوبهایی محدود بوده که هیچگاه در عمل پیادهسازی و اجرا نشدهاند.
بر خلاف سیستمهای چندعاملی، بر روی سیستمهای اطلاعاتی راهبردی سازمانی هم تحقیقات و هم پیادهسازیهای کوچک و بزرگ بسیاری به طرق و روشهای گوناگون صورت پذیرفته است که بسیاری از آنها به شکست انجامیده و بسیاری نیز توانسته با موفقیت اجرا شود و به نظر میرسد وضعیت این سیستمها به مراتب از سیستمهای چندعاملی بهتر و قابل قبولتر و نتایج حاصله ملموستر و کاربردیتر بوده است.

user8340

دوره الکترونیکی - 36% یوکسال ترک و اینان (2006)
کار آموزی بر خط - 54.2% پارک (2009)
آمار افت تحصیلی در آموزش الکترونیکی را این‌گونه میتوان جمعبندی کرد:
افت تحصیلی در تحصیل الکترونیکی به مراتب بیشتر از حضوری است.
نرخ افت تحصیلی متفاوت است اما متوسط افت تحصیلی 32 درصد در آموزشهای الکترونیکی مشهود است.
هر چند تردیدی بر بالا بودن افت تحصیلی در آموزش الکترونیکی نیست، اما مهم‌تر از گزارش توصیفی آمار افت تحصیلی، بررسی علل زمینه ساز و ارائه راهکارهای مناسب جهت مدیریت این معضل است. این پژوهش با علم به این واقعیت که عوامل متعددی ممکن است زمینه ساز این معضل شوند، در صدد شناسایی متغیرهای پیشبینی کنندۀ افت تحصیلی دانشجویان الکترونیکی است. ضرورت موضوع پژوهش از چند دیدگاه قابل بررسی است:
مدیران و دستاندرکاران نظامهای آموزشی در تصمیمگیری خود برای توسعه و پذیرش فناوری در آموزش، پایین بودن شکست و بالا بودن موفقیّت دانشجویان را به عنوان یک شاخص حیاتی لحاظ میکنند، لذا برای زمینهسازی پذیرش همگانی آموزش الکترونیکی در سیستمهای آموزشی، کاهش میزان افت و تضمین موفقیت دانشجو از اهمیت به سزایی برخوردار است. از طرف دیگر، شناخت عوامل زمینهساز عدم موفقیت دانشجو در تحصیل الکترونیکی، با کاهش هزینهها و افزایش رضایتمندی مشتری، زمینه اثربخشی هر چه بیشتر موسسه آموزشی را فراهم میکند.
اساتید و کارکنان با درک عوامل مرتبط با ریزش، مشروطی، افت یا ترک تحصیل دانشجویان میتوانند اقداماتی انجام دهند تا میزان مشروطی را کاهش دهند.
دانشجویان وقت و هزینه قابل توجهی برای تحصیل به روش الکترونیکی صرف میکنند، این هزینهها شامل هزینههای مستقیم (شهریه) و هزینه فرصت - ادامه تحصیل به روش دیگر یا ورود به بازار کار- است که برای دانشجوی مشمول افت بسیار سنگین خواهد بود؛ لذا مدیریت این پدیده و پیشبینی وضعیت تحصیلی دانشجو، در وقت و سرمایه وی صرفهجویی خواهد کرد.
از آنجا که آموزش، یک صنعت بزرگ در جهان محسوب میشود، شکست و خروج هر دانشجو به معنای از دست دادن یک مشتری و موجّه نبودن سرمایهگذاری در حوزه آموزش الکترونیکی خواهد بود؛ لذا شناسایی علل زمینه ساز و تضمین موفقیت دانشجو، صنعت آموزش الکترونیکی کشور را به صنعتی پایا و مطمئن تبدیل خواهد کرد.
با توجه به آنچه گذشت و نظر به نوپا بودن این نوع آموزش عالی در ایران و با اهتمام به بالا بودن افت تحصیلی می‌توان اهمیت پرداختن به این پژوهش را توجیه و تبیین کرد.
1-4 سؤال ‌های تحقیقهدف کلی این پژوهش شناسایی عوامل پیشبینی کننده میزان موفقیت دانشجویان در آموزش الکترونیکی و ارائه مدل مبتنی بر هوش مصنوعی برای عوامل پیشبینی کننده است. نظر به پیچیدگی عوامل موثر بر وضعیت تحصیلی دانشجو به ویژه یادگیرنده الکترونیکی، پس از بررسی دقیق پیشینه پژوهشهای انجام شده در خارج از کشور که مشروح آن در فصل دوم خواهد آمد، مهم‌ترین علل زمینهساز به ویژه از بعد یادگیرنده، شناسایی و با توجه به اهمیت در سؤالات پژوهشی گنجانده شد که به قرار زیر است:
متغیرهای دموگرافیک (جنسیت، سن، تأهل)، چه مقدار از تغییرات میزان موفقیت دانشجو را در آموزش الکترونیکی تبیین می‌کنند؟
متغیرهای مربوط به پیشینه تحصیلی (فاصله بین دو مقطع تحصیلی، معدل مقطع قبل)، چه مقدار از تغییرات میزان موفقیت دانشجو را در آموزش الکترونیکی تبیین میکنند؟
متغیرهای اجتماعی- اقتصادی (اشتغال، سکونت، تأمین‌کننده هزینه تحصیل)، چه مقدار از تغییرات میزان موفقیت دانشجو را در آموزش الکترونیکی تبیین میکنند؟
متغیرهای روانی- فنی (اطمینان رایانه ای، اضطراب امتحان، مرکز کنترل، استقلال در یادگیری)، چه مقدار از تغییرات میزان موفقیت دانشجو را در آموزش الکترونیکی تبیین میکنند؟
متغیرهای رسانهای (دسترسی به اینترنت، رایانه قابل حمل، تلفن همراه)، چه مقدار از تغییرات میزان موفقیت دانشجو را در آموزش الکترونیکی تبیین میکنند؟
متغیرهای مربوط به تجارب یادگیری الکترونیکی (عادت به یادگیری الکترونیکی، معدل اولین ترم تحصیل، رضایتمندی تحصیلی)، چه مقدار از تغییرات میزان موفقیت دانشجو را در آموزش الکترونیکی تبیین میکنند؟
متغیرهای مدیریتی (توانایی مدیریت زمان، خود نظم دهی)، چه مقدار از تغییرات میزان موفقیت دانشجو را در آموزش الکترونیکی تبیین میکنند؟
دانشجویان چه دلایلی را برای موفقیت و عدم موفقیت خود بیان می‌کنند؟

1-5 اهداف تحقیقهدف کلی این پژوهش شناسایی عوامل پیشبینی کننده میزان موفقیت دانشجویان در آموزش الکترونیکی و شناسایی مدل مبتنی بر هوش مصنوعی برای عوامل پیش بینی کننده است.
اهداف جزئی زیر برای رسیدن به این هدف پژوهش دنبال میشود:
شناسایی نقش متغیرهای دموگرافیک در تبیین میزان موفقیت دانشجویان در آموزش الکترونیکی.
شناسایی نقش متغیرهای مربوط به پیشینه تحصیلی در تبیین میزان موفقیت دانشجویان در آموزش الکترونیکی.
شناسایی نقش متغیرهای اجتماعی- اقتصادی در تبیین میزان موفقیت دانشجویان در آموزش الکترونیکی.
شناسایی نقش متغیرهای روانی- فنی در تبیین میزان موفقیت دانشجویان در آموزش الکترونیکی.
شناسایی نقش متغیرهای رسانهای در تبیین میزان موفقیت دانشجویان در آموزش الکترونیکی.
شناسایی نقش متغیرهای مربوط به تجارب یادگیری الکترونیکی در تبیین میزان موفقیت دانشجویان در آموزش الکترونیکی.
شناسایی نقش متغیرهای مدیریتی در تبیین میزان موفقیت دانشجویان در آموزش الکترونیکی.
شناسایی علل موفقیت و عدم موفقیت دانشجویان در آموزش الکترونیکی.
شناسایی مدل مناسب هوش مصنوعی برای پیشبینی موفقیت دانشجویان الکترونیکی.
آزمون مدل بدست آمده برای موفقیت تحصیلی دانشجوی الکترونیکی با استفاده از داده‌های تجربی.
1-6 تعریف مفاهیم و واژگان اختصاصی1-6-1 تعاریف مفهومییادگیری الکترونیکی: آموزشی است که از طریق کامپیوتر و تکنولوژیهای وابسته به آن مانند لوح فشرده، اینترنت و اینترانت و ... ارائه میشود (کلارک و مایر،2003)
هوش مصنوعی: فرایندهای کامپیوتری که سعی دارند فرایند تفکر انسان را تقلید نمایند، این فرایندها با فعالیتهایی که نیاز به استفاده از هوش دارند در ارتباط هستند (غضنفری و کاظمی، 1382)
مرکز کنترل: برداشت فرد از این امر که دستاوردهای فرد ناشی از رفتار خود فرد بوده تا سایر عوامل و افراد (روتر، 1966 به نقل از لوی، 2007).
اطمینان رایانه ای: سطح اطمینان فرد در مواجه با رایانه و انجام کارهایی که با رایانه سرکار دارد (اسبوم، 2001 به نقل از هلدر،2007).
استقلال در یادگیری: توانایی پذیرش مسئولیت یادگیری توسط خود فرد (لیتل،2007).
خودگردانی در یادگیری: یادگیری مستقل و اثربخش تحصیلی که شامل فراشناخت، انگیزش درونی و اقدام راهبردی میشود (زیمرمن، 2002).
اعتیاد اینترنتی: وابستگی روانی به اینترنت، صرف نظر از نوع کاری که انجام می‌شود (کندل،1998).
1-6-2 تعاریف عملیاتی 1) جنس: مذکر، مؤنث
2) سن: سنین تقویمی
3) وضعیت تأهل: متأهل و مجرد
4) وضعیت سکونت: تهران، شهرستانهای تهران، سایر شهرستانهای ایران
5) فاصله بین دوره قبل با دوره الکترونیکی: برای دانشجویان کارشناسی حد فاصل سن پذیرش از 18 سال و برای دانشجویان کارشناسی ارشد عبارت است از حد فاصل سن پذیرش از 23 سال.
6) معدل دوره تحصیلی قبل: برای دانشجویان کارشناسی معدل دیپلم و برای دانشجویان کارشناسی ارشد معدل کارشناسی
7) معدل اولین ترم تحصیل: معدل اولین ترم تحصیل به روش الکترونیکی.
8) اشتغال: اشتغال یا عدم اشتغال دانشجو در حین تحصیل
9) نوع دسترسی به اینترنت: خط اینترنت Dial up در مقابل ADSL
10) تأمین کننده هزینه تحصیل: خود دانشجو، خانواده، مشارکتی بین خود و خانواده، سایرین
11) عادت به یادگیری الکترونیکی: امتیاز کسب شده در سؤالات مربوط به عادت به یادگیری الکترونیکی در پرسشنامه محقق ساخته.
12) مرکز کنترل: امتیاز کسب شده در سؤالات مربوط به مرکز کنترل در پرسشنامه محقق ساخته.
13) اطمینان رایانهای: امتیاز کسب شده در سؤالات مربوط به اطمینان رایانهای در پرسشنامه محقق ساخته.
14) مدیریت زمان: امتیاز کسب شده در سؤالات مربوط به مدیریت زمان در پرسشنامه محقق ساخته.
15) خود نظمدهی: امتیاز کسب شده در سؤالات مربوط به خود نظمدهی در پرسشنامه محقق ساخته.
16) استقلال در یادگیری: امتیاز کسب شده در سؤالات مربوط به استقلال یادگیری در پرسشنامه محقق ساخته.
17) اضطراب امتحان: امتیاز کسب شده در سؤالات مربوط به اضطراب امتحان در پرسشنامه محقق ساخته.
18) رضایت تحصیلی: امتیاز کسب شده در سؤالات مربوط به رضایت تحصیلی در پرسشنامه محقق ساخته.
19) دانشجوی ناموفق: دانشجویانی را شامل میشوند که دارای میانگین پایینتر از 12 است.
20) میزان موفقیت: معدل کل دانشجو طی سنوات تحصیل الکترونیکی
21) آموزش الکترونیکی: نوعی از آموزش که در مرکز آموزشهای الکترونیکی دانشگاه علم و صنعت ایران جریان دارد.
22) مدل هوشمند: مدلی بر گرفته از مدلهای پیشبینی کننده در هوش مصنوعی است. به عنوان نمونه می‌توان به شبکه عصبی مصنوعی اشاره کرد.
1-7 خلاصه فصل
آموزش الکترونیکی به طور روز افزونی سیستمهای آموزشی به ویژه آموزش عالی کشورهای جهان را تحت تأثیر خود قرار داده است. امروزه کمتر دانشگاهی را میتوان یافت که خدمات آموزش الکترونیکی را به عنوان یک گزینه آموزشی یا مکمل آموزشهای خود قرار نداده باشد. سرآمد نمونه دانشگاههایی که آموزشهای کاملاً الکترونیکی ارائه میکند دانشگاه برخط Phoenix است که به گزارش وب سایت این دانشگاه در سال 2012 بالغ بر 300 هزار دانشجو در دوره های رسمی، غیر رسمی و کوتاه مدت از خدمات آموزش الکترونیکی این دانشگاه بهره بردهاند. علاوه بر این نمونه، دانشگاههایی که آموزش الکترونیکی را به عنوان مکمل آموزشهای خود ارائه میکنند، بسیار فراوان هستند. در ایران نیز از اوایل دهه 80 دانشگاههای زیادی وارد این حوزه شدند که امروزه تعداد آن‌ها به بیش از 20 دانشگاه و موسسه آموزش عالی رسیده است. قریب به دو دهه از آموزش الکترونیکی در جهان و یک دهه در آموزش عالی ایران میگذرد. یکی از چالشهای اساسی و مشترک ایران و جهان بالا بودن ریزش، مشروطی و افت تحصیلی دانشجویان است. در این فصل به عنوان نمونه، آماری از میزان افت تحصیلی دانشجویان الکترونیکی ارائه شد. در چند نمونه گزارش شده بازهای بین 18% تا 54% افت قابل مشاهده است. بالا بودن افت تحصیلی در کشورهایی که خود بهترین بسترهای فناوری را دارند، به عنوان یک مسئله بنیادی توجه پژوهشگران زیادی را به خود جلب کرده است. مسئله‌ای که محور اصلی پژوهش حاضر را شکل میدهد.
با توجه به پیچیده بودن عوامل مرتبط با افت تحصیلی دانشجویان به ویژه در آموزشهای الکترونیکی، پژوهش حاضر بر اساس پیشینه پژوهشها مهم‌ترین عوامل را شناسایی و در صدد است میزان ارتباط آن‌ها را با موفقیت تحصیلی دانشجو به ویژه قدرت پیشبینی متغیرها را شناسایی کند. شناسایی عوامل پیشبین موفقیت دانشجو از جهات مختلف ضروری بوده و بر اهمیت این پژوهش میافزاید که مهم‌ترین مزیّت آن برای دانشجو است. اگر دانشجوی الکترونیکی بتواند پس از یک ترم کسب تجربه در آموزش الکترونیکی وضعیت خود را پیشبینی کند، میتواند در مورد ادامه تحصیل به این روش آگاهانه تصمیم گیری نماید. شناسایی دانشجویان در معرض خطر ریزش می‌تواند زمینهای فراهم آورد تا دانشجو یا موسسه ارائهدهنده خدمات آموزش الکترونیکی با تدارک اقدامات پیشگیرانه، موفقیت دانشجویان الکترونیکی را تضمین کند.
فصل دوّم (مرور مطالعاتی)2-1 یادگیری الکترونیکیبه عنوان شروع بحث، مقدمهای بر یادگیری الکترونیکی، آموزش‌های مبتنی بر فناوری اطلاعات و ارتباطات و اصطلاحات رایج در این حوزه ضروری است. در ادامه جایگاه آموزش الکترونیکی در میان سایر انواع آموزشهای مبتنی بر فناوری تشریح شده و همچنین اصطلاحاتی چون آموزش مبتنی بر وب؛ آموزش مبتنی بر رایانه و آموزش مبتنی بر اینترنت از یکدیگر تفکیک خواهد شد.
آموزش‌هایی که به نحوی تحت تأثیر فناوری اطلاعات و ارتباطات قرار گرفته‌اند تحت عناوین مختلفی یاد می‌شود (الی،2004، آناهینا،2005). REF _Ref349841946 h * MERGEFORMAT جدول ‏21 برخی از اصطلاحات متداول در دو حوزۀ فناوری اطلاعات و آموزش را نشان می‌دهد. برخی از این اصطلاحات معادل هم هستند و برخی تفاوت‌های جزئی یا بعضاً بنیادی با یکدیگر دارند.
جدول STYLEREF 1 s ‏2 SEQ جدول * ARABIC s 1 1: اصطلاحات به کار رفته برای انواع آموزش مبتنی بر فناوری اطلاعاتآموزش مبتنی بر فناوری اطلاعات معادل لاتین سرواژه
آموزش مبتنی بر وب Web Based Instruction WBI
کارآموزی مبتنی بر وب Web Based Training WBT
یادگیری مبتنی بر وب Web Based Learning WBL
یادگیری ارتقاء داده شده توسط وب web-enhanced Learning WEL
تدریس مبتنی بر وب Web- Based Teaching ---
خودآموزهای مبتنی بر وب Web-Based Tutorials ---
سیستم‌های آموزشی مبتنی بر وب Web-based Educational Sys-- WEBS
آموزش و پرورش مبتنی بر رایانه Computer -Based Education CBE
آموزش مبتنی بر رایانه Computer- Based Instruction CBI
آموزش مدیریت شده توسط رایانه Computer- Managed Instruction CMI
آموزش به کمک رایانه Computer -Assisted Instruction CAI
آموزش مبتنی بر اینترنت Internet Based Instruction IBI
یادگیری بر خط Online Learning ---
یادگیری الکترونیکی Electronic –Learning E-Learning
یادگیری مجازی Virtual Learning VL
همان‌گونه که در REF _Ref349841946 h * MERGEFORMAT جدول ‏21 مشاهده می‌شود به جز یادگیری برخط، یادگیری الکترونیکی و یادگیری مجازی؛ اغلب اصطلاحات یا واژگان فوق از سه قسمت تشکیل شده است:
مفهوم تربیتی: این دسته مفاهیمی هستند که در بین متخصصان علوم تربیتی مورد بحث و بررسی قرار می‌گیرند که عبارتند از: تعلیم تربیت، آموزش، یادگیری، تدریس، کارآموزی و معلم خصوصی.
کلمه میانجی (ارتباطی) : این کلمات مفهوم تربیتی را به مفهوم مربوط به نوع فناوری متصل می‌کند. «مبتنی بر»، «مدیریت شده» و «به کمک» در این دسته قرار دارند.
مفهوم مربوط به نوعِ فناوری: این دسته از مفاهیم به نوع فناوری به کار رفته در آموزش اشاره دارند که «وب»، «اینترنت» و «رایانه» متداول‌ترین مفاهیمِ همراه با مفاهیم تربیتی هستند.
یادگیری، آموزش، کارآموزی مبتنی بر وب یا اینترنت از متداول‌ترین مفاهیم مطرح هستند. کلارک(1996) آموزش مبتنی بر وب را نوعی آموزش انفرادی شده می‌داند که از طریق شبکه های رایانه ایِ عمومی یا خصوصی ارائه و به وسیله مرورگرهای وب دریافت می‌شود. آموزش مبتنی بر وب، دانلود آموزش‌های مبتنی بر رایانه (CBT) نیست بلکه آموزش‌های مورد نیاز و به روزی است که در سِروِر ذخیره می‌شوند و قابلیت دسترسی از طریق شبکه را دارند. آموزش مبتنی بر وب به سرعت به روز شده و دسترسی به محتوای آموزشی، توسط تهیهکنندگان کنترل می‌شود.
خان(1997) آموزش مبتنی بر وب را این‌گونه تعریف میکند:" برنامههای آموزشی مبتنی بر فرامتن که از منابع و ویژگی‌های www برای خلق و پشتیبانی محیطهای یادگیری معنادار استفاده میکند (ص 6) ". در تعریفی جدیدتر خان (2001) آموزش مبتنی بر وب را رویکرد نوآورانه به ارائه برنامه های آموزشی توصیف می‌کند که مبتنی بر فرا رسانه است و مخاطبانی که در فواصل دورتر از مراکز آموزشی هستند، می‌توانند با بهره گیری از توانمندیها و منابع وب به آموزشهای خوب طراحی شده، یادگیرنده محور، تعاملی، درگیر کننده و آسان شده دست یابند (ص 5) .
یادگیری الکترونیکی مفهوم عامتری است که شامل انواع آموزش مبتنی بر رایانه و وب می‌شود. برخی چون الیس(2004) معتقدند یادگیری الکترونیکی نه تنها به آموزشهایی اشاره دارد که مبتنی بر وب، اینترنت یا لوح فشرده هستند، بلکه آموزشهایی که از طریق نوارهای صوتی- تصویری، ماهواره و تلویزیون تعاملی ارائه می‌شود را نیز در بر می‌گیرد. دیدگاه مورد پذیرش در پژوهش حاضر، نظر مطرح شده در تحلیل صورت گرفته توسط آناهینا (2005) است. "آناهینا"یادگیری الکترونیکی را زیر مجموعه آموزشهای از راه دور میداند و چهار مفهوم دیگر را زیر مجموعه آن می‌داند REF _Ref93246188 h * MERGEFORMAT شکل ‏21 نشاندهنده آموزش الکترونیکی و خرده نظام‌های مربوط به آن است.

شکل STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل * ARABIC s 1 1: مفاهیم مرتبط با یادگیری الکترونیکیتوضیح بیشتر اینکه نظامهای یادگیری بر مبنای اینترنت، از یادگیری بر مبنای وب وسیعتر هستند زیرا وب یکی از خدماتی است که توسط اینترنت ارائه می‌شود و خدماتی چون اسناد HTML و جستجوگری، فرامتنها و ...را در بر می‌گیرد و بر مبنای پروتکل HTTP فعالیت می‌کند؛ در صورتی که اینترنت بزرگ‌ترین شبکه در دنیا است که از هزاران شبکه کامپیوتری به هم متصل شده (ملی، محلی، تجاری و سازمانی) تشکیل میشود. قابلیتهای اینترنت فقط شامل شبکه نمیشود، یعنی یادگیری فقط بر مبنای وب سازماندهی نمیشود و محدود به پروتکل HTTP نیست بلکه تمام پروتکلهای مناسب را در بر میگیرد. یادگیری برخط میتواند از طریق هر شبکهای سازماندهی شود، بنابراین یادگیری بر مبنای اینترنت، زیر مجموعهی یادگیری برخط است. در یادگیری بر مبنای کامپیوتر، یادگیرنده به شبکه متصل نبوده و مواد یادگیری بیشتر به صورت محلی تولید و توزیع میشوند. بنابراین یادگیری بر مبنای کامپیوتر زیر مجموعه یادگیری برخط نیست ولی از آنجا که به عنوان یک رسانه الکترونیکی فرایند یادگیری را تسهیل میکند جزء آموزشهای الکترونیکی محسوب میشود (آناهینا،2005).
آنچنان که گذشت صاحب‌نظران بر جامعیت مفهوم یادگیری الکترونیکی بر سایر مفاهیم تفاهم نسبی دارند. البته آموزش از راه دور از آموزش الکترونیکی عامتر است. زیرا همان‌گونه که در تاریخچه آموزشهای از راه دور خواهیم دید، آموزش مکاتبهای و متکی بر کتابهای خودآموز، یکی از انواع آموزش از راه دور محسوب می‌شود؛ لذا این نوع آموزشها نمیتواند زیر مجموعه آموزشهای الکترونیکی قرار گیرند. تعاریف متعددی از یادگیری الکترونیکی ارائه شده است. کلارک و مایر (2011) دو تن از شاخصترین محققین این حوزه، یادگیری الکترونیکی را آموزشی میدانند که از طریق تجهیزات الکترونیکی مانند رایانه و تلفن همراه ارائه میشود و هدفِ پشتیبانی یادگیری را دارد. این نوع یادگیری دارای ویژگیهای زیر است:
دروس را در لوح فشرده، حافظههای داخلی و خارجی محلی یا در سرورهای اینترنتی و اینترانتی ذخیره و منتقل می‌کنند.
دارای محتوای مربوط به اهداف آموزشی.
از روش‌هایی آموزشی مانند مثالها و تمرینها برای کمک به یادگیری استفاده میکند.
از عناصر رسانه ای مانند متن، تصویر و ... برای ارائه محتوا و روش خاص استفاده میشود.
ممکن است متکی بر استاد (یادگیری الکترونیکی همزمان) و یا برای یادگیری انفرادی شده متناسب با سرعت یادگیری فرد (یادگیری غیر همزمان) طرح ریزی شده باشد.
به یادگیرندگان کمک میکند تا دانش و مهارت جدیدی بسازند که با نیازهای یادگیری انفرادی و یا نیازهای سازمانی آن‌ها مرتبط باشد (کلارک و مایر،2011 صص 8 و 9) .
کلارک و مایر معتقدند در یادگیری الکترونیکی سه عنصر چه، چگونه و چرا وجود دارد.
چه: منظور همان محتوا، روش‌هایی آموزشی، مثالها، تمرینها و ... است.
چگونه: منظور همان نحوه ارائه از طریق کامپیوتر با استفاده از انیمیشن، متن، تصویر و ... است.
چرا: اشاره به اهداف یادگیری فردی و سازمانی دارد که فلسفه وجودی تمام انواع آموزشهاست.
ایشان معتقدند در یادگیری الکترونیکی حرف انگلیسی (e) اشاره به چگونگی دارد که همان روش آموزش است و یادگیری اشاره به چه یعنی محتوا و نحوه یادگیری دارد و چرا اشاره به اهدافی دارد که افراد در یادگیری الکترونیکی آن‌را دنبال میکنند.
اگر به درستی به تعریف فوق توجه کنیم متوجه میشویم چگونگی ارائه، فاحشترین تفاوت یادگیری الکترونیکی با سایر سیستمهای یاددهی- یادگیری است که اشاره به تغییر روش آموزشی دارد. اما نکته حائز اهمیت، بیشترین زمینه کاربرد این اصطلاح است؛ این مفهوم بیشتر در سیستمهای آموزش از راه دور کاربرد دارد. بنابراین آموزش الکترونیکی را میتوان روشی برای آموزش از راه دور دانست که با استفاده از قابلیتهای فناوری اطلاعات و ارتباطات ارائه میشود. از مجموعه تعاریف ارائه شده توسط صاحب‌نظران در تعریف یادگیری الکترونیکی دو بعد قابل شناسایی است: الف) بعد فناورانه تعریف؛ ب) بعد تربیتی تعریف. شبکههای رایانهای، سرور، مرورگر وب، فرامتن و فرا رسانه در تعاریف فوق بر بعد فناوریِ تعریف آموزشهای مبتنی بر وب دلالت دارد. انفرادی بودن آموزش، محیطهای یادگیری معنادار، آموزشهای خوب طراحی شده، یادگیرنده محور، تعاملی، درگیر کننده و آسان شده در تعاریف (کلارک، 1996؛ خان، 1997؛ خان،2001) دلالت بر بعد تربیتیِ تعریف دارد. برخی چون توانگریان و همکارانش(2004) توجه صرف به ویژگی فناوری را برای تعریف یادگیری الکترونیکی کافی نمیدانند. به عبارتی وجه تمایز این نوع از آموزش با سایر انواع متداول فقط به‌کارگیری انواع فناوریهای الکترونیکی در فرایند یاددهی-یادگیری نیست؛ بلکه مهم‌ترین تمایز این نوع آموزش گذر از فرایند کسب تجربه شخصی به کسب دانش از طریق فرایند ساختن دانش است. در این تعریف مهم‌ترین ویژگی یادگیری الکترونیکی بعد تربیتی مربوط به نظریه یادگیری آن یعنی نظریه یادگیری ساختنگرایانه است.
به دلیل ماهیت بین رشتهای آموزش الکترونیکی محققان و متخصصان حوزههای مختلف در این حوزه وارد می‌شوند، محققان حوزه رایانه، الکترونیک، برق، فناوران آموزشی، متخصصان علوم تربیتی، فناوری اطلاعات، مدیریت، جامعه شناسی و... نمونههایی از مهم‌ترین این متخصصان هستند. ورود متخصصان حوزههای مختلف باعث می‌شود، افراد مفاهیم مختلف را به طور یکسان بکار می‌برند، و حساسیت زیادی نسبت به نوع مفاهیم و مصادیق آن نداشته باشند. به عبارتی بسیاری از محققان مفاهیمی چون آموزش مبتنی بر رایانه، یادگیری الکترونیکی، آموزش مبتنی بر وب یا وب 2، آموزش برخط و ... را معادل هم به کار برند. در این گزارش پژوهشی نیز با اذعان به تفاوتهای ماهوی برخی از این مفاهیم سعی شده است، نسبت به این مفاهیم حساسیت زیادی نشان داده نشود و یادگیری الکترونیکی را مفهوم عام لحاظ نماید که جزء آموزشهای از راه دور بوده و از انواع فناوریهای الکترونیکی برای ارائه آموزش و پیاده سازی برنامه درسی متداول در دانشگاهها بهره میگیرد.
2-2 تاریخچه آموزش‌های از راه دور و الکترونیکیاز آنجا که پژوهش حاضر به یادگیری الکترونیکی و از راه دور مرتبط است. در ادامه مختصری از تاریخچه آموزشهای از راه دور و الکترونیکی ارائه میشود.
آموزش از راه دور یک نظام یاددهی-یادگیری است که دارای مواد آموزشی از پیش تدارک دیده شده بوده و به صورت انفرادی یا گروهی با مخاطبان خود ارتباط مداوم و رسانه ای دارد (هولمبرگ 1995، ص 1). وریون و کلارک(1991) آموزش از راه دور را رویکرد رسمی به یادگیری می‌دانند که در آن قسمت اعظم آموزش زمانی محقق می‌شود که یادگیرنده و مدرس از یکدیگر فاصله دارند. تاریخچه آموزش از راه دور، به قبل از قرن 19 بر می‌گردد، با آموزشهای مکاتبهای شروع شده است. در این نوع آموزش، بسته‌ها و متون آموزشی از طریق پست برای مخاطبان ارسال می‌شد. در قرن 20 با سیستمهای ارائه جدیدتری چون رادیو و تلویزیون آموزشی تداوم پیدا کرد (فلیپس و موریستز،1999). از اوایل 1990 نسل جدیدی از آموزشهای از راه دور با اتکاء به شبکههای کنفرانس رایانهای، مجموعه چند رسانه‌ای های مبتنی بر رایانه، کنفرانس صوتی- تصویری و ویدئو کنفرانس‌های دو طرفه به وجود آمد (مور و کیرسلی،1996). برای آموزشهای از راه دور برنارد و همکارانش (2004) پنج نسل معرفی می‌کنند: "نسل اوّل آموزش مکاتبهای متکی بر چاپ است؛ که نمونه بارز آن راه اندازی دانشگاه باز انگلستان در سال 1969 است. نسل دوم به دورهای بر میگردد که رادیو تلویزیون و نوارهای کاست ویدئویی در کنار چاپ و آموزش مکاتبهای بکار رفتند و ارتباط با یادگیرنده قویتر شد. نسل سوم به زمانی بر می‌گردد که فرامتنها پا به عرصه وجود گذاشتند و کنفرانسهای از راه دور (صوتی و تصویری) اوج گرفتند. در سال 2001 تیلورنسل چهارمی تحت عنوان یادگیری منعطف (چون ارتباطات تسهیل شده به وسیله رایانه و اینترنت) را افزود. نسل پنجم نیز شامل دروس برخط چندرسانهای میشود"(برنارد و همکاران، 2004 به نقل از باتلر، 2008، ص 25).
با ورود به نسل سوم آموزشهای از راه دور، یادگیری الکترونیکی نیز پا به عرصه وجود میگذارد. آنچنان که مور، دیکسون- دین و گلین(2011) اذعان دارند، سرآغاز به‌کارگیری اصطلاح یادگیری الکترونیکی مشخص نیست اما به احتمال قوی رواج این مفهوم به دهه 1980 میلادی بر میگردد. ورود به این نسل از آموزش از راه دور با تغییراتی در نظامهای آموزشی همراه بوده است. به اعتقاد تَپاسکات (1998) با ورود شبکهها، هشت انتقال یا تغییر در فرایندهای یاددهی- یادگیری به قرار زیر صورت گرفته است:
1) از یادگیری خطی به یادگیری فرا رسانهای
2) از آموزش به ساخت و کشف
3) از یادگیری مدرس-محور به یادگیرنده محور
4) از مشاهده مواد به یادگیری نحوه راهبری و نحوه یادگیری
5) از مدارس به یادگیری مادام‌العمر
6) از یک نوع یادگیری برای همه به یادگیری شخصی شده
7) از یادگیری به عنوان عذاب به یادگیری به عنوان لذت
8) از معلم به عنوان انتقال دهنده به معلم به عنوان تسهیلگر (تَپاسکات 1998، به نقل از باتلر2008)
بنا بر آنچه گذشت، مهم‌ترین مبنای تاریخی برای تفکیک نسلهای مختلف آموزش از راه دور، نوع فناوری بکار رفته برای ارائه محتوا، تعامل با دانشجو و ارزشیابی درس است. بر اساس نوع فناوری بکار رفته در یادگیری الکترونیکی سه نسل قابل تفکیک است؛ نسل اول، دوره‌ای ست که فناوری قالب برای ارائه محتوا، چاپ بوده و تعاملات دانشجو با استاد و موسسه آموزشی از طریق مکاتبه و پست صورت میگرفته است. نسل دوم، دوره‌ای ست که در کنار محتوای چاپی، نوارهای صوتی و تصویری، رادیو و تلویزیون از طریق پست و یا از طریق ماهواره محتوای آموزشی را در اختیار دانشجو قرار می‌دهد. در این نسل، تعاملات دانشجو با استاد و موسسه، اغلب از طریق تلفن و نامه محقق می‌شد. نسل سوم، نسلی است که رایانه و پیرو آن انواع شبکهها (اینترنت، اینترانت، وب، وب 2 و ...) فراگیر میشود، با فراگیر شدن این فناوریها محتوا در قالبهای مختلف دیجیتالی (متن، فرامتن، صوت، تصویر، چندرسانهای، واقعیت مجازی و ... ) از طریق اینترنت یا شبکههای محلی در اختیار دانشجو قرار می‌گیرد. تعاملات این نسل از طرق مجاری مختلفی چون، پست الکترونیکی، فرومها، چتها، کلاسهای برخط، ویدئو کنفرانس و... تسهیل میشود. نسل سوم، به دلیل تحول عظیم و نقش برجسته فناوری اطلاعات و ارتباطات در آموزش از راه دور به آموزش الکترونیکی معروف شده است.
آموزش الکترونیکی نیز با توجه به توسعه فناوریهای جدید الکترونیکی نسل بندی شده است. آنچنان که قبلاً ذکر شد، در تقسیمبندی برنارد و همکاران (2004) نیز با ورود فناوری اطلاعات و ارتباطات سه نسل برای آموزش از راه دور معرفی شد. آموزشهای متداول الکترونیکی به ویژه آنچه که موضوع پژوهش حاضر است، جزء نسل پنجم محسوب میشود که از امکانات چندرسانهای و تعاملات آنلاین برای آموزش استفاده میکند.
اخیراً نسل جدیدی برای آموزشهای الکترونیکی معرفی شده است. نسل جدید را که می‌توان به عنوان نسل ششم بر طبقهبندی برنارد و همکاران (2004) افزود، بیش از آنکه بر بعد فناورانه یادگیری الکترونیکی تاکید داشته باشد بر بعد اجتماعی شبکهها تاکید دارد. آموزش الکترونیکی مبتنی بر وب 2 نسل جدید و ششم آموزشهای الکترونیکی محسوب میشود. به زعم ایوانوا و اسمیراکوا(2009) به قابلیت وب 2 کمتر به عنوان یک ابزار قدرتمند برای اشتراک دانش، ایدهها و تجارب، توجه شده است و بیشتر به عنوان بستری برای سرگرمی مد نظر بوده است. با توجه به سرعت افزایش کاربران این شبکههای اجتماعی، نسل جدید آموزشهای الکترونیکی از قابلیتهای وب 2 برای آموزش بهره میگیرند. به اعتقاد ایوانو و اسمیراکو (2009) سامانههای مدیریت یادگیری نمیتوانند نیازهای نسل جدید مخاطبان خود را برآورده سازند، زیرا یادگیرنده در این سامانهها منفعل بوده و در برابر محتوایِ ثابت قرار میگیرد؛ در حالی که افراد نسل حاضر دوست دارند با هم در ارتباط باشند و به طور فعال در محیطهای یادگیری شخصی شده با یکدیگر تعامل و همیاری داشته باشند؛ لذا از سال 2005 گروهی از فناوران آموزشی بر روی محیطهای یادگیری شخصی شده شروع به کار کردهاند که دیگر مانند سامانههای مدیریت متداول و مبتنی بر سرور نیستند. مهم‌ترین مشخصّه محیطهای یادگیری شخصی شده این است که یادگیرنده، مجموعه ابزارهایی در اختیار دارد که منطبق با نیازهایش بوده و از آن‌ها برای تعامل با سازمانها و نهادهای مختلف استفاده میکنند، این در حالی است که در سامانههای مدیریت یادگیری الکترونیکی مبتنی بر سرور این امکان فراهم نیست (ایوانوا و اسمیراکوا،2009).
2-3 نظریه ها و مدل های موفقیت و افت تحصیلی در یادگیری الکترونیکی
پیش از پرداختن به نظریهها و مدلهای مطرح شده در زمینه موفقیت و افت تحصیلی دانشجو در آموزشهای الکترونیکی، درنگی بر معنا و مفهوم موفقیت و افت تحصیلی ضروری است. برای عدم موفقیت یا افت تحصیلی از مفاهیم مترادفی استفاده میشود که آشنایی با این مفاهیم ضروری است. برخی از این مفاهیمِ هم خانواده عبارتند از:
کسانی که شروع نکردهاند: افرادی هستند که ثبت نام کرده‌اند اما تحصیل خود را آغاز نکردهاند.
بازگشت به عقب: دانشجویانی که در مراحل اولیه، مشمول افت شده‌اند. مثلاً هفته های اول، دوم یا سوم.
افت تحصیلی: دانشجویانی که تا مرحله امتحان پایان ترم میرسند اما در امتحانات شرکت نمیکنند.
اخراجی‌ها: دانشجویانی که در گذراندن دروس پایانی خود موفق نبودهاند (فریتچ،1988).
البته باید توجه داشت، افت تحصیلی در بسیاری از پژوهشها مفهومی کلی بوده که انصراف، مشروطی، ریزش و اخراج را شامل میشود. نرخ ماندگاری مفهومی در مقابل افت تحصیلی است؛ به دانشجویانی اشاره دارد که در برابر شکست مقاومت نشان داده و تحصیلات خود را ادامه میدهند (دوهرتی،2006). نرخ ماندگاری زیاد به معنای افت تحصیلی کم است. برگ و هانگ (2004) در مدلی که برای ماندگاری دانشجو در یادگیری الکترونیکی ارائه کردهاند، ماندگاری، کاهش و تداوم را این‌گونه تعریف کردهاند:
ماندگاری: عبارت است از شرکت مداوم دانشجو در وقایع یادگیری تا انتهای آن که در آموزش عالی میتواند انتهای درس، دوره و یا برنامه، موسسه یا سیستم باشد.
کاهش: کاهش تعداد دانشجو از ابتدا تا انتهای دروس، برنامه، سازمان و یا سیستم تحت بررسی است.
تداوم: پیامد تصمیم دانشجو برای ادامه شرکت در وقایع یادگیری است (برگ و هانگ، 2004 صص 2 و 3).
موفقیت تحصیلی مفهوم متداول دیگری است که در مقابل افت تحصیلی بکار رفته است. کِرکا (1988) موفقیت را رسیدن به اهداف مشارکت تعریف میکند (کِرکا، 1988 به نقل از برگ و هانگ، 2004). در پژوهش شرادر، پَرِنت و بریتاپت(2005)، دانشجویان موفق در مقابل افرادی بودهاند که دوره آنلاین را ترک کردهاند یا در مدت زمان معین به پایان نرساندهاند.
شاخص موفقیت در یادگیری الکترونیکی بر اساس انگیزه و هدف پژوهشگران، مختلف بوده است. منچاکا و بکِله(2008) به پژوهشهای مختلفی اشاره میکنند که شاخصهای متفاوتی برای سنجش موفقیت در محیطهای یادگیری الکترونیکی داشتهاند؛ برخی از آن‌ها عبارتند از:
رضایت‌مندی مشتری
نرخ بالای ماندگاری و تکمیل درس
استفاده و لذت بیشتر
برداشت از سودمندی
سطوح بالای یادگیری
رضایت دانشجو
رضایت استاد
رشد تعداد ثبتنامی
بازگشت سرمایه
تعداد دروس
پیشرفت تحصیلی
تعاملات و مشارکت
انگیزش تحصیلی دانشجو
به طور خلاصه، پیشینه پژوهشها برای موفقیت و عدم موفقیت دانشجویان در تحصیل الکترونیکی، مفاهیم مختلفی را به کار بردهاند که برخی از مفاهیم عبارتند از: انصراف، گرفتن انتقالی، عدم تکمیل دوره، داشتن افت تحصیلی، کاهش تعداد دانشجو، مرخصی یا انصراف، افتادن درس. برای موفقیت دانشجو نیز از مفاهیمی چون ماندگاری، تداوم، دانش آموخته شدن، تکمیل درس یا دورهو گذراندن درس و پیشرفت تحصیلی استفاده شده است. دو مفهومی که اغلب در مقابل هم بیشترین کاربرد را داشته‌اند، موفقیت در مقابل افت تحصیلی بوده که مهم‌ترین شاخص آن نمرات پیشرفت تحصیلی دانشجو است. به عنوان مثال اگر در پژوهشی فقط یک درس آنلاین بررسی شده باشد، منظور از موفقیت تحصیلی، میزان نمره دانشجو در آن درس است، همچنین یا اگر یک دوره کامل آنلاینمانند یک دوره یک ساله یا چهار ساله بررسی شده باشد، موفقیت به گذراندن دروس دوره با نمره قابل قبول اشاره دارد. البته افت تحصیلی به دو نوع تقسیم می‌شود؛ در نوع اول، افت تحصیلی به معنای ترک تحصیل اختیاری است که در این معنا افت تحصیلی کمتر به نمرات پیشرفت تحصیلی دانشجو مربوط است؛ اما در نوع دوم، افت تحصیلی اجباری، افت تحصیلی به اجبار به ترک تحصیل از طرف موسسه به دلیل نتایج ضعیف تحصیلی اشاره دارد.
در پژوهش حاضر نیز منظور از موفقیت تحصیلی، معنی متداول آن در سایر پژوهشها یعنی نمرات پیشرفت تحصیلی دانشجو است. در ادامه برخی از مدلهایی که به تبیین یا پیشبینی موفقیت یا افت تحصیلی دانشجو پرداختهاند، اشاره میشود.
مدل مسیر تینتو برای ترک تحصیل دانشجو در آموزش حضوری
از جمله مدلهایی که برای آموزش حضوری تدوین شده، مدل معروف"تینتو" است. این مدل جزء اولین دسته از مدلهای ارائه شده در این حوزه مطالعاتی است. هر چند مدل مذکور برای آموزشهای متداول (حضوری) ارائه شده است، اما به گزارش کمبر(1989) چندین پژوهش، اثربخشی این مدل را در آموزشهای از راه دور آزمودهاند. REF _Ref349847194 h * MERGEFORMAT شکل ‏22 اجزاء مدل و روابط آن‌ها را نشان می‌دهد.
361315118110پیشینه خانوادگی
مهارت و تواناییهای پیش دانشگاهی
پیشینه تحصیلی
اهداف و التزامات سازمانی
التزامات بیرونی
یکپارچگی تحصیلی
یکپارچگی اجتماعی
اهداف و الزامات سازمانی
الزامات بیرونی
تصمیم به ترک تحصیل
00پیشینه خانوادگی
مهارت و تواناییهای پیش دانشگاهی
پیشینه تحصیلی
اهداف و التزامات سازمانی
التزامات بیرونی
یکپارچگی تحصیلی
یکپارچگی اجتماعی
اهداف و الزامات سازمانی
الزامات بیرونی
تصمیم به ترک تحصیل

شکل STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل * ARABIC s 1 2: مدل طولی "تینتو"بنا به اعتقاد ونسترا، دی و هرین(2009) مدل "تینتو" در سال 1970 ارائه شده است. از نظر ولش (2007) و کمبر (1998) این مدل بعد از مدل "اسپادی" و در سال 1975 ارائه شده و به نوعی توسعه یافته مدل "اسپادی" است. مدل "تینتو" و "اسپادی" هر دو برگرفته از نظریه خودکشی "دورکیم" است؛ ترک تحصیل در این مدلها، معادل خودکشی و موسسه آموزشی معادل جامعه در نظریه دورکیم است. بر اساس نظریه دورکیم فرد در صورتی دست به خودکشی می‌زند که نتواند خودش را با بافت جامعه انطباق دهد. دو مفهوم اساسی در مدل "اسپادی" و "تینتو" یکپارچگی تحصیلی و اجتماعی است. یکپارچگی تحصیلی به توانایی جذب و درگیر کردن دانشجو در موسسه آموزشی اشاره دارد؛ حس دانشجو بودن و تعلق خاطر به موسسه اجتماعی نیز جزء مصادیق یکپارچگی تحصیلی است. یکپارچگی اجتماعی به میزان درگیر شدن و جذب دانشجو در فعالیتهای اجتماعی و فوق برنامهی موسسه آموزشی اشاره دارد. عضویت و فعالیت در کلوپ‌ها و باشگاههای دانشگاه، مصادیقی از یکپارچگی اجتماعی دانشجو محسوب می‌شوند (کمبر،1998). بر اساس مدل تینتو، مسافرت دانشجو و قرار گرفتن او در محیط دانشگاه، نیاز به انطباق فرد با شرایط جدید دارد. برای این وفق دادن، دو فرایند یکپارچگی تحصیلی و اجتماعی ضروری است. در مدل"تینتو" متغیرهای قبل از دانشگاه عبارتند از: 1) پیشینه خانوادگی، 2) مهارتها و تواناییها و 3) پیشینه تحصیلی. پیشینه خانوادگی شامل وضعیت اجتماعی، سطح سواد والدین و اندازه محل زندگی دانشجو است. مهارتها و تواناییها، مهارتهای اجتماعی و هوشی، منابع مالی، انگیزهها و ترجیحات سیاسی را در بر میگیرد. پیشینه تحصیلی و نیز به متغیرهایی چون آمادگی تحصیلی و تجارب تحصیلی دانشجو اشاره دارد (ونسترا، دی و هرین،2009).
مدل تینتو جزء مدلهای طولی (مسیر) است. به این معنا که دانشجو با مجموعهای از ویژگیها و مشخصات دموگرافیک و پیشینه تحصیلی وارد موسسه آموزشی میشود. قاعدتاً برای ادامه تحصیل خود، مجموعه اهدافی را دنبال میکند. دانشجو پس از ورود به دانشگاه با دو فرایند یکپارچگی تحصیلی و اجتماعی مواجه میشود. در صورتی که دانشجو بتواند خود را با فعالیتهای تحصیلی و اجتماعی انطباق دهد؛ به هدف خود برای ادامه تحصیل و مطالعه دروس ادامه خواهد داد. در غیر این صورت هدف خود را تغییر داده و ترک تحصیل خواهد کرد.
مدل مسیر کمبر
کمبر با بررسی و نقد مدل "تینتو" به دلیل عدم حضور دانشجو و تفاوت دانشجویان آموزش حضوری با دانشجویان از راه دور، مدلی برای افت تحصیلی دانشجو در آموزش از راه دور ارائه کرده که در REF _Ref349848318 h * MERGEFORMAT شکل ‏23 آمده است.
172720321945ویژگی‌ها:
فردی، خانوادگی، شغلی و آموزشی
التزام به هدف:
انگیزه درونی
انگیزه بیرونی
محیط
آکادمیک
محیط اجتماعی و کاری
یکپارچگی تحصیلی
یکپارچگی اجتماعی و شغلی
تحلیل هزینه فایده
افت تحصیلی
تکمیل دوره
00ویژگی‌ها:
فردی، خانوادگی، شغلی و آموزشی
التزام به هدف:
انگیزه درونی
انگیزه بیرونی
محیط
آکادمیک
محیط اجتماعی و کاری
یکپارچگی تحصیلی
یکپارچگی اجتماعی و شغلی
تحلیل هزینه فایده
افت تحصیلی
تکمیل دوره

شکل STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل * ARABIC s 1 3: مدل مسیر "کمبر" برای افت تحصیلی در آموزش از راه دورمدل کمبر (1989) نوعی مدل تحلیل مسیر است که تا حد زیادی بر مدل "تینتو" مبتنی است، با این تفاوت که برخی از عوامل تأثیرگذار بر آموزش از راه دور در آن لحاظ شده است. مهم‌ترین اجزاء مدل به قرار زیر است:
ویژگیها: این عامل بر اهمیت برخی متغیرهای دموگرافیک چون سن، جنس، وضعیت اشتغال و پیشینه تحصیلی دانشجو مبتنی است. به اعتقاد "کمبر"، ممکن است تأثیر مستقیم این متغیرها بر افت تحصیلی دانشجو کم باشد، اما تأثیر غیر مستقیم معنی داری خواهند داشت.
عامل التزام به هدف: این عامل بر اهمیت انگیزش در ادامه تحصیل تاکید دارد. در این مدل انگیزش شامل انگیزه بیرونی و انگیزه درونی برای ادامه تحصیل می‌شود و تحت تأثیر متغیرهای دموگرافیک قرار می‌گیرند.
متغیرهای آکادمیک: شامل تمام متغیرهای مربوط به موسسه آموزشی می‌شود. عواملی چون بستههای آموزشی، تعاملات و حمایتهای موسسه آموزشی در این دسته قرار می‌گیرند.
محیط اجتماعی و شغلی: نظر به اینکه اغلب دانشجویان در سیستمهای آموزش از راه دور شاغل تمام وقت هستند، مسئولیتهای شغلی و خانوادگی آن‌ها بر وضعیت تحصیلیشان تأثیر به سزایی دارد. میزان حمایت خانواده و محیط کار، مصادیقی از متغیرهای مربوط به محیط اجتماعی و شغلی است.
یکپارچگی تحصیلی و اجتماعی: یکپارچگی اجتماعی به میزان تطابق دانشجو با بافت اجتماعی زندگی در دانشگاه مورد مطالعه تاکید دارد. به عبارتی دانشجو چقدر توانسته است خودش را با محیط اجتماعی دانشگاه انطباق دهد. یکپارچگی یا تطابق تحصیلی نیز به میزان انطباق دانشجو با روش‌هایی یاددهی-یادگیری و تعاملات تحصیلی در دانشگاه اشاره دارد.
تحلیل هزینه فایده: این تحلیل قبل از ترک تحصیل توسط دانشجو انجام میگیرد. دانشجو تصمیم میگیرد؛ آیا وقت و هزینهای که برای ادامه تحصیل میگذارم با توجه به عوایدی که خواهد داشت، مقرون به صرفه است یا خیر؟
مدل بویلزبرای آموزشهای از راه دور
36830057150خود پنداره تحصیلی
پیشینه و متغیرهای تعریف شده، سن، وضعیت ثبت نام، اهداف تحصیلی
اندازه سازمان
متغیرهای آکادمیک، مشاوره تحصیلی، اطمینان شغلی
متغیرهای محیطی، مالی، ساعات اشتغال، مسئولیتهای خانوادگی، تشویق بیرونی
یکپارچگی اجتماعی
نتایج تحصیلی، معدل
نتایج روانی، سودمندی
یکپارچگی اجتماعی
ماندگاری
00خود پنداره تحصیلی
پیشینه و متغیرهای تعریف شده، سن، وضعیت ثبت نام، اهداف تحصیلی
اندازه سازمان
متغیرهای آکادمیک، مشاوره تحصیلی، اطمینان شغلی
متغیرهای محیطی، مالی، ساعات اشتغال، مسئولیتهای خانوادگی، تشویق بیرونی
یکپارچگی اجتماعی
نتایج تحصیلی، معدل
نتایج روانی، سودمندی
یکپارچگی اجتماعی
ماندگاری

شکل STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل * ARABIC s 1 4 :مدل مسیر "بویلز"مدل بویلز (2000) از جمله مدلهای مسیر است، که برای آموزشهای از راه دور طراحی شده و تا حدی برگرفته از مدل "تینتو" است. این مدل سه مجموعه متغیر دارد: پیشینه و متغیرهای تعریف شده، متغیرهای محیطی و متغیرهای آکادمیک. این مدل هفت متغیر دیگر دارد که عبارتند از: خود پنداره تحصیلی، یکپارچگی تحصیلی، نتایج تحصیلی (معدل)، اندازه سازمان، یکپارچگی اجتماعی، نتایج روانی و سودمندی (بویلز، 2000، به نقل از برگ و هانگ 2004).
این مدل شباهت زیادی با مدل "کمبر" دارد با این تفاوت که در مدل "بویلز" نتایج و نمرات پیشرفت تحصیلی و پیامدهای روانی حاصل از تجربه تحصیل در آموزش از راه دور بر ماندگاری یا عدم ماندگاری دانشجو تأثیر میگذارد.
مدل برنارد و هانگ برای ماندگاری دانشجو در یادگیری الکترونیکی
برنادر و هانگ (2004) پس از بررسی پیشینه پژوهشها و بررسی مدلهایی چون مدل "تینتو" و "بویل" بر پیچیدگی و درهم تنیدگی عوامل موثر بر افت تحصیلی در آموزش از راه دور اذعان دارند. این پژوهشگران عوامل موثر بر ماندگاری دانشجو را در سه دسته تلخیص میکنند. 1) عوامل مربوط به فرد؛ 2) عوامل مربوط به سازمان؛ 3) عوامل وابسته به موقعیت. همان‌گونه که در REF _Ref349848595 h * MERGEFORMAT شکل ‏25 مشاهده میشود، این سه دسته عوامل سه ضلع مثلث را تشکیل میدهند.
-6159560325متغیرهای مربوط به فرد
تعاملات در محیط عمومی
تعاملات در محیط ویژه
متغیرهای مربوط به موقعیت
متغیرهای مربوط به سازمان
نحوه ارائه
نحوه ارائه
نحوه ارائه
یادگیری ترکیبی
یادگیری برخط
یادگیری حضوری
تصمیم به
ماندگاری
پشتیبانی اجتماعی و تحصیلی
÷ برنامه درسی و آموزش
مدیریت سازمانی
00متغیرهای مربوط به فرد
تعاملات در محیط عمومی
تعاملات در محیط ویژه
متغیرهای مربوط به موقعیت
متغیرهای مربوط به سازمان
نحوه ارائه
نحوه ارائه
نحوه ارائه
یادگیری ترکیبی
یادگیری برخط
یادگیری حضوری
تصمیم به
ماندگاری
پشتیبانی اجتماعی و تحصیلی
÷ برنامه درسی و آموزش
مدیریت سازمانی

شکل STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل * ARABIC s 1 5:‏ مدل "برنارد و هانگ" برای ماندگاری دانشجو در یادگیری الکترونیکیعوامل مربوط به فرد: شامل متغیرهای دموگرافیک، متغیرهای فردی (چون: مهارت و توانایی‌های تحصیلی، انگیزه) و پیشینه تحصیلی میشود.عوامل مربوط به سازمان: به موسسه یا سازمان ارائه دهنده آموزش الکترونیکی اشاره دارد. عواملی چون ساختار سازمانی، چشم انداز و مأموریت سازمان بر این دسته از عوامل تأثیرگذار هستند.
عوامل وابسته به موقعیت: شامل دو دسته تعاملات مربوط به موسسه (تعاملات بوروکراتیک، تعاملات تحصیلی و اجتماعی) و تعاملات خارج از موسسه (محدودیتهای مربوط به زندگی، کار و خانواده) میشود.
تشریح جزئیات مدل "برنارد و هانگ" از حوصله این بحث خارج است، این مدل که به زعم ارائه دهندگان آن جامع بوده و در عین حال نسبت به موقعیت حساس است. یک موسسه در راستای کاهش میزان افت، ضروری است. با توجه به سیستم ارائۀ خود (برخط، تلفیقی و حضوری)، عوامل تأثیرگذار را در سه دسته عوامل شناسایی کرده و مداخلات لازم را برای کاهش افت انجام دهد.
مدل بکِله برای عوامل موثر بر موفقیت یادگیری الکترونیکی
مدل بکِله از جمله مدلهایی است که برای موفقیت یادگیری الکترونیکی ارائه شده است. این مدل محدود به موفقیت دانشجو نیست. همان‌گونه که در دایره مرکزی REF _Ref92635428 h * MERGEFORMAT شکل ‏26 مشاهده میشود، موفقیت در این مدل محدود به موفقیت تحصیلی دانشجو نیست، اما از آنجا که یکی از شاخصهای موفقیت، پیشرفت تحصیلی دانشجو است، در این گزارش پژوهشی به آن پرداخته می‌شود. منچاکا و بکِله (2008) اجزاء مدل را به قرار زیر تشریح کردهاند:
عوامل انسانی که به فهم، برداشت و توانمندی استاد و دانشجو از محیطهای یادگیری برخط اشاره دارد. انگیزش بالا، توانمندی بالا در کار با فناوری اطلاعات، نگرش و تجربه بیشتر در محیطهای یادگیری برخط، موجب موفقیت بیشتر خواهد شد.
عوامل مربوط به فناوری که به ویژگیهای تکنولوژی آموزشی اشاره دارد. دسترسی به انواع فناوریها در قالبهای مختلف و در زمینههای مختلف بر چگونگی، زمان، مکان و حتی آنچه که باید یاد گرفته شود، تأثیر می‌گذارد.
عوامل پداگوژیک که بر نحوه یادگیری و آموزش در محیطهای برخط اشاره دارد. از لحاظ نظری وقتی یادگیری موفقتر است که یادگیرنده محور، همیارانه، مسئله محور، فرایند محور و منعطف باشد.
عوامل مربوط به درس که به طراحی آموزشی دروس بر میگردد. سازمان درس، ارتباط درس با نیازهای دانشجو، اهداف و انتظارات شفاف و سایر عوامل از این حیث بر موفقیت یادگیری الکترونیکی تأثیر میگذارد.
عوامل مربوط به رهبری که به مدیریت و نقش رهبری در مدیریت فناوری اشاره دارد. عوامل مدیریتی به طور مستقیم چهار عامل دیگر را تحت تأثیر قرار میدهند، اما تأثیر مستقیمی بر موفقیت یادگیری الکترونیکی ندارد (منچاکا و بکِله، 2008، ص 237).
214630111760عوامل مربوط به فناوری
همزمان، غیر همزمان، چندرسانهای، کاربرپسندی، قالب، ابزارهای جایگزین، ظرفیت/سرعت
عوامل پداگوژیک
همیارانه، تعاملی، بازخورددهی، مسئله محوری، فرایند محوری، یادگیرنده محوری، انعطاف/چند جلسه رو در رو
شاخص موفقیت
پیامدهای یادگیری، رضایت دانشجو، یادگیری سطوح بالا، رضایت استاد، پایداری، مقیاسپذیری، نرخ بازگشت
عوامل مربوط به رهبری
تدارک فناوری، آموزش کارکنان /دانشجو، توسعه حرفهای کارکنان /دانشجو، پشتیبان فنی، پشتیبانی اساتید، سایر لجستیکها
عوامل انسانی
مهارت ICT، انگیزش، نگرش، تجارب، برداشت از یادگیری، دانش و فناوری، برداشت از نقش فناوری در یادگیری
عوامل مربوط به درس
ساختار/سازمان، کیفیت محتوا، فعالیتها/پروژهها، ارتباط، اهداف شفاف، انتظارات شفاف، انگیزنده بودن، چالشی بودن، منعطف بودن
00عوامل مربوط به فناوری
همزمان، غیر همزمان، چندرسانهای، کاربرپسندی، قالب، ابزارهای جایگزین، ظرفیت/سرعت
عوامل پداگوژیک
همیارانه، تعاملی، بازخورددهی، مسئله محوری، فرایند محوری، یادگیرنده محوری، انعطاف/چند جلسه رو در رو
شاخص موفقیت
پیامدهای یادگیری، رضایت دانشجو، یادگیری سطوح بالا، رضایت استاد، پایداری، مقیاسپذیری، نرخ بازگشت
عوامل مربوط به رهبری
تدارک فناوری، آموزش کارکنان /دانشجو، توسعه حرفهای کارکنان /دانشجو، پشتیبان فنی، پشتیبانی اساتید، سایر لجستیکها
عوامل انسانی
مهارت ICT، انگیزش، نگرش، تجارب، برداشت از یادگیری، دانش و فناوری، برداشت از نقش فناوری در یادگیری
عوامل مربوط به درس
ساختار/سازمان، کیفیت محتوا، فعالیتها/پروژهها، ارتباط، اهداف شفاف، انتظارات شفاف، انگیزنده بودن، چالشی بودن، منعطف بودن

شکل STYLEREF 1 s ‏2 SEQ شکل * ARABIC s 1 6: مدل "بکِله" برای عوامل موثر بر موفقیت یادگیری الکترونیکیهمان‌گونه که در REF _Ref92635428 h * MERGEFORMAT شکل ‏26 مشاهده می‌شود، مدل بکِله عوامل مربوط به یادگیری الکترونیکی را بیشتر از سایر مدلها مورد توجه قرار داده است. این مدل بیش از آنکه یک مدل مسیر باشد و عوامل موثر بر موفقیت یادگیری الکترونیکی را بر حسب تقدم و تأخّر شناسایی کند، چهارچوبی مفهومی برای عناصر موجود و مؤثر بر موفقیت یادگیری الکترونیکی است.
مدل ادامه تحصیل در یادگیری الکترونیکی


مدل ادامه تحصیل دانشجو در یادگیری الکترونیکی، توسط نیکولز(2008) ارائه شد. در این مدل بر اساس پیشینه پژوهشها مهم‌ترین متغیرهای پیشبین با ادامه تحصیل دانشجو مرتبط شدهاند. REF _Ref349848937 h * MERGEFORMAT شکل ‏27 عناصر این مدل را نشان می‌دهد.
1287145108585ادامه تحصیل دانشجویان در یادگیری الکترونیکی
نگرش دانشجویان به رایانه
انگیزش درونی دانشجویان
انگیزش بیرونی دانشجویان
رضایتمندی دانشجو
پیشینه تحصیلی دانشجو
دموگرافیک دانشجویان
00ادامه تحصیل دانشجویان در یادگیری الکترونیکی
نگرش دانشجویان به رایانه

user8342

n بردار عمود بر سطح
q شار حرارتی W/m2q'''m نرخ تولید گرمای متابولیک W/m3R شعاع سر m
S تابع هدف
Tدما KTa0 دمای مرکزی بدن Kt زمان sWb نرخ خون تزیق وریدی kg/(mas)Y دمای مورد نظر(اندازهگیری شده)
Greek letters a نفوذپذیری گرمایی m2/sβ اندازه گام حل
γ ضریب الحاقی
ε پارامتر توقف
θ زمان بیبعد
λ متغیر مسئله حساسیت
ρ چگالی بافت زنده kg/m3b خون
r* مشتق نسبت به r*
z* مشتق نسبت به z*η مشتق نسبت به ηξ مشتق نسبت به ξSuperscripts k تعداد تکرارها

فهرست مطالب
عنوانشماره صفحه
TOC o h z u فصل اول: مقدمه PAGEREF _Toc418272714 h 11-1 مقدمه: PAGEREF _Toc418272715 h 21-2- تاریخچه: PAGEREF _Toc418272716 h 7فصل دوم: بررسی روش‌های بهینه‌سازی توابع PAGEREF _Toc418272717 h 152-1 مسائل بهینه‌سازی PAGEREF _Toc418272718 h 162-2 دسته‌بندی روش‌های بهینه‌سازی PAGEREF _Toc418272719 h 172-3 راه‌حل کلی PAGEREF _Toc418272720 h 182-4 نرخ هم‌گرائی PAGEREF _Toc418272721 h 192-5-1 محاسبه گرادیان PAGEREF _Toc418272722 h 222-5-2 تعیین طول گام بهینه در جهت کاهش تابع PAGEREF _Toc418272723 h 232-6 معیار هم‌گرائی PAGEREF _Toc418272724 h 242-7 روش کاهش سریع PAGEREF _Toc418272725 h 252-8 مقدمه ای بر روش انتقال حرارت معکوس PAGEREF _Toc418272726 h 252-8-1 مقدمه PAGEREF _Toc418272727 h 252-8-2 مشکلات حل مسائل انتقال حرارت معکوس PAGEREF _Toc418272728 h 272-8-3 ارزیابی روش‌های مسائل معکوس حرارتی PAGEREF _Toc418272729 h 312-8-4 تکنیک‌های حل مسائل انتقال حرارت معکوس PAGEREF _Toc418272730 h 322-8-5 تکنیک I PAGEREF _Toc418272731 h 342-8-5-1 شرح تکنیک PAGEREF _Toc418272732 h 342-8-5-2 روش‌های محاسبه ضرایب حساسیت PAGEREF _Toc418272733 h 372-8-6 تکنیک II PAGEREF _Toc418272734 h 382-8-6-1 متد گرادیان مزدوج PAGEREF _Toc418272735 h 382-8-6-2 الگوریتم محاسباتی تکنیک دوم PAGEREF _Toc418272736 h 442-8-6-3 اندازه‌گیری پیوسته PAGEREF _Toc418272737 h 452-8-7 تکنیک III PAGEREF _Toc418272738 h 462-8-7-1 روش گرادیان مزدوج با مسئله اضافی جهت تخمین پارامترها PAGEREF _Toc418272739 h 462-8-7-2 الگوریتم محاسباتی تکنیک سوم PAGEREF _Toc418272740 h 492-8-8 تکنیک IV PAGEREF _Toc418272741 h 502-8-8-1 گرادیان مزدوج با مسئله الحاقی برای تخمین توابع PAGEREF _Toc418272742 h 502-8-8-2 الگوریتم محاسباتی تکنیک چهارم PAGEREF _Toc418272743 h 52فصل سوم: مدل ریاضی PAGEREF _Toc418272744 h 543-1 مقدمه PAGEREF _Toc418272745 h 553-2 مدل‌های هدایت گرمایی PAGEREF _Toc418272746 h 553-2-1 مدل پنز PAGEREF _Toc418272747 h 553-2-2 مدل چن هلمز [26] PAGEREF _Toc418272748 h 60فصل چهارم: تخمین شار حرارتی گذرا در حالت متقارن محوری PAGEREF _Toc418272749 h 614-1- فیزیک مسئله PAGEREF _Toc418272750 h 624-2- محاسبه توزیع دما در حالت گذرا PAGEREF _Toc418272751 h 63در این بخش به بررسی روش حل معادلات انتقال حرارت متقارن محوری در حالت گذرا پرداخته میشود. PAGEREF _Toc418272752 h 634-2-1 معادله حاکم PAGEREF _Toc418272753 h 634-2-2- معادلات حاکم در دستگاه مختصات عمومی PAGEREF _Toc418272754 h 644-2-3- متریک ها و ژاکوبین های تبدیل PAGEREF _Toc418272755 h 654-2-4 تبدیل معادلات از صفحه فیزیکی به صفحه محاسباتی PAGEREF _Toc418272756 h 674-2-5- گسسته سازی معادلات PAGEREF _Toc418272757 h 694-2-6 شرایط مرزی مسئله PAGEREF _Toc418272758 h 714-3 مسئله معکوس PAGEREF _Toc418272759 h 744-3-1 مسئله حساسیت PAGEREF _Toc418272760 h 754-3-2 مسئله الحاقی PAGEREF _Toc418272761 h 764-3-3 معادله گرادیان PAGEREF _Toc418272762 h 764-3-4 روش تکرار PAGEREF _Toc418272763 h 774-5: تخمین شار حرارتی مجهول در مدل سه لایه PAGEREF _Toc418272764 h 774-5-1 معادله حاکم PAGEREF _Toc418272765 h 784-5-2 شرایط مرزی مساله PAGEREF _Toc418272766 h 784-5-3 مسئله معکوس PAGEREF _Toc418272767 h 804-5-3-1 مسئله حساسیت PAGEREF _Toc418272768 h 804-5-3-2 مسئله الحاقی PAGEREF _Toc418272769 h 81فصل پنجم: نتایج PAGEREF _Toc418272770 h 82نتیجه گیری: PAGEREF _Toc418272771 h 94پیوست الف PAGEREF _Toc418272772 h 95پیوست ب PAGEREF _Toc418272773 h 96اعتبارسنجی حل مستقیم PAGEREF _Toc418272774 h 96مراجع: PAGEREF _Toc418272775 h 115
فهرست جداول
جدول2-1- دسته‌بندی روش‌های بهینه‌سازی18
جدول 4-1. خواص لایه های استفاده شده79
جدول5-1. خطایRMS برای توابع مختلف در نظر گرفته شده برای شار حرارتی88

فهرست اشکال
شکل 2-1- نمودار روند بهینه‌سازی تابع هدف19
شکل 2-2- جهت‌های سریع‌ترین افزایش21
شکل3-1. المان در نظر گرفته‌شده برای به دست آوردن معادله انتقال حرارت زیستی پنز56
شکل 4-1 نمایش فیزیک مسئله62
شکل 4-2 - نمایش صفحه مختصات فیزیکی و محاسباتی64
شکل 4-3-نمایش گره مرکزی و هشت گره همسایه آن70
شکل 4-4- نمایش صفحه محاسباتی71
شکل 4-5- نمایش شرایط مرزی در صفحه فیزیکی71
شکل 4-6- نمایش مساله سه لایه در صفحه محاسباتی78
شکل 4-7- نمایش هندسه مساله متشکل از سه لایه مختلف بافت مغز، استخوان و پوست سر80
شکل5-1 شبکه مورد استفاده در حل مسئله و موقعت سنسورها83
شکل 5-2. مقایسه شار حرارتی محاسبه شده با شار حرارتی دقیق که بهصورت تابع خطی میباشد85
شکل 5-3. مقایسه شار حرارتی محاسبه شده با شار حرارتی دقیق که بهصورت تابع پله میباشد85
شکل 5-4. مقایسه شار حرارتی محاسبه شده با شار حرارتی دقیق که بهصورت تابعی ترکیبی از sin و cos میباشد86
شکل5-5. مقایسه شار حرارتی محاسبه شده با استفاده از داده های نویزدار با شار حرارتی دقیق که بهصورت تابع خطی میباشد86
شکل 5-6. مقایسه شار حرارتی محاسبه شده با استفاده از داده های نویزدار با شار حرارتی دقیق که بهصورت تابع پلهای میباشد87
شکل5-7. مقایسه شار حرارتی محاسبه شده با استفاده از داده های نویزدار با شار حرارتی دقیق که بهصورت تابعی ترکیبی از sin و cos میباشد87
شکل 5-8. مقایسه شار حرارتی محاسبه شده با شار حرارتی دقیق که بهصورت تابع خطی میباشد89
شکل 5-9. مقایسه شار حرارتی محاسبه شده با شار حرارتی دقیق که بهصورت تابع پله میباشد89
شکل 5-10. مقایسه شار حرارتی محاسبه شده با شار حرارتی دقیق که بهصورت تابع سینوس و کسینوس میباشد90
شکل 5-11. مقایسه شار حرارتی محاسبه شده با استفاده از داده های نویزدار با شار حرارتی دقیق که بهصورت تابع خطی میباشد90
شکل 5-12. مقایسه شار حرارتی محاسبه شده با استفاده از داده های نویزدار با شار حرارتی دقیق که بهصورت تابع پله میباشد91
شکل 5-13. مقایسه شار حرارتی محاسبه شده با استفاده از داده های نویزدار با شار حرارتی دقیق که بهصورت تابع سینوس-کسینوس میباشد91
شکل 5-14. مقایسه دمای محاسبه شده و دمای دقیق.92
شکل 5-15. شار محاسبه شده92
ضمائم:
شکل1- هندسه مستطیلی با شرایط مرزی دما ، عایق و شار حرارت96
شکل2- مقایسه منحنی‌های توزیع دمای گره 1 پس از 12 ثانیه97
شکل3- مقایسه منحنی‌های توزیع دمای گره 2 پس از 12 ثانیه98
شکل4- مقایسه منحنی‌های توزیع دمای گره 4 پس از 12 ثانیه98
شکل5- مقایسه منحنی‌های توزیع دمای گره 5 پس از 12 ثانیه99
شکل6- مقایسه منحنی‌های توزیع دمای گره7 پس از 12 ثانیه99
شکل7- مقایسه منحنی‌های توزیع دمای گره 8 پس از 12 ثانیه100
شکل8- هندسه منحنی با شرایط مرزی عایق و شار حرارتی101
شکل9- مقایسه منحنی توزیع دما برای گره میانی پس از 60 ثانیه101
شکل 10- نمایش هندسه منحنی متشکل از سه لایه مختلف آزبست ، فولاد و آلومینیم102
شکل 11- نمایش کانتورهای توزیع دمای کد حاضر برای مسئله چندلایه103
شکل 12- نمایش کانتورهای توزیع دمای FLUENT برای مسئله چندلایه103
شکل 13- نمایش شبکه 30*30104
شکل 14- نمایش شبکه 40*40105
شکل 15- نمایش شبکه 50*50105
شکل 16- نمایش کانتورهای توزیع دما برای شبکه 30*30 در مسئله یک‌لایه106
شکل 17- نمایش کانتورهای توزیع دما برای شبکه 30*30 در مسئله دولایه106
شکل 18- نمایش کانتورهای توزیع دما برای شبکه 30*30 در مسئله سه لایه107
شکل 19- نمایش کانتورهای توزیع دما برای شبکه 40*40 در مسئله یک‌لایه107
شکل 20- نمایش کانتورهای توزیع دما برای شبکه 40*40 در مسئله دولایه108
شکل 21- نمایش کانتورهای توزیع دما برای شبکه 40*40 در مسئله سه لایه108
شکل 22- نمایش منحنیهای توزیع دمای گره میانی در مسئله یک‌لایه109
شکل 23- نمایش منحنیهای توزیع دمای گره میانی در مسئله دولایه110
شکل 24- نمایش منحنیهای توزیع دمای گره میانی در مسئله سه لایه110
شکل 25- نمایش کانتورهای توزیع دمای کد حاضر برای هندسه نامنظم با تقارن محوری111
شکل 26- نمایش کانتورهای توزیع دمای FLUENT برای هندسه نامنظم با تقارن محوری112
شکل 27- نمایش کانتورهای توزیع دمای کد حاضر113
شکل 28- نمایش منحنیهای توزیع دمای مرکز کره113
شکل 29- نمایش منحنیهای توزیع دمای نقطهای که در موقعیت r=5 cm قرارگرفته114
شکل 30- نمایش منحنیهای توزیع دمای نقطهای که بر روی سطح کره قرارگرفته است114
فصل اول: مقدمه1-1 مقدمه: توسعه کامپیوتر و ابزار محاسباتی، رشد روش‌های عددی را برای مدل‌سازی پدیده‌های فیزیکی تسریع کرده است. برای مدل‌سازی یک پدیده فیزیکی به یک مدل ریاضی و یک روش حل نیاز است. مدل‌سازی مسائل هدایت حرارتی نیز بهمانند دیگر پدیده‌های فیزیکی با حل معادلات حاکم امکان‌پذیر است. برای حل مسائل هدایت حرارتی به اطلاعات زیر نیاز داریم:
هندسه ناحیه حل
شرایط اولیه
شرایط مرزی (دما یا شار حرارتی سطحی)
خواص ترموفیزیکی
محل و قدرت منبع حرارتی درصورتی‌که وجود داشته باشند.
پس از حل معادلات حاکم توزیع دما در داخل ناحیه حل به دست میآید. این نوع مسائل را مسائل مستقیم حرارتی می‌گوییم. روش‌های حل مسائل مستقیم از سال‌ها پیش توسعه‌یافته‌اند. این روش‌ها شامل حل مسائلی با هندسه پیچیده و مسائل غیرخطی نیز میگردند. علاوه بر این پایداری و یکتایی این روش‌ها نیز بررسی‌شده است. روش‌های اولیه عمدتاً بر مبنای حل‌های تحلیلی بودهاند.
این روش‌ها بیشتر برای مسائل خطی و با هندسه‌های ساده قابل‌استفاده هستند. برعکس، روش‌های عددی دارای این محدودیت نبوده و برای کاربردهای مهندسی بیشتر موردتوجه هستند.
دسته دیگر از این مسائل که در دهه‌های اخیر موردتوجه قرارگرفته‌اند، مسائل معکوس حرارتی هستند. در این نوع از مسائل یک یا تعدادی از اطلاعات موردنیاز برای حل مستقیم، دارای مقدار معلومی نمی‌باشند و ما قصد داریم از طریق اندازه‌گیری دما در یک یا چند نقطه از ناحیه موردنظر، به تخمین مقادیر مجهول بپردازیم.
به‌طورکلی می‌توان گفت که در مسائل مستقیم حرارتی، علت(شار حرارتی، هندسه و...) معلوم، و هدف یافتن معلول(میدان دما) است. اما در مسائل معکوس حرارتی، معلول(دما در بخش‌ها و یا تمام میدان)، معلوم است، و هدف یافتن علت (شار حرارتی، هندسه و...) است.
مسائل انتقال حرارت معکوس که IHTP نیز نامیده می‌شوند با استناد بر اندازه‌گیری‌های دما و یا شار حرارتی، کمیت‌های مجهولی را که در آنالیز مسائل فیزیکی در مهندسی گرمایی ظاهر می‌شوند، تخمین می‌زنند. به‌عنوان‌مثال، در مسائل معکوسی که با هدایت حرارت مرتبط می‌باشند، با استفاده از اندازه‌گیری دما در جسم می‌توان شار حرارتی مرز را اندازه‌گیری نمود. این در حالی است که در مسائل هدایت حرارت مستقیم با داشتن شار حرارتی، میدان دمای جسم مشخص می‌شود. یکی از مهم‌ترین مزایای IHTP همکاری بسیار نزدیک میان تحقیقات آزمایشگاهی و تئوری است. به‌عنوان‌مثال در تحقیقات آزمایشگاهی با استفاده از حس‌گر می‌توان دمای جسم را تعیین نمود. این دما به‌عنوان داده‌های ورودی معادلات تئوری برای اندازه‌گیری شار حرارتی مورداستفاده قرار می‌گیرد. درنتیجه جواب‌های به‌دست‌آمده از روابط تئوری تطابق بسیار خوبی با جواب‌های حقیقی خواهند داشت.
هنگام حل IHTP همواره مشکلاتی وجود دارد که باید تشخیص داده شوند. به علت ناپایداری جواب‌های IHTP، این مسائل ازلحاظ ریاضی در گروه مسائل بدخیم دسته‌بندی می‌شوند. به‌عبارت‌دیگر، به‌واسطه وجود خطاهای اندازه‌گیری در آزمایش‌ها، ممکن است جواب کاملاً متفاوتی به دست آید. برای غلبه بر این مشکلات روش‌هایی پیشنهاد داده‌شده‌اند که حساسیت جواب مسئله به خطای موجود در داده‌های ورودی را کمتر می‌کند. ازجمله این روش‌ها می‌توان به استفاده از دماهای زمانه‌ای بعدی، فیلترهای هموارسازی دیجیتالی اشاره نمود.
در سالهای اخیر تمایل به استفاده از تئوری و کاربرد IHTP رو به افزایش است. IHTP ارتباط بسیار نزدیکی با بسیاری از شاخه‌های علوم و مهندسی دارد. مهندسان مکانیک، هوافضا، شیمی و هسته‌ای، ریاضی‌دانان، متخصصان فیزیک نجومی، فیزیکدانان و آماردانان همگی با کاربردهای متفاوتی که از IHTP در ذهن دارند، به این موضوع علاقه‌مند می‌باشند.
مغز در داخل استخوان جمجمه و نخاع در داخل ستون فقرات جای گرفته است. سه پرده که درمجموع منژ نامیده میشوند، مغز و نخاع را از اطراف محافظت می‌کنند. مغز بیشترین انرژی بدن را مصرف میکند و منطقهی گرمی از بدن است. وزن مغز زن و مرد باهم متفاوت است. خوب است بدانیم که هنگام سکته مغزی فشار داخل جمجمه بالا می‌رود و داخل مغز به‌شدت گرم می‌شود پس باید به‌سرعت از فشار داخل جمجمه کاست تا بیمار دچار آسیب بیشتر نشود. همچنین، تخمین زده می‌شود در مغز انسان حدود یک‌صد میلیارد سلول عصبی یا نرون فعالیت می‌کنند . نرون یا سلول عصبی بر اساس مکانیسم الکتروشیمیایی فعالیت می‌کند ، اختلاف‌پتانسیل ناشی از افزایش و کاهش بار الکتریکی در یک نرون که از منفی 70 میلی ولت تا مثبت 70 میلی ولت در نوسان است باعث رها شدن یا ریلیز مواد مخدر طبیعی یا همان ناقل‌های عصبی از انتهای سلول عصبی یا آکسون می‌شود. فعالیت الکتریکی یک‌صد میلیارد سلول عصبی ، حرارت بسیار زیادی تولید می‌کند.
مغز برای خنک کردن خود نیاز به یک سیستم خنک‌کننده قوی دارد. در مغز انسان حدود 16 هزار کیلومتر رگ و مویرگ خونی وجود دارد. یکی از وظایف اصلی این سیستم علاوه بر تأمین سوخت میلیاردها سلول ،خنک کردن مغز است. به عبارتی حرارت مغز توسط این سیستم جذب می‌شود و با گردش خود درجاهایی مثل پیشانی، صورت و گوش‌ها آزاد می‌شود و خنک می‌شود. مصرف سیگار با افزایش غلظت خون باعث می‌شود تا حرکت خون در این مویرگ‌ها سخت شود و عملیات سوخت‌رسانی و خنک کردن مغز به‌درستی انجام نشود. به عبارتی افراد سیگاری مغزشان داغ‌تر از افراد غیر سیگاری است و سوخت کمتری به مغزشان می‌رسد. ریزش مو و دیرخواب رفتن یکی از نتایج بالا بودن دمای مغز است. اختلال در عملکرد سلول‌های عصبی و به دنبال آن اختلال در آزادسازی ناقل‌های عصبی و کنترل سیستم هورمونی از دیگر نتایج این وضعیت است.
از سوی دیگر، چندی پیش پزشکان برای نجات نوزادی از روش خنک کردن مغز استفاده  کردند که در نوع خودش بی‌نظیر و شگفت‌انگیز بود. نوزاد انگلیسی که هنگام تولد بند ناف به دور گردنش پیچیده شده بود و نفس نمی‌کشید، (اکسیژن کافی به مغزش نمی‌رسید) با فن خنک کردن مغز (به مدت 3روز) به زندگی بازگشت. پزشکان برای کم کردن نیاز مغز این نوزاد به اکسیژن، با استفاده از گاز زنون مغز او را سرد کرند. برای این کار از دستگاه جدیدی استفاده شد. آنان با جای دادن آلتی در مغز نوزاد، سر نوزاد را خنک نگه داشتند.نوزاد که مغزش به مدت 3 روز با این تکنیک خنک نگه‌داشته شد؛ در حال حاضر، در آغوش مادرش به زندگی لبخند میزند.
ممکن است که تقلا برای خوابیدن، بعد از یک روز خسته‌کننده با سرشماری گوسفندان یا خوردن قرصهای خواب هم چندان مؤثر نباشد، اما پژوهشگران دانشکده پزشکی پتینزبورگ در آخرین اجلاس «خواب» سال 2011 روش جالبی را برای درمان بیخوابی پیشنهاد کردند: خنک کردن مغز!
آن‌ها یک کلاه پلاستیکی خنک‌کننده ابداع کردند که قسمت‌های پیشانی را میپوشاند و با پایین آوردن دمای مغز می‌تواند به خواب سریع فرد کمک کند. پزشکان در تحقیقی که روی افراد عادی و بیمارانی که از بیخوابی رنج میبردند انجام دادند، افراد بیخواب بعد از پوشیدن این کلاه خاص، به‌طور میانگین در زمان 13 دقیقه به خواب رفتند، یعنی زمانی برابر افراد  سالم. دانشمندان فکر می‌کنند که این کلاه با پایین آوردن دمای مغز  سبب کاهش سوخت‌وساز آن (به‌ویژه در ناحیه پیشانی مغز) میشود و به خواب سریعتر و راحتتر فرد کمک میکند. هنوز این کلاهها به‌صورت تجاری وارد بازار نشده‌اند. همچنین عوارض احتمالی استفاده از آن‌ها مشخص نشده‌اند؛ مثلاً معلوم نیست که استفاده از این کلاه‌ها سبب تشدید علائم افراد مبتلابه سینوزیت خواهد شد یا نه؟ محققان دانشگاه نیویورک در پژوهش‌های مختلف خود دریافتند، خمیازه کشیدن نقش مهمی در تنظیم درجه حرارت مغز به عهده دارد. درصورتی‌که ناحیه سر «گرم» باشد، خمیازه با تحریک جریان خون و ضربان قلب گرمای بالای آن را کاهش میدهد. چرخه خواب و استرس، تابع نوسان درجه حرارت مغز است و کار خمیازه آن‌که این دمای پیوسته در حال تغییر را تنظیم و متوازن ‌کند. توضیح ساده محققان دانشگاه وین این است که ما با خمیازه کشیدن، دمای اطراف را دست‌کاری می‌کنیم. به تعبیر دیگر، دهن‌دره همانند ترموستات مغز عمل می‌کند. گروه تحقیقاتی دانشگاه وین برای بررسی این فرضیه، تناوب خمیازه کشیدن شهروندان در ماه‌های تابستانی و زمستانی را زیر نظر گرفت. مشابه همین بررسی در هوای خشک و ۳۷ درجه آریزونا انجام شد.
پژوهش‌ها نشان داد که مردم وین در تابستان بیشتر از زمستان خمیازه می‌کشند اما در آمریکا نتیجه کاملاً برعکس بود. علت روشن بود: متوسط دمای وین در تابستان ۲۰ درجه است و این متوسط حرارت زمستانی در آریزونا است. محققان آمریکایی و اتریشی بر این اساس فرضیه‌‌ای را طرح کردند: تعداد خمیازه‌ها به فصل سال یا بلندی و کوتاهی روز یا روشنایی و تاریکی محیط ربط ندارد بلکه موضوع به درجه حرارت ۲۰ درجه برمی‌گردد.
یک افشانه بینی که می‌تواند جان هزاران مبتلابه بیماری قلبی را نجات دهد توسط محققان انگلیسی مورد کار آزمایی قرارگرفته است. یک دستگاه ویژه برای پمپاژ سرد‌کننده پزشکی در بینی بیمار در حال انتقال به بیمارستان مورداستفاده قرار می‌گیرد. کارشناسان بر این باورند که این درمان می‌تواند جان افراد زیادی را نجات داده و از ابتلای تعداد زیادی از بیماران به آسیب‌های مغزی شدید و دائمی جلوگیری کند.
خدمات اورژانس ساحل جنوب شرفی بنیاد بهداشت انگلیس اولین سرویس آمبولانسی است که از این ابداع سوئیسی به‌عنوان بخشی از کار آزمایی پزشکان بیمارستان رویال ساسکس کانتی استفاده می‌کند. ماده سردکننده که توسط یک ماسک صورت منتقل می‌شود، جریان مداومی از مایع در حال تبخیر را به حفره بینی بیمار می‌فرستد. محققان توانسته‌اند پیشرفت‌های بزرگی را در نجات زندگی بیماران قلبی به دست آورند اما بسیاری با آسیب‌های چشمگیری در سلول‌های مغزی روبرو شده و در اثر کمبود اکسیژن ناشی از توقف عملکرد قلب می‌میرند. 
ایده افشانه بینی، خنک‌سازی هر چه سریع‌تر مغز در محل تماس پایه مغز با مدخل بینی است. گفته می‌شود خنک کردن مغز می‌تواند از سلول‌های مغزی در زمان نبود اکسیژن در خون محافظت کند. اگر این درمان زودهنگام ارائه شود، بیمار شانس بهبود بیشتری داشته و این فناوری جدید به پیراپزشکان اجازه خواهد داد پیش از رسیدن بیمار به بیمارستان عملیات خنک‌سازی را آغاز کنند. در حال حاضر برخی از خدمات اورژانس انگلیس از شیوه‌های مختلف فرآیند خنک‌سازی مانند قطره نمکی سرد و پدهای خنک‌کننده پیش از رسیدن بیمار به بیمارستان استفاده می‌کنند. اما این روش‌ها به‌طور مستقیم مغز را هدف قرار نداده و به‌جای آن بر خنک‌سازی کل بدن و خون برای دستیابی به تأثیر مشابه تکیه‌دارند.
1-2- تاریخچه:مطالعات آسیب‌شناسی مغزی به‌طور تجربی نشان می‌دهد که سرد کردن مغز پس از یک ایشکمی مغزی میتواند میزان صدمات وارده بر مغز را کاهش دهد. آسیب تراماتیک مغز(TBI) که معمولاً براثر آسیب‌های خارجی در تصادفات و ... اتفاق میافتد و آسیب ایشکمیک مغز که در اثر سکته مغزی ایجاد می‌شود، سبب آسیب‌های فراوانی بر مغز میشود. آزمایش‌ها و بررسی‌های مختلف نشان داده‌اند که کاهش دمای مغز حتی در حد 1 الی 2 درجه سانتی‌گراد فواید بسیاری از قبیل: محافظت در مقابل سکته, کاهش ورم و آماس و کاهش فشار داخلی مغز (ICP) دارد. سادگی و راندمان بالای سرمادرمانی مغز باعث شده است تا پزشکان از آن به‌عنوان یک‌راه حل کلینیکی جهت درمان نوزادانی که از عارضه خفگی (نرسیدن اکسیژن) در زمان تولد رنج می‌برند، استفاده کنند. همچنین سرد کردن فوری مغز درست در دقایق اولیه پس از حمله ایشکمی، امری مهم و ضروری در کاهش پیامدها و صدمات وارده بر مغز و نجات بیمار است. این عمل (سرد کردن فوری مغز) موجب افت متابولیسم مغز شده و درنتیجه نیاز آن را به دریافت اکسیژن و دفع دی‌اکسید کربن و بالطبع خون‌رسانی کاهش میدهد. گزارش‌های منتشرشده نشان دادهاند که کمخونی اثر مخرب کمتری روی مغز بجای خواهد گذاشت. علی‌رغم اینکه هنوز به‌طور کامل مشخص نشده است که عمل خنک کردن چطور به محافظت از مغز کمک میکند، آزمایش‌های بسیاری نشان دادهاند که کاهش دما در بافت مغز از عملکرد مغز در مقابل آسیب‌های ایشکمیک محافظت می‌کند. همچنین این کار سبب کاهش التهاب و تثبیت فشار داخلی مغز می‌شود[1-3]. همچنین، در اکثر بررسی‌های بیمارستانی که روی گروه‌های کوچک که از TBI رنج میبردند، انجام‌شده است، نتایج این حقیقت که خنک کردن مغز آثار خوبی هم در کوتاهمدت و هم در بلندمدت دارد را تأیید میکند[4-7]. اخیراً یتینگ و همکاران[8] در تحقیق خود گزارش کردند که با خنک کاری مغز از طریق صورت می‌توان به بهبود عملکرد عصبی کمک کرد. آن‌ها در نتایج خود نشان دادند که با استفاده از روش خنک کاری مغز از طریق صورت می‌توان از مغز در مقابل آسیب ایشکمیک محافظت کرد. همچنین نشان دادند که مشکلات مغزی ناشی از آن قابل‌درمان است.
ملاحظات انتقال حرارت مغز در حیات کسانی که در آب‌های سرد غرق میشوند، نیز مؤثر است. به‌طوری‌که در اثر این پدیده بازگشت به زندگی افرادی که در آب‌های سرد غرق‌شده‌اند، حتی تا پس از 66 دقیقه نیز گزارش‌شده است. این مسئله عموماً به خاطر قطع فعالیت متابولیکی مغز و اثرات محافظتی این سردشدگی است. موارد ذکرشده لزوم و اهمیت بررسی انتقال حرارت از مغز را با سیال اطراف نمایان می‌سازند.
اساساً انتقال حرارت در مغز در قالب تبادل حرارت خارجی (انتقال حرارت از سر)، تبادل حرارت داخل و تولید حرارت متابولیکی است. این اثرات با شرایط مرزی، سیرکولاسیون خون، نرخ متابولیسم مغز و ابعاد سر تغییر می‌کنند. بررسی تأثیر عوامل مختلف در پدیده انتقال حرارت از مغز با دشواری روبروست. بخصوص که امکان انجام آزمایش‌های تجربی در این زمینه به دلیل خطرات موجود و محدودیت‌های ابزاری ممکن نیست. لذا این بررسی‌ها نیازمند یک مدل مطمئن با خصوصیات فیزیکی و شرایط محیطی واقعی می‌باشند.
مطالعه و بررسی عکس‌العمل خنک شدن سر در مقابل مکانیسم‌های مختلف خنک کاری، می‌تواند ابزاری در جهت طراحی و ساخت تجهیزات قابل‌حمل جهت خنک کاری‌های اورژانس در وسایل نقلیه پزشکی باشد که با آنها دمای مغز در 30 دقیقه از Cº37 به Cº34 رسیده و لذا متابولیسم آن تا 30% کاهش مییابد. این مطالعات در طراحی سیستم‌های تهویه مطبوع و ایجاد محیط‌های ارگونومیک جهت راحتی افراد نیز می‌تواند موردتوجه قرار گیرد. در یک سری مدل‌سازی‌های کامپیوتری انجام‌شده[9-11] نشان داده است که دمای مغز انسان در نقاط مرکزی و داخلی بسیار متفاوت‌اند از نقاطی که نزدیکی سطح قرار دارند. گرادیان دمای بسیار بزرگی در نزدیکی سطح مغز اتفاق می‌افتد که به‌صورت آزمایشگاهی با افزایش فاصله از سر کاهش مییابد[12,13].
هدف کلی رسیدن به دمای میانگین 33 در مغز در مدت‌زمان 30 دقیقه است[14]. البته باید خاطرنشان کرد که خنک کردن مغز تا دماهای پایین‌تر سبب افزایش ریسک ابتلا به لرزشهای غیرقابل‌کنترل و کاردیاک ارست میشود.
یکی از سؤالهای مهم برای انتخاب روش مناسب برای خنک کردن مغز این است که بفهمیم هر یک از این روشها چطور دمای مغز را کاهش میدهند. ازآنجاکه اندازهگیری نتایج حاصل از خنک کردن مغز در بافت زنده فراتر از فنّاوری حاضر است، ارائه و بهبود مدلهایی که به‌طور دقیق تغییرات دما و همچنین محدودیتها را نشان میدهد، میتواند موفقیت بزرگی باشد.
مسئله مهم دیگر تبادل گرمایی بین پوست سر و محیط اطراف است که به کمک ضریب انتقال حرارت توصیف می‌شود. برای رسیدن هدف که خنک کردن مغز در نقاط مرکزی است، نیاز به استفاده از دستگاهی است که ضریب انتقال حرارت بزرگی ایجاد کند. در حالت ایدئال، دستگاهی با این مشخصات قادر خواهد بود دمای پوست سر را همدما با دمای دستگاه ثابت نگه دارد.
عموماً گزارش‌های انتقال حرارت از مغز تاکنون به دو صورت بوده است. یک دسته از این مطالعات شبیه‌سازی را تنها از جنبه انتقال حرارت در داخل بافت‌ها مدنظر قرار داده و در بهترین حالت انتقال حرارت جابجایی را با ضریب انتقال حرارت جابجایی در مدل خود بکار گرفته‌اند[11,15-17]. دسته دیگر بدون مدل نمودن انتقال حرارت درون بافت، تنها به بررسی الگوی جریان خارج از بدن (به‌صورت تجربی) پرداخته‌اند.
همچنین مدل‌سازی از توزیع دما در سر یک انسان بالغ تحت سرما درمانی با گذاشتن یخ روی سر توسط دنیس و همکارانش[16] صورت گرفته است. گزارش زو و همکارانش[17] نیز شامل مدل‌سازی ریاضی سرد شدن مغز با شرایط مرزی دما ثابت است. سوکستانسکی و همکارش[12] با استفاده از روش تحلیلی اثر عوامل مختلف را بر دمای مغز بررسی کرده و دبی و دمای جریان خون ورودی به بافت را تنها عامل مؤثر بر دمای مغز دانسته‌اند. این مدل‌سازی‌ها با فرض ثابت بودن دمای سطح پوست همراه بوده و در آن‌ها هوای اطراف و جنبه انتقال حرارت جابجایی در سال اطراف سر در نظر گرفته نشده است.
از طرف دیگر، از جنبه خارجی کلارک و همکارانش[18] مطالعه‌ای برای تعیین جابجایی آزاد در اطراف سر را انجام داده و منتشر کرده‌اند که در این تحقیق تأثیر حالت‌های مختلف بدن (خوابیده و ایستاده) بر الگوی جریان هوای اطراف سر به‌صورت تجربی مطالعه شده و ضخامت تقریبی لایه‌مرزی حرارتی و میزان انتقال حرارت در نقاط مختلف سر به کمک سیستم نوری شلیرن و کالریمتر سطحی در آن سالها اندازه‌گیری شده است.
بسیاری از کارهای انجام‌شده در این زمینه اثرات مثبتی برای محافظت از مغز داشته‌اند و توانسته دما را تا 7 درجه سانتی‌گراد در مدت‌زمان 1 ساعت کاهش بدهد، بااین‌حال متدهایی که به کاهش دمای بیشتر کمک می‌کنند تهاجمی هستند که منجر به عوارض بعدی روی بیمار میشود. لازم به ذکر است، در حالت کلی دو روش برای اعمال خنک کاری به‌صورت غیرتهاجمی وجود دارد: خنک کردن سر به کمک دستگاه‌های خنک‌کن و خنک کردن کل بدن.
سرد کردن تمام بدن یک نوزاد تازه متولدشده در ۶ ساعت نخست تولد می‌تواند از آسیب‌های مغزی ناشی از فقدان اکسیژن در جریان زایمان‌های دشوار جلوگیری کند و یا از شدت آن به میزان قابل‌توجهی بکاهد. به گزارش فرانس پرس هزاران کودک سالانه در سطح دنیا متولد شوند که به دلیل برخی مشکلات در بدو تولد مانند نرسیدن اکسیژن به آن‌ها و یا نرسیدن خون به مغزشان در معرض خطر مرگ یا معلولیت قرار می‌گیرند. خنک کردن بدن به‌اندازه چند درجه یعنی اعمال نوعی هایپوترمی خفیف نیاز مغز به اکسیژن را کاهش داده و دیگر پروسه‌هایی را که می‌توانند به آسیب مغزی دچار شوند، کند می‌کند. این شیوه درمان به افراد بالغ نیز در بهبودی پس از تجربه ایست قلبی کمک می‌کند.
در قالب تکنیک هایپوترمی یا همان خنک کردن مغز، نوزاد درون یک پتوی خاص حاوی آب سرد قرار داده می‌شود. این پتو دمای بدن نوزاد را برای مدت ٣ روز تا سطح ٣/٩٢ درجه فارنهایت (۵/٣٣ درجه سانتی‌گراد) پایین آورده و سپس به‌تدریج بدن را دوباره گرم کرده و درجه حرارت را به وضعیت نرمال حدود ۶/٩٨ درجه فارنهایت برمی‌گرداند. این نوزادان ١٨ تا ٢٢ ماه بعد مورد معاینه قرار گرفتند که نتایج یافته‌ها نشان داد مرگ یا معلولیت‌های قابل‌توجه همچون فلج مغزی تنها در ۴۴ درصد نوزادانی که بدنشان خنک شده بود، رخ داد رقمی که در نوزادان تحت درمان‌های معمول به ۶۴ رسید و هیچ‌گونه عوارض جانبی همچون مشکلات در ریتم قلب درنتیجه این شیوه درمان رخ نداد. طبق این یافته‌ها، خنک کردن مغز نوزادان به میزان ٢ تا ۵ درجه سانتی‌گراد می‌تواند احتمال معلولیت و مرگ آن‌ها در اثر کمبود اکسیژن درنتیجه کنده شدن جفت از دیواره رحم پیش از تولد و فشردگی بند ناف را به میزان قابل‌توجهی کاهش دهد.
آزوپاردی و همکاران[19] بررسی روی گروهی از بچهها در سن 6 و 7 سالگی که به‌منظور تعیین اینکه آیا خنک کردن مغز بعد از خفگی حین زایمان یا پس از زایمان در بلندمدت اثری دارد یا خیر، انجام دادند. نتایج اولیه آنها نشانگر این بود که اثرات خوبی در افراد با IQ بالاتر از 85 دیده میشد.
ژو و همکاران[20] اثربخشی و امنیت خنک کردن ملایم سر را در انسفالوپاتی هیپوکسیک-ایشکمیک در نوزادان تازه متولدشده موردبررسی قراردادند. در تحقیق آنها نوزادان مبتلابه HIE به‌صورت تصادفی انتخاب‌شده بودند.عمل خنک کردن از 6 ساعت بعد از تولد، درحالی‌که دما در قسمت حلق و بینی حدود Cº 34 و در قسمت تحتانی حدود Cº 4.5 بود، شروع شد و 72 ساعت طول کشید. متأسفانه نتایج اولیه منجر به مرگ و ناتوانیهای شدید شده بود. ویلرم و همکارانش[15] با مدل‌سازی سرد کردن مغز نوزاد به این نتیجه رسیدند که با قرار دادن سر در محیط با دمای پایین (10 درجه سانتی‌گراد) تنها مناطق سطحی مغز تا حدود Cº33-34 سرد می‌شود و تغییر دمای محسوسی در مناطق عمقی آن به وجود نخواهد آمد.
دنیس و همکاران[16] هندسه واقعی سر انسان را در نظر گرفتند و خنک کردن سر و گردن انسان را با روش المان محدود موردبررسی قراردادند. آنها در کار خود همزمان علاوه بر استفاده از یک کلاهک خنک‌کن، پکهایی از یخ روی سر و گردن قراردادند. بر اساس نتایجشان، وسیلهی دیگری نیز برای خنک کاری موردنیاز است که دمای قسمتهای مرتبط دیگر نیز کاهش یابد و درنتیجه به هدف موردنظر که در قبل ذکرشده بود، برسند. مسئله را در چهار حالت مختلف که موقعیت مکانی خنک کاری متفاوت بوده بررسی کرده‌اند، که متأسفانه به دمای 33 درجه سانتی‌گراد در مدت 30 دقیقه نرسیده‌اند.
گلوکمن و همکاران[21] از یک کلاه خنک‌کن روی سر استفاده کردند و دمای قسمت تحتانی بدن را نیز در 34-35 ثابت نگه داشتند. نتایج آنها نشان می‌دهد بااینکه این کار اثر قابل قبولی روی نوزادانی که موردبررسی قرارگرفته بودند، نداشته است. اما در کل به زنده ماندن بیماران بدون اثرات شدید عصبی کمک میکند.
اسپوزیتو و همکاران[22] در تحقیق خود، محدودیتها و اثرات جانبی روشهای کنونی خنککاری مغز را بررسی کردهاند. همچنین در مورد مزایا و معایب تزریق مایع خنک در رگهای خونی بحث کرده‌اند. همچنین پلی و همکاران[23] ارتباط بین دمای مغز و خنک کردن سطح سر و گردن را موردتحقیق قراردادند و در کار دیگر، ناکامورا و همکاران[24] تأثیر خنک کاری سر و گردن را بر دمای کلی بدن بررسی کردهاند.
ازآنجاکه در هیچ‌یک از بررسیهای انجام‌شده به دمای ۳۳ درجه در مدت‌زمان ۳۰ دقیقه که مطلوب پزشکان است، نرسیده‌اند برای اولین بار با استفاده از روش انتقال حرارت معکوس شار حرارتی و شرایط مرزی مناسب مدنظر است. در این روش با معلوم بودن جواب هدف که کاهش دما تا ۳۳ درجه و زمان ۳۰ دقیقه است، بهترین شرایط برای رسیدن به آن محاسبه می‌شوند. همچنین معادلات موردنظر معادلات انتقال حرارت در بافت زنده پنز که غیر فوریه‌ای بوده می‌باشند. هندسه مغز به‌صورت یک نیمکره در نظر گرفته‌شده است. مسئله با استفاده از روش مختصات عمومی و در حالت متقارن محوری حل‌شده است. علت استفاده از این روش این است که قادر به اعمال روی هر هندسه پیچیده دیگر خواهد بود که در کارهای آینده قطعاً موردنیاز خواهد بود. در این روش، صفحه فیزیکی نامنظم مسئله به صفحه محاسباتی مستطیل شکل تبدیل می‌شود.
فصل دوم: بررسی روش‌های بهینه‌سازی توابع
در این فصل به معرفی و بررسی روش‌هایی که برای بهینه‌سازی توابع استفاده می‌شوند، می‌پردازیم. ابتدا به تعریف مسئله بهینه‌سازی پرداخته و در ادامه مفاهیم مربوط به روند انجام فرایند بهینه‌سازی در یک مسئله معرفی می‌شوند. انواع روش‌های مستقیم و غیرمستقیم بهینه‌سازی معرفی می‌شوند. ازآنجاکه در این پایان‌نامه از روش غیرمستقیم برای بهینه‌سازی استفاده کرده‌ایم، بنابراین بیشتر به این روش‌ها پرداخته‌ایم. در تمامی این روش‌ها محاسبه گرادیان تابع الزامی است، بنابراین بررسی خواص و نحوه محاسبه آن آورده شده است. در ادامه شرح مختصری از انواع روش‌های غیرمستقیم به همراه الگوریتم محاسباتی آن‌ها آورده شده است.
2-1 مسائل بهینه‌سازییک مسئله بهینه‌سازی می‌تواند به‌صورت زیر بیان شود:
تعیین بردار به‌گونه‌ای که تابع تحت شرایط زیر مینیمم شود.
(2-1)
که در آن یک بردار n بعدی به نام بردار طراحی، تابع هدف و و به ترتیب قیدهای برابری و نابرابری نامیده می‌شوند. در حالت کلی تعداد متغیرها و تعداد قیود یا رابطه‌ای باهم ندارند. مسئله فوق یک مسئله بهینه‌سازی مقید نامیده می‌شود. در مسائلی که قیودی وجود ندارند با یک مسئله بهینه‌سازی نامقید روبرو هستیم.
نقطه را مینیمم یا نقطه سکون تابع هدف مینامیم اگر داشته باشیم:
(2-2)
شرط بالا یک شرط لازم است درصورتی‌که ماتریس هسین معین مثبت باشد آنگاه حتماً نقطه مینیمم نسبی خواهد بود. یعنی اگر داشته باشیم:
(2-3)
البته شرط بالا در صورتی صادق است که تابع مشتق‌پذیر باشد.
2-2 دسته‌بندی روش‌های بهینه‌سازیروش‌های حل مسائل مینیمم سازی به دودسته روش‌های جستجوی مستقیم و روش‌های کاهشی تقسیم‌بندی می‌شوند.
برای استفاده از روش‌های جستجوی مستقیم در محاسبه نقطه مینیمم، تنها به مقدار تابع هدف نیاز است و نیازی به مشتقات جزئی تابع نیست. بنابراین اغلب، روش‌های غیرگرادیانی یا روش‌های مرتبه صفر نامیده می‌شوند زیرا از مشتقات مرتبه صفر تابع استفاده می‌کنند. این روش‌ها بیشتر برای مسائلی کاربرد دارند که تعداد متغیرها کم و یا محاسبه مشتقات تابع مشکل می‌باشند و به‌طورکلی کارایی کمتری نسبت به روش‌های کاهشی دارند.
روش‌های کاهشی علاوه بر مقدار تابع به مشتقات اول و در برخی موارد به مشتقات مرتبه دوم تابع هدف نیز نیاز دارند. ازآنجاکه در روش‌های کاهشی، اطلاعات بیشتری از تابع هدفی که (از طریق مشتقات آن) مینیمم می‌شود، مورداستفاده قرار می‌گیرد، این روش‌ها کارایی بیشتری نسبت به روش‌های جستجوی مستقیم دارند.
روش‌های کاهشی همچنین روش‌های گرادیانی نیز نامیده می‌شوند. دراین‌بین روش‌هایی که فقط به مشتق اول تابع هدف نیاز دارند، روش‌های مرتبه اول و آن‌هایی که به مشتق اول و دوم هر دو نیاز دارند، روش‌های مرتبه دوم نامیده می‌شوند. در جدول(2-1) روش‌هایی از هر دودسته آمده است.
جدول2-1- دسته‌بندی روش‌های بهینه‌سازی
روش‌های کاهشی روش‌های جستجوی مستقیم
بیشترین کاهش
گرادیان مزدوج
روش نیوتن
روش لونبرگ- مارکورات
میزان متغیر روش جستجوی تصادفی
جستجوی شبکه
روش تک متغیر
جستجوی الگو
2-3 راه‌حل کلیتمام روش‌های مینیمم سازی نامقید اساساً تکراری هستند و ازاین‌رو از یک حدس اولیه شروع می‌کنند و به شکل ترتیبی به سمت نقطه مینیمم پیش می‌روند. طرح کلی این روش‌ها در شکل2-1 نشان داده‌شده است.
باید توجه شود تمام روش‌های مینیمم سازی نامقید:
1. نیاز به نقطه اولیه برای شروع تکرار دارند.
2. با یکدیگر تنها در نحوه تولید نقطه بعدی از تفاوت دارند.
-76200-5219700با نقطه اولیه شروع کنید
شرط همگرایی برقرار است؟
خیر
قرار دهید
قرار دهید
را بیابید
نقطه جدید را تولید کنید
را بیابید
بله
قرار دهید و توقف کنید
00با نقطه اولیه شروع کنید
شرط همگرایی برقرار است؟
خیر
قرار دهید
قرار دهید
را بیابید
نقطه جدید را تولید کنید
را بیابید
بله
قرار دهید و توقف کنید

شکل 2-1- نمودار روند بهینه‌سازی تابع هدف
2-4 نرخ هم‌گرائیروش‌های مختلف بهینه‌سازی، نرخ همگرایی مختلف دارند. به‌طورکلی یک روش، همگرایی از مرتبه دارد اگر داشته باشیم:
(2-4)
که و نقاط محاسبه‌شده در پایان تکرارهای و هستند. نقطه بهینه و نشان‌دهنده طول یا نرم بردار است که از رابطه زیر به دست میآید:


(2-5)
اگر و باشد، روش همگرای خطی (متناظر باهمگرایی آهسته) و اگر باشد، روش همگرای مرتبه دوم (متناظر باهمگرایی سریع) نامیده می‌شود. یک روش بهینه‌سازی، همگرای فوق خطی است اگر:
(2-6)
تعریف دیگری برای روش همگرایی مرتبه دوم وجود دارد: اگر یک روش مینیمم سازی با استفاده از روند دقیق ریاضی بتواند نقطه مینیمم یک تابع درجه دوم متغیره را در تکرار پیدا کند. روش همگرای مرتبه دوم نامیده می‌شود.
2-5 گرادیان تابع
گرادیان تابع، یک بردار n مؤلفه ایست که با رابطه زیر داده می‌شود:
(2-7)
اگر از یک نقطه در فضای n بعدی در راستای گرادیان حرکت کنیم، مقدار تابع با سریع‌ترین نرخ افزایش می‌یابد. بنابراین جهت گرادیان، جهت بیشترین افزایش نیز نامیده می‌شود.
4768851778003′
1
2
1′
2′
3
4
4′
X
Y
003′
1
2
1′
2′
3
4
4′
X
Y

شکل 2-2- جهت‌های سریع‌ترین افزایش
اما جهت بیشترین افزایش یک خاصیت محلی است و نه سراسری. این مطلب در شکل2-2 نشان داده‌شده است. در این شکل، بردار گرادیان محاسبه‌شده در نقاط 1، 2 ، 3، 4 به ترتیب در جهت‌های ٰ11 ، ٰ22 ، ٰ33، ٰ44 قرار دارد. بنابراین در نقطه 1 مقدار تابع در جهت ٰ11 با سریع‌ترین نرخ افزایش می‌یابد و به همین ترتیب اگر به تعداد بی‌نهایت مسیر کوچک در جهت‌های سریع‌ترین افزایش حرکت کنیم، مسیر حرکت یک منحنی شبیه به منحنی 4-3-2-1 خواهد بود.
ازآنجاکه بردار گرادیان جهت بیشترین افزایش مقدار تابع را نشان می‌دهد، منفی بردار گرادیان جهت سریع‌ترین کاهش را نشان می‌دهد. بنابراین انتظار داریم روش‌هایی که از بردار گرادیان برای بهینه‌سازی استفاده می‌کنند نسبت به روش‌های دیگر سریع‌تر به نقطه مینیمم برسند. بنابراین دو قضیه زیر را بدون اثبات می‌آوریم.
1.بردار گرادیان جهت سریع‌ترین افزایش را نشان می‌دهد.
2. بیشترین نرخ تغییر تابع در هر نقطه ، برابر اندازه بردار گرادیان در آن نقطه است.
2-5-1 محاسبه گرادیانمحاسبه گرادیان نیاز به محاسبه مشتقات جزئی دارد. سه حالت وجود دارد که محاسبه گرادیان را مشکل می‌کند:
1. تابع در تمامی نقاط مشتق‌پذیر است، اما محاسبه مؤلفه‌های بردار گرادیان غیرعملی است.
2. رابطه‌ای برای مشتقات جزئی می‌توان به دست آورد، اما محاسبه آن نیازمند زمان محاسباتی زیادی است.
3. گرادیان تابع در تمامی نقاط تعریف‌نشده باشد.
در مورد اول می‌توان از فرمول تفاضل محدود پیشرو برای تخمین مشتق جزئی استفاده کرد:
(2-8)
برای یافتن نتیجه بهتر می‌توان از فرمول اختلاف مرکزی محدود زیر استفاده کرد:
(2-9)
در روابط بالا یک کمیت اسکالر کوچک و برداری n بعدی است که مؤلفه ام آن یک، و مابقی صفر هستند. در محاسبات، مقدار را می‌بایست با دقت انتخاب نمود، زیرا کوچک بودن بیش‌ازحد آن ممکن است اختلاف میان مقادیر محاسبه‌شده تابع در و را بسیار کوچک کرده، و موجب افزایش خطای گرد کردن شود و نتایج را با خطا همراه سازد. به همین ترتیب بزرگ بودن بیش‌ازاندازه نیز خطای برشی را در محاسبه گرادیان ایجاد می‌کند. در حالت دوم استفاده از فرمول‌های تفاضل محدود پیشنهاد میشود. برای حالت سوم با توجه به این نکته که گرادیان در تمام نقاط تعریف‌شده نیست، نمی‌توان از فرمول‌های تفاضل محدود استفاده کرد. بنابراین در این موارد مینیمم کردن فقط با استفاده از روش‌های مستقیم امکان‌پذیر است.
2-5-2 تعیین طول گام بهینه در جهت کاهش تابعدر بیشتر روش‌های بهینه‌سازی، نیاز است که نقطه مینیمم در یک راستای مشخص را تعیین نمود. بنابراین لازم است نرخ تغییر تابع هدف از یک نقطه مانند ، درراستای مشخصی مانند ، نسبت به پارامتری چون محاسبه شود. باید در نظر داشت که موقعیت هر نقطه در این راستا را می‌توان با توجه به نقطه ، به‌صورت نشان داد. بنابراین نرخ تغییر تابع نسبت به این متغیر در راستای را می‌توان به‌صورت زیر نشان داد:
(2-10)
که در رابطه فوق مؤلفه -ام است. از طرفی داریم:
(2-11)
که و مؤلفه‌های -ام و هستند. بنابراین نرخ تغییر تابع در راستای برابر است با:
(2-12)
درصورتی‌که تابع را در راستای مینیمم کند، در نقطه می‌توان نوشت:
(2-13)
بنابراین مینیمم تابع، در راستای ، در نقطه می‌باشد.
2-6 معیار هم‌گرائیمعیارهای زیر می‌توانند برای بررسی هم‌گرائی در محاسبات تکراری به کار روند:
درصورتی‌که تغییرات تابع در دو تکرار متوالی از مقدار معینی کوچک‌تر شود:
(2-14)
زمانی که مشتقات جزئی (گرادیان مؤلفه‌ها) به‌اندازه کافی کوچک شود:
(2-15)
زمانی که تغییرات بردار موردنظر در دو تکرار متوالی کوچک شود:
(2-16)
که ، و مقادیر معین کوچکی در نظر گرفته می‌شوند.
2-7 روش کاهش سریعاستفاده از قرینه بردار گرادیان به‌عنوان جهت مینیمم سازی اولین بار توسط کوشی انجام گرفت. در این روش محاسبات از نقطه‌ای مانند شروع‌شده و طی فرآیندهای تکراری با حرکت در جهت سریع‌ترین نرخ کاهش، نهایتاً به نقطه مینیمم می‌رسد. مراحل مختلف این روش را می‌توان به‌صورت زیر در نظر گرفت:
1. شروع محاسبات از یک نقطه دلخواه به‌عنوان اولین تکرار
2. یافتن جهت به‌صورت
3. محاسبه طول گام بهینه در جهت و قرار دادن و یا .
4.بررسی بهینه بودن نقطه و پایان محاسبات در صورت مینیمم بودن این نقطه، در غیر این صورت قرار دادن و ادامه محاسبات از مرحله 2.
2-8 مقدمه ای بر روش انتقال حرارت معکوس2-8-1 مقدمه
با ظهور مواد مخلوط مدرن و وابستگی شدید خواص ترموفیزیکی آن‌ها به دما و مکان، روش‌های معمولی برای محاسبه آن‌ها راضی‌کننده نیستند. همچنین انتظارات عملیاتی صنعتی مدرن هر چه بیشتر و بیشتر پیچیده شده‌اند و یک محاسبه دقیق در محل از خواص ترموفیزیکی تحت شرایط واقعی عملیات ضرورت پیدا کرد. شیوه انتقال حرارت معکوس(IHTP) می‌تواند جواب‌های رضایت بخشی برای این‌گونه حالات و مسائل به دست دهد.
سود عمده IHTP این است که شرایط آزمایش را تا حد امکان به شرایط واقعی نزدیک می‌سازد.
کاربرد عمده تکنیک IHTP شامل محدوده‌های خاص زیر می‌باشند (در میان سایرین)
محاسبه خواص ترموفیزیکی مواد به‌عنوان‌مثال؛ خواص ماده سپر حرارتی در طی ورودش به اتمسفر زمین و برآورد وابستگی دمایی ضریب هدایت قالب سرد در طی باز پخت استیل
برآورد خواص تشعشعی بالک و شرایط مرزی در جذب، نشر و بازپخش مواد نیمه‌رسانا
کنترل حرکت سطح مشترک جامد - مایع در طی جامدسازی
برآورد شرایط ورود و شار حرارتی مرزی در جابجایی اجباری درون کانال‌ها
برآورد همرفت سطح مشترک بین سطوح متناوباً در تماس
نظارت خواص تشعشعی سطوح بازتاب‌کننده گرم‌کننده‌ها و پنلهای برودتی
برآورد وابستگی دمایی ناشناخته ضریب هدایت سطوح مشترک بین ذوب و انجماد فلزات در طی ریخته‌گری
برآورد توابع واکنشی
کنترل و بهینه‌سازی عملیات پروراندن لاستیک
برآورد شکل مرزی اجسام
برآورد این‌گونه خواص از طریق تکنیک‌های رایج کاری به‌شدت دشوار یا حتی غیرممکن است. اگرچه با اعمال آنالیز انتقال حرارت معکوس، این‌گونه مسائل نه‌تنها می‌توانند حل شوند، بلکه ارزش اطلاعات مطالعات افزوده‌شده و کارهای تجربی سرعت می‌گیرند.
2-8-2 مشکلات حل مسائل انتقال حرارت معکوسبرای تشریح مشکلات اصلی حل مسائل انتقال حرارت معکوس، جامد نیمه بینهایت () در دمای اولیه صفر در نظر می‌گیریم. برای زمان‌های سطح مرزی در تحت یک شار گرمایی متناوب به فرم قرارگرفته است. جایی که و ω به ترتیب دامنه و فرکانس نوسان شار گرمایی هستند و t متغیر زمان است. بعد از گذشت حالت متغیر، توزیع دمایی شبه - ثابت در جامد با توزیع دمایی زیر به دست می‌آید:
(2-17)
جایی که پخشندگی حرارتی و k ضریب رسانایی حرارتی جامد هستند.
معادله بالا نشان می‌دهد که پاسخ دمایی دارای یک تأخیر فاز نسبت به شار اعمالی سطحی می‌باشد و این تأخیر برای مکان‌های عمیق‌تر درون جسم واضح‌تر می‌باشد. درصورتی‌که این شار بتواند برآورد شود، این تأخیر دمایی نیاز به برداشت اطلاعات پس از اعمال شار حرارتی را آشکار می‌کند.
دامنه نوسان دما در هر مکانی، ، با قرار دادن در معادله به دست می‌آید. لذا:
(2-18)
این معادله نشان می‌دهد که به‌صورت توانی با افزایش عمق و با افزایش فرکانس تغییر می‌کند.
اگر دامنه شار حرارتی سطحی (q) به‌وسیله بکار بردن اندازه‌گیری مستقیم دما در نقاط داخلی اندازه‌گیری گردد آنگاه هرگونه خطای اندازه‌گیری با عمق x و فرکانس ω به‌صورت توانی بزرگنمایی می‌شود، که به‌صورت معادله زیر نشان داده می‌شود:
(2-19)
برای تخمین شار حرارتی مرزی جانمایی یک حس‌گر در عمق x از سطح، جایی که دامنه نوسانات دما بسیار بزرگ‌تر از خطاهای اندازه‌گیری‌اند، ضروری می‌باشد. در غیر اینصوررت تشخیص اینکه نوسانات دمایی در اثر شار حرارتی یا خطای اندازه‌گیری بوده غیرممکن خواهد بود، که منجر به عدم یگانگی جواب معادله خواهد شد.
ازآنجاکه خطاها در دقت روش‌های معکوس بسیار مؤثرند، بک ([26-28]) توصیفات این‌گونه خطاها را به‌صورت 8 نکته بیان نموده است.
خطاها به مقدار اصلی اضافه می‌شوند که مقدار اندازه‌گیری شده، مقدار واقعی و یک خطای رندوم می‌باشد.
خطای دمایی دارای میانگین صفر می‌باشد. یعنی . جایی که یک عملگر اندازه است، آنگاه گفته می‌شود که خطا بدون پیش مقدار است.
خطا دارای انحراف ثابت است، که عبارت است از
(2-20)
که به معنای استقلال انحراف از اندازه‌گیری است.
خطاهای مرتبط با اندازه‌گیری‌های مختلف ناهمبسته هستند. دو خطای اندازه‌گیری و (که ) ناهمبسته هستند اگر کوواریانس و صفر باشد. یعنی
(2-21)
در این حالت خطاهای و هیچ تأثیری یا رابطه‌ای بر هم ندارند.
خطاهای اندازه‌گیری دارای یک توزیع نرمال (گوسی) است. با توجه به فرضیات 2، 3 و 4 بالا توزیع احتمال به‌وسیله معادله زیر داده می‌شود
(2-22)
پارامترهای معرفی کننده خطا مثل معلوم هستند.
تنها متغیری که دارای خطاهای رندوم می‌باشد دمای اندازه‌گیری شده است. پارامترهای اندازه‌گیری شده مکان‌های اندازه‌گیری شده، ابعاد جسم گرم شونده و تمامی کمیت‌هایی که در فرمول نویسی ظاهرشده‌اند به‌دقت مشخص هستند.
اطلاعات پیشین کمیت‌ها جهت تخمین موجود نیست (می‌تواند پارامتر یا تابع باشند) اگر این اطلاعات موجود می‌بود می‌توانست جهت بهبود تخمین مقادیر بکار رود.
در ادامه چندین تکنیک مختلف برای حل مسائل IHTP را معرفی می‌نماییم. این‌گونه تکنیک‌ها معمولاً نیازمند حل مستقیم مربوطه می‌باشد. البته ارائه روش‌هایی که مسائل معکوس را بدون ارتباط با مسائل مستقیم حل کنند بسیار دشوار است.
تکنیک‌های حل مسائل می‌توانند به‌صورت زیر طبقه‌بندی شوند:
روش‌های معادلات انتگرالی
روش‌های تبدیل انتگرال
روش‌های حل سری
روش‌های چندجمله‌ای
بزرگنمایی معادلات هدایت گرمایی
روش‌های عددی مثل تفاضل محدود، المان محدود و المان مرزی
تکنیک‌های فضایی با اعمال فیلترینگ نویز اضافی مثل روش نرم کردن
تکنیک فیلترینگ تکرارشونده [29]
تکنیک حالت پایدار
روش تابع مشخصه متوالی بک
روش لوبنرگ - مارگارت برای مینیمم کردن نرم کوچک‌ترین مربعات
روش منظم سازی تیخونوف
روش منظم سازی تکراری برآورد توابع و پارامترها
الگوریتم ژنتیک [30]
2-8-3 ارزیابی روش‌های مسائل معکوس حرارتیاگر مسائل معکوس شامل تعداد زیادی پارامتر مانند برآورد شار حرارتی گذرا در زمان‌های مختلف باشند، ممکن است نوساناتی در حل رخ دهد. یک روش برای کاهش این ناپایداری‌ها استفاده از منظم سازی تیخونوف می‌باشد.
2-8-4 تکنیک‌های حل مسائل انتقال حرارت معکوسهدف اصلی این بخش معرفی تکنیک‌هایی جهت حل مسائل انتقال حرارت معکوس و روابط ریاضی موردنیاز می‌باشد.
گر چه تکنیک‌های زیادی موجود هستند، اما در اینجا به ذکر 4 تکنیک قدرتمند بسنده می‌کنیم.
لونبرگ - مارکوت برای تخمین پارامترها
گرادیان مزدوج برای تخمین پارامترها
گرادیان مزدوج با مسئله اضافی برای تخمین پارامترها
گرادیان مزدوج با مسئله اضافی برای تخمین توابع
این روش‌ها معمولاً کافی، تطبیق‌پذیر، مستقیم و قدرتمند جهت غلبه بر مشکلات موجود در حل معادلات انتقال حرارت معکوس می‌باشند.
تکنیک I: این تکنیک یک روش تکراری برای حل مسائل کوچک‌ترین مربعات تخمین پارامترهاست. این روش اولین بار در سال 1966 توسط لونبرگ [31] ایجاد شد، سپس در سال 1963 مارکوارت [32] همان تکنیک را با استفاده از روشی دیگر به دست آورد. حل مسائل معکوس به این روش، نیازمند محاسبه ماتریس حساسیت J می‌باشد. ماتریس حساسیت به‌صورت زیر تعریف می‌گردد:
(2-23)
جایی که:

تعداد اندازه‌گیری I =
تعداد پارامترهای نامعلوم N =
دمای iام تخمین زده‌شده
پارامتر jام نامعلوم
این ضریب حساسیت نقش مهمی را در تکنیک‌های I تا III ایفا می‌کند و در ادامه روش‌های متفاوت حل بیان خواهد شد.
این روش برای حل معادلات خطی و غیرخطی بسیار مؤثر است. گر چه در مسائل غیرخطی با افزایش پارامترهای نامعلوم ممکن است حل ماتریس حساسیت به درازا بکشد.
تکنیک II روش گرادیان مزدوج در بهینه‌سازی را جهت تخمین پارامترها بکار می‌برد، که همانند تکنیک I نیازمند حل ماتریس حساسیت بوده که مخصوصاً در حالت غیرخطی وقتی تعداد پارامترها زیاد شوند کاری زمان‌بر است.
تکنیک‌های III و IV: روش گرادیان مزدوج در کوچک‌سازی را با مسئله اضافی بکار می‌برد[33-36]
روش III مخصوصاً برای مسائلی که جهت تخمین ضریب آزمایشی در تخمین توابع بکار برده می‌شوند مناسب است. مسئله اضافی در جهت کاهش نیاز به حل ماتریس حساسیت استفاده می‌شود.
تکنیک IV روشی برای تخمین توابع می‌باشد مخصوصاً وقتی‌که اطلاعات مقیاسی درباره فرم تابع کمیت نامعلوم در دسترس نباشد.
تکنیک‌های اول، سوم و چهارم به همراه شرط توقف مناسب جهت تکرارهایشان؛ جزء دسته تکنیک‌های خطی سازی تکراری هستند.
در ادامه به بررسی و معرفی گام‌های اولیه و الگوریتم حل این روش‌ها با استفاده از روش تمام دامنه می‌پردازیم.
2-8-5 تکنیک I2-8-5-1 شرح تکنیک
این روش برای حل مسائل غیرخطی ابداع شد گر چه می‌توان آن را در مسائل خطی بسیار ناهنجار که از طریق مرسوم قابل‌حل نمی‌باشند نیز اعمال کرد. گام‌های اصلی روش به‌صورت زیر است:
مسئله مستقیم
مسئله معکوس
پروسه تکرار
شرط توقف
حل الگوریتم
این روش یک متد کاهشی شدید می‌باشد. در حل مسئله مستقیم، هدف یافتن دمای گذرا می‌باشد. در حل مسئله غیرمستقیم، هدف یافتن پارامتر نامعلوم با استفاده از دمای گذرای اندازه‌گیری شده در نقاط مختلف می‌باشد.
ماتریس حساسیت یا ماتریس ژاکوبین به‌صورت زیر تعریف می‌شود:
(2-24)
N: تعداد کل پارامترهای نامعلوم
I: تعداد کل اندازه‌گیری
المان‌های ماتریس حساسیت ضریب حساسیت نامیده شده و با نشان داده می‌شود. برای معادلات خطی این ماتریس تابع پارامترهای مجهول نیست اما در حالت غیرخطی ماتریس دارای پارامتری وابسته به p (مجهول) می‌باشد.
ذکر این نکته ضروری است که ماتریس که شرط شناسایی نامیده می‌شود نبایستی برابر صفر باشد زیرا اگر این مقدار برابر صفر با حتی مقداری بسیار کوچک باشد، پارامتر مجهول را نمی‌توان از پروسه معادلات تکراری به دست آورد.
مسائلی که شرط شناسایی تقریباً صفر داشته باشند مسائل ناهنجار نامیده می‌شوند. مسائل انتقال حرارت معکوس عموماً از این دسته‌اند؛ مخصوصاً در نزدیکی حدس اولیه‌ای که برای پارامترهای نامعلوم بکار می‌بریم.
ضریب حساسیت ، میدان حساسیت دمای اندازه‌گیری شده با توجه به تغییرات پارامتر مجهول p می‌باشد. میزان اندک نشان‌دهنده این است که تغییرات زیاد باعث تغییرات اندکی در می‌شوند به‌آسانی قابل‌فهم است که در این‌گونه موارد تخمین کاری دشوار می‌باشد زیرا عملاً هر مقدار گستره بزرگی از ها را در برمی‌گیرد. در حقیقت وقتی ضریب حساسیت کوچک استJTJ≃0 بوده و مسئله ما ناهنجار می‌باشد. به همین علت داشتن ضرایب حساسیت غیر وابسته خطی با اندازه بزرگ مطلوب می‌باشد، تا مسئله معکوس به خطاهای اندازه‌گیری حساس نبوده و پارامترها به‌صورت دقیق تخمین زده شوند. لازم است که تغییرات ضریب حساسیت قبل از حل مسئله آزمایش شود. این‌گونه آزمایش‌ها بهترین مکان حس‌گر و زمان اندازه‌گیری در طی حل را به دست می‌دهد.
لونبرگ - مارکارت برای کاستن از این وابستگی، از دو پارامتر (عامل استهلاک) و (ماتریس قطری) استفاده کردند. هدف از اعمال ترم کاهش نوسانات و ناپایداری‌ها در طی شرایط ناهنجار؛ از طریق بزرگ کردن مؤلفه‌هایش در مقایسه با در شرایط موردنیاز، می‌باشد.
عامل استهلاک در ابتدای پروسه تکرار بزرگ در نظر گرفته می‌شود تا در ناحیه اطراف حدس اولیه بکار رود. با کمک این روش دیگر لازم نیست ماتریس در ابتدای پروسه نامساوی صفر باشد. چون در ابتدا ضریب بزرگ است. روش لونبرگ یک به سمت متد کاهشی شدید گرایش دارد، اما با ادامه پروسه تکرار و کوچک‌تر شدن ضریب در طی این پروسه، روش به سمت روش گوس گرایش پیدا می‌کند. شرط توقف پیشنهادی توسط دنیس و شنابل کوچک بودن فرم کوچک‌ترین مربعات، گرادیان تابع مجهول و همگرایی پارامترها را چک می‌کند.
الگوریتم محاسباتی لونبرگ - مارکارت را می‌توان در موارد استفاده از چندین حس‌گر ارتقا بخشید.
2-8-5-2 روش‌های محاسبه ضرایب حساسیت
روش‌های متعددی جهت محاسبه ضرایب حساسیت موجود است که در ادامه سه نمونه از آن‌ها ذکرشده است.
تحلیل مستقیم
مسائل مقدار مرزی
تقریب تفاضل محدود
روش تحلیل مستقیم: اگر مسئله مستقیم هدایت خطی بوده و حل تحلیل برای حوزه دمایی موجود باشد، ضریب حساسیت با تفاضل گیری جواب در جهت (پارامتر نامعلوم) به دست می‌آید.
اگر غیر وابسته به باشد، آنگاه مسئله معکوس جهت محاسبه خطی خواهد بود.
در مسائلی که چندین درجه بزرگی موجود باشد، ضریب حساسیت نسبت به هرکدام از پارامترها باید چندین مرتبه بزرگ‌تر باشد که این موضوع خود باعث ایجاد مشکلات و سختی‌هایی در مقایسه و شناسایی وابستگی خطی بودن شود. این سختی‌ها را می‌توان با آنالیز ابعادی ضرایب حساسیت یا با استفاده از فرمول زیر کاهش داد:
(2-25)
با توجه به اینکه ضریب حساسیت ذکرشده در بالا هم واحد با درجه حرارت است، مقایسه مرتبه بزرگی آن راحت‌تر است.
مسائل مقدار مرزی: یک مسئله مقدار مرزی می‌تواند با تفاضل گیری از مسئله مستقیم اصلی نسبت به ضرایب مجهول جهت به دست آوردن ضرایب حساسیت بکار رود. اگر مسئله هدایت مستقیم خطی باشد، ساختار مسئله حساسیت مربوطه ساده و مستقیم است. در حالت‌های پیشرفته حل ضرایب حساسیت می‌تواند بسیار زمان‌بر باشد و بایستی از روش‌های عددی مثل تفاضل محدود بهره گرفت.
تقریب تفاضل محدود: می‌توان تفاضل اول ظاهرشده در تعریف را از طریق تفاضل پیشرو یا تفاضل مرکزی حل کرد اما برای حل به این روش لازم است N مجهول اضافی در حالت اول و N2 مجهول اضافی در حالت دوم محاسبه شود که خود بسیار زمان‌بر خواهد بود.
2-8-6 تکنیک II 2-8-6-1 متد گرادیان مزدوجروش گرادیان مزدوج روش تکرار مستقیم و قدرتمندی درزمینه حل مسائل خطی و غیرخطی معکوس می‌باشد. در پروسه تکرار، در هر تکرار یک گام مناسب در جهت ترولی انتخاب می‌شود تا تابع موردنظر را کاهش دهد.
جهت نزولی از ترکیب خطی جهت منفی گرادیان در گام تکرار حاضر با جهت نزولی تکرار پیشین به دست می‌آید. این ترکیب خطی به‌گونه‌ای است که زاویه جهت نزولی و جهت منفی گرادیان کمتر از ۹۰° باشد تا مینیمم شدن تابع موردنظر حتمی گردد[34,37-39]. روش گرادیان مزدوج با شرط توقف مناسب به‌دست‌آمده از تکنیک تنظیم تکرارها، که در آن مقدار تکرارها به‌گونه‌ای انتخاب می‌شود که جواب پایدار به دست دهد، در حل مسائل معکوس بکار می‌رود.
الگوریتم روش به‌صورت گام‌های زیر است:
مسئله مستقیم
مسئله معکوس
پروسه تکرار
شرط توقف
الگوریتم محاسباتی
در ادامه به بررسی گام‌های فوق پرداخته خواهد شد.
در حل مسئله معکوس شار حرارتی مجهول را به‌صورت تابعی خطی به فرم زیر در نظر می‌گیریم:
(2-26)
که در آن تابع تست معلوم و پارامترهای مجهول می‌باشند.
بدین ترتیب تخمین تابع مجهول به تخمین پارامترهای مجهول ، تقلیل می‌یابد. این‌گونه پارامترها را می‌توان با روش تفاضل مربعات مجهولی حل کرد.
(2-27)
S: مجموع مربعات خطاها یا تابع موردنظر
p: بردار پارامترهای مجهول
: دمای تخمین زده‌شده در زمان
: دمای اندازه‌گیری شده در زمان
: تعداد کل پارامترهای مجهول
I: تعداد کل اندازه‌گیری‌ها، به‌طوری‌که
ذکر دو نکته در اینجا ضروری می‌نماید:
بردار گرادیان جهت سریع‌ترین افزایش را نشان می‌دهد، لذا قرینه بردار جهت سریع‌ترین کاهش را نشان می‌دهد. بنابراین روش‌هایی که از بردار گرادیان جهت بهینه‌سازی استفاده می‌کنند نسبت به روش‌های دیگر سریع‌تر به نقطه مینیمم می‌رسند.
بیشترین نرخ تغییر تابع f در هر نقطه ، برابر اندازه بردار گرادیان در آن نقطه است. در بیشتر روش‌های بهینه‌سازی نیاز است که نقطه مینیمم در یک راستای مشخص تعیین گردد. یعنی لازم است نرخ تغییر تابع هدف از یک نقطه مانند در راستای مشخصی مانند نسبت به پارامتری چون محاسبه شود.
لذا اگر نرخ تغییر تابع در راستای برابر باشد با
(2-28)
و درصورتی‌که تابع f را در جهت مینمم کند؛ مینمم تابع در نقطه خواهد بود زیرا
(2-29)
پروسه تکرار در روش گرادیان مزدوج جهت کمینه‌سازی نرم داده‌شده به‌صورت زیر می‌باشد
(2-30)
جایی که جستجوگر سایز گام، جهت نزول و بالانویس k نمایانگر تعداد تکرار است.
جهت نزولی به‌صورت پیوستگی جهت گرادیان و و جهت نزولی تکرار قبلی می‌باشد که فرم ریاضی آن به‌صورت زیر است:
(2-31)
تعاریف گوناگونی برای ضریب همبستگی موجود است. به‌عنوان‌مثال بسط پولاک - ریبیر (معادله 2-32) در مراجع[37,40,41] و بسط فلچر - ریوز (معادله 2-33) در مراجع[37,38,40] آمده است.
(2-32) γk=j=1N∇S(pk)j∇Spk-∇S(pk-1)jj=1N∇S(pk-1)2j k=1,2,…
وقتی‌که برای k=0 شرط مرزی γ0=0 برقرار باشد.
(2-33) γk=j=1N∇S(pk)2jj=1N∇S(pk-1)2j k=1,2,…
بسط جهت گرادیان نسبت به پارامتر مجهول p به‌صورت
(2-34)
می‌باشد. جایی که ماتریس حساسیت می‌باشد. به‌عبارت‌دیگر درایه jام جهت گرادیان را می‌توان از فرم صریح
(2-35)
به دست آورد.
هرکدام از بسط‌های ذکرشده در مراجع جهت باعث ایجاد زاویه کمتر از بین جهت نزول و جهت منفی گرادیان شده، درنتیجه تابع بهینه می‌گردد.[36]
این بسط‌ها در مسائل خطی هم‌ارز بوده اما در مسائل غیرخطی، بر طبق برخی مشاهدات، بسط پولاک - ریبیر باعث بهبود همگرایی می‌شود. باید دانست که اگر باشد، در تمامی تکرارها جهت نزول همان جهت گرادیان می‌باشد و طول گام بهینه کاهشی به دست خواهد آمد گر چه روش گام بهینه کاهشی به‌سرعت روش گرادیان مزدوج همگرا نمی‌شود. گام جستجو از کمینه ساختن تابع نسبت به به دست می‌آید.
(2-36)
با جایگذاری از معادله (2-30) در معادله بالا و همچنین خطی سازی بردار دمای با بسط سری تیلور گام جستجو به‌صورت ماتریس زیر به دست خواهد آمد:
(2-37)
پس از محاسبه ماتریس حساسیت به یکی از روش‌های گفته‌شده در قبل، جهت گرادیان ، ضریب همبستگی و گام جستجو پروسه تکرار تا رسیدن به‌شرط توقف که طبق قانون اختلاف می‌باشد ادامه پیدا می‌کند.
(2-38) : شرط توقف
(2-39) Yti-T(xmeas,ti≈σi
σ: انحراف معیار استاندارد
(2-40) Ԑ=i=1Iσi2=Iσ2
اگرچه استفاده از این فرضیه جهت تکنیک I لازم نیست؛ زیرا تکنیک اول به‌صورت اتوماتیک با کنترل پارامتر استهلاک و کاهش شدید صعود بردار پارامترها در پروسه تکرار از ناپایداری جواب‌ها جلوگیری می‌کند. استفاده از قانون اختلاف نیازمند اطلاعات اولیه از انحراف استاندارد خطای اندازه‌گیری می‌باشد. یک روش جایگزین می‌تواند استفاده از اندازه‌گیری‌های اضافی باشد.
2-8-6-2 الگوریتم محاسباتی تکنیک دومبا فرض آنکه دماهای اندازه‌گیری شده در زمان‌های بوده و حدس اولیه برای بردار مجهول p باشد. ابتدا قرار داده و سپس:
گام 1: حل معادله مستقیم حرارت با استفاده از و به دست آوردن بردار دمای اندازه‌گیری
گام 2: ارائه حل اگر شرط توقف (2-38) ارضا نشده باشد.
گام 3: حل ماتریس حساسیت از معادله (2-35) به یکی از روش‌های گفته‌شده
گام 4: با دانستن Y، و جهت گرادیان از معادله (2-34) به‌دست‌آمده سپس از معادلات (2-32) یا (2-33) محاسبه می‌گردد.
گام 5: جهت نزول از معادله (2-31) محاسبه می‌آید.
گام 6: با دانستن ، Y، و گام جستجو از معادله (2-37) به دست می‌آید.
گام 7: با دانستن و و حدس جدید از معادله (2-30) به دست می‌آید.
گام 8: بجای k، 1+k را جایگزین کرده به گام 1 بازمی‌گردد.
2-8-6-3 اندازه‌گیری پیوستهتا اینجا فرض بر گسسته بودن دامنه زمانی و دماهای اندازه‌گیری شده بوده است. در حالتی که تعداد داده‌ها به‌اندازه‌ای باشد که بتوان آن‌ها را تقریباً پیوسته در نظر گرفت نیازمند برخی اصلاحات در فرم اولیه، بردار گرادیان(معادله 4-18)، گام جستجو(معادله 4-21) و تلورانس (معادله 4-24) مورداستفاده در قانون اختلاف می‌باشد.
با فرض پیوستگی اطلاعات اندازه‌گیری شده انتگرال تابع در بازه زمان 0≤t≤tf به‌صورت:
(2-41)
نوشته‌شده که تابع گرادیان معادله بالا نیز به‌صورت
(2-42)
نوشته می‌گردد. به‌عبارت‌دیگر هر جزء بردار گرادیان به فرم
(2-43)
خواهد بود. در ادامه گام جستجو نیز باید به فرم پیوسته برای دامنه زمان بازنویسی گردد.
که این مهم با بهینه‌سازی تابع برحسب در دامنه محقق می‌گردد. لذا
(2-44)
که این معادله بسیار شبیه به فرم گسسته می‌باشد.
تلورانس نیز به‌صورت نوشته می‌گردد و الگوریتم حل همچنان دست‌نخورده باقی خواهد ماند.
در مسائلی که هدف تعیین ضرایب پارامتری شده تابع مجهول باشد تکنیک III راه‌حلی جایگزین جهت پرهیز از حل چندباره ماتریس حساسیت در به دست آوردن جهت گرادیان و گام جستجو می‌باشد.
2-8-7 تکنیک III 2-8-7-1 روش گرادیان مزدوج با مسئله اضافی جهت تخمین پارامترهادر این بخش به تشریح روشی دیگر از متد گرادیان مزدوج پرداخته می‌شود که با کمک حل دو مسئله کمکی، مسئله حساسیت و مسئله اضافی، به حل گام جستجو و معادله گرادیان می‌پردازد. این روش مخصوصاً در مسائلی که هدف یافتن ضرایب توابع امتحانی بکار رفته در فرم تابع مجهول می‌باشد کاربرد دارد.
جهت راحتی مراحل بعدی آنالیز، مقادیر اندازه‌گیری شده پیوسته فرض می‌گردد.
فرم معادله تفاضل مربعات به‌صورت
(2-45)
است. مطابق قبل دمای اندازه‌گیری شده و دمای تخمین زده‌شده در نقطه در بازه زمانی می‌باشد.
گام‌های اصلی حل به شرح زیر بوده که در ادامه به شرح بیشتر هرکدام پرداخته می‌شود.
مسئله مستقیم
مسئله معکوس
مسئله حساسیت
مسئله اضافی الحاقی
معادله گرادیان
پروسه تکرار
شرط توقف
الگوریتم محاسباتی
گام‌های اول و دوم همانند سابق بوده لذا از شرح مجدد خودداری می‌گردد. در گام سوم تابع حساسیت حاصل حل مسئله حساسیت به‌صورت مشتق وابسته دما در جهت آشفتگی تابع مجهول تعریف می‌شود.
این مسئله می‌تواند با فرض اینکه دما با مقدار دچار آشفتگی شده وقتی‌که چشمه حرارتی با میزان دچار انحراف گردیده به دست آید. که انحراف از مجموع انحراف هر یک از پارامترهایش حاصل‌شده است.
(2-46)
اکنون اگر در معادله مستقیم با و با جایگزین گردد، معادله حساسیت به دست خواهد آمد.
عامل لاگرانژ جهت بهینه‌سازی تابع استفاده می‌گردد. این عامل جهت محاسبه تابع گرادیان با کمک حل مسئله الحاقی در مسئله حساسیت لازم می‌باشد. در این راستا با ضرب معادله مشتق جزئی مسئله مستقیم در ضریب لاگرانژ و انتگرال‌گیری آن در حوزه زمان و جمع معادله حاصل بافرم اولیه تابع ، جایگزین به دست می‌آید.
مشتق وابسته در جهت آشفتگی از جایگزینی ، و بجای ، و در معادله به‌دست‌آمده و صرف‌نظر کردن از ترم‌های درجه دوم حاصل می‌شود. می‌توان با حل جزءبه‌جزء طرف راست مسئله و صرف‌نظر کردن از انتگرال‌های شامل به فرم ساده‌شده معادله الحاقی دست‌یافت.
بنا بر تعریف، مشتق وابسته در جهت بردار به‌صورت
(2-47)
نوشته می‌شود. استفاده از معادله الحاقی برای آن دسته از مسائلی که حل تحلیل نداشته و نیاز به استفاده از روش‌های تفاضل محدود است، مناسب می‌باشد. با این روش، گرادیان با حل تنها یک معادله الحاقی به دست می‌آید. درحالی‌که روش دوم نیازمند حل N باره مسئله مستقیم جهت به دست آمدن ضرایب حساسیت می‌باشد.
گام جستجو که جهت بهینه‌سازی تابع در هر تکرار بکار می‌رود از خطی سازی دمای تخمین زده‌شده در فرم بهینه تابع با کمک بسط سری تیلور به دست می‌آید.
(2-48)
که حل مسئله حساسیت حاصل از قرار دادن در محاسبه معادله (2-46) می‌باشد.
باید توجه داشت که در هر گام تکرار لازم است یک مسئله حساسیت جهت محاسبه حل گردد.
شرط توقف نیز همانند تکنیک به‌صورت می‌باشد.
2-8-7-2 الگوریتم محاسباتی تکنیک سومبه‌صورت خلاصه الگوریتم حل به‌صورت زیر می‌باشد. با قرار دادن ، فرضیات و مطابق تکنیک II می‌باشد.
مرحله 1: محاسبه از معادله و آنگاه حل معادله مستقیم جهت به دست آوردن
مرحله 2: بررسی شرط توقف و ارائه حل در صورت ارضاء نشدن آن
مرحله 3: حل معادله الحاقی جهت محاسبه با دانستن و
مرحله 4: با دانستن ، به دست آوردن پارامترهای بردار گرادیان
مرحله 5: با دانستن ، محاسبه و آنگاه جهت نزول
مرحله 6: با قرار دادن ، محاسبه و سپس حل مسئله حساسیت برای به دست آوردن
مرحله 7: با دانستن ، به دست آوردن گام جستجو
مرحله 8: با دانستن و، محاسبه تخمین جدید و جایگزینی k با 1+k و آنگاه بازگشت به مرحله 1
2-8-8 تکنیک IV2-8-8-1 گرادیان مزدوج با مسئله الحاقی برای تخمین توابعدر این روش هیچ اطلاعات اولیه از فرم تابع مجهول به‌جز فضای تابع موجود نیست. در اینجا تابع به‌صورت زیر تعریف می‌گردد.
(2-49)
و گام‌های حل نیز مانند تکنیک III می‌باشد.
تفاوت این روش با دو تکنیک قبل در این است که دیگر به‌صورت ساده پارامتری نوشته نمی‌شود. حل مسائل الحاقی و حساسیت در حالت کلی بسیار شبیه حالت تکنیک III می‌باشد. اما جهت محاسبه معادله گرادیان دیگر نمی‌توان مانند گذشته عمل نمود.
از مقایسه مسئله الحاقی و می‌توان معادله گرادیان را به دست آورد.
(2-50)
تابع مجهول از بهینه‌سازی به دست خواهد آمد. لذا پروسه تکرار به‌صورت
(2-51)
خواهد بود. که در آن ، جهت نزول، به‌صورت زیر می‌باشد.
(2-52)
همچنین ضریب نیز می‌تواند از هرکدام از بسط‌های پولاک - ریبیر و یا فلچر - ریوز به دست آید.
در انتها نیز از بهینه‌سازی نسبت به و پس از ساده‌سازی با اعمال بسط سری تیلور، مشتق‌گیری نسبت به و مساوی صفر قرار دادن آن، به دست می‌آید.
(2-53)
که در آن جواب مسئله حساسیت با جایگزینی می‌باشد.
ازآنجاکه معادله گرادیان در زمان نهایی همواره صفر می‌باشد لذا حدس اولیه هرگز تحت پروسه تکرار تغییر نمی‌کند. لذا تابع تخمین زده‌شده می‌تواند از جواب دقیق منحرف گردد که جهت غلبه بر این موضوع می‌توان از بازه زمانی بزرگ‌تر از بازه موردنیاز استفاده نمود. همچنین می‌توان با تکرار حل معکوس و استفاده از جواب تکرار قبل جهت حدس اولیه نیز اثر این مشکل را کاهش داد.
شرط توقف نیز مانند تکنیک پیشین می‌باشد که در موارد بدون خطا می‌تواند مقداری بسیار کوچک یا حتی صفر داشته باشد.
2-8-8-2 الگوریتم محاسباتی تکنیک چهارمبه‌صورت خلاصه الگوریتم محاسباتی این تکنیک به شرح زیر می‌باشد:
مرحله 1: حل معادله مستقیم و محاسبه بر اساس
مرحله 2: بررسی شرط توقف و ادامه حل در صورت ارضا نشدن آن
مرحله 3: با دانستن و ، حل معادله الحاقی و به دست آوردن
مرحله 4: حل با دانستن
مرحله 5: با دانستن گرادیان ، محاسبه از هرکدام از بسط‌های ذکرشده و نیز جهت نزول
مرحله 6: با قرار دادن و حل معادله حساسیت، به دست آوردن
مرحله 7: با دانستن ، به دست آوردن گام جستجو
مرحله 8: با دانستن گام جستجو و جهت نزول، محاسبه مقدار جدیدو بازگشت به مرحله 1
حل معادله مستقیم جواب‌های دقیق را به دست می‌دهد.
برای محاسبه داده‌های دارای خطا می‌توان از راه‌حل زیر استفاده نمود:
(2-54)
که در آن ω متغیر رندوم با پراکندگی نرمال که دارای هسته اصلی صفر و انحراف معیار استاندارد می‌باشد. با اطمینان 99% به‌صورت -2.576<ω<2.576 بوده که می‌تواند از زیر برنامه IMSL یا DRRNOR به دست آید [31]. این مقادیر می‌تواند بجای داده‌های آزمایشگاهی اندازه‌گیری شده جهت حل معکوس استفاده شود.
فصل سوم: مدل ریاضی
3-1 مقدمهطبیعت پیچیده انتقال حرارت در بافتهای زنده مانع مدل‌سازی ریاضی دقیقی شده است. فرضیات و ساده‌سازی‌هایی باید انجام شود. در ادامه مروری مختصر بر معادلات و توزیع دما دربافت‌های زنده خواهیم داشت.
3-2 مدل‌های هدایت گرماییاز معادله انتقال حرارت زیستی پنز [25]شروع می‌کنیم که در سال 1948 ارائه‌شده است. ویژگی این معادله ساده بودن آن و کاربردی بودنش در شرایط خاص است.مدل‌هایی که در این بخش ارائه گردیده مدل‌های ماکروسکوپیکی است که بیشتر از سایر مدل‌ها در توصیف انتقال گرما مورداستفاده قرار می‌گیرند.
3-2-1 مدل پنزمعادله پنزبر اساس فرض‌های ساده کننده‌ای طبق فاکتور زیر است:
تعادل گرمایی: انتقال حرارت بین خون و بافت در بسترهای کپیلاری و همچنین رگ‌ها انجام می‌شود. ازاین‌رو از انتقال حرارت بین خون و بافت قبل و بعد از ورود به بافت صرف‌نظرمی‌شود.
2) تزریق وریدی خون: جریان خون در مویرگ‌های کوچک، ایزوتروپیک فرض می‌شود. این فرض باعث می‌شود جهت جریان کم‌اهمیت شود.
3)آرایش رگ‌ها:
رگ‌های خونی بزرگ‌تر در همسایگی بستر مویرگ‌های کپیلاری هیچ نقشی در تبادل حرارت بین بافت و خون مویرگ ایفا نمی‌کند. بنابراین، مدل پنزهندسهی رگ‌های اطراف را در نظر نمی‌گیرد.
4) دمای خون:
فرض می‌شود که خون با همان دمای هسته بدن Ta0 به مویرگها میرسد که به‌طور مداوم با بافت‌ها که در دمای T قرار دارند، تبادل گرمایی می‌کنند. بر اساس این فرضیات معادله پنز اثر خون را به‌عنوان یک منبع حرارتی ایزوتروپیک (یا چاه گرمایی) مدل کرده است که با نرخ جریان خون و اختلاف دمای بینTa0و T متناسب است.در این مدل، خونی که مسیر خود را آغاز می‌کند، تا زمانی که به مویرگ‌هاورگه‌ای درون بافت‌ها برسد در نظر گرفته می‌شود (المان بافتی که خون در آن واردشده است را در شکل 3-1.درنظر بگیرید). المان به‌اندازه کافی بزرگ است که رگ‌ها و مویرگ‌ها را در برداشته باشد، امّا در مقایسه با ابعادی که ما موردبررسی قرار می‌دهیم کوچک است.
1311275299085
شکل3-1. المان در نظر گرفته‌شده برای به دست آوردن معادله انتقال حرارت زیستی پنز
با نوشتن معادله انرژی به‌صورت زیر داریم:
(3-1) Ein+Eg-Eout=E
در اینجا از اثر جابجایی صرف‌نظر شده و به‌جای آن ترم مربوط به تزریق وریدی خون اضافه‌شده است. ساده‌ترین راه برای بررسی این ترم این است که آن را به‌صورت ترم تولید انرژی در نظر بگیریم.
اگرنرخ انرژی اضافه‌شده توسط خون در واحد حجم بافت:q''bانرژی متابولیک تولیدشده در واحد حجم بافت:q''mبا درنظر گرفتن المان موجود در شکل 1 خون با دمای مرکزی بدن به آن وارد می‌شودTa0 و در داخل المان به دمای تعادل المان بافت که T است، می‌رسد.
(3-2) q'''b=ρbCbWbTa0-T
که در معادله فوق، Cb گرمای ویژه خون، Wb نرخ خون تزریق وریدی بر واحد حجم بافت و ρb چگالی خون هست.
با استفاده از معادله انرژی و حذف کردن ترم جابجایی و استفاده از موارد فوق داریم:
(3-3) ∇.k∇T+ρbCbWbTa0-T+q'''m=ρC∂T∂t
که Cگرمای ویژه بافت، k هدایت گرمایی و ρ چگالی بافت است.
در معادله فوق اولین‌ترم مربوط به هدایت در 3 جهت است. با توجه به سیستم مختصات موردنظر ما به سه حالت زیر تبدیل می‌شود:
مختصات کارتزین،
(3-4) ∇.k∇T=∂∂xk∂T∂x+∂∂yk∂T∂y
مختصات استوانه‌ای،
(3-5) ∇.k∇T=1r∂∂rkr∂T∂r+1r2∂∂θk∂T∂θ+∂∂zk∂T∂z
مختصات کروی،