payanneme

٣‐٣‐ موارد وقوع فرورزونانس در سیستم های قدرت ......................................................................... ۷۱
٣‐۴ ‐ شروع فرورزونانس...................................................................................................................... ١٨
٣‐۴‐١‐ شرایط ادامه یافتن فرورزونانس ......................................................................................... ١٨
٣‐۵‐ اثرات نامطلوب فرورزونانس ........................................................................................................ ١٩
٣‐۶‐ مبانی پدیده فرورزونانس ............................................................................................................. ٢٠
٣‐٧‐فرورزونانس در ترانسفورماتورهای توزیع ..................................................................................... ٢٢
٣‐٧‐١‐ فرورزونانس پایدار .............................................................................................................. ٢٣
٣‐٧‐٢‐ فرورزونانس ناپایدار............................................................................................................ ٢٣
٣‐٨‐ تاثیر نوع سیم بندی ترانسفورماتورها............................................................................................ ٢۴
٣‐٩‐ تاثیر بار بر اضافه ولتاﮊهای فرورزونانس....................................................................................... ٢۴
٣‐١٠‐ طبقه بندی مدلهای فرورزونانس ................................................................................................ ٢۵
٣‐١١‐ شناسایی فرورزونانس................................................................................................................. ٢۵
فصل چهارم: مبانی علمی روشهای پیشنهادی...............................................................................٢٧
۴‐١‐ از تبدیل فوریه تا تبدیل موجک.................................................................................................... ٢٨
۴‐٢‐ سه نوع تبدیل موجک................................................................................................................... ٣٣
۴‐٢‐١‐تبدیل موجک پیوسته............................................................................................................ ٣٣
۴‐٢‐٢‐ تبدیل موجک نیمه گسسته.................................................................................................. ٣۵
۴‐٣‐ انتخاب نوع تبدیل موجک......................................................................................................... ۷۳
۴‐۴‐ آنالیز مالتی رزولوشن و الگریتم DWT سریع ........................................................................... ۷۳
۴‐۴‐١‐ آنالیز مالتی رزولوشن ....................................................................................................... ٣٧
۴‐۵‐ زبان پردازش سیگنالی ............................................................................................................... ۴٠
۴‐۶‐ شبکه عصبی .............................................................................................................................. ۴۵
۴‐۶‐١‐ مقدمه .................................................................................................................................. ۴۵
۴‐۶‐٢‐ یادگیری رقابتی................................................................................................................. ۴۶
۴‐۶‐٢‐١‐روش یادگیری کوهنن ................................................................................................. ۴٧
۴‐۶‐٢‐٢‐ روش یادگیری بایاس .................................................................................................. ۴٨
۴‐٧‐ نگاشت های خود سازمانده ..................................................................................................... ۵٠
۴‐٨‐ شبکه یادگیری کوانتیزه کننده برداری ...................................................................................... ۵٢
۴‐٨‐١‐ روش یادگیری ................................................................................................... LVQ1 ۵٣
۴‐٨‐٢‐ روش یادگیری تکمیلی..................................................................................................... ۵۵
۴‐٩‐ مقایسه شبکه های رقابتی ........................................................................................................ ۵۵
فصل پنجم: جمعآوری اطلاعات ................................................................................................ ۵٧
۵‐١‐ نحوه بدست آوردن سیگنالها......................................................................................................... ۵٨
۵ ‐١‐١‐ بدست آوردن سیگنالهای فرورزونانس................................................................................. ۵٨
۵‐١‐٢‐ انواع کلیدزنیها و انواع سیم بندی در ترانسفورماتورها............................................................. ۵٩
۵ ‐١‐٣‐ اثر بار بر فرورزونانس .......................................................................................................... ۶۴
۵ ‐١‐۴‐ اثر طول خط......................................................................................................................... ۶۵
۵‐١‐۵‐ بدست آوردن سیگنالهای سایر حالات گذرا............................................................................. ۶۶
فصل ششم: پیاده سازی الگوریتم و نتایج شبیه سازی .............................................................. ٧۴
۶‐١‐ مقدمه ........................................................................................................................................ ٧۵
۶‐٢‐ تعیین کلاسها و تعداد الگوهای هر کلاس ................................................................................ ٧۵
۶‐٣‐ اعمال تبدیل موجک و استخراج ویژگیها ................................................................................. ٧۵
۶‐۴‐ پیاده سازی الگوریتم با استفاده از شبکه عصبی ................................................................LVQ ٨١
۶‐۵‐ پیاده سازی الگوریتم با استفاده از شبکه عصبی رقابتی.............................................................. ٨٨
فصل هفتم: نتیجه گیری و پیشنهادات........................................................................................ ٩۵
٧‐١‐ نتیجه گیری................................................................................................................................ ٩۶
٧‐٢‐ پیشنهادات ................................................................................................................................. ٩٨
فهرست منابع........................................................................................................................... ١٠٠
فهرست جدولها عنوان صفحه
جدول ۵‐۲. اطلاعات بارها ................................................................................................ ........................ ۹۵
جدول۵‐۳.مشخصات ترانسفورماتورها ....................................................................................................... ۹۵
جدول۶‐۱ در صد تشخیص شبکه LVQ با موجک ............................................................................ Db ۴۸
جدول ۶‐۲ در صد تشخیص شبکه LVQ با موجک ....................................................................... dmey ۴۸
جدول ۶‐۳ در صد تشخیص شبکه LVQ با موجک ....................................................................... haar ۵۸
جدول۶‐۴ در صد تشخیص شبکه رقابتی با موجک ............................................................................ Db ۱۹
جدول ۶‐۵ در صد تشخیص شبکه رقابتی با موجک ..................................................................... dmey ۱۹
جدول ۶‐۶ در صد تشخیص شبکه رقابتی با موجک ....................................................................... haar ۲۹
فهرست شکلها عنوان صفحه
۱‐۳. مدار معادل پدیده فرورزونانس............................................................................................................ ۰۲
۲‐۳ حل ترسیمی مدار LC غیر خطی.......................................................................................................... ۱۲
۴‐۱ نمایش پهن و باریک پنجرهای طرح زمان‐ فرکانس............................................................................. ۹۲
۴‐۲‐ چند خانواده مختلف ازتبدیل موجک. ................................................................................................ ۱۳
۴‐۳‐ دو عمل اساسی موجک‐ مقیاس و انتقال ‐ برای پر کردن سطح نمودار مقیاس زمان....................... ۳۳
۴‐۴‐ تشریح CWT طبق معادله۴ ................................................................................................................ ۴۳
۴‐۵ مثالی از آنالیزموجک پیوسته. در بالا سیگنال مورد نظر نمایش داده شده است. ............................... ۵۳
۴‐۶ طرح الگوریتم کد کردن زیر باند ......................................................................................................... ۱۴
۴‐۷ نمایش تجزیه توسط موجک................................................................................................................. ۳۴
۴‐۸ مثالیاز تجزیه .DWT سیگنال اصلی، سیگنال تقریب (AP) وسیگنالهای جزئیات CD1) تا ..................................................................................................................................................... (CD6 ۴۴
۴‐۹ معماری شبکه رقابتی............................................................................................................................ ۶۴
۴‐ ۰۱نمایش همسایگی................................................................................................................................ ۱۵
۴‐۱۱ معماری شبکه ......................................................................................................................... LVQ ۲۵
۵‐۱. فیدر .......................................................................................................................................... 20kV ۸۵
۵‐۲ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز.......................................................................................... ۹۵
۵‐۳ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز.......................................................................................... ۹۵
۵‐۴ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز.......................................................................................... ۰۶
۵‐۵ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز.......................................................................................... ۰۶
۵‐۶ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز.......................................................................................... ۰۶
۵‐۷ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز.......................................................................................... ۰۶
۵‐۸ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز.......................................................................................... ۱۶
۵‐۹ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز.......................................................................................... ۱۶
۵‐۰۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز........................................................................................ ۱۶
۵‐۱۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز........................................................................................ ۱۶
۵‐۲۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز........................................................................................ ۲۶
۵‐۳۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز........................................................................................ ۲۶
۵‐۴۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز........................................................................................ ۲۶
۵‐۵۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز ................................................................................... ۲۶
۵‐۶۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز........................................................................................ ۳۶
۵‐۷۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز........................................................................................ ۳۶
۵‐۸۱ ولتاﮊ ثانویه فاز a در اثر افزایش بار................................................................................................ ...۴۶
۵‐۹۱ ولتاﮊ ثانویه فاز a در اثر قطع تعدادی از بارها ................................ ...................................................۶۴
۵‐۰۲ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس با کاهش طول خط................................ ......................................................۶۵
۵‐۱۲.ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس با افزایش طول خط................................ .....................................................۵۶
۵‐۲۲.پیکربندی فازها و اطلاعات مکانیکی................................................................ .................................۷۶
۵‐٢٣مدل فرکانسی بار CIGRE در ................................................................ EMTP ...............................۷۶
۵‐٢۴یک نمونه از منحنی مغناطیس شوندگی ترانسفورماتورها................................ ....................................٧٠
۵‐۵۲ . سه نمونه از سیگنالهای کلیدزنی خازنی................................................................ ...........................۰۷
۵‐۶۲. سه نمونه از سیگنالهای کلیدزنی بار ................................................................ ..................................۱۷
۵‐۷۲. سه نمونه از سیگنالهای کلیدزنی ترانسفورماتور ................................ ...............................................۱۷
۶ ‐۸ یک الگوی فرورزونانس، سیگنال تقریب((AP و سیگنالهایجزئیات(CD1 تا (CD6 با
استفاده از تبدیل موجک ................................................................ Daubechies ....................................۸۷
۶‐۹. یک الگوی کلیدزنی خازنی، سیگنال تقریب((AP و سیگنالهای جزئیات(CD1تا (CD6
با استفاده از تبدیل موجک ................................................................ Daubechies .................................۸۷
۶‐۰۱ یک الگوی کلیدزنی بار، سیگنال تقریب((AP و سیگنالهایجزئیات(CD1تا (CD6 با استفاده
از تبدیل موجک ................................................................Daubechies .................................................۸۷
۶‐۱۱یک الگوی کلیدزنی ترانسفورماتور، سیگنال تقریب((AP و سیگنالهای جزئیات(CD1تا
(CD6 با استفاده از تبدیل موجک ................................................................ Daubechies .....................۸۷
۶‐۲۱یک الگوی فرورزونانس، سیگنال تقریب((AP و سیگنالهایجزئیات(CD1تا (CD6 با استفاده
از تبدیل موجک ................................................................................................ Haar .............................۹۷
۶‐۳۱. یک الگوی کلیدزنی خازنی، سیگنال تقریب((AP و سیگنالهای جزئیات(CD1تا (CD6 با
استفاده از تبدیل موجک ................................................................ Haar .................................................۹۷
۶‐۴۱ یک الگوی کلیدزنی بار، سیگنال تقریب((AP و سیگنالهای جزئیات(CD1تا (CD6 با استفاده از
تبدیل موجک ................................................................................................ Haar .................................۹۷
۶‐۵۱یک الگوی کلیدزنی ترانسفورماتور، سیگنال تقریب((AP و سیگنالهای جزئیات(CD1تا (CD6
با استفاده از تبدیل موجک ................................................................ Haar .............................................۹۷
۶‐۶۱یک الگوی فرورزونانس، سیگنال تقریب((AP و سیگنالهایجزئیات(CD1تا (CD6 با استفاده
از تبدیل موجک ................................................................................................DMeyer ........................۰۸
۶‐۷۱یک الگوی کلیدزنی خازنی، سیگنال تقریب((AP و سیگنالهای جزئیات(CD1تا (CD6 با
استفاده از تبدیل موجک ................................................................ DMeyer ...........................................۰۸
۶‐۸۱ یک الگوی کلیدزنی بار، سیگنال تقریب((AP و سیگنالهایجزئیات(CD1تا (CD6 با استفاده
از تبدیل موجک ................................................................................................DMeyer ........................۰۸
۶‐۹۱یک الگوی کلیدزنی ترانسفورماتور، سیگنال تقریب((AP و سیگنالهای جزئیات(CD1تا (CD6
با استفاده از تبدیل موجک ................................................................ DMeyer ........................................۰۸
۶‐۰۲ الگوریتم ارائه شده ................................................................................................ ............................۱۸
۶‐۱۲‐ انرﮊی لحظه ای یک نمونه از جریان فاز دوم سیگنالها......................................................................۶۸
۶‐۲۲‐ انرﮊی لحظه ای یک نمونه از ولتاﮊ فاز سوم سیگنالها........................................................................۶۸
۶‐۳۲ مقایسه میانگین مولفه های متناظر بردارهای ویژگی استخراج شده توسط تبدیل موجک
Daubechies1 بر روی جریان فاز دوم چهار سیگنال بصورت نرمالیزه شده...........................................۷۸
۶‐۴۲‐ مقایسه میانگین مولفه های متناظر بردارهای ویژگی استخراج شده توسط تبدیل موجک
Daubechies2بر روی ولتاﮊ فازسوم چهار سیگنال بصورت نرمالیزه شده..............................................۷۸
۶‐۵۲‐ مقایسه میانگین مولفه های متناظر بردارهای ویژگی استخراج شده توسط تبدیل موجک 1
Daubechies بر روی جریان فاز دوم چهار سیگنال بصورت نرمالیزه شده. ............................................۲۹
۶‐۶۲‐ مقایسه میانگین مولفه های متناظر بردارهای ویژگی استخراج شده توسط تبدیل موجک
Daubechies2 بر روی ولتاﮊ فازسوم چهار سیگنال بصورت نرمالیزه شده ............................................۳۹
۶‐۷۲‐ انرﮊی لحظه ای یک نمونه از ولتاﮊ فاز سوم سیگنالها ......................................................................۳۹
۶‐۸۲‐ انرﮊی لحظه ای یک نمونه از جریان فازدوم سیگنالها ......................................................................۴۹
چکیده
یکــی از عوامــل ســوختن و خرابــی ترانــسفورماتورها در سیــستم هــای قــدرت، وقــوع پدیــده
فرورزونانس است. با توجه به اثرات مخرب این پدیده، تشخیص آن از سایر پدیده هـای گـذرا از
اهمیت ویژه ای برخوردار است که در این پایان نامه کارکرد دو شـبکه عـصبی یـادگیری کـوانتیزه
کننده برداری((LVQ١ و شبکه عصبی رقابتی در دسته بندی دو دسته سیگنال کـه دسـته اول شـامل
انواع فرورزونانس و دسته دوم شامل انواع کلیدزنی خازنی، کلیدزنی بار، کلیـدزنی ترانـسفورماتور
می باشد، با استفاده از ویژگیهای استخراج شده توسط تبدیل موجک٢ خانواده Daubechies تا شش
سطح مورد بررسی قرار گرفته است. نقش شبکه های عصبی مذکور بعنـوان طبقـه بنـدی کننـده،
جدا سازی پدیده فرورزونانس از سایر پدیده های گذرا است. سیگنالهای مذکور بـا شـبیه سـازی
توسط نرم افزار EMTP بر روی یک فیدر توزیع واقعی بدست آمده اند. بـرای اسـتخراج ویژگیهـا،
کلیه موجکهای موجود در جعبه ابزار Wavelet نرم افزار MATLAB بررسی شده اسـت کـه تبـدیل
موجک خانواده Daubechies بعنوان مناسبترین موجک تشخیص داده شد. به منظـور اسـتخراج هـر
چه بهتر ویژگیها سیگنالها، الگوها نرمالیزه (مقیاسبنـدی) شـدهانـد سـپس انـرﮊی شـش سـیگنال
جزئیات حاصل از اعمال تبدیل موجک به عنوان ویژگیهای استخراج شده از الگوها، برای آموزش
و امتحان دو شبکه عصبی مذکور بکار رفتهاست. به کمک این الگوریتم تفسیر برخـی از رخـدادها
که احتمال بروز پدیده فرورزونانس در آنها وجود دارد قابل انجام بوده، همچنین میتوان نسبت بـه
ساخت رله هایی برای مقابله با پدیده فرورزونانس کمک نماید. عناوین روشهای ارایه شده در این
پایان نامه به شرح زیر میباشند:

1 -Learning Vector Quantizer (LVQ)
2- Wavelet Transform
١) شناسایی فرورزونانس با استفاده از تبدیل موجک و شبکه عصبی LVQ
٢) شناسایی فرورزونانس با استفاده از تبدیل موجک و شبکه عصبی رقابتی
نتایج حاصل از این روشها بیانگر موفقیت بسیار هر دو روش در شناسـایی فرورزونـانس از سـایر
پدیده های گذرا می باشد.
کلید واﮊه: شبکه عصبی LVQ، شبکه عصبی رقابتی، تبدیل موجک، پدیده فرورزونانس, نـرم
افزار EMTP ، نرم افزار MATLAB

١
مقدمه
امروزه انرﮊی الکتریکی نقش عمدهای در زمینههای مختلف جوامـع بـشری ایفـا مـیکنـد و جـزﺀ
لاینفک زندگی است. بدیهی است که مانند سایر خـدمات اندیـسها و معیارهـایی جهـت ارزیـابی
کیفیت برق تولید شده مورد توجه قرار گیرد. اما ارزیابی میزان کیفیت برق از دید افراد مختلـف و
در سطوح مختلف سیستم قدرت بکلی متفاوت است. به عنوان مثال شرکتهای توزیع، کیفیت بـرق
مناسب را به قابلیت اطمینان سیستم برقرسانی نسبت میدهنـد و بـا ارائـه آمـار و ارقـام قابلیـت
اطمینان یک فیدر را مثلاﹰ ٩٩% ارزیابی میکنند سازندگان تجهیـزات الکتریکـی بـرق بـا کیفیـت را
ولتاﮊی میدانند که در آن تجهیزات الکتریکی به درسـتی و بـا رانـدمان مطلـوب کـار مـیکننـد و
بنابراین از دید سازندگان آن تجهیزات، مشخصات مطلوب ولتاﮊ شبکه بکلی متفاوت خواهد بـود.
اما آنچه که مسلم است آنست که موضوع کیفیت برق، نهایتـاﹰ بـه مـشترکین و مـصرف کننـدگان
مربوط میشود و بنابراین، تعریف مصرفکنندگان اهمیت بیشتری دارد.
بروز هر گونه اشکال یا اغتشاش در ولتاﮊ، جریان یا فرکانس سیستم قدرت کـه باعـث خرابـی یـا
عدم عملکرد صحیح تجهیزات الکتریکی مشترکین گردد به عنوان یک مشکل در کیفیت برق، تلقی
میگردد.
واضح است که این تعریف نیز از دید مشترکین مختلـف، معـانی متفـاوتی خواهـد داشـت. بـرای
مشترکی که از برق برای گرم کردن بخاری استفاده میکند، وجود هارمونیکها در ولتاﮊ یا انحراف
فرکانس از مقدار نامی هیچ اهمیتی ندارد، در حـالی کـه تغییـر انـدکی در فرکـانس شـبکه، بـرای
مشترکی که فرکانس برق شهر را به عنوان مبنای زمانبندی تجهیزات کنترلی یک سیـستم بـه کـار
گرفته است،میتواند به طور کلی مخرب باشد.
٢
یکی از مواردی که بعنوان یک مشکل در کیفیت برق تلقی می گردد، پدیده فرورزونانس است. در
اثر وقوع این پدیده و اضافه ولتاﮊ و جریان ناشی از آن، موجب داغ شدن و خرابی
ترانسفورماتورهای اندازه گیری و ترانسفورماتور های قدرت می گردد که میتوانند بر حسب
شرایط اولیه، ولتاﮊ و فرکانس تحریک و مقادیر مختلف پارامترهای مدار (کاپاسیتانس وشکل
منحنی مغناطیسی)، مقادیر متفاوتی پیدا کنند، بنابراین بایستی محدودیت هایی بر پارامترهای
سیستم اعمال کرد تا از وقوع چنین پدیده ناخواسته جلوگیری نمود.
با توجه به اهمیت شناسایی پدیده فرورزونانس از سایر حالتهای گذرا دراین پایان نامه تلاش شد
تا سیستمی هوشمند جهت تشخیص این پدیده از سایر حالتهای گذرای کلیدزنی ارائه گردد. در
طراحی این سیستم هوشمند اولاﹰ از جدیدترین روش های تجزیه و تحلیل و پردازش سیگنالهای
الکتریکی برای پردازش دادهها استفاده گردید. ثانیاﹰ از طبقهبندی کنندههای پیشرفته با توانایی بالا
در دستهبندی دادهها بهره گرفته شد. به منظور مقایسه نتایج حاصل از فرورزونانس با سایر
سیگنالهای گذرای شبکه توزیع، تعدادی از حالتهای گذرا نظیر کلیدزنی بار، کلیدزنی خازنی و
کلید زنی ترانسفورماتور توسط نرم افزار EMTP بر روی یک فیدر توزیع واقعی شبیه سازی شد.
در فصل دوم به مروری بر کارهای انجام شده در زمینه پـردازش سـیگنال در سیـستمهای قـدرت
پرداخته، در فصل سوم به معرفی پدیده فرورزونانس خـواهیم پرداخـت. در فـصل چهـارم مبـانی
علمی روشهای پیشنهادی، در فصل پنجم نحوه جمع آوری اطلاعات و سیگنالها بررسی مـی شـود
و درفصل ششم نحوه پیاده سازی روشهای پیشنهادی بررسی مـی شـود و نهایتـا نتیجـه گیـری و
پیشنهادات پایان بخش مطالب خواهند بود.
٣

۴
۲‐۱‐ مقدمه
با دستهبندی دقیق مسائل، همچنین میتوان منابع تولید هر دسته از مشکلات را نیز شناسـایی و در
دستهبندی فوق جـای داد. بـه ایـن ترتیـب پـس از شناسـایی نـوع اغتـشاش از روی پارامترهـای
اندازهگیری شده اقدام برای بهبود کیفیت برق نیز تا حدودی آسانتر خواهد شد. در ضمن میتـوان
اغتشاشهای بوجود آمده در هر دسته را با اندیسها و مشخصههای مربوط به خودش تعریف کرد و
بنابراین توصیف کاملی از انحرافات بوجود آمده در شکل مـوج ولتـاﮊ نـسبت بـه حالـت ایـدهآل
بدست آورد.
به منظور تشخیص پدیده های تصادفی در سیستم های قدرت, سـیگنالهای مختلفـی مـورد توجـه
قرار گرفته اند. از این سیگنالها می توان به سیگنالهای کیفیت توان و سـیگنالهای خطـای امپـدانس
بالا و سیگنالهای فرورزونانس اشاره کرد که در ادامه مـروری بـر روشـهای شناسـایی سـیگنالهای
کیفیت توان و سیگنالهای خطای امپدانس بالا شده است. لازم به ذکر است با توجـه بـه اینکـه در
زمینه شناسایی سیگنالهای فرورزونانس از سایر سیگنالهای گذرا، مقالـه یـا کـار تحقیقـاتی وجـود
ندارد در این پایان نامه روشهای شناسایی این پدیده بررسی شده است.
٢‐٢‐ مروری بر روشهای شناسایی اغتشاشات کیفیت توان
در این بخش قبل از بررسی کامل روشهای گوناگون شناسایی اغتشاشات کیفیت توان لازم دیـدیم
که با توجه به کاربرد وسیع روشهای پردازش سیگنال در بحث کیفیت توان نکات چندی را خـاطر
نشان سازیم. در وهله اول، با توجه به توضیحات قسمت قبل، لزوم جداسازی اغتشاشات و تعیـین
نوع آنها هرچه بیشتر اهمیت مییابد. در ضمن با مرور کارهـای گذشـته و انجـام شـده در بحـث
کیفیت توان روشهای مختلف پردازش سیگنال به صورت عمده در سه بخش زیـر مـورد اسـتفاده
۵
قرار گرفتهاند:
١‐ کاربرد پردازش سیگنال و تکنیکهای آن در فشردهسازی اطلاعات و شکل موجهـا و کـاربرد
آن در کیفیت توان
٢‐ استفاده از تکنیکهای مختلف پردازش سیگنال و سیستمهای خبره در جداسازی اغتشاشات
٣‐ استفاده از تکنیکهای مختلف پردازش سیگنال در تشخیص نوع اغتشاش بوجود آمده
١. سیستمهای هوشمند در طبقهبندی اغتشاشات
در این قسمت تشخیص دو موضوع عمده ضروری است. اول آنکه کدام یک از روشهای پردازش
سیگنال اعم از تبدیل فوریه، موجک و … جهت تجزیه و تحلیل و استخراج ویژگیهای مربوط بـه
هر یک از اغتشاشات به کار گرفته شدهاند و در مرحله دوم دستهبندی کننده موردنظر جـزﺀ کـدام
یک از سیستمهای هوشمند مانند شبکههای عصبی، فازی و … بوده است.
الف) تکنیک مورد استفاده در پردازش شکل موجهای مربوط به اغتشاشات
تکنیکهای مورد استفاده در طبقهبندی اغتشاشات کیفیت توان در چهار دسته زیر قرار می گیرند:
۱. تکنیکهای مطرح شده با استفاده از تبدیل فوریه (FFT, STFT)
٢. تکنیکهای مطرح شده با استفاده از تبدیل موجک (DWT, CWT)
۳. تکنیکهای ترکیبی
۴. تکنیکهای نوین مطرح شده در حوزه پردازش سیگنال
اگر قرار باشد به سراغ کارهای قدیمی در حوزه پردازش سیگنال بـرویم آنگـاه تبـدیل فوریـه بـه
عنوان یک ابزار قوی در این زمینه مطرح میگردد. تبدیل فوریه سریع و تبدیل فوریه زمان کوتاه از
جمله تکنیکهایی هستند که در این قسمت مورد استفاده قرار گرفتهاند] ۱.[
ابزار جدید مطرح شده در حوزه پردازش سـیگنال تبـدیل موجـک مـیباشـد. بـا توجـه بـه آنکـه
۶
تکنیکهای گسسته پردازش سیگنال امروزه فراگیر شدهاند، اکثریت قریب به اتفـاق کارهـای انجـام
شده با استفاده از تبدیل موجک به DWT یا همان تبدیل موجک گسسته برمیگـردد. نمونـه هـای
فراوانی از کاربردهای این تبدیل را در کارهای قبلی می توان مشاهده کرد]۲.[
عدهای از محققان روشهای ترکیبی را جهت استخراج ویژگیهایی اغتـشاشات بـه کـار بـردهانـد. از
جمله این روشها میتوان به ترکیب تبدیل فوریه و تبدیل والش در ]۳[ و ترکیب تبـدیل فوریـه و
موجک در ]۴[ اشاره کرد. از طرفی با پیشرفتهای بدست آمده در حوزه پردازش سـیگنال مـیتـوان
نمونههایی از به کارگیری تبدیلهای جدید مانند S Transform را در بحث طبقهبنـدی اغتـشاشات
درمراجع یافت] ۵.[
آنچه که در تمامی این تحقیقات بیش از همه به چشم می آید عدم وجود یک شـبکه واقعـی اسـت
که نتایج این روشها را همچنان در هالهای از ابهام نگه میدارد.
ب) سیستمهای خبره به کار گرفته شده
تحت عنوان طبقهبندی کننده اغتشاشات کیفیت توان قبل از بـه کـارگیری یـک سیـستم هوشـمند
جهت تشخیص اغتشاشات موردنظر در یک بازه زمانی خاص لازم است ویژگیهایی جهت هر یک
از اغتشاشات استخراج شود. این ویژگیها میتوانند مجموع ضرایب، مجمـوع قـدرمطلق ضـرایب،
ماکزیمم ضرایب، انحراف معیار ضرایب یا هرچیز دیگـر باشـند. در ادامـه ضـمن معرفـی سیـستم
هوشمند در هر تحقیق ویژگیهای استفاده شده در آن تحقیق را بررسی می کنیم.
شبکه های موجک: شبکههای موجک نوع خاصی از شبکههای عصبی مـیباشـند کـه در آنهـا توابع متداول شبکه های عصبی با توابع موجک مادر جایگزین مـیشـوند. ایـن شـبکههـا بـه خصوص در سالهای اخیر توانایی خاصی از خود در تقریب توابع نشان دادهاند. این شـبکههـا به همراه دوره اغتشاشی سیگنال جهت طبقـهبنـدی اغتـشاشات کیفیـت تـوان بـه کـار گرفتـه
٧
شدهاند]۶.[
شبکه های عصبی: شبکههای عصبی مورد اسـتفاده در طبقـهبنـدی اغتـشاشات بیـشتر از نـوع شبکههای عصبی چند لایه پرسپترون یا همان MLP بوده، البته کارهایی از شبکههـای عـصبی احتمالی (PNN) و شبکههای عصبی خودسازمانده تطبیقی را در این بحث مـیتـوان مـشاهده کرد. ویژگیهای موردنظر جهت آموزش این شبکهها مشتمل بر انحراف معیار ضـرایب، انـرﮊی سیگنال در سطوح مختلف فرکانسی، ماکزیمم ضرایب سیگنالها در سطوح مختلف فرکانسی، متوسط و واریانس آنها و مینیمم آنها بوده اند]۷.[
منطق فازی: در استفاده از منطق فازی، تحقیقات انجام شده براساس قوانین – مبتنی بر ویژگیهای استخراج شده استوار بوده است. به عنوان مثال انرﮊی سیگنال در سطوح مختلف فرکانسی یک بردار ویژگی میسازد که مولفههای این بردار بسته به نوع اغتشاش دارای شدت یا ضعف خواهند بود. این شدت یا ضعف انرﮊی سـیگنال در سـطوح مختلـف فرکانـسی بـه همراه استنتاج فازی سیستم هوشمندی را میسازد که توانایی آن در دستهبندی اغتشاشات قابل ملاحظه است]۸.[
مدل مخفی مارکوف: این مدل که براساس نظریه مارکوف و نظریه احتمالات بنا نهـاده شـده است و در سالهای اخیر با منطق فازی نیز ترکیب شده علـیرغـم داشـتن توانـایی مناسـب در بحث طبقهبندی از پیچیدگیهای خاصی برخوردار است]۹.[
درخت تصمیمگیری: درخت تصمیمگیری از مباحـث مطـرح شـده در Machine Learning میباشد. این دستهبندی کننده به همراه ویژگیهای استخراج شده از تبـدیل موجـک بـه عنـوان یک دستهبندی کننده توانمند در حوزه کیفیت توان مطرح شده است]۰۱.[
٨
فیلتر کالمن: فیلتر کالمن بویژه فیلتر کالمن غیرخطی در سالهای اخیر به عنوان یک ابزار قـوی جهت تجزیه و تحلیل سیگنالهای مختلف به کار گرفته شده است. اگر شکل موج اغتشاشی به عنوان ورودی این فیلتر به کار رود. خروجی فیلتر مـیتوانـد نـوع اغتـشاش بوجـود آمـده را شناسایی کند]۱۱.[
٢‐٣‐ مروری بر روشهای شناسایی خطای امپدانس بالا
این روشها مبتنی بر تجزیه و تحلیل ولتاﮊها و جریانهای ابتدای فیـدر مـی باشـند و در یـک طبقـه
بندی کلی به چهار گروه تقسیم می شوند.
١. روشهای ارائه شده در حوزه زمان
٢. روشهای ارائه شده در حوزه فرکانس
٣. روشهای ارائه شده در حوزه زمان‐ فرکانس
١. روشهای ارائه شده در حوزه زمان:
این روشها بر اساس اطلاعات زمانی سیگنالها اقدام به شناسایی خطاهای امپدانس بالا مـی نماینـد
تعدادی از آنها عبارتند از:
الف) الگوریتم رله تناسبی
برای سیستمهایی که در چند نقطه زمین شده اند زاویه و دامنه جریان عدم تعـادل بـار( ( IO ثابـت
نیستند و جریان خطا نیز متغیر است. در نتیجه رله های اضافه جریان را نمی توان حساس ساخت.
٩
اگر رله ای بتواند فقط جریان خطا را حس کند، حساسیت آن بالا مـی رود. در رلـه پیـشنهادی بـا
توجه به سهولت اندازه گیری جریان عـدم تعـادل بـار( IO )، جریـان سیـستم نـول( I N )، جریـان
خطا( ( It طبق رابطه ١‐٢ محاسبه و موجب عملکرد رله می گـردد]۲۱.[
(۱‐۲)
It  K1 IO  K2 I N
که در آن IO و I N به ترتیب جریان عدم تعادل بار و جریان سیم نـول و K1 و K2 ثابـت مـی
باشند.
ب) الگوریتم رله نسبت به زمین
این رله به خاطر غلبه بر اثر تغییرات بار بر روی حساسیت رله هـای اضـافه جریـان سـاخته شـده
است و گشتاور عملکرد آن بطور اتوماتیک بار تغییر می کند] ۳۱.[
ج) استفاده از رله های الکترومکانیکی
در این رابطه برای شناسایی خطاهای امپدانس بالا بر روی شبکه های چهـار سـیمه شـرکت بـرق
پنسیلوانیا با همکاری شرکت وستینگهاوس اقدام به ساخت رلـه ای نمـوده انـد کـه بـا اسـتفاده از
نسبت جریان باقیمانده( (3 IO به جریان مولفه مثبت( ( I1 عمل می کند. اگر نسبت 3 IO از مقـدار
تنظیم شده رله فراتر رفت رله عمل خواهد کرد.] ۴۱.[
د) الگوریتم تغییرات جریان
در یکی از روشهای ارائه شده با توجه به تغییرات ملایم جریان به هنگام کلیـدزنی بـار از سـرعت
١٠
تغییرات جریان برای شناسایی خطاهای امپدانس بالا استفاده شـده اسـت]۵۱.[ ایـن روش کـارایی
خود را هنگامیکه جریانهای خطا دارای تغییرات اولیـه سـریع نیـستند از دسـت میدهـد. در روش
دیگر از تغییرات لحظه ای دامنه جریان برای آشکارسازی خطا استفاده شده اسـت]۶۱.[ هـر چنـد
خطاهای امپدانس بالا رفتار تصادفی دارند ولی سطح جریان همه آنها برای چند سـیکل زیـاد مـی
شود(لحظه وقوع جرقه) و بعد به میزان جریان بار می رسد. با توجه به این تغییـرات کـه در سـایر
کلیدزنیها وجود ندارد اقدام به شناسایی آنها گردیده اسـت. در روش دیگـری از تغییـرات بوحـود
آمده در نیم سیکل مثبت و منفی شکل موج جریان برای آشکارسازی استفاده شده است]۷۱.[
برای فیدرهایی که از طریق ترانسهای ∆ − ∆ تغذیه می شوند افزایش دامنـه جریـان و پـیش فـاز
شدن آن برای شناسایی خطای امپدانس بالا استفاده شده است] ۸۱.[
٢. روشهای ارائه شده در حوزه فرکانس:
این روشها بر اساس اطلاعات حوزه فرکانس سیگنالها عمل می کننـد و در آنهـا عمـدتا از تبـدیل
فوریه برای نگاشت سیگنالهای حوزه زمان به حوزه فرکانس استفاده می شود که در ادامه تعـدادی
از روشهای حوزه فرکانس ارائه می گردند
الف) استفاده از هارمونیک دوم و سوم جریان برای شناسایی خطاهای امپدانس بالا
برخورد هادی انرﮊی دار با زمین باعث ایجاد جرقه می گردد. این جرقه ها باعث ایجاد ناهماهنگی
و عدم تقارن شکل موج جریان می شوند که این عدم تقارن تولید هارمونیک های دوم و سـوم در
جریان خطا می کند و تعدادی از روشهای آشکارسازی بر این اساس ارائـه شـده انـد. در یکـی از
روشها نسبت دامنه مولفه دوم جریان به مولفه اصلی آن برای هـر سـه فـاز بعنـوان معیـاری بـرای
١١
شناسایی معرفی شده اند] ۹۱ .[ در روش دیگری از نسبت دامنه هارمونیک سوم جریان بـه مولفـه
اصلی برای شناسایی استفاده شده است] ۰۲.[
در روش دیگر با استفاده از مولفه هـای صـفر و منفـی هارمونیکهـای دوم، سـوم و پـنجم بعنـوان
ویژگیهای مناسب و روشی درست اقدام به جداسازی خطای امپدانس بالا از سایر حالتهـای گـذرا
همچون کلیدزنی بار، کلیدزنی خازنها و جریان هجـومی ترانـسها گردیـده اسـت] ۱۲ .[ همچنـین
انرﮊی سیگنال در یک فرکانس یـا محـدوده فرکانـسی بعنـوان ویژگیهـای مناسـبی بـرای ارزیـابی
خطاهای امپدانس بالا در نظر گرفته شده اند]۲۲.[
ب) استفاده از مولفه های فرکانس بالا جهت شناسایی خطاهای امپدانس بالا
٩۵% خطاهای امپدانس بالا با جرقه توام هستند و این جرقه ها ایجـاد نوسـانات فرکـانس بـالا در
محدوده kHz١٠‐ ٢ می نمایند. حد پایین به منظور عدم تداخل با فرکانسهای پایین که در شـرایط
معمولی وجود دارند، تعیین گ
ردیده و حد بالا به علت کاهش انرﮊی سیگنال در فرکانسهای بسیار بالا انتخاب شـده انـد. نتـایج
عملی نشان می دهند که این مولفه ها برای شناسایی مناسب هستند. هر چند اگر دامنه جریان کـم
و یا بانکهای خازنی بزرگ در شبکه وجود داشته باشند موجب حذف این مولفه ها مـی گردنـد و
عمل آشکارسازی را با مشکل مواجه می سازد] ۳۲ .[
ج) شناسایی خطاهای امپدانس بالا به کمک مولفه های بین هارمونیکی
علاوه بر هارمونیک های فرکانس پایین و فرکانس بالا مولفه های بین هـارمونیکی بـرای فرکـانس
پایه ۵٠ هرتز عبارتند از:٢۵،٧۵ و ١٢۵ هرتز و بـرای فرکـانس پایـه ۶٠ هرتـز، ٣٠،٩٠، ١۵٠، ٢١٠
١٢
هرتز می باشند] ۴۲،۵۲.[ این فرکانـسها تغییـرات دامنـه و زاویـه زیـادی در هنگـام وقـوع خطـای
امپدانس بالا از خود نشان می دهند و با حذف فرکانسهای پایه و بعضی از هارمونیک ها به کمـک
فیلتر کردن جریان می توان به آنها دست یافت و برای آشکار سازی از آنها اسـتفاده کـرد. مـشکل
عمده این روشها ساخت فیلتر هایی است که مولفه های بین هارمونیک را از خود عبور دهند] ۴۲
.[استفاده از انرﮊی این مولفه ها نیز بعنوان روشی برای جداسازی خطاهای امپـدانس بـالا از سـایر
حالات مطرح شده است] ۵۲ .[
د) آشکارسازی به کمک فیلتر کالمن
تبدیل فوریه برای سیگنالهای ایستان که دامنه آنهـا بـا زمـان تغییـر نمـی کنـد مناسـب هـستند در
صورتیکه خطاهای امپدانس بالا دارای ماهیت غیر ایستان می باشند و استفاده از تبدیل فوریه برای
تجزیه و تحلیل آنها روش بهینه ای نیست. یکی از روشـهایی کـه بـرای بررسـی سـیگنالهای غیـر
ایستان بکار می رود فیلتر کالمن است، در این روش هم مولفه اصلی و هم هارمونیک هـا بررسـی
می شوند. فیلتر کالمن برآورد مناسبی برای تغییرات زمانی فرکانس اصلی و هارمونیک ها ارائه می
کند و خطاهای مربوط به فیلترهای کلاسیک و فوریه را ندارد] ۶۲ .[
٣.روشهای ارائه شده در حوزه زمان‐ فرکانس
در این روشها از تبدیل موجک برای تجزیه و تحلیل سیگنالها استفاده می شود. با توجه به مزیـت
این تبدیل نسبت به تبدیل فوریه اخیرا در پردازش سیگنالها از جمله سیگنالهای ناشی از خطاهـای
امپدانس بالا تبدیل موجک بعنوان تبدیلی کارآمد مورد توجه قرار گرفته است. مقالاتی که در ایـن
ارتباط ارائه شده اند عبارتند از:
١٣
الف) اولین کاربرد موجک برای شناسایی خطاهای امپدانس بالا مربوط به خطاهایی اسـت کـه در
آنها از یک مقاومت زیاد بعنوان مدل خطا استفاده شده است. شبکه بررسی شـده یـک شـبکه سـه
شینه، kV۴٠٠ بوده و با استفاده از برنامه EMTP شـبیه سـازی شـده و اطلاعـات مـورد نیـاز بـا
فرکانس نمونه برداری kHZ ۴ ثبت گردیده و سه سیکل از شکل موج ولتاﮊ برای پردازش اسـتفاده
شده است. کاهش دامنه ضرایب بعنوان معیاری برای شناسایی خطا استفاده گردیده است] ۷۲ .[
ب) کاربرد دیگر تبدیل موجـک اسـتفاده از موجـک Spline و قـدر مطلـق ضـرایب سـطوح ۱و۲
سیگنالهای جریان تجزیه شده برای شناسایی خطاهای امپدانس بـالا مـی باشـد. اطلاعـات لازم بـا
شبیه سازی یک فیدر kV۱۱ با استفاده از برنامه EMTP ثبت شده اند و سه سیکل از سـیگنالهای
جریان پردازش شده اند] ۸۲. [
١۴

١۵
۳‐۱‐ مقدمه
فرورزونانس اصطلاحی است که بمنظور توصیف پدیده رزونانس در مداری که حداقل دارای یک
عنصر غیر خطی اندوکتیو است، بکار برده می شود. مداری که شامل ترکیب سری یک اندوکتانس
قابل اشباع و مقاومت خطی وخازن است، مدار فرورزونانس نامیده می شود.
رزونانسی که در مدار شامل راکتور خطی رخ می دهد به رزونانس خطی سری و رزونانسی که در
مدار شامل راکتور قابل اشباع رخ می دهد به فرورزونانس یا رزونانس جهشی موسوم است.
بواسطه مشخصه غیر خطی راکتور، مقدار اندوکتانس در ناحیه اشباع تابعی از درجه اشباع هسته
مغناطیسی که خود وابسته به ولتاﮊ دو سر راکتور است، می باشد و از این رو در ناحیه اشباع
اندوکتانس می تواند مقادیر متعددی را به خود اختصاص دهد که ممکن است در هر یک از این
مقادیر تحت شرایط خاصی پدیده فرورزونانس تحقق یابد.
در حقیقت پدیده فرورزونانس مورد خاصی از رزونانس جهشی است که در آن غیر خطی بودن،
مربوط به هسته مغناطیسی راکتور است. رزونانس جهشی به این معناست که هر گاه در سیستمی
که توسط منبع سینوسی تحریک می شود، در اثر افزایش مقدار یا فرکانس ورودی و یا مقدار یکی
از پارامترهای سیستم، یک جهش ناگهانی در مقدار یکی از سیگنالهای دیگر سیستم پیش آید. این
جهش می تواند در ولتاﮊ یا جریان و یا فلوی مغناطیسی یا در تمامی آنها ایجاد گردد.
هنگامیکه در اثر اشباع هسته مغناطیسی و تحت شرایط خاصی چنین پدیده ای رخ می دهد ولتاﮊ
زیادی در دو سر راکتور ظاهر شده و جریان مغناطیس کننده در نقاطی که ولتاﮊ تغییر جهت می
دهد به شکل پالس به مقدار زیادی افزایش می یابد.
١۶
۳‐۲‐ تاریخچه فرورزونانس
تحقیقات در مورد پدیده فرورزونانس سابقه هشتاد ساله دارد. کلمه فرورزونانس در مقالات علمی
دهه ١٩٢٠ دیده شد. علایق عملی در سال ١٩٣٠ زمانی به وجود آمد که استفاده از خازنهای سـری
برای تنظیم ولتاﮊ در سیستمهای توزیع آن زمان، باعث بروز اضافه ولتاﮊ در شبکه توزیع می گـردد
]۹۲.[ از آن زمان تاکنون بیشتر تحقیقات در این زمینه بر مـدل سـازی دقیـق تـر ترانـسفورماتور و
مطالعه پدیده فرورزونانس در سطح سیستم متمرکـز بـوده اسـت. اصـولا فرورزونـانس پدیـده ای
غیرخطی است. بنابراین بسیاری از روشهای بکار برده شده جهت بررسـی ایـن پدیـده مبتنـی بـر
حوزه زمان و با بکار بردن نرم افزار EMTP می باشد
٣‐٣‐ موارد وقوع فرورزونانس در سیستم های قدرت
در سیستم های قدرت الکتریکی مواردی که در آنها احتمال وقوع فرورزونانس وجود دارد عبارتند
از :
الف‐ ترانسفورماتورهای ولتاﮊ (CVT, VT)
ب‐ خطوط انتقال موازی EHV جابجا نشده
ج‐ سیستم توزیع انرﮊی
این پدیده معمول بواسطه اثر متقابل ترانسفورماتور (بدون بار یا بار کم) با کاپاسیتانس سیستم
بوجود می آید.
مثلا اگر ولتاﮊی در نقطه صفر شکل موج آن به ترانسفورماتور بدون بار اعمال شود، یک جریان
زیادی از مقدار عبور می کند زیرا، فلوی مغناطیسی تمایل دارد که در سیکل اول مقدارش را دو
١٧
برابر نماید و در نتیجه هسته به میزان زیادی اشباع می گردد، این جریان زیاد تا چند سیکل ادامه
می یابد و در شرایط ماندگار جریان تحریک به مقدار معمولش تنزل می یابد.
اما اگر چنانچه ترانسفورماتور از طریق یک خازن سری انرﮊی دار گردد این جریان غیرعادی
درشرایط ماندگار نیز ادامه می یابد، این جریان حتی از جریان بار نیز بزرگتر است و در این حالت
شکل موج جریان و ولتاﮊ دو سر ترانسفورماتور اعوجاج یافته اند و پدیده فرورزونانس تحقق
یافته است.
٣‐۴‐ شروع فرورزونانس
پدیده فرورزونانس همواره پس از وقوع یک اغتشاش فاحش، رخ میدهد. اغتشاش وارده به
سیستم ممکن است منجر به تغییر افزایشی در مقدار فرکانس ورودی سیستم یا مقادیر پارامترهای
سیستم گردد.در سیستم های قدرت، معمولا اغتشاش ناشی از قطع خط ترانسفورماتور بدون بار و
شرایط سوئیچینگ نامطلوب، احتمال وقوع فرورزونانس را افزایش می دهد. اغلب این پدیده در
سیستم قدرتی که دارای تلفات کم است آغاز می گردد.
٣‐۴‐١ شرایط ادامه یافتن فرورزونانس
وقوع فرورزونانس در سیستم های قدرت به شرایط اولیه مخصوصا به انرﮊی اولیه ذخیره شده
سیستم در زمان پس از اغتشاش وابسته است اگر این انرﮊی کافی باشد اندوکتانس با هسته آهنی
را به اشباع می برد.
اگر برای تغذیه تلفات سیستم بقدر کافی انرﮊی از منبع تغذیه انتقال یابد پدیده فرورزونانس ادامه
می یابد، البته مکانیزم انتقال انرﮊی در موارد مختلف، متفاوت خواهد بود.
١٨
مثلا در خطوط دوبل EHV وقتی یک از مدارها قطع می شود و خط دیگر انرﮊی دار می گردد،
انتقال توان از طریق کاپاسیتانس کوپلاﮊ بین دو خط از خط انرﮊی دار صورت می گیرد.
نتایج نشان می دهد که با وارد کردن مقاومت بزرگ در مدار امکان وقوع فروزونانس کاهش
مییابد که از آن می توان برای جلوگیری فروزونانس درترانسفورماتور ولتاﮊ استفاده نمود.
داغ شدن ترانسفورماتور قدرت عایقی آن را تضعیف کرده و منجر به شکست عایق تحت تنشهای
الکتریکی می شود. در صورت عدم توقف این پدیده ترانسفورماتور شدیدا آسیب دیده و ممکن
است باعث اتصال کوتاه و با انفجار و یا حتی آتش سوزی شود.
اضافه ولتاﮊهای ناشی از پدیده فرورزونانس می تواند تا حدود ۵ پریونیت افزایش یابد. بدیهی
است چنین اضافه ولتاﮊهایی به راحتی می توانند به سیم پیچی ترانسفورماتور آسیب برسانند. با
توجه به مسائل و مشکلات فوق شبیه سازی و تفهیم پدیده فرورزونانس موضوع بسیاری از
مقالات بوده است.
۳‐۵‐ اثرات نامطلوب فرورزونانس] ۰۳[
به وجود آمدن ولتاﮊها و جریانهای بزرگ ماندگار یا موقت در سیستم
ایجاد اعوجاج در شکل موجهای ولتاﮊ جریان
تولید صداهای گوش خراش پیوسته در ترانسفورماتورها و راکتورها
تخریب تجهیزات الکتریکی به علت گرمای زیاد یا شکست الکتریکی
عملکرد ناخواسته رله ها
گرم شدن ترانسفورماتور (در حالت بی باری)
١٩
به علت اشباع هسته ترانسفورماتور و عبور جریانهای لحظه ای بزرگ در سیم پیچهای
ترانسفورماتور در زمان وقوع این پدیده، ترانسفورماتور داغ می شود.
٣‐۶‐ مبانی پدیده فرورزونانس
به منظور تفهیم هر چه بهتر پدیده فرورزونانس مدار شکل (١‐٣) را در نظر بگیرید که در آن
سلف دارای مشخصه غیر خطی است. هر گاه منبع ولتاﮊ سینوسی باشد، می توان KVL را طبق
رابطه (١‐٣) نوشت :
L

C
R
E
شکل ۱‐۳. مدار معادل پدیده فرورزونانس
R ≈ 0 (١‐٣) jI ) V  E  − j E  I ( jwL  wC wC با توجه به شکل (٢‐٣) مشخص است که به تناسب مقدار ظرفیت خازنی، یک یا سه نقطه تقاطع
بین منحنی سلف غیرخطی و راکتانس خازنی وجود دارد. نقطه تقاطع (٢) ناپایدار می باشد. و
فقط در حالتهای گذرا چنین نقطه ای به وجود می آید. همچنین واضح است که اگر نقطه
تقاطع(۳) نقطه کار باشد در آن صورت ولتاﮊ و جریانهای بسیار بزرگی به وجود می آیند.
در مقادیر کم ظرفیت خازنی، نقطه کار فقط، نقطه سوم بوده و چون در این حالت راکتانس
خازنی بزرگ است، موجب جریان پیشفاز در سیستم و ولتاﮊ بزرگتر روی سلف می شود. با
٢٠
افزایش مقدار ظرفیت خازنی نقطه تقاطع دیگری به وجود می آید که تمایل سیستم به نقطه تقاطع
که دارای حالت سلفی با جریان پسفاز است. بیشتر می باشد.
هر گاه مقدار ولتاﮊ اعمالی به اندازه کمی تغییر نماید آنگاه نقطه کار (١) حذف و نقطه کار به نقطه

(٣) پرش خواهدکرد.
voltage
2
1
current
3
شکل۲‐۳ حل ترسیمی مدار LC غیر خطی
در این حالت جریان بسیار زیادی از سلف می گذرد و طبیعی است که با عبور این جریان بزرگ،
ولتاﮊ دوباره کاهش یافته و دبواره نقطه کار (١) به وجود می آید. و بدین ترتیب نقطه کار بین (١)
و (٣) پرش خواهد کرد. در این صورت ولتاﮊ و جریانهای به وجود آمده کاملا تصادفی و غیر
قابل پیش بینی می باشند.
در سیستمهای توزیع، پدیده فرورزونانس زمانی اتفاق می افتد که بانک خازنی و یا طولی از کابل
با مشخصه مغناطیسی ترانسفورماتور و یک منبع ولتاﮊ بطور سری قرار بگیرد. برای کابلهای با
طول کم فقط یک نقطه کار در ناحیه سوم وجود دارد و بنابراین شکل موج ولتاﮊ و جریان ناشی
از فرورزونانس دارای پریودی برابر پریود شبکه میباشد. با افزایش ظرفیت خازنی قله این اضافه
٢١
ولتاﮊها روی منحنی اشباع مدام بالا می رود تا جائیکه اندازه ولتاﮊ بسیار بیشتر از حالت عادی می
شود. با افزایش بیشتر ظرفیت خازنی نقطه کار (١) نیز فعال می شود و به تناسب نوع حالت
گذاری پیش آمده، اضافه ولتاﮊهای به وجود آمده در دو سر اندوکتانس غیرخطی، ممکن است
دارای پریود پایدار و یا شکل موج آشفته باشند.
با افزایش دوباره ظرفیت خازنی زمانی فرا می رسد که نقطه تقاطع سوم حذف می شود و در
حالت عادی در ناحیه فرورزونانس نخواهیم بود. اما حالتهای گذرا نظیر کلید زنی می توانند باعث
به وجود آوردن چنین نقطه کاری در ناحیه سوم شوند.
٣‐٧‐ فرورزونانس در ترانسفورماتورهای توزیع] ۱۳[
با گسترش خطوط کابلی زیر زمینی و همچنین تمایل روزافزون استفاده از ترانسفورماتورهای با
تلفات کم، مخصوصا ترانسفورماتور های ساخته شده از ورقه های فولاد حاوی سیلیکان، احتمال
وقوع فرورزونانس در این ترانسفورماتورها بیشتر شده است. این مشکل زمانی رخ می دهد که
ترانسفورماتور بی بار تغذیه شده از طریق خط کابلی (و یا متصل شده به بانک خازنی) تحت کلید
زنی تک فاز و یا دو فاز قرار می گیرد. همچنین در خطوط انتقال توزیع طولانی نیز، این مشکل
می تواند اتفاق بیافتد.
البته در رده توزیع خوشبختانه تمامی کلیدهای قدرت دارای قطع سه فاز بوده و این مسئله زیاد
جدی نمی باشد. اما در حالتهایی که از وسایل قطع تک فاز مانند کات آوت فیوزاستفاده می شود
امکان وقوع چنین شرایطی بسیار مهیا است. در این حالت مدار فرورزونانس شامل ولتاﮊ القایی
(ولتاﮊ القا شده از فازهای دیگر ترانسفورماتور به فاز قطع شده) و مشخصه مغناطیسی هسته
ترانسفورماتور و ظرفیت خازنی بین کابل (یا خط انتقال) و زمین می باشد. در این حالت ولتاﮊ
٢٢
ظاهر شده در فاز قطع شده ترانسفورماتور به تناسب مقدار ظرفیت خازنی کابل متصل به آن و
سایر پارامترها می تواند از چند پریونیت تجاوز نماید. شکل هسته ترانسفورماتور و منحنی
مشخصه آن در رفتار ترانسفورماتور بسیار با اهمیت می باشد.
فرورزونانس زمانی اتفاق می افتد که در هنگام بی باری و یا کم باری ترانسفورماتور در نقطه ای
دور از آن قطع تک فاز و یا دو فاز انجام شود. به تناسب پارامترهای مقدار امکان دارد که
فرورزونانس دارای دو حالت مختلف به شرح زیر میباشد:
٣‐٧‐١‐ فرورزونانس پایدار
در این حالت اضافه ولتاﮊهای فرورزونانس تا زمانی که فاز قطع شده بی برق بماند، پایدار می
باشند. این اضافه ولتاﮊها ممکن است که دارای قله بسیار بزرگی نباشند ولی به دلیل پایدار بودن
می توانند باعث صدمات جدی به برقگیرها و حتی انفجار آنها در عرض چند دقیقه شوند.
٣‐٧‐٢‐ فرورزونانس ناپایدار
در این حالت نقاط کار سیستم در حالت پایدار در محدوده فرورزونانس نمی باشند، اما حالتهای
گذرا نظیر کلید زنی می توانند نقاط کار سیستم را برای مدت کوتاهی به این محدوده وارد نمایند.
در این حالت اضافه ولتاﮊهای فرورزونانس برای مدت کوتاهی بعد از کلید زنی پدیدار شده ولی
به زودی میرا می شوند.
٢٣
٣‐٨‐ تاثیر نوع سیم بندی ترانسفورماتور
یکی از مزیتهای مدلسازی دوگانی ترانسفورماتورهای قدرت که در این مطالعه استفاده شده است،
این است که بدون تغییر در مدل هسته ترانسفورماتور، می توان سیم بندی ترانسفورماتور را
تعویض نمود] ۲۳.[
در ظرفیتهای خازنی مساوی، اضافه ولتاﮊهای فرورزونانس در ترانسفورماتور مورد نظر در حالت
اتصال ستاره با نوترال زمین شده بسیار کمتر است. با قطع نوترال ترانسفورماتور مورد نظر و قطع
تک فاز و دو فاز اضافه ولتاﮊهای بسیار بزرگتری حاصل می شوند که حتی از حالت اتصال
مثلث‐ ستاره بزرگتر می باشند
۳‐۹‐ تاثیر بار بر اضافه ولتاﮊهای فرورزونانس
همچنانکه می دانیم اضافه ولتاﮊهای فرورزونانس در هنگام بی باری و یا کم باری ترانسفورماتور
به وجود می آید. شبیه سازیها نشان می دهد که در مقادیر پایین ظرفیت خازنی مقدار بار لازم
برای حذف پدیده فرورزونانس بسیار کم است ولی با اضافه شدن ظرفیت خازنی مقدار بار لازم
برای قطع تک فاز و دو فاز بیشتر می شود. اضافه ولتاﮊهای فرورزونانس در ترانسفورماتورهای با
اولیه زمین شده کمتر هستند.
فازهای مختلف ترانسفورماتور دارای رفتار مساوی درمقابل اضافه ولتاﮊهای فرورزونانس نیستند.
با افزایش ظرفیت خازنی، میزان بارلازم برای حذف اضافه ولتاﮊهای فرورزونانس افزایش می یابد.
باری در حدود ۵ % بار نامی ترانسفورماتور در بیشتر حالات، قادر به حذف اضافه ولتاﮊهای
فرورزونانس می باشد.
٢۴
٣‐١٠‐ طبقه بندی مدلهای فرورزونانس
مدل پایه
در این حالت ولتاﮊ و جریان پریودیک می باشند و پریود آنها با پریود سیستم برابر است.
مدل زیر هارمونیک
در این حالت ولتاﮊ و جریان با پریودی نوسان می کنند که ضریبی از پریود منبع می باشند. این
حالت به زیر هارمونیک n ام معروف است که حالت فرورزونانس زیر هارمونیک فرد می باشد.
مدل شبه پریودیک
در این نوع فرورزونانس نوسانات کاملا اتفاقی و غیر پریودیک می باشند
٣‐١١‐ شناسایی فرورزونانس
بروز فرورزونانس با اثرات وعلایمی به شرح زیر همراه است:
اضافه ولتاﮊهای با دامنه زیاد و دائمی بصورت فاز به فاز و فاز به زمین اضافه جریانها با دامنه زیاد و دائمی اعوجاجها با دامنه زیاد و دائمی در شکل موج ولتاﮊ و جریان جابجایی ولتاﮊ نقطه صفر افزایش دمای ترانس در حالت بی باری
افزایش بلندی نویز ترانسها و راکتورها تریپ بی موقع تجهیزات حفاظتی
البته بعضی از این علایم مختص این پدیده نیست بطور مثال جابجایی نقطه صفر در شبکه هایی
که نقطه صفر آنها زمین نشده است می تواند بدلیل وقوع اتصال فاز به زمین رخ دهد.
٢۵
٣‐١١‐١ شرایط لازم برای بروز پدیده فرورزونانس
۱‐ حضور همزمان خازن با راکتور غیر خطی در سیستم
۲‐ وجود حداقل یک نقطه از سیستم که دارای ولتاﮊ ثابت نباشد
۳‐ وجود اجزا سیستم با بار کم مانند ترانسهای قدرت یا ترانسهای ولتاﮊ بدون بار یا منابع انرﮊی
با اتصال کوتاه پایین مانند ﮊنراتورهای اضطراری
در صورتیکه هر کدام از این سه شرط برقرار نباشد احتمال وقوع فرورزونانس بسیار ضعیف است
در غیر این صورت باید تحقیقات گسترده ای به عمل آورد.
٢۶

٢٧
۴‐۱‐ از تبدیل فوریه٣ تا تبدیل موجک ]۳۳[
در قرن نوزدهم، ﮊان پاپتیست فوریه، ریاضی دان فرانسوی، نشان داد که هر تابع متناوب را میتـوان
به صورت حاصل جمعی نامحدود از توابع نمایی مختلط متناوب نمایش داد. سالها بعـد از عنـوان
شدن این خاصیت مهم، ایده او به نمایش سیگنالهای نامتناوب و سپس سیگنالهای گسسته متناوب
و نامتناوب گسترش یافت. بعد از این عمومیت بـه حـوزه گسـسته، تبـدیل فوریـه در محاسـبات
کامپیوتری بسیار موثر واقع گردید. در سال ۵۶۹۱، الگوریتم جدیدی به نـام تبـدیل فوریـه سـریع۴
عنوان شد، که نسبت به الگوریتم های قبلی تبدیل فوریه بیشتر به کار گرفته شد.
FFT چنین تعریف میشود
(۴‐ ۱) ∞∫ f (t )e − jwt dt F (w)  − ∞ (۴‐ ۲) f (t)  ∞∫F(w)e jwt dw −∞ اطلاعات حاصل از انتگرال، مربوط به تمام زمانها میباشد، چرا کـه انتگـرال گیـری از زمـان منفـی
بینهایت تا مثبت بینهایت انجام میشود. به همین علت، اگر سیگنال شامل فرکانسهای متغییر با زمان
باشد، یعنی سیگنال ثابت نباشد، تبدیل فوریه مناسب نخواهد بود. این بـدان معناسـت کـه تبـدیل
فوریه تنها مشخص میکند که آیا یک مولفه فرکانسی بخصوص در یک سیگنال وجود دارد یـا نـه،
و اطلاعاتی در مورد زمان ظاهر شدن این فرکانس به ما نمی دهد.

3-Fourier Transform 4-Fast Fourier Transform
٢٨
به همین دلیل، یک نمایش فرکانسی‐ زمانی به نام تبدیل فوریه زمان کوتاه۵ معرفی شد. در STFT،
سیگنال به قطعات زمانی به اندازه کافی کوتاه تقسیم میسود، بطوری که میتوان این قسمتهای کوتاه
را سیگنال ثابت فرض کرد. برای رسیدن به این هدف، یک تابع پنجره انتخاب میشود. پهنـای ایـن
پنجره باید با طولی از سیگنال که میتوان آنرا فرایند ثابت در نظر گرفت، برابر باشد. نمـایش STFT
به شکل زیر تمام مطالب ذکر شده در این مورد را خلاصه میکند:

(۴‐۳)
که w تابع پنجره میباشد.
نکته مهم در STFT پهنای پنجره بکار رفته میباشد. این پهنا را تکیه گاه پنجره نیز مینامند. هر چقدر
پهنای پنجره را کاهش دهیم، رزولوشن زمانی بهتر، و فرض فراینـد ثابـت محکمتـر میـشود ولـی
رزولوشن فرکانسی ضعیفتر خواهد شد، و بر عکس‐ شکل۴‐۱ راببینید.

شکل۴‐۱ نمایش پهن و باریک پنجرهای طرح زمان‐ فرکانس

5-Short Time Fourier Transform
٢٩
مشکل STFT را میتوان به وسیله اصل عدم قطعیت هایزنبرگ۶ مطرح کرد. ایـن اصـل معمـولاﹲبرای
مقدار جنبش و موقعیت مکانی ذرات در حال حرکت به کار میرود، با این حال میتوان آنـرا بـرای
اطلاعات حوزه زمانی‐فرکانسی بکار ببریم. بطور مختصر، ایـن اصـل مـیگویـد کـه نمـیتـوانیم
تشخیص دهیم که در هر لحظه زمانی کدام فرکانس وجود دارد. آنچه که ما میتـوانیم بفمـیم ایـن
است که در هر بازه زمانی کدام باندهای فرکانسی وجود دارند.
بنابراین، مساله انتخاب یک تابع پنجره، واستفاده از آن در تمام آنالیز میباشد. جـواب ایـن مـساله
بستگی به کاربرد دارد. اگر اجزاﺀ فرکانسی در سیگنال اصلی به خوبی از هم تفکیک شـده باشـند،
میتوانیم رزولوشن فرکانسی را در یک انـدازه مناسـب در نظـر بگیـریم و آنگـاه بـه طراحـی یـک
رزولوشن زمانی خوب بپردازیم، چرا که مولفههای طیفی قبلاﹲ از هم تفکیک شدهاند. در غیـر ایـن
صورت، پیدا کردن یک تابع پنجره مناسب بسیار مشکل خواهد بود.
اگر چه مشکل رزولوشن فرکانسی و زمانی از یک پدیده فیزیکی (اصل عـدم قطعیـت هـایزنبرگ)
ناشی میشود، و همواره برای هر تبدیل بکار رفته وجود دارد، میتوان سـیگنال را بـا یـک تبـدیل
دیگر بنام تبدیل موجک (WT) آنالیز کنیم
تبدیل موجک سیگنال را در فرکانسهای مختلف با رزولوشنهای مختلف آنالیز میکنـد. و بـا
تمام اجزاﺀ فرکانسی به صورت یکسان، آنطور که در STFT عمل میشد، برخورد نمیشود.
تبدیل موجک طوری طراحی شده است که در فرکانسهای بالا رزولوشن زمانی خوب و رزولوشن
فرکانسی ضعیف، و در فرکانسهای پایین، رزولوشن فرکانسی خوب و رزولوشـن زمـانی ضـعیف
داشته باشد. این خاصیت هنگامی که سیگنال تحت بررسـی دارای فرکانـسهای بـالا در بـازههـای

6-Heisenberg 's Uncertainty Principle
٣٠
زمانی کوتاه و فرکانسهای پایین برای زمانهای طولانی میباشد. دو تفاوت عمده بین STFT و CWT
عبارتند از
۱_ تبدیل فوریه سیگنال حاصل از اعمال تابع پنجره، گرفته نمیشود.
۲_ هنگامی که تبدیل برای یک جزﺀ طیفی محاسبه میشود، طول پنجره تغییر میکند. احتمالاﹲ ایـن
مهمترین مشخصه تبدیل موجک میباشد.
تبدیل موجک پیوسته (CWT) بصورت زیر تعریف میشود(:(Daubechies92
(۴‐۴)

که

(۴‐۵)
یک تابع پنجره است که موجک مادر٧ نامیده میشود، a یک مقیاس و b یک انتقال است.

شکل۴‐۲‐ چند خانواده مختلف ازتبدیل موجک. عدد بعد از نام موجک معرف تعداد لحظات محو شدن
است

7-Mother Wavelet
٣١
اصطلاح موجک به معنی موج کوچک میباشد. کوچکی برای شرایطی تعریف شده است که تـابع
پنجره طول محدود داشته باشد. موج هم برای شرایطی تعریف شده است کـه ایـن تـابع نوسـانی
باشد. اصطلاح مادر بر این نکته دلالت دارد که توابع بـا نـواحی مختلـف کـارایی، کـه در تبـدیل
استفاده میشوند، از یک تابع اصلی یا تابع مادر یک نمونه اصلی بـرای تولیـد سـایر توابـع پنجـره
میباشد. یک نمونه ازموجک مادر را در شکل۴‐۲ مشاهده میکنیم
اصطلاح انتقال به همان نحو که برای STFT بکار میرفت، در اینجا استفاده میشود. این اصـطلاح
به مکان پنجره، هنگامی که در امتداد سیگنال شیفت مییابد، دلالت میکند. واضح اسـت کـه ایـن
اصطلاح به اطلاعات زمانی در حوزه تبدیل مربوط میشود. با ایـن وجـود، مـا پـارامتر فرکانـسی،
آنطور که برایSTFT داشتیم، برای تبدیل موجک نداریم. در عوض در اینجا یـک مقیـاس موجـود
میباشد. مقیاس دهی همانند یک تبدیل ریاضی، به معنی گسترده یا فشرده کردن سیگنال میباشد.
مقیاسهای کوچکتر به معنی سیگنالهای گستردهتر و مقیاسهای بزرگتر به معنی سیگنالهای فشردهتـر
میباشد. از آنجا که در مبحث موجک پارامتر مقیاس دهی در مخرج بکار میرود، عکـس عبـارت
فوق در اینجا صادق خواهد بود.
رابطه بین مقیاس و فرکانس این است که مقیاسهای پایین مربوط به فرکانـسهای بـالا و مقاسـهای
بالا مربوط به فرکانسهای پایین میباشد. با توجه به بحث ذکر شده، ما تا بحال طرح زمـان‐مقیـاس
داریم. توصیف شکل۴‐۳ معمولاﹲ در توضیح اینکه چگونه رزولوشنهای زمانی و فرکانسی تفسیر
شوند، بکار میرود.
٣٢

شکل۴‐۳‐ دو عمل اساسی موجک‐ مقیاس و انتقال ‐ برای پر کردن سطح نمودار مقیاس‐ زمان
هر مستطیل در شکل۴‐۳ مربوط به یک مقدار تبدیل موجک در صفحه زمـان‐مقیـاس مـیباشـد.
توجه کنید که مستطیلها یک مساحت غیر صفر مشخص دارند، که این بدان معناسـت کـه مقـدار
یک نقطه بخصوص در طرح زمان‐مقیاس قابل تشخیص نیـست. اگـر ابعـاد جعبـههـا را در نظـر
نگیریم، مساحت جعبهها، در STFT و WTبـا هـم برابـر هـستند و بـا نامـساوی هـایزنبرگ تعیـین
میشوند. خلاصه، مساحت مستطیلها برای تابع پنجره (STFT) و (WT) ثابت است. همچنین، تمام
مساحتها دارای حد پایین محدود شده به ۴π/ هستند. یعنی، طبـق اصـل عـدم قطعیـت هـایزنبرگ
نمیتوانیم مساحت جعبهها را هر اندازه که بخواهیم، کاهش دهیم.
۴‐۲‐سه نوع تبدیل موجک ]۳۳[
ما سه نوع تبدیل در اختیار داریم: پیوسته، نیمه گسسته٨ و گسسته در زمان. اختلاف انـواع مختلـف
تبدیل موجک مربوط به روشی است که مقیاس وشیفت را پیاده سازی میکند. در این بخـش ایـن
سه نوع مختلف را ریزتر بررسی خواهیم کرد.

8-Semidiscrete
٣٣
۴‐۲‐۱‐ تبدیل موجک پیوسته
برای CWT پارامترها به صورت پیوسته تغییر میکنند. این موضـوع باعـث حـداکثر آزادی در
انتخاب موجک مناسب برای آنالیز خواهد شد. تنها لازم است که تبدیل موجـک شـرط (۴‐۷)، و
مخصوصاﹲ مقدار متوسط صفر را داشته باشد. این شرط برای اینکه CWT معکـوس پـذیر باشـد،
لازم است. تبدیل عکس به صورت زیر تعریف میشود:
(۴‐۶)

که Ψ شرط لازم زیر را باید ارضا کند

(۴‐۷)
که Λψ تبدیل فوریه Ψ است.
بطور شهودی واضح است که CWT بر محاسبه "ضریب همبـستگی" بـین سـیگنال وموجـک
اصرار دارد. شکل۴ را ببینید

شکل۴‐۴‐ تشریح CWT طبق معادله۴
الگوریتم CWT را میتوان به شکل زیر توصیف کرد‐شکل۴‐۴ را ببینید.
۱_ یک موجک در نظر بگیرید و آنرا با با قسمتی از ابتدای سیگنال اصلی مقایسه کنید.
٣۴
۲_ ضریب c(a,b) که نمایانگر میزان ارتباط موجک با این قـسمت از سـیگنال اسـت را محاسـبه
کنید. هر چقدر c بیشتر باشد، شباهت بیشتر است. توجه کنید که نتیجه به شکل موجک انتخـاب
شده دارد.
۳_موجک را به سمت راست شیفت دهید و مراحل ۱و ۲ را تا رسیدن بـه انتهـای سـیگنال تکـرار
کنید.
۴_موجک را به سمت راست شیفت دهید و مراحل ۱ تا ۳ را تکرار کنید.
یک مثال از ضرایب CWT مربوط به سیگنال استاندارد در شکل۴‐۵ نشان داده شده است.

شکل۴‐۵ مثالی از آنالیزموجک پیوسته. در شکل بالا سیگنال مورد نظر نمایش داده شده است.
شکل پایین ضرایب موجک مربوطه را نشان میدهد.
٣۵
۴‐۲‐۲ تبدیل موجک نیمهگسسته
در عمل، محاسبه تبدیل موجک برای بعضی مقادیر گسسته a و b بسیار متداولتر است. برای مثـال، بکارگیری مقیاسهای a 2j dyadic و شـیفتهای صـحیح b  2j k بـا (j, k) z2 راتبـدیل
موجک نیمه گسسته (SWT) مینامیم.
در صورتی که مجموعه متناظر با الگوها، یک قالب موجـک را تعریـف کنـد، تبـدیل عکـسپـذیر
خواهد بود. به عبارت دیگر، موجک باید طوری طراحی شود که

(۴‐۸)
در اینجا A و B دو ثابت مثبت، ملقب به حدود قالب هستند. که ما باید برای بدستآوردن ضرایب
موجک انتگرالگیری انجام دهیم، چرا که f(t) هنوز یک تابع پیوسته است.
۴‐۲‐۳ ‐ تابع موجک گسسته
در اینجا، تابع گسسته f(n) و تعریف موجک (DWT) داده شده بـه صـورت زیـر را در اختیـار
داریم:
(۴‐۹)

که ψj,x یک موجک گسسته تعریف شده به شکل زیر میباشد:

(۴‐۰۱)
پارامترهای a و b به شکل a2j و b  2jkتعریف میشوند. عکس تبدیل به شـکلی مـشابه،
چنین تعریف میشود:
٣۶

(۴‐۱۱)
اگر حدود قالب در معادله۴‐٨ A=B=1 باشد، آنگـاه تبـدیل عمـودی خواهـد بـود. ایـن تبـدیلهـا
میتوانند با یک آنالیز چند بعدی، که در بخش بعد بحث خواهد شد، شروع شوند.
۴‐۳‐ انتخاب نوع تبدیل موجک
چه موقع آنالیز پیوسته از آنالیز گسسته مناسبتر است؟ هنگامی که انرﮊی سیگنال محدود است، اگر
از یک تبدیل موجک مناسب استفاده کنیم، تمام مقادیر یک تجزیه برای بازسازی شکل موج اصلی
لازم نخواهد بود. در این شرایط، یک سیگنال پیوسته را میتوان بوسیله تبـدیل گسـسته آن کـاملاﹰ
مشخص کرد. بنابراین آنالیز گسسته کافی است و آنالیز پیوسته اضافی خواهـد بـود. هنگـامی کـه
سیگنال بصورت پیوسته یا یک شبکه زمانی ریز ثبت میشود، هر دو نوع آنالیز، امکانپذیر خواهـد
بود. کدامیک باید استفاده شود؟ جواب این است: هر یک مزایای مربوط به خود را دارد.
آنالیز پیوسته معمولاﹰ برای تفسیر آسانتر اسـت، چـرا کـه اضـافات آن، تمایـل بـه تقویـت ویژگیها دارد و و اطلاعات را بسیار واضحتر خواهد کرد. این موضوع بـرای بـسیاری از ویژگیهای مفید درست است. آنالیز پیوسته تفسیر را راحتر، و خوانایی را بیشتر مـی کنـد، در عوض حجم بیشتری برای زخیره لازم دارد.
آنالیز گسسته حجم ذخیره سازی را کاهش میدهد و برای بازسازی کافی است.
٣٧
۴‐۴‐ آنالیز مالتی رزولوشن٩ و الگوریتم DWT سریع
برای اینکه تبدیل موجک مفید باشد، باید آنرا با الگوریتمهای سریع به منظور استفاده در ماشینهای
محاسباتی، پیادهسازی کنیم. یعنی روشی مثل FFT که هم ضرایب تبدیل wavwlet را بدست آورد و
هم بازسازی تابعی را که نمایش میدهد، انجام دهد.
۴‐۴‐۱‐آنالیز مالتی رزولوشن (MRA)
آنالیز مالتیرزولوشن Mallat را که خیلی عمومیت دارد، توضیح میدهیم. با فضایl2 که شامل تمام
توابع جمعپذیر مربعی است، شروع میکنیم، یعنی: f در فضای l2 (s) است، اگرMRA . ∫f 2  ∞
s
یک سری افزایشی از زیر فضای بسته {vj}jzاسـت، کـه l2 (R)را تخمـین میزنـد. شـروع کـار،
انتخاب یک تابع مقیاسدهی مناسـبΦ اسـت. تـابع مقیـاسدهـی بـه منظـور ارضـاﺀ پیوسـتگی،
یکنواختی و بعضی شرایط لازم بعدی انتخاب شده است. اما نکته مهمتر این اسـت کـه، مجموعـه
{φ(x − k), k z} یک اساس درست برای فضای مرجع v0 ایجاد میکند. رابطههای زیر آنالیز را
توصیف میکنند:
(۴‐۲۱)...v-1 v0 v1
فضاهایvj به صورت تودرتو قرار گرفتهاند. فضای l2 (R) اشتراک تمامvj را شامل مـیشـود. بـه
عبارت دیگر j z vj در(l2 (R متراکم شده است. اشتراک همهvj ها تهی است.
(۴‐۳۱)

9-Multiresolution
٣٨
فضاهای vj وvj1 مشابه هستند. اگر فضایvj دارای فاصـلههـای خـالی(φ1,k (x ، k z باشـد،
آنگـــاه فـــضایij1 دارای فاصـــلههـــای(φ1,k (x ، k z اســـت. فاصـــلهvj1 بوســـیله تـــابع
، که تولید میشود.
حالا شکلگیری موجک را توضـیح مـیدهـیم. چـون v0 v1 ، هـر تـابعی در v0 را مـیتـوانیم
بصورت ترکیبی از توابع پایه 2φ(x − k) ازv1 بنویسیم. مخصوصاﹰΦ باید معادلات دو بعـدی ۴۱

و ۵۱ را برآورده کند:
(۴‐۴۱)2φ (x − k) (φ (x)  ∑h(k

k
ضرایب h(k) بصورت((2Φ(x − k h(k)  (Φ(x), تعریف شـدهانـد. حـال بـه عـضو عمـودی

wj از vj برvj1 ،vj1  vj wj را در نظر بگیرید. این بدان معناست که تمام اعضایvj بـر
اعضای wj عمود هستند. ما لازم داریم که

تعریف زیر را ارائه میدهیم:
(۴‐۵۱)2∑(−1)k h(−k  1)φ (x − k) ψ (x) 

k
ما میتوانیم نشان دهیم کـه2{ψ(x − k), k z} یـک اسـاس درسـت بـرایw1 اسـت. دوبـاره، خاصیت تشابه MRI عنوان میکند که2j{ψ( 2jx − k), k z} یک اساس بـرایwj اسـت. از

آنجــــا کــــه v  wدر l2 (R) متمرکــــز اســــت، خــــانواده داده شــــده
jj z jj z
2j{ψ( 2jx − k), k z} یک اساس بـرای l2 (R) اسـت. بـرای یـک تـابع داده شـده f l2 (R)

٣٩
میتوان N را طوری بیابیم که f N vj ، f را بالاتر از دقت تعیین شده، تقریب بزند. اگـرgi wi
و f i vi آنگاه

(۴‐١۶)
معادله (۴‐١۶) تجزیه موجک تابع f است.
۴‐۵ ‐ زبان پردازش سیگنالی]۳۳و۴۳[
ما مراحل آنالیز مالتیرزولوشنی را با زبان پردازش سیگنالی تکرار میکنیم. آنالیز مالتی رزولوشـن
waveletبا الگوریتم کد کردن زیرباند یا محوطهای در پردازش سیگنال در ارتباط اسـت. همچنـین،
فیلترهای آینهای مربعی هم در الگوریتم مالتی رزولوشـن Mallat قابـل تـشخیص اسـت. در نتیجـه
نمایش زمان‐ مقیاس یک سیگنال دیجیتال با اسـتفاده از روشـهای فیلتـر کـردن دیجیتـال حاصـل
میشود.
معادلات۴‐۴۱ و۴‐۵۱ را از بخش قبل به خاطر بیاورید. سـریهای{h(k), k z} و {g(k), k z}
در اصطلاح پردازش سیگنال، فیلترهای آیینهای مربعی هستند. ارتباط بین h و g چنین است:
(۴‐۷۱)g(k)  (−1)n h(1 − n)
h(k) فیلتر پایین گذر و g(k) فیلتر بالا گذر است. این فیلتر با خانواده فیلترهای بـا پاسـخ ضـزبه
محدود (FIR) تعلق دارند. خواص زیر را میتوان با استفاده از تبدیل فوریه و عمـود بـودن اثبـات
کرد:
(۴‐۸۱) ∑g(k)  0 ∑h(k)  2
k k

۴٠
عملیات تجزیه با عبور سیگنال (دنباله) از یک فیلتر پایین گذر نیم باند دیجیتال با پاسخ ضربه h(n)
شروع میشود. فیلتر کردن یک سیگنال معادل با عملیات ریاضی کانولوشن سیگنال با پاسخ ضـربه
فیلتر میباشد. یک فیلتر پایین گذر نـیم بانـد تمـام فرکانـسهایی را کـه بـالاتر از نـصف بیـشترین
فرکانس سیگنال قرار دارند را حذف میکند
اگر سیگنال با نرخ نایکویست (که دو برابر بیشترین فرکانس در سیگنال است) نمونهبرداری شـده
باشد، بالاترین فرکانس که در سیگنال وجود داردπرادیان است. یعنـی، فرکـانس نایکویـست در
حوزه فرکانسی گسسته مطابق با π(--/s) میباشد. بعد از عبور سیگنال از یک فیلتر پایین گذر نـیم
باند، طبق روش نایکویست میتوان نصف نمونهها را حذف کـرد، چـرا کـه حـال سـیگنال دارای
حداکثر فرکانس(π/2(--/s میباشد. به این ترتیب سیگنال حاصل دارای طـولی بـه انـدازه نـصف
طول سیگنال اولیه میباشد.

شکل۴‐۶ طرح الگوریتم کد کردن زیر باند(قسمت بالا تجزیه و قسمت پایین ترکیب را نمایش میدهد)
۴١
حال مقیاس سیگنال دو برابر شده است. توجه کنید فیلتـر پـایینگـذر، اطلاعـات فرکـانس بـالای
سیگنال را حذف کرده است، اما مقیاس را بدون تغییر گذاشته است. این تنها کاهش تعداد نمونهها
است که مقیاس را تغییر میدهد. از طرف دیگر رزولوشن که به میزان اطلاعلت موجود در سیگنال
ارتباط دارد، توسط فیلتر کردن تغییر کرده است. فیلتر پـایین گـذر نـیم بانـد نـصف، فرکانـسها را
حذف کرده است، که میتوان این عمل را به نصف شدن اطلاعات تفـسیر کـرد. توجـه کنیـد کـه
کاهش نمونهها بعد از فیلتر کردن تاثیری در میزان رزولوشن ندارد، چرا کـه بعـد از فیلتـر کـردن
نصف نمونهها اضافی خواهد بود. پس نصف کردن نمونههـا باعـث حـذف هیچگونـه اطلاعـاتی
نمیشود. خلاصه، فیلتر کردن اطلاعات را نصف میکند، ولی مقیـاس را تغییـر نمـیدهـد. سـپس
سیگنال با نرخ دو نمونه برداری میشود، چرا که حال نصف نمونهها اضـافی اسـت. ایـن عمـل ،
مقیاس را دو برابر میکند. عملیات توصیف شده در شکل۴‐۶ نشان داده شده است.
یک روش بسیار مختصر برای توصیف این عملیات و همچنین عملیات موثر برای تعیین ضـرایب
موجک نمایش عملکرد فیلترها است. برای یک دنبالـه، f  {f n} نمایـانگر سـیگنال گسـستهای
است که باید تجزیه شود و G وH بوسیله روابط هممرتبه زیر تعریف می شوند:
(۴‐۹۱)

(۴‐۰۲)
معادلات ۴‐۹۱و ۴‐۰۲ فیلتر کردن سیگنال با فیلترهای دیجیتال h(k) و g(k) که معـادل عملگـر
ریاضی کانولوشن با پاسخ ضربه فیلترها میباشد، را نمایش میدهد. فاکتور 2k کاهش نمونههـا را
نمایش میدهد.
۴٢
عملگرهای G و H مربوط به گام اول در تجزیه موجک میباشند. تنها تفاوت این است که روابط با
از ضریب 2 معادلات ۴‐١٣و۴‐١۴ چشمپوشی کرده است. بنابراین تبـدیل موجـک گسـسته را

میتوان در یک خط خلاصه کرد‐ شکل ۴‐۷ را ببینید:

(۴‐۱۲)
(0)0(j 1)(j 2)(1)
که ما میتوانیم d  ,d  ,..., d ,d را جزئیات ضرایب و cرا تقریب ضرایب بنامیم.
جزئیات و ضرایب با روش تکرار حاصل می شوند:

شکل۴‐۷ نمایش تجزیه توسط موجک
برای مقایسه این روش با SWT، بیایید دنباله x(k) حاصـل از ضـرب داخلـی سـیبگنال پیوسـته
u(t) با انتقالهای صحیح تابع مقیاس دهی را تعریف کنیم

(۴‐۲۲)
حال، ما میتوانیم SWT را با استفاده از DWT طبق رابطه زیر بدست آوریم
(۴‐۳۲)

که برای هر عدد صحیح j ≥ 0 و هر عدد صحیح k درست است.
۴٣
عملیات بازسازی مشابه عملیات تجزیه است. تعداد نمونههای سـیگنال در هـر سـطحی دو برابـر
− −− −
میشود، از فیلترهای ترکیب کننده نشان داده شده بـا H و G عبـو داده مـیشـود، و سـپس جمـع
− −− −
H و G را طبق روابط زیر تعریف میکنیم

(۴‐۴۲)
(۴‐۵۲)
AP Signal 4 10 x 10 2 5 0 15 10 5 00 0.4 0.3 0.2 0.1 0 -2 CD5 5 CD6 0.5 0 0 30 20 CD3 10 -50 15 10 CD4 5 0 -0.5 0.5 1 0 0 80 60 40 20 -0.50 40 30 20 10 0 -1 CD1 0.2 CD2 0.5 0 0 400 300 200 100 -0.20 200 150 100 50 0 -0.5
شکل۴‐۸ مثالی از تجزیه .DWT سیگنال اصلی، سیگنال تقریب((AP
و سیگنالهای جزئیات(CD1تا (CD6
با استفاده مکرر از روابط بالا داریم

(۴‐۶۲)
۴۴
که در حوزه زمانی
(۴‐۷۲)

Dj و cجزئیات و تقریب نامیده میشوند. یک مثـال از تجزیـه در شـکل۸ ، همـراه بـا تقریـب و
جزئیات و سیگنال اصلی نشان داده شده است.
۴‐۶‐ شبکه عصبی
۴‐۶‐۱ مقدمه]۵۳[
خودسازماندهی١٠ شبکهها یکی از موضوعات بـسیار جالـب در شـبکههـای عـصبی میباشـد. ایـن
شبکهها میتوانند انتظام و ارتباط موجود در ورودی خود را تشخیص و به ورودیهـای دیگـر طبـق
این انتظام پاسخ دهند. نرونهای شبکه های عـصبی رقـابتی طـرز تـشخیص گـروه هـای مـشابه از
بردارهای ورودی را یاد میگیرند. نگاشـتهای خـود سـازمانده طـرز تـشخیص گـروه هـای مـشابه
بردارهای ورودی را به این شکل یاد میگیرند که نرونهـای مجـاور هـم از لحـاظ مکـانی در لایـه
نرونی، به بردارهای ورودی مشابه پاسخ می دهند.
یادگیری کوانتیزه نمودن برداری (LVQ) روشی است که از ناظر برای یادگیری شبکه هـای رقـابتی
استفاده میکند. یک لایه رقابتی خود به خود طبقه بندی بردارهای ورودی را یـاد میگیـرد. بـا ایـن
وجود، کلاسهایی که لایه رقابتی پیدا می کند، تنها به فاصله بردارهای ورودی ارتباط دارد. اگـر دو
بردار ورودی خیلی به هم شبیه باشند، احتمالآ لایه رقابتی آن دو را در یک کلاس قرار مـی دهـد.
در شبکه های عصبی رقابتی، روشی یرای تشخیص اینکه آیا دو نمونه بردار ورودی در یک طبقـه

10-Self Organizing
۴۵
قرار می گیرند یا نه، وجود ندارد. با این وجود، شبکه های طبقـه بنـدی بردارهـای ورودی را در
طبقه هایی که توسط خود کاربر تعیین می شوند، انجام می دهد.
۴‐۶‐۲‐ یادگیری رقابتی١١
نرونها در یک لایه رقابتی طوری توزیع می شوند که بتوانند بردارهای ورودی را تـشخیص دهنـد.
معماری یک شبکه رقابتی در شکل(۴‐۹) نشان داده شده است.
جعبه ||dist|| بردار ورودی p و ماتریس وزن ورودی IW1,1 را بـه عنـوان ورودی دریافـت مـی
کند، و برداری شامل s1 عنصر تولید می کنـد. ایـن عناصـر، منفـی فاصـله بـین بـردار ورودی و
بردارهای j IW1,1 تشکیل شده از سطر های ماتریس وزن ورودی، می باشند.

شکل۴‐۹معماری شبکه رقابتی
ورودی خالص١٢ n1 یک لایه رقابتی، با جمع کردن بایاس b با فاصله هـای بردارهـای ورودی از
سطرهای ماتریس وزن، محاسبه میشوند. اگر بایاسها صفر باشند، بیشترین مقداری که یـک ورودی
خالص میتواند داشته باشد، صفر خواهد بود. این هنگامی اتفاق می افتد که بردار ورودی p برابر با
یکی از بردارهای وزن شبکه باشد.

-Competitive Learning -Net Weight

11
12
۴۶
تابع تبدیل رقابتی یک بردار وزن خالص را دریافت می کند، و خروجی صفر را برای همه نرونهـا،
به غیر از نرون برنده (نرون دارای کمترین فاصله)، که همـان نـرون مربـوط بـه بزرگتـرین عنـصر
ورودی خالصn1 میباشد، تولید می کند، و نـرون برنـده دارای خروجـی ۱ خواهـد بـود. فوائـد
استفاده از جمله بایاس در هنگام بحث از آموزش شبکه روشن خواهد شد.
۴‐۶‐۲‐۱ روش یادگیری کوهنن١٣ (learnk)
وزنهای نرون برنده (یک سطر در ماتریس وزن ورودی) با روش یادگیری کوهنن تنظیم می شـود.
فرض کنید که i امین نرون برنده شـود، آنگـاه عناصـر i امـین سـطر از مـاتریس وزن ورودی بـه
صورت زیر تنظیم میشود.
(۴‐۸۲)j IW1,1 (q) j IW1,1 (q − 1)  α ( p(q)− jIW1,1(q−1))
روش یادگیری کوهنن باعث میشود که وزنهای نرون یک بردار ورودی را یـاد بگیرنـد، و بـه ایـن
دلیل در کاربردهای تشخیص الگو مفید می باشد.
به این ترتیب نرونی که بردار وزن آن از همه نرونهای دیگـر بـه ورودی نزدیکتـر اسـت، طـوری
تغییر میکند که بیشتر به ورودی نزدیکتر شود. نتیجه این تغییـر ایـن خواهـد بـود کـه در صـورت
عرضه کردن ورودی مشابه ورودی قبلی بـه شـبکه، نـرون برنـده در رقابـت قبلـی، دارای شـانس
بیشتری برای برنده شدن مجدد خواهد داشت.
هر چقدر ورودیهای بیشتری به شبکه عرضه شود، هر نرونی که بـه ایـن ورودیهـا نزدیکتـر باشـد
بردار وزن آن طوری تنظیم میشود که به این ورودیها نزدیک ونزدیکتر شود. در نتیجه، اگـر تعـداد
نرونها به اندازه کافی باشد، هر خوشه از ورودیهای مشابه، یک نرون خواهد داشـت کـه خروجـی

13-Kohonen Learning Rule
۴٧
آن با عرضه کردن یک بردار از این خوشه یک و در غیر این صورت صـفر خواهـد بـود. بـه ایـن
ترتیب شبکه یاد گرفته است که بردارهای ورودی عرضه شده را طبقه بندی کند.
۴‐۶‐۲‐۲ روش یادگیری بایاس١۴ (learncon)
یکی از محدودیتهای شبکه های رقابتی این است که یک نرون ممکن است هرگز تنظیم نشود. بـه
عبارت دیگر، بعضی از بردارهای وزن نرونی ممکن است در آغاز از هر بردار ورودی دور باشـند،
و هر چند آموزش را ادامه دهیم هرگز در رقابت پیروز نشوند. نتیجـه ایـن اسـت وزن هـای آنهـا
تنظیم نمیشود و هرگز در رقابت پیروز نمی شوند. این نرون های نا مطلـوب، کـه بـه نـرون هـای
مرده اطلاق می شوند، هرگز عمل مفیدی انجام نمی دهند.
برای جلوگیری از روی دادن این مورد، بایاسهایی اعمال میشود تا اینکه نرونهـایی کـه بـه نـدرت
برنده میشوند، احتمال برنده شدن را دررقابتهای بعدی داشته باشند. یک با یـاس مثبـت بـه منفـی
فاصله اضافه می شود، به این ترتیب احتمال برنده شدن نرون دورتر بیشتر می شود.
به این منظور، یک متوسط از خروجی نرونها نگهداری میشود. این مقادیر نمایانگر درصـد برنـده
شدن نرونها در رقابتهای قبلی می باشد. و از آنها برای تنظیم با یاس های نرونها استفاده می شوند
به این ترتیب که با یاس نرونهای غالبا برنده کاهش و بر عکس با یاس نرونهایی که بندرت برنـده
می شود، افزایش می یابد.
برای اطمینان از درستی متوسطهای خروجی، نرخ یادگیری learncon بسیار کمتر از learnk انتخـاب
می شود. نتیجه این است که بایاس نرونهایی که اغلب بازنده اند در مقابل نرون هـای غالبـا برنـده
افزایش مییابد. هنگامی که بایاس نرونهای غالباﹰ بازنده افزایش می یابد، فضای ورودی که نرون بـه

14-Bias Learning Rule
۴٨
آن پاسخ می دهد نیز گسترش می یابد. هر چقـدر فـضای ورودی افـزایش بیابـد، نرونهـای غالبـاﹰ
بازنده، به ورودیهای بیشتری پاسخ میدهند. سرانجام این نرون نـسبت بـه سـایر نرونهـا بـه تعـداد
برابری از ورودیها پاسخ خواهد داد
این امر، دو نتیجه خوب دارد. اول اینکـه، اگـر یـک نـرون بـه علـت دوری وزنهـای آن از همـه
ورودیها هرگز برنده نشود، بایاس آن عاقبت به حدی بزرگ خواهد شد که این نرون بتواند برنـده
شود. وقتی که این اتفاق ( برنده شدن نرون ) روی داد، این نرون به سمت دسته هـایی از ورودی
حرکت خواهد کرد. هنگامی که وزن یک نرون در بازه یک دسته از ورودیها قـرار گرفـت، بایـاس
آن به سمت صفر کاهش خواهد یافت به این ترتیب مشکل نرون بازنده حل خواهد شد.
فایده دوم استفاده از بایاس این است که آنها نرونها را وادار می کننـد کـه هـر کـدام درصـدهای
یکسانی از ورودیها را طبقه بندی کنند. بنابراین، اگـر یـک ناحیـه از فـضای ورودی دارای تعـداد
بیشتری از بردارهای ورودی نسبت به سـایر مکانهـا باشـد، ناحیـه بـا چگـالی بیـشتر در ورودی،
نرونهای بیشتری جذب خواهد کرد. و در نتیجه این ناحیه بـه زیـر گروههـای کـوچکتری تقـسیم
خواهد شد.
۴‐۷‐ نگاشت های خود سازمانده١۵ (SOM)
نگاشت های خود سازمانده یاد می گیرند کـه بردارهـای ورودی را آنطـور کـه در فـضای ورودی
طبقه بندی شده اند، طبقه بندی کنند. تفاوت آنها با لایه های رقابتی این است که نرونهای مجـاور
نگاشت خود سازمانده، قسمتهای مجاور از فضای ورودی را تشخیص می دهند.

15-Self Organizing Maps
۴٩
بنابراین، نگاشتهای خود سازمانده هم توزیع( مثل لایه ها رقابتی) و هم موقعیت مکانی بردارهای
ورودی آموزشی را یاد می گیرند. در اینجا یک شبکه نگاشت خود سازمانده نرون برنـده i* را بـه
روشی مشابه لایه رقابتی تعیین می کند. اما به جای اینکه تنها نرون برنده تنظیم شود، تمام نرونهـا
در یک همسایگی مشخص N (d) از نرون برنده با استفاده از قانون کوهنن تنظیم می شوند. یعنی،
i*
ما تمام نرونهای i Ni* (d) را طبق رابطه زیر تنظیم می کنیم
(۴‐۹۲)i W (q)i W (q − 1)  α ( p(q)−i IW (q−1))
یا
(۴‐٣٠i W (q) (1−α) i W (q − 1)  αp(q)(
در اینجا همسایگی N (d) شامل آندیس تمام نرونهایی است کـه در شـعاع d بـه مرکزیـت نـرون
i*
برنده i* قرار دارند.
(۴‐۱۳)Ni* (d)  {j,dij≤d}
بنابراین، هنگامی که بردار p به شبکه عرضه میشود، وزنهای نرون برنده و همسایه های نزدیک آن
به سمت p حرکت خواهد کرد. در نتیجه، بعد از آزمونهای پی در پی فـراوان، نرونهـای همـسایه،
نمایانگر بردارهای مشابه هم خواهند بود.
برای توضیح مفهوم همسایگی، شکل ۴‐۰۱ را در نظر بگیرید. شکل سمت چـپ یـک همـسایگی
دو بعدی به شعاع d=1 را حول نرون 13 نشان میدهد. دیاگرام سمت راست یـک همـسایگی بـه
شعاع d=2 را نشان میدهد. این همسایگی ها را میتوان به صورت زیر نوشت:
N13 (1)  {8,12,13,14,18}
و
۵٠
N13 (2)  {3,7,8,9,11,12,13,14,15,17,18,19,23}

شکل۴‐۰۱نمایش همسایگی
میتوان نرونها را در یک فضای یک بعدی، دو بعدی، سه بعدی یا حتـی بـا ابعـاد بیـشتر نیـز قـرار
دهیم. برای یک شبکه SOM یک بعدی ، یک نرون تنها دو همسایه (یا اگر نرونها در انتها باشـند
یک همسایه) در شعاع یک خواهد داشت.
۴‐۸‐ شبکه یادگیری کوانتیزه کننده برداری١۶]۵۳[
معماری شبکه عصبی LVQ در شکل۴‐۱۱ نشان داده شده است. یـک شـبکه LVQ در لایـه اول از
یک شبکه رقابتی و در لایه دوم از یک شبکه خطی تـشکیل شـده اسـت. لایـه رقـابتی بردارهـای
ورودی را به همان روش لایه های رقابتی ذکر شده، طبقه بندی میکند. لایه خطـی نیـز کلاسـهای
لایه رقابتی را بصورت کلاسهای مورد نظر کاربر طبقه بندی میکند. ما کلاسهایی کـه لایـه رقـابتی
جدا کرده است را زیر کلاس و کلاسهایی را که لایـه خطـی مـشخص میکنـد، کلاسـهای هـدف
مینامیم.

16-Learning Vector Quantization Networks
۵١

شکل۴‐۱۱ معماری شبکه LVQ
هر دوی لایه های رقابتی و خطی دارای تنها یک نرون بـرای هـر زیـر کـلاس یـا کـلاس هـدف
هستند. به همین دلیل لایه رقابتی میتواند S1 کلاس را یاد بگیرد. در مرحله بعد این S1 کـلاس در
S2 کلاس توسط لایه خطی طبقه بندی خواهد شد.( S1 همیشه از S2 بزرگتر است.)
برای مثال فرض کنید که نرونهای ١،٢و٣ در لایهرقابتی، زیر کلاسهایی از ورودی را یـاد میگیرنـد
که به کلاس هدف شماره ٢ لایه خطی تعلق دارند. آنگـاه نرونهـای رقـابتی ١،٢و٣ دارای وزنهـای
Lw2,1 برابر یک در نرون n2 لایهخطی، و وزنهای صفر برای بقیه نرونهای لایه خطی خواهند بود.
بنابراین این نرون لایه خطی ( ( n2 در صورت برنده شدن هر یک از نرونهای ١،٢و٣ لایـه رقـابتی،
یک ١ در خروجی ایجاد خواهد کرد. به این ترتیب زیر کلاسهای لایه رقابتی بـصورت کلاسـهای
هدف ترکیب خواهند شد.
خلاصه، یک ١ در iامین ردیف از a1 (بقیه عناصر a1 صفر خواهد بود)، iامـین ردیـف از Lw2,1
را به عنوان خروجی شبکه انتخاب میکند. این ستون شامل یک ١ که نمایانگر یـک کـلاس هـدف
است، خواهد بود را تعیین کنیم. اما ما باید با استفاده از یک عملیات آموزشی به لایه اول بفهمانیم،
که هر ورودی را در زیر کلاس مورد نظر طبقه بندی کند.
۵٢
۴‐٨‐١ روش یاد گیری (learnlv1) LVQ1
یادگیری LVQ در لایه رقابتی بر اساس یک دسته از جفتهای ورودی/ هدف میباشد.
(۴‐۲۳){ p1 ,t1},{ p2 ,t2},...,{ pQ ,tQ}
هر بردار هدف شامل یک ١ میباشد. بقیه عناصر صفر هستند. عدد ١ نمایانگر طبقه بردار ورودی
میباشد. برای نمونه، جفت آموزشی زیر را در نظر بگیرید.
0 2 (۴‐٣٣) 0 − 1 ,  t1 p1 1 0 0 در اینجا ما بردارهای ورودی سه عنصری داریم، و هر بردار ورودی باید به یکی از چهـار کـلاس
تعلق گیرد. شبکه باید طوری آموزش یابد که این بردار ورودی را در سومین کـلاس طبقـه بنـدی
کند.
به منظور آموزش شبکه، یک بردار ورودی p ارائه میشود، و فاصله از p بـرای هـر ردیـف بـردار
وزن ورودی Iw1,1 محاسبه میشود. نرونهای مخفی لایه اول به رقابت می پردازند. فرض کنیـد کـه
iامین عنصر از n1 مثبت ترین است، و نرون i* رقابت را می برد. آنگاه تابع تبدیل رقابتی یک ۱ را
به عنوان i* عنصر از a1 تولید می کند. تمام عناصر دیگرa1 صفر هستند. هنگـامی کـهa1 در وزنهـای
لایه دوم یعنیLw2,1 ضرب میشود، یک موجود در a1 کلاس k* مربوطه راانتخاب میکنـد. بـه ایـن
ترتیب، شبکه بردار ورودی p را در کلاس k* قرار داده و a2 یک شـده اسـت. البتـه ایـن تعیـین
k*
کلاس بردار p توسط شبکه بسته به اینکه آیا ورودی در کلاس k* است یا نه، میتواند درسـت یـا
غلط باشد.
۵٣
اگر تشخیص شبکه درست باشد سطر i* ام ازIw1,1 را طوری تصحیح میکنیم کـه ایـن سـطر بـه
بردار ورودی نزدیکتر شود، وبرعکس، در صورت غلـط بـودن تـشخیص ، تـصحیح بـه گونـه ای
صورت میگیرد که این سطر ماتریس وزن Iw1,1 از ورودی دورتر میشود. بنابراین اگـر p درسـت
طبقه بندی شود، یعنی
(۴‐٣۴( a2k*  tk*  1)(
ما مقدار جدید i* امین ردیف ازIw1,1 را چنین تنظیم میکنیم:
(۴‐٣۵) IW1,1 (q)i*IW1,1α(p(q)−i*IW1,1(q−1))
از طرفی، اگر طبقه بندی اشتباه باشد،
(۴‐٣۶) a2k*  1 ≠ tk*  0
مقدار جدیدi* امین ردیف را Iw1,1 را طبق رابطه زیر تغییر میدهیم
(۴‐۷۳) IW1,1 (q)i*IW1,1−α(p(q)−i*IW1,1(q−1))
این تصحیحات موجب میشود که نرون مخفی به سوی برداری کـه در کـلاس مربوطـه قـرار دارد
حرکت کند و از طرفی از سایر بردارها فاصله بگیرد.
۴‐۸‐۲ روش یادگیری تکمیلی١٧ LVQ21
روش یادگیری که در اینجا توضیح میدهیم را میتوانیم بعد از استفاده از 1 بکار ببریم. بکـارگیری
این روش ممکن است نتایج یادگیری اولیه را بهبود بخشد.
اگر نرون برنده در لایه میانی، بردار ورودی را به درستی طبقه بندی ننمود، بردار وزن آن نـرون را
طوری تنظیم میکنیم که از بردار ورودی فاصله بگیرد و به طور همزمان بردار وزن متناظر با نرونی

17-Supplemental Learning Rule
۵۴
را که بیشترین نزدیکی را به بردار ورودی دارد، طوری تنظیم میکنیم کـه بـه سـمت بـردار ورودی
حرکت نماید(به بردار ورودی نزدیکتر گردد).
زمانی که شبکه بردار ورودی را به درستی طبقه بندی نمود، تنها بردار وزن یـک نـرون بـه سـمت
بردار ورودی نزدیک میشود. اما اگر بردار ورودی بطور صحیح طبقـه بنـدی نـشد، بـردار وزن دو
نرون تنظیم میشود، یکی به سمت بـردار ورودی نزدیـک میـشود و دیگـری از بـردار ورودی دور
میشود.
۴‐۹‐ مقایسه شبکههای رقابتی
یک شبکه رقابتی طرز طبقه بندی بردار ورودی را یاد میگیرد. اگر تنها هدف ایـن باشـد کـه یـک
شبکه عصبی طبقه بندی بردارهای ورودی را یاد بگیرد، آنگاه یک شـبکه رقـابتی مناسـب خواهـد
بود. شبکه های عصبی رقابتی همچنین توزیع ورودیها را نیز با اعطای نرونهای بیشتر بـرای طبقـه
بندی قسمتهایی از فضای ورودی دارای چگالی بیشتر، یاد میگیرنـد. یـک نگاشـت خودسـازمانده
طبقه بندی بردارهای ورودی را یاد میگیرد. همچنین توضیع بردارهای ورودی را نیـز یـاد میگیـرد.
این نگاشت نرونهای بیشتری را برای قسمتهایی از فضای ورودی که بردارهای بیشتری را به شبکه
اعمال میکند، در نظر میگیرد.
نگاشت خودسازمانده، همچنین توپولوﮊی بردارهای ورودی را نیز یـاد خواهـد گرفـت. نرونهـای
همسایه در شبکه به بردارهای مشابه جواب میدهنـد. لایـه نرونهـا را میتـوان بـه فـرم یـک شـبکه
لاستیکی کشیده شده در نواحی از فضای ورودی که بردارها را به شبکه اعمال کرده است، تـصور
کرد.
۵۵
در نگاشت خودسازمانده تغییرات بردارهای خروجی نسبت به شبکه های رقابتی بسیار ملایـم تـر
خواهد بود.
شبکه عصبی LVQ بردارهای ورودی را در کلاسهای هدف به وسیله یک لایـه رقـابتی بـرای پیـدا
کردن زیر کلاسهای ورودی، و سپس با ترکیب آنها در کلاسهای هدف، طبقه بندی میکنند.
بر خلاف شبکه های پرسپترون که تنها بردارهای مجزا شده خطی را طبقه بنـدی میکننـد، شـبکه
های LVQ میتواند هر دسته از بردارهای ورودی را طبقه بندی کند. تنها لازم است که لایـه رقـابتی
به اندازه کافی نرون داشته باشد، تا به هر طبقه تعداد کافی نرون تعلق بگیرد.
۵۶

۵٧
۵‐۱‐ نحوه بدست آوردن سیگنالها
در این پایان نامه ۴ نوع سیگنال داریم که عبارتند از سـیگنالهای فرورزونـانس، کلیـدزنی خـازنی،
کلیدزنی بار، کلیدزنی ترانسفورماتور. سیگنالها را به دو دسته تقسیم می کنیم که دسته اول شـامل
انواع فرورزونانس و دسته دوم شامل انواع کلیدزنی خازنی، کلیدزنی بار، کلیـدزنی ترانـسفورماتور
می باشند. سیگنالها، با شبیه سازی بر روی فیدر توزیع واقعی توسط نرم افزار EMTP بدست آمـده
است که نحوه بدست آوردن سیگنالها در زیر توضیح داده شده است.
۵‐۱‐۱‐ سیگنالهای فرورزونانس
از آنجائیکه در وقوع پدیده فرورزونانس پارامترهای مختلف از جمله انواع کلید زنیها، نوع اتـصال
ترانسفورماتور، پدیده هیسترزیس، خاصیت خازنی خـط، طـول خـط و بـار مـوثر هـستند، انـواع
سیگنالهای فرورزونانس با بررسی اثرات هر یک از خواص بر روی شبکه واقعی بدست آمده انـد.
برای بدست آوردن این سیگنالها، بخشی از یک فیدر 20kV جزیره قشم کـه در شـکل ۵‐۱ نـشان
داده شده است انتخاب شده است] ۶۳.[

U

315 500 315 250 315 100 800 250
1250

315 315 500 315 1250 630 500 315 500 800 630 800 100 630 250
شکل۵‐۱. فیدر 20kV
۵٨
۵‐١‐٢‐ انواع کلید زنیها و انواع سیم بندی درترانسفورماتورها
عملکرد غیر همزمان کلیدهای قدرت و تغذیه ترانسفورماتور بی بار یا کم بار توسط یک فاز یا دو
فاز خط انتقال، شرایط بسیار مساعدی برای تحقق فرورزونانس مهیا می کند. عملکرد غیر همزمان
کلیدهای قدرت که در اثر قطع فاز یا گیر کردن کنتاکتهای بریکر در شبکه اتفاق می افتد را میتـوان
به دو نوع کلیدزنی تکفاز و دوفاز تقسیم بندی کرد. در این قسمت تاثیر انواع سیم بندیهای ترانس
20/0.4kv ابتدای فیدر را در اثر کلیدزنی تکفاز و دوفاز بررسی می کنیم.
الف)ترانس Yزمین شده ∆ /


شکل۵‐۲ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز

شکل۵‐۳ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز
۵٩
ب)ترانس Yزمین نشدهY/ زمین شده

شکل۵‐۴ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز

شکل۵‐۵ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز
ﭖ)ترانس Yزمین شدهY/ زمین شده

شکل۵‐۶ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز

شکل۵‐۷ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز
۶٠
ت)ترانس ∆/∆

شکل۵‐۸ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز

شکل۵‐۹ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز
ث)ترانس Y/∆ زمین شده:

شکل۵‐۰۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز

۶١
شکل۵‐۱۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز
ج)ترانس Yزمین نشدهY/ زمین نشده

شکل۵‐۲۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز

شکل۵‐۳۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز
چ )ترانس Yزمین نشده ∆ /

شکل۵‐۴۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز

شکل۵‐۵۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز
۶٢
ح )ترانسفورماتور Y/∆ زمین نشده:

شکل۵‐۶۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی تکفاز

شکل۵‐۷۱ ولتاﮊ فاز a ثانویه ترانس در کلیدزنی دوفاز
همانطور که ملاحظه می شود سوئیچینگ تکفاز که بدترین حالت کلیدزنی است باعـث بـه اشـباع
رفتن سریع هسته می شود. در این نوع کلیدزنی اضافه ولتاﮊهایی بصورت دائم و با دامنـه بـیش از
۲ برابر ولتاﮊ سیستم خواهد بود. در کلید زنی دوفاز نوسانات پایه یا زیر هارمونیک دائـم بـا دامنـه
۵,۱ تا ۷,۱ برابر خواهد بود. زمین کردن نقطه ستاره ترانس اگرچه احتمال فرورزونـانس را از بـین
نمی برد ولی احتمال آن را کمتر و دامنه اضافه ولتاﮊهای ناشی از این پدیده را کمتـر مـی کنـد. در
حالت کلید زنی دوفاز این احتمال بسیار پایین می آید و وقوع آن به شرایط دیگر سیـستم بـستگی
دارد و در صورت وقوع، سیستم دارای هـر چـه مقاومـت نـوترال یـا زمـین کمتـر باشـد احتمـال
۶٣
فرورزونــانس کمتــر اســت. در ظرفیتهــای خــازنی مــساوی، اضــافه ولتاﮊهــای فرورزونــانس
درترانسفورماتور مورد نظر در حالت اتصال ستاره با نوترال زمین شده بسیار کمتر اسـت. بـا قطـع
نوترال ترانسفورماتور مورد نظر و قطع تک فاز و دو فاز اضافه ولتاﮊهای بسیار بزرگتـری حاصـل
می شوند که حتی از حالت اتصال مثلث‐ ستاره بزرگتر می باشـند. همچنـین بـا توجـه بـه شـبیه
سازیهای انجام شده، فازهای مختلف ترانسفورماتور دارای رفتار مساوی در مقابل اضافه ولتاﮊهای
فرورزونانس نیسستند.
۵‐۱‐۳‐ اثر بار بر فرورزونانس
همچنانکه می دانیم اضافه ولتاﮊهای فرورزونانس در هنگام بی باری و یا کم بـاری ترانـسفورماتور
به وجود می آید. با افزایش بار اضافه ولتاﮊهای ناشی از فرورزونـانس بـسیار کـم اسـت ولـی بـا
تعدادی از بارها اضافه ولتاﮊهای ناشی از فرورزونانس بسیار زیاد می شود

شکل ۵‐۸۱ ولتاﮊ ثانویه فاز a در اثر افزایش بار

—149

فصل اول
2369185652843500کلیات تحقیق
1-1 مقدمهذوق و خلاقیت هنری هر جامعه ای از سنن زندگی و سوابق تاریخی و محیط زیست آحاد آن قوم ریشه و الهام میگیرد. از جمله هنرهایی که در این سرزمین در مرور زمان به کمال و استادی رسیده و ذوق هنرمند ایرانی در پهنه آن فرصت تجلی وافر یافته، هنر قالی بافی است. دلیل این شکوفایی را علاوه بر خصوصیات ذاتی ایرانیان چون هنردوستی و بردباری باید در وفور مواد اولیه مناسب برای تولید فرش از قبیل پشم های مرغوب و انواع گیاهان رنگزا دانست "حصوری، 1379، ص35".بشر اولیه در طی قرن ها به روش در هم تنیدن الیاف گیاهی و پوست حیوانات با صنایع نظیر سبدبافی آشنا شده بود. زیراندازهای اولیه متشکل از پوست نرم حیوانات و الیاف نرمگیاهی و بوریا بود "اشنبرنر، 1374، ص1".با گذر زمان و رشد تمدن بشری هنر و صنعت بافندگی در میان اقوام و تمدن های کهن پیشرفت قابل توجهی کرده و مراحل تولید منسوجات به ویژه فرش از ریسیدن نخ تا رنگرزی و بافت تغییر بسیاری کرده است. در تولید فرش دستباف مواد مختلفی از جمله پنبه، پشم و ابریشم با شماره ها و اندازه های متفاوت برای تار و پود به کار میرود "توسلی، 1376، ص20". از بین تمام الیاف، لیف پشم در صنعت فرش دستباف ایران به عنوان الیاف پرز دارای مصرف بیشتری است. در صنایع فرش دستباف، الیاف پشم ضخیم و ظریف با یکدیگر مخلوط و در سیستم ریسندگی پشمی یا نیمه فاستونی ریسیده میشود”M.Dayiarya, S. Shaikhzadeh, M. Shamsiba., 2008"
1-2 طرح تحقیق1-2-1 بیان مسألهانواع کفپوش ها به ویژه فرش دستباف در طول مدت زمان استفاده از آن ممکن است تحت تأثیر عوامل و شرایط محیطی مختلفی مانند انواع نیروهای فشاری، کششی و خمشی، رطوبت، حرارت و غیره دچار تغییراتی گشته که بر کیفیت و عملکرد نهایی آن اثر بگذارد. از نظر ساختمانی فرش های پرزدار از دو بخش لایه تخت زیرین و لایه نخ های پرز تشکیل شده است که هر بخش دارای مشخصه های ساختمانی متمایزی میباشند. بخش زیرین (پشت) فرش از درگیری دو سری نخ (تار و پود) در راستای عمود و افق و بخشی از نخ پرز که به دور تارها پیچیده، تشکیل شده است و دارای مشخصات ساختمانی همچون نوع گره، جنس نخ تار، شیوه پود کشی و ... میباشد. بخش لایه پرزها نیز دارای مشخصاتی مانند ارتفاع پرز، تراکم پرز، نمره نخ پرز ، تعداد لای نخ پرز و ... است "نصیری، 1374، ص 35". به طور کلی فرشها در حین استفاده معمولاً درمعرض دو نوع بار استاتیکی(مانند پایه میز و صندلی) و دینامیکی (مانند راه رفتن بر روی فرش) قرار دارند که نخهای پرز فرش در اثر این بارگذاری ها، متراکم شده و هر ساق پرز بطورجداگانه تحت حالتهای مختلف تغییرشکل ناشی از فشار محوری، خمشی، پهنشدن، کشیدگیو برش میباشد“Carnaby, G.A., Wood, E.J., 1989". خوابیدگی یا پهنشدن پرزهای فرش بعد از بار فشاری و عدم عملکرد مکانیکی مطلوب خواص فشاری پرزها در قدم زدن باعث کاهش راحتی بشر در طول فعالیت بر روی فرش مانند ایستادن و راه رفتن میگردد.عملکرد مکانیکی لایه پرزها در راحتی مصرف و راه رفتن بر روی فرش تأثیر بسزایی دارد که از آن جمله میتوان به ارتجاعیت پرزها پس از اعمال بار فشاری (راه رفتن)، عدم تخت شدگی پرزها و حفظ مشخصات نخ پرز(کوتاه و لاغر شدگی نخ) پس از پا خوردگی اشاره کرد. به علاوه شرایط مختلف دما و رطوبت و حتی شرایط توزیع نایکنواخت حرارت(مانند پهنشدن بر روی لولههای شوفاژ زیر کف، در مقابل شومینه) بر خواص ابعادی فرش تأثیرگذار میباشند. لذا رفتار فشاری فرش ها در برابر بارگذاری و همچنین پایداری ابعادی آنها در برابر عوامل محیطی، بر عملکرد مکانیکی آنها تأثیر گذار است“Wu, J., Pan, N., Williams, K.R., 2007"
فرش دستباف به دلیل سازگاری با محیط زیست و بدن انسان و ویژگی های خاص خود همچون عایق پذیری در برابر سرما و گرما، یکی از کاربردی ترین انواع کفپوش ها در میان مردم است. بنابراین حفظ ساختار فرش و رسیدن به حد مطلوبی از دوام ، جزء مسائل مهمی است که سبب ارتقای کیفیت این محصول شده و ایجاد کننده نوعی اعتماد و اطمینان در مصرف کنندگان میباشد و در پیشرفت بازارهای فروش آن امری تأثیر گذار است. با توجه به اینکه خواص عملکردی فرش بعنوان یک منسوج با کاربرد پوشش کف براساس خواص و مشخصات مواد اولیه مصرفی بطورمخصوص نخهای پرز از نظر جنس الیاف، نمره نخ تک لا و چندلا و تاب نخ تکلا و چندلا، مشخصات ساختمانی فرش از جمله تراکم و ارتفاع پرز، نوع گره و سیستم بافت و حتی نوع تکمیلهای انجام شده بر روی آن تعیین میگردد“Onder, E., Berkalp, O.B., 2001"، لذا در این پژوهش با آزمودن عملکرد فرش دربرابر عوامل و شرایط محیطی مثل نیروی فشاری، کششی و رطوبت، به بررسی تأثیر عوامل ساختمانی فرش دستباف: تغییر در نوع گره، اختلاف تعداد لای نخ پرز و تغییر در جنس نخ تار بر خواص عملکردی فرش پرداخته میشود.
1-2-2 اهدافهدف اصلی این پژوهش، بررسی عوامل اثر گذاری مانند نوع گره، جنس نخ تار مصرفی و تعداد لای نخ پرز مصرفی در خواص عملکردی فرش دستباف در برابر عوامل محیطی( رطوبت ) و اعمال نیرو( فشاری و کششی )میباشد.حفظ ساختار فرش و رسیدن به حد مطلوبی از دوام از عوامل مهمی است که به ارتقای کیفیت فرش میانجامد. جهت تأمین حالت مطلوب عملکرد فرش و ارائه استاندارد در این زمینه، تعیین کردن شاخص هایی کیفی برای مواد اولیه و تکنیک بافت مناسب در فرایند تولید فرش از اهمیت بالایی برخوردار است که کیفیت نهایی و رضایت مندی مصرف کنندگان این محصول را فراهم خواهد نمود.
1-3 ضرورت انجام تحقیقفرش دستباف به عنوان هنری اصیل در ایران دارای پیشینه ای طولانی در بین هنرهای ایرانی میباشد و در بین جهانیان بیانگر فرهنگ و اصالت مردم هنردوست ایرانی میباشد. برخورداری از کیفیتی مطلوب در این محصول علاوه بر تأثیر گذاری در پیشرفت بازار فروش آن، میتواند امری مهم در ایجاد اعتماد و اطمینان در مصرف کنندگان باشد. بنابراین در راستای استاندارد سازی فرش دستباف، تعیین کردن شاخص هایی برای کیفیت مواد اولیه آن ضروری میباشد. نخ پرز به عنوان یکی از مهمترین مواد اولیه در فرش دستباف دارای مشخصاتی چون جنس الیاف، نمره نخ تک لا و چند لا، تاب نخ و غیره میباشد که در خواص نهایی فرش تأثیر گذار میباشد. میدانیم که در رجشمارهای گوناگون نخ های پرز با نمره وتعداد لاهای متفاوت به کار میرود که ممکن است تفاوت در تعداد لا یا نمره نخ بر عکس العمل مکانیکی لایه پرزها در مقابل نیروهای فشاری اثر بگذارد، لذا تعیین نمره و تعداد لای مناسب برای نخ پرز مورد استفاده برای هر رجشمار میتواند در بهبود مقاومت پرزها در مقابل نیروهای فشاری کمک کند و بتواند استانداردی را در این زمینه ارایه نماید. همچنین انتخاب نوع گره به کار رفته در فرش( فارسی و ترکی) و جنس نخ تار( پشمی باشد یا پنبه ای) ممکن است بر دوام ساختاری فرش و ثبات ابعادی آن اثر بگذارد.
امید است نتایج حاصل از این پژوهش بتواند ما را در انتخاب نخ های مورد استفاده در پرز فرش با نمره و تعداد لای مناسب در یک رجشمار مشخص جنس چله مطلوب و نوع گره ای که بتواند بهترین عملکرد را در مقابل نیروهای فشاری وارده به لایه پرزها از خود نشان میدهند، یاری رساند.
1-3-1 پیشینه تحقیق1-3-2 سؤالات پژوهشیتعداد لای نخ پرز مصرفی در فرش، به چه میزان میتواند بر عکس العمل مکانیکی لایه پرزها در برابر نیروهای فشاری مؤثر باشد؟
آیا جنس نخ تار را میتوان به عنوان عاملی مهم و اثرگذار بر خواص نهایی فرش مثل ابعاد آن دانست؟
نوع گره به کار رفته در تولید فرش دستباف، چه تأثیری میتواند بر دوام و استحکام نهایی آن بگذارد؟
1-3-4 فرضیاتعواملی چون نمره نخ و تعداد لا که از مشخصه های نخ پرز استفاده شده در فرش دستباف میباشند، میتوانند در خواص فشاری لایه پرزها در مقابل اعمال نیروی فشاری تأثیر گذار باشند. همچنین عامل نوع گره و جنس نخ تار بر خواص نهایی فرش تأثیر میگذارد.
1-4 روش تحقیقاین پروژه از لحاظ جهت گیری های پژوهش از نوع کاربردی و از جهت استراتژی های پژوهش از نوع مطالعه موردی و از نظر رویکرد پژوهش استنتاجی و از لحاظ اهداف پژوهش آزمایشی است. همچنین این پروژه دو مقطعی است که از طریق آزمایش روی 12 نمونه فرش که در ابعاد 25×12 سانتی متر بدون طرح و رنگ تحت شرایط یکسان بافته شده انجام شده است. نمونه ها در دو نوع گره فارسی و ترکی با چله کشی یکسان ترکی و دو نوع نخ تار پشمی و پنبه ای در سه لای متفاوت تحت شرایط یکسان بافته شد. بر روی نمونه فرش های بافته شده، 3 آزمایش بارگذاری استاتیکی، سنجش استحکام گره و ثبات ابعادی صورت گرفت. برای بیان کمی خواص عملکردی فرش، 4 شاخص درصد فشردگی، درصد افت ضخامت، درصد جمع شدگی و نیروی بیرون کشیدن پرز از فرش تعریف و محاسبه گردید.
1-5 شرح خلاصهای از پایاننامهمطالب این پژوهش بر پایهی پنج فصل تدوین گردید:
در فصل اول این پژوهش به طرح مسئله و همینطور بیان ضرورت مسئله پرداخته شدهاست، در فصل دوم ادبیات تحقیق ، مختصری از انواع الیاف در صنعت نساجی، مواد اولیه مصرفی در تولید فرش دستباف، اجزای تشکیل دهنده فرش دستباف، رجشمار یا تراکم طولی و عرضی، مشخصات و خواص نخ های مصرفی در تولید فرش دستباف، انواع گره در بافت فرش، خواص کیفیتی فرش، انواع روش های بارگذاری فشاری، و پیشینه ی این تحقیق عنوان شده است. فصل سوم شیوهی انجام پژوهش، تهیه مواد اولیه، بافت نمونه فرش ها، انواع آزمایش های انجام شده و دستگاه های مورد استفاده در انجام آزمایش ها میباشد. فصل چهارم تجزبه تحلیل دادهها بر اساس نمودار و نتایج آزمون ANOVA و ازمونtuky مربوطه در نرم افزار16 Minitab درج گردیده است و فصل پنجم نتیجهگیری و جمعآوری مطالب و پیشنهادات جهت پیشرفت کار میباشد.
2540635876998500فصل دوم ادبیات تحقیق
1-2 مقدمهقالیبافی دارای پیشینه ای بس طولانی در بین اقوام بشری است. بشر اولیه در طی قرن ها به روش در هم تنیدن الیاف گیاهی و پوست حیوانات با صنایع نظیر سبدبافی آشنا شده بود. زیراندازهای اولیه متشکل از پوست نرم حیوانات و الیاف نرم گیاهی و بوریا بود، لیکن به لحاظ گسترش جوامع اجتماعی و نبود شکار، نیاز به تولید بیشتر زیراندازهای دست باف روز به روز محسوس تر شد و بافت این گونه زیراندازها تکامل یافت "اشنبرنر، 1374، ص1". صنعت بافندگی در میان اقوام و تمدن های کهن پیشرفت قابل توجهی کرده و مراحل تولید منسوجات به ویژه فرش از ریسیدن نخ تا رنگرزی و بافت تغییر بسیاری کرده است.
2-2 طبقه بندی الیاف در صنعت نساجیبه طور کلی الیاف به دو دسته الیاف طبیعی و الیاف بشر ساخت تقسیم میشوند.
2-2-1 الیاف طبیعیالیاف طبیعی به سه گروه گیاهی، حیوانی و معدنی تقسیم میشوند:
الیاف گیاهی: انواع الیاف گیاهی عبارتند از :
الف) الیاف گیاهی دانه ای مانند پنبه.
ب) الیاف گیاهی ساقه ای مانند کتان، کنف و مانیلا
ج) الیاف گیاهی برگی مانند سیسال
د) الیاف گیاهی میوه ای مانند نارگیل.
الیاف حیوانی: مانند پشم و ابریشم، انواع کرک ها و الیاف مویی.
الیاف معدنی: مانند آسبست( پنبه کوهی) و الیاف فلزی "امیری، 1385، ص10".
2-2-2الیاف بشر ساختواژه ای مصطلح برای الیاف شیمیایی یا الیافی که انسان آن را تولید کرده است "موسوی شوشتری و توانایی، 1384، ص111".
الیاف بشر ساخت به دو گروه تقسیم می شوند:
الف) الیاف بازیافت شده
الیاف بازیافتی به الیافی اطلاق میشود که از پلیمرهای طبیعی ساخته شده اند، به این صورت که از طریق دوباره شکل دادن مواد اولیه و اصلاح آن ها تولید میگردند.
در ابتدا این نوع الیاف را از مواد پروتئینی مثل شیر، بادام زمینی و سویا به دست میآوردند، اما امروزه پایه تولید این نوع الیاف سلولز است "میر جلیلی، 1384، ص1".
ب) الیاف مصنوعی
این نوع الیاف از سنتز شیمیایی پلیمرها به دست میآیند. مواد خام مورد استفاده در ساخت این الیاف مشتقات نفتی بوده و طیف گسترده ای از این نوع الیاف موجود میباشد. نایلون ها، پلی استرها، اکریلیک ها، الیاف محتوی کلر، پلی اولفین ها و پلی آمیدهای آروماتیک نمونه هایی از الیاف مصنوعی هستند.
2-3 مواد اولیه مصرفی در تولید فرش دستبافالیاف طبیعی و حیوانی به دلیل سازگاری با محیط زیست و بدن انسان و ویژگی هایی همچون عایق پذیری و نرمی برای تولید فرش دستباف بسیار مناسبند. در میان الیاف طبیعی سه لیف پشم، پنبه و ابریشم مرسوم ترین الیاف مورد استفاده در فرش میباشند.
2-3-1 پنبهپنبه یکی از مهمترین الیاف سلولزی است که کشت آن از زمان های قدیم رایج بوده است. در حفاری هایی که در هند صورت گرفته است، انواع پارچه ها و ریسمان های پنبه ای مربوط به سه هزار سال قبل از میلاد کشف شده است. الیاف پنبه در رنگ های سفید، قهوه ای و خاکستری وجود دارد و اندازه ی طول و قطر آن ها متغیر است "امیری، 1385، ص 65".
پنبه به گیاهی اطلاق میشود که دارای ساقهی سبک و کوتاه و شاخه های نازک، برگ های درشت با گل های زرد یا سرخ رنگ میباشد. به میوه ی آن غوزه میگویند که 3 تا 5 ترک دارد. غوزه پس از رسیدن شکافته شده و از میان آن دانه هایی به همراه رشته ها یا تارهای سفید رنگی نمایان میگردد. تارهای پنبه همگی یک اندازه نبوده بلکه در هر غوزه طول تارها متفاوت میباشد. پنبه را با دست یا دستگاه از دانه جدا میکنند و در نخ ریسی و پارچه بافی به کار میبرند "ژوله، 1381، ص 53".پنبه در مراحل اولیه رشد خود به رطوبت و آبیاری نیاز دارد، ولی رطوبت و آبیاری زیاد و همچنین بارندگی در مراحل آخر رشد گیاه پنبه، باعث آسیب رسیدن به محصول میشود. پنبه در مناطقی که اختلاف درجه ی حرارت روز و شب آن کم باشد، بهتر عمل میآید "امیری، 1385، ص.67".
2-3-1-1 طبقه بندی پنبه از لحاظ کیفیتاز نظر کیفیت می توان پنبه را به سه گروه زیر تقسیم بندی نمود:
پنبه سی آیلند، مصری و آمریکایی-مصری: این نوع پنبه طویل تر از انواع دیگر بوده و دارای قطر کم و ظاهر درخشانی میباشد.
پنبه آمریکایی آپلند: این نوع پنبه کوتاه تر و ضخیم تر از پنبه های گروه یک است.
پنبه آسیایی: پنبه های آسیایی در مقایسه با پنبه های دیگر کوتاه تر و ضخیم تر میباشد "توانایی، 1376، ص 16".

2-3-1-2 ترکیب شیمیاییپنبه لیفی است سلولزی که از تکرار واحدهای سلوبیوز در طول زنجیره مولکولی به وجود آمده است "فورد، 1386، ص10". لیف پنبه از سه عنصر کربن، هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده است. علاوه بر سلولز، همیشه در انواع مختلف پنبه مواد و ترکیبات دیگری نیز وجود دارد که ناخالصی آن محسوب میشود. واکس یا موم بعد از سلولز مهم ترین ماده ای است که در یک لیف سلولزی وجود دارد.مقدار واکس در انواع مختلف پنبه در حدود 4/0-8/0 درصد است "امیری، 1385، ص 74".
2-3-1-3 ویژگی های فیزیکی پنبهدرازای الیاف پنبه در یک غوزه متفاوت است. اگر در یک پنبه بلندی و کوتاهی الیاف بین 25 تا 60 میلیمتر باشد نشانه ی خوبی آن است و هر اندازه درازای رشته های پنبه از میزانی که ذکر شد بیشتر باشد مرغوبتر محسوب میشود. به طور کلی نشانه های مرغوبیت پنبه بستگی فراوانی دارد به رنگ، ظرافت، نرمی، شفافیت، درجه خالص بودن و همچنین رطوبتی که پنبه در خود دارد. هر اندازه الیاف پنبه سفیدتر باشد به همان اندازه خالص تر است چون رنگی بودن الیاف به دلیل مواد خارجی در ترکیبات آن است "ژوله، 1381، ص 53".
2-3-1-4 جذب رطوبتمیزان رطوبت بازیافتی پنبه در رطوبت نسبی 65%، معادل 7% است و قابلیت نگهداری آب توسط این لیف 50% میباشد"فورد، 1386، ص10".
2-3-1-5 خواص حرارتیالیاف پنبه به آسانی میسوزد و خاکستر کمی هنگام سوختن باقی میگذارد. این لیف در دمای ˚c150 استحکام خود را از دست داده و سست میگردد، در نهایت در دمای ˚c200-185 سوخته و تجزیه میشود "فورد، 1386، ص10".
2-3-1-6 ساختمان داخلی لیف پنبهالیاف پنبه در زیر میکروسکوپ شکل رشته های استوانه ای را دارد که از پهنا آنرا برش داده باشند و سه بخش در آن به خوبی دیده میشود:
بخش رویی که با لایه ی شفافی پوشیده شده که به آن کوتی کول میگویند.
دیواره ثانویه یا بیشترین بخش الیاف پنبه که سلولز نامیده میشود.
بخش میانی یا دیواره لومن. در بخش میانی رشته ها یا الیاف، مغز ویژه ای پر از مایع دیده میشود به نام پروتوپلاسم که پس از رشد کامل پنبه، مغز این الیاف خالی و پروتوپلاسم جذب پنبه دانه میشود و تمام پروتوپلاسم به سلولز خالص تبدیل میگردد "ژوله، 1381، ص 53".
2-3-1-7 موارد استفاده پنبه در تولید فرش دستبافالیاف پنبه ای استحکام زیادتری نسبت به پشم دارند و هم چنین به دلیل خاصیت کشش کمتری که در مقایسه با الیاف پشمی دارند برای تار و پود قالی مناسب تر میباشد. یکی از امتیازات رشته های پنبه ای نسبت به انواع پشمی آن این است که چون آفت بید به خوردن آن تمایل ندارد، لذا فرش هایی که تار و پود آن ها از پنبه میباشد در صورتی که در معرض بیدخوردگی قرار گیرند تنها پرز آن ها از بین می رود و سوراخ و حفره ای در آن ایجاد نمیشود و در نتیجه به آسانی میتوان طبقه جدیدی ازپرز را از طریق گره زدن بر روی شبکه تار و پود فرش که سالم باقی مانده است، به وجود آورد "نصیری، 1382، ص 16".
2-3-1-8 روش شناسایی الیاف پنبه به کمک روش سوزاندنالیاف سلولزی به سرعت میسوزند و بوی کاغذ سوخته ایجاد میکنند. خاکستر باقیمانده بسیار ناچیز و نرم بوده و برنگ خاکستری میباشد "نجفی کوتنایی، 1388، ص 7".
2-3-2 پشمپشم یکی از الیاف مهم حیوانی به شمار میرود و مصرف آن در انواع منسوجات، به دوران بسیار قدیم بر میگردد. پشم مهمترین ماده اولیه مورد لزوم در صنعت فرش بافی است و الیاف پشم در ساختار تار و پود و پرز فرش های دستباف ایران نقش عمده و اساسی دارد "دانشگر، 1376، ص 113". ماده اصلی تشکیل دهنده پشم، کراتین میباشد که همان پروتئین است و ساختمان مولکولی آن از اتم های کربن، هیدروژن، نیتروژن، اکسیژن و گوگرد طبق فرمول شیمیایی n(C72H112N18O16S) تشکیل شده است "منصوری، 1378، ص 15".
2-3-2-1 ساختمان داخلی لیف پشمیک لیف پشم از سه لایه تشکیل شده است:
لایه بیرونی (کوتیکل): به فلس های مسطح و نایکنواختی که سطح لیف را پوشانده است گفته میشود. وجود فلس باعث میشود که هنگام ریسندگی، الیاف در هم فرو رفته و استحکام بیشتری پیدا کنند.
لایه میانی (کورتکس): قسمت اعظم تشکیل دهنده لیف است که دارای سلول های دوکی شکل است. استقامت، جعد، رنگ پذیری و سایر خواص فیزیکی مربوط به این قسمت است.
مغز (مدولا): داخلی ترین قسمت لیف است که در الیاف ظریف ممکن است مدولا وجود نداشته باشد اما در الیاف ضخیم بصورت مغزی لوله ای شکل وجود دارد "ژوله، 1381، ص 57".
2-3-2-2 ویژگی های فیزیکی پشممرغوبیت پشم چنانکه میدانیم، بسته به ظرافت الیاف، نازکی قطر آن، طول تارهای پشم، استحکام، عدم تجعد، طبیعی بودن رنگ، قابلیت رنگ پذیری و قابل کشش بودن آن است. صرف نظر از این عوامل، برگشت پذیری، شفافیت و بو نیز در ساختار پشم نقش اساسی دارد "یساولی، 1370، ص 9".
ظرافت الیاف: هر چه قطر الیاف پشم کمتر باشد، پشم نازکتر بوده و مرغوب تر است. واحد اندازه گیری ظرافت برای الیاف پشم میکرون میباشد.


جدول 2-1 . قطر الیاف پشم مصرفی برای رج شمارهای مختلف فرش "امیری، 1385، ص 32".قطر الیاف پشم رج شمار فرش
حداکثر 35 میکرون فرش های ضخیم زیر 30 رج
حداکثر 33 میکرون فرش های متوسط 30-40 رج
حداکثر31 میکرون فرش های ریز بافت 40 رج
طول الیاف: طول الیاف یکی از خواص اصلی است که در ارزشیابی پشم نقش مؤثری دارد و در مواردی از قبیل حد ریسندگی، استحکام نخ، یکنواختی نخ، زیردست نخ تولید شده، براقی و درخشندگی، مویی بودن نخ و قابلیت تولید تأثیر میگذارد "منصوری، 1378، ص 7". طول تارهای پشم هر چه بلندتر باشد، بهتر است. این طول در الیاف پشم درجه ی یک به 5/7 سانتی متر و بیشتر میرسد "یساولی، 1370، ص 10".
استحکام: به مقاومت الیاف در مقابل پاره شدن، استحکام الیاف گویند. هرچه الیاف پشم ضخیم تر باشد استحکام و درصد ازدیاد طول آن نیز بیشتر است.
ازدیاد طول: الیاف باید قادر به تغییر شکل دادن و تحمل ظرفیت نیروی وارد شده به آن را داشته باشند. ازدیاد طول پشم بین 25 تا 40% و پنبه بین 3 تا 7% میباشد.
تجعد: هر چه پشم ظریفتر باشد تجعد آن در واحد طول بیشتر است. وجود خاصیت تجعد در الیاف پشم ضمن پفکی نمودن آن اولا باعث محبوس شدن هوا در منسوجات پشمی میشود و گرما را در خود حفظ میکند که از این رو کمک به عایق شدن آن در برابر حرارت مینماید. ثانیا خاصیت تجعد در الیاف پشم باعث میشود که الیاف بهتر با یکدیگر درگیر شده و در نتیجه نخی محکم تر و مقاوم تر تولید شود "منصوری، 1378، ص 9".
جذب رطوبت: رطوبت بازیافتی پشم در رطوبت نسبی 65 % معادل 18-16 % میباشد، ضمنا قابلیت نگهداری آب توسط الیاف پشم 44 % است.
خواص حرارتی: پشم به آرامی نرمی و استحکامش را در دمای ˚c100 از دست میدهد و در دمای ˚c130 زرد رنگ شده و در نهایت تجزیه شده و فورا در دمای ˚c300 ترکیبی سیاه رنگ شبیه قیر متورم شده و خاکستری ترد برجا میگذارد.
2-3-2-3 خواص شیمیایی پشمالیاف پشم در محیط های اسیدی یا قلیایی غلیظ داغ میشوند، ضمنا در محلول سولفید سدیم، هیپوکلرید یا تیوگلیکولات نیز همراه با تجزیه شدن، حل میگردند. این الیاف توسط کرم های حشرات معینی همچون بید لباس و سوسک فرش و سایر میکروارگانیسم ها مورد حمله قرار میگیرند. الیاف پشم از مقاومت خوبی در برابر نور و در معرض هوا برخوردار میباشند. الیاف پشم در برابر اسیدها و قلیایی های رقیق (به جز در یک درجه حرارت بالا، به مدت طولانی) و همچنین حلال های آلی نسبتا بی تأثیر میباشند. حدود آسیب زدن اسیدها و قلیایی ها به الیاف بستگی به غلظت اسید، درجه حرارت و زمان عملیات دارد "فورد، 1386، ص 23".
2-3-2-4 واکنش های پشم در مقابل مواد شیمیاییاثر مواد قلیایی: به طور کلی پشم در برابر مواد قلیایی نسبت به اسیدها مقاومت کمتری دارد. مواد قلیایی بر پیوندهای گوگردی، هیدروژنی و یونی پشم اثر میگذارد و سبب متلاشی شدن کامل پشم میشود. مواد قلیایی قوی مانند هیدروکسید سدیم یا پتاسیم به ویژه در حالت گرم به سرعت پشم را هیدرولیز میکند.
اثر مواد اسیدی بر روی الیاف پشم: میزان آسیبی که اسید به پشم میرساند به غلظت اسید، درجه ی حرارت و مدت زمان تماس بستگی دارد. محلول رقیق اسیدهای معدنی، آسیب زیادی به الیاف پشم نمیرساند. اسید سولفوریک گرم و غلیظ، پشم را کاملا متلاشی میسازد. اسیدنیتریک الیاف پشم را زرد رنگ و سپس آن را حل میکند "امیری،1385، ص 42".
اثر مواد اکسید کننده: محلول غلیظ آب اکسیژنه باعث خراب شدن پشم میشود. سرعت تأثیر هم بستگی به غلظت آب اکسیژنه دارد. از محلول رقیق آب اکسیژنه برای سفید کردن پشم استفاده میکنند.
2-3-2-5 درجه مرغوبیت الیاف پشم مصرفی در فرش دستبافمیانگین طول الیاف برای نمره های مختلف باید حداقل 5 سانتی متر باشد و مقدار الیاف کوتاه تر از 5 سانتی متر در آن نباید از 5 درصد تجاوز نماید. چربی و روغن الیاف پشم نباید بیش از 5/1 درصد و مواد ناخالص گیاهی حداکثریک درصد باشد. طول الیاف هر اندازه بلندتر باشد (از 5/7 سانتی متر به بالا) مرغوب تر است.
قطر الیاف کمتر از 30 میکرون درجه یک
قطر الیاف بین 35-30 میکرون درجه دو
قطر الیاف تا 40 میکرون درجه سه
طبق استاندارد ملی ایران، مهم ترین مشخصات الیاف پشم مصرفی در تولید پرز فرش دستباف عبارتند از:
قطر در محدوده 25 تا 38 میکرون
درصد الیاف مدولائی کمتر از 20%
1 تا 4 جعد در 5/2 سانتیمتر
میانگین ازدیاد طول الیاف 45-30% و استحکام 55/1-11/1 گرم بر دنیر
قابلیت ارتجاعیت حداقل 75% "دفترچه استاندارد ملی ایران، 1377"
2-3-2-6 چگونگی شناسایی الیاف پشمتشخیص پشم طبیعی از مواد غیر طبیعی در فرش حایز اهمیت فراوان است. برای شناخت پشم از سایر الیاف راه های مختلف وجود دارد که عبارتند از:
سوزاندن پشم: وقتی پشم را به شعله نزدیک میکنیم خود را جمع میکند. در داخل شعله به آرامی میسوزد و مقداری ذوب میشود. دود آن بوی گوگرد و موی سوخته میدهد. خاکستر سیاه از آن باقی میماند که به سادگی خورد میشود.
از طریق مشاهده عینی( بوسیله ذره بین): شکل تار پشم در زیر ذره بین مانند درخت کاج فلس دار مینمابد که از یک سو آزادند، هر چه پشم کهنه تر و صدمه دیده تر باشد، این فلس ها کوتاهتر و برآمدگی کمتری دارند.
از طریق مواد شیمیایی: در برابر مواد قلیایی حساسیت دارد و برخی از قلیایی ها آن را حل میکند. در آب جوش مقداری از پروتئین خود را از دست میدهد. در برابر اکسید کننده ها و احیاکننده ها کم مقاومت است "وکیلی، 1383،ص 51".
2-3-3 ابریشمابریشم از الیاف حیوانی و پروتئینی است که نرم، شفاف، لطیف، ظریف و محکم است. این ماده مهم به صورت نخ بسیار نازکی در دو رشته به هم تابیده و از غدههای کرم ابریشم ترشح میشود. ابریشم یکی از بهترین موادی است که در نساجی بویژه قالی بافی به کار می رود. این ماده دارای قابلیت پذیرش عملیاتی نظیر سفیدگری، رنگرزی، صمغ گیری و ... است.
2-3-3-1 انواع الیاف ابریشم مصرفی در قالیبافی:به طور کلی دو نوع ابریشم طبیعی و مصنوعی در ایران وجود دارد که از نظر آمادهسازی آن برای استفاده در قالیبافی و رنگرزی به انواع زیر تقسیم میشوند:
1-ابریشم خام: ابریشمی است که مستقیماً از پیله گرفته میشود و با دست یا با ماشین به نخ تبدیل میشود. به عبارت دیگر ابریشم خام، ابریشمی است که عملیات صمغگیری و قلیاب کشی روی آن انجام نشده باشد، رنگ این نوع ابریشم زرد یا کرم است و پس از قلیاب کشی سفید میگردد.
2-ابریشم پخته: به ابریشمی میگویند که صمغ یا ناخالصی آن به نام «سرازین» گرفته شده باشد، رنگ آن پس از صمغ گیری سفید میشود.
3-ابریشم گجین: تفاله ابریشم و انتهای الیاف و باقی مانده پیله را، ابریشم کجین گویند که بخش نامرغوب الیاف است، این نوع ابریشم برای فرش بافی مناسب نیست." دانشگر،1376، ص45"
2-3-3-2 ویژگیها و قابلیت های ابریشمابریشم طبیعی که در قالی بافی مورد استفاده قرار میگیرد دارای قابلیتهای بسیاری است که اگر در رنگرزی آن و در تهیه و آماده سازی آن اصول فنی رعایت گردد، موجب ارتقاء کیفی فرش میشود.
1) ابریشم تا 140 درجه حرارت را تحمل میکند و در مقابل مواد قلیایی در مقایسه با پشم مقاومت بیشتری دارد.
2) ابریشم با توجه به لطافتی که دارد آلودگی را جذب نمیکند. در صورت آلوده شدن میتوان آن را با صابون ملایم شستشو داد.
3) ابریشم از جمله موادی است که دچار بیدزدگی و یا کپک زدگی نمیشود.
4) ابریشم به دلیل داشتن ترکیباتی چون کربن، هیدروژن، اکسیژن و ازت در آب حل نمیشود ولی اگر به مدت زیادی جوشانده شود استحکام خود را از دست میدهد.
5) ابریشم به دلیل داشتن الیاف پیوسته از قابلیت تابیدن خوبی برخوردار است.
6) الیاف ابریشم عملیات نساجی نظیر سفیدگری، رنگرزی، عملیات صمغ گیری و صمغ زدایی را به خوبی تحمل میکنند.
7) ابریشم یکی از بادوام ترین مواد طبیعی است، زیرا رشته های آن به هم تابیده میشوند و از نظر سایش به دلیل نرمی و لطافتی که دارد ساییدگی پیدا نمیکند.
2-4 اجزای تشکیل دهنده فرش دستبافسه گروه نخ شامل نخهای پرز(خاب) ، نخهای تار(چله) و نخهای پود ضخیم(زیر) و نازک(رو) تشکیل دهنده اسکلت اصلی هر فرش دستباف میباشند.

شکل 2-1. ساختار تشکیل دهنده فرش دستباف، a) گره نامتقارن b) گره متقارنجنس و مشخصات الیاف مصرفی براساس استانداردهای تولید فرش دستباف به شرح زیر میباشند:
نخ پرز: مهمترین جزء هر فرش که نمود اصلی ظاهر بصری و طرح و نقوش را فراهم مینماید و بطور معمول از جنس پشم یا کرک و در فرشهای بسیار ظریف بصورت گل ابریشم و یا تمام ابریشم میباشد.
نخ تار: مجموعه نخهایی که بصورت موازی یکدیگر و معمولاً یک در میان بصورت تار جلو و عقب، در طول فرش قرار گرفته و بطور رایج و متعارف از جنس پنبه، و در موارد خاص در فرشهای برخی از مناطق از جنس ابریشم یا پشم و در فرشهای بزرگ پارچه بصورت استثناء خارج از استاندارد با بکارگیری الیاف مصنوعی، از جنس مخلوط پنبه –پلی استر انتخاب میگردد.
نخ های پود ضخیم و نازک: رشته نخهایی هستند که مابین نخهای تار بصورت عرضی در ساختار فرش عبور داده شده و به ترتیب وظیفه پرکردن و دوخت هر رج را بعهده دارند. بطورمعمول هر دو از جنس پنبه بوده و در برخی مناطق فرشبافی از جنس پشم انتخاب میگردد.
معمولاً نسبت وزنی تار و پود و پرز در فرشهای پشمی بصورت 12تا20% نخهای تار، 10تا 18% نخهای پود، و 50 تا70% نخهای پرز میباشد "طباطبایی هنزایی، 1393، ص 4".
2-4-1 مشخصات ساختمانی فرش دستبافهر فرش از دو بخش لایه تخت زیرین و لایه نخهای پرز تشکیل شده است. در هر بخش مشخصههای ساختمانی متمایزی وجود دارد که عبارتند از:
در بخش لایه زیرین: مشخصات نوع گره و چلهکشی، شیوه پودکشی و مکانیزمهای بافت.
در بخش لایه پرزها: ارتفاع پرز، تراکم پرز(رجشمار).
در حالت ساختمان یکپارچه فرش: ضخامت فرش، وزن مترمربع و ابعاد فرش.
در مقطع عرضی هر فرش ارتفاع مجموع دو لایه زیرین و لایه پرزها را اصطلاحا˝ضخامت فرش گویند. ”Lee, H.S., Carr, W.W., Beckham, H.W., Wepfer, W.J., 2000"
2-4-2 انواع گره در بافت فرشدر بافت فرش از دو گره اصلی به طور معمول استفاده میشوند که عبارتند از:
گره متقارن یا ترکی: در این گره نخ خامه دو حلقه حلزونی را تشکیل میدهد که هر کدام از حلقه ها به دور یکی از نخ های تار پیچیده و دو انتهای آن ها از میان این دو عدد تار بیرون میآید و پرز قالی را تشکیل میدهد.
گره نامتقارن: در این نوع گره، نخ خامه فقط تشکیل یک حلقه حلزونی را میدهد و به دور یکی از رشته های تار پیچیده و اولین انتهای آن از میان دو رشته چله مورد نظر بیرون میآید و دومین انتها از بین یکی از این رشته ها و رشته بعدی خارج میگردد "هانگلدین، 137، ص 9".
2-4-3 سیستم پودکشینخهای پود ضخیم و نازک بصورت افقی بعد از هر رج بافت در بین تارها قرار داده میشوند. پود ضخیم ما بین تارهای زیر و رو باعث ایجاد استحکام، پرکردن و ممانعت از لغزش گرهها میشود و پس از ایجاد ضربدر در تارهای زیر و رو، پود نازک بر بالای ضربدرها یا دهنه تار قرار داده شده و با دوخت گرهها در هر رج باعث ایجاد نظم و ظرافت بیشتر فرش میگردد. از دو نوع نخ پود استفاده می شود: پود نازک به جهت دور زدن همگی تارها از پشت فرش دیده میشود و پود ضخیم در لابهلای فرش پنهان میماند "نصیری،1382،ص 56".

شکل 2-2. ارتفاع و طول ساق پرز در فرش دستباف"” Kimura, K., Kawabata, S., Kawai, H., 1970
2-4-4 رجشمار یا تراکم طولی و عرضیدر فرش دستباف بدلیل یکسانی تراکم پرز در طول و عرض فرش از عناوین رجشمار، تعداد گره در دسیمتر و یا تراکم گره در واحد سطح و یا حتی در معیار وزنی از چگالی یا وزن مجموع پرزها در واحد سطح استفاده میشود. رجشمار در فرشهای فارسی باف برابر تعداد گره در 5/6 سانتیمتر و در ترکی باف برابر تعداد گره در 7 سانتیمتر طولی و عرضی میباشد. بطورمعمول فرشهای تا رجشمار 30 را فرشهای معمولی یا درشتباف، فرشهای با رجشمار 30-40 را فرش با ظرافت متوسط و فرشهای با رجشمار بالاتر از 40را ریزباف و با درجه ممتاز تعریف مینمایند "یاوری، 1386، ص36 ". تراکم پرز موثرترین شاخص ساختمانی فرش در تعیین اکثر خواص عملکردی آن میباشدکه در شروع بر اساس کیفیت طرح اولیه فرش تعیین میگردد و طراحی خط تولید ازجمله مشخصات ابزارهای بافت، مواداولیه مصرفی،چلهکشی و حتی در برخی موارد مکانیزم تولید از نظر پودکشی و نوع گره بر پایه آن تعریف و تنظیم میگردند. پُری فرش یا تراکم پرز از مشخصههایی است که مشتریان فرش در هنگام خرید با مطالعه اطلاعات برچسب مشخصات آن و با تماس و فشار لامسهای پرزها آنرا ارزیابی میکنند. بطورمعمول فرشهای تا رجشمار 30 را فرشهای معمولی یا درشتباف، فرشهای با رجشمار 30-40 را فرش با ظرافت متوسط و فرشهای با رجشمار بالاتر از 40 را ریزباف و با درجه ممتاز تعریف مینمایند "یاوری،1384، ص 20".
2-4-5 مشخصات و خواص نخ های مصرفی در تولید فرش دستبافمهمترین مشخصات و خواص ساختمانی نخهای مورد استفاده در تولید هر فرش عبارتند از: نمره نخ(تکلا و چندلا)، تعدادلای نخ، تاب نخ(تکلا و چندلا)، سختی خمشی، استحکام و ازدیاد طول و یکنواختی نخ، که در تأمین مشخصات ساختمانی فرش و درنتیجه خواص عملکردی نهایی فرش تأثیرگذار میباشند.
جدول 2-2 نمونه ای از تناسب تجربی رایج بین مشخصات مواد اولیه مصرفی در فرش دستباف با تراکم پرز(رجشمار) را نشان میدهد.
جدول 2-2. تناسب مواد اولیه مصرفی با تراکم پرز(رجشمار) در فرش دستباف "مجابی، سمینار ملی فرش، 1388".رجشمار(دسی متر مربع) نمره پرز مصرفی(Nm) نمره تار مصرفی(Ne) نمره پود ضخیم(Ne) نمره پود نازک(Ne)
31˟31 2/3 24/20 24/10 یا 12/5 6/20
39˟39 2/4 21/20 20/10 یا 10/5 5/20
49˟49 2/5 15/20 16/10 یا 8/5 4/20
54˟54 2/6 12/20 14/10 یا 7/5 3/20
61˟61 2/7 12/20 12/10 یا 6/5 3/20
69˟69 2/8 9/20 10/10 یا 5/5 2/20
77˟77 2/10 9/20 10/10 یا 5/5 2/20
92˟92 2/14 چله ابریشمی 8/10 یا 4/5 2/20
100˟100 2/16 چله ابریشمی 8/10 یا 4/5 2/20
108˟108 2/16 چله ابریشمی 6/10 یا 3/5 2/20
2-5 خواص کیفیتی فرشبه طور کلی خواص کیفی فرش به سه دسته خواص ظاهری (از قبیل طرح و نقش، رنگبندی و همنشینی رنگها، مقاومت در برابر سایش و فرسایش)، خواص فیزیکی (از قبیل ضخامت و ارتفاع پرز، رجشمار و وزن متر مربع) و خواص مکانیکی (از قبیل افت ضخامت پرز، ارتجاعیت، درصد فشردگی، سختی و طول خمشی، خواص اصطکاکی و ...) تقسیم میگردند. "طباطبایی هنزایی، 1393، ص 4".
2-5-1- طبقه بندی خواص فیزیکی فرش هاخواص ضروری و ذاتی هر فرش را میتوان از دو جنبه خواص ظاهر هنری و خواص عملکردی بررسی و مطالعه نمود. خواص ظاهر هنری فرشهای دستباف به صورت ظرفیت ارائه یک سیمای ظاهری زیبا و جذاب هنری با ابعاد درونی و بیرونی تعریف میگردد. بطورکلی عوامل زیباییشناختی فرش را میتوان به دو دسته باطنی و ظاهری تقسیم نمود. عوامل باطنی منسوب به حالات روحی، معنوی و دریافتهای درونی هنرمند بوده و در بطن هنر نهفته میدانند مانند مشخصاتی نظیر نیت و صدق هنری هنرمند، شهود، تخیل و الهام، و حتی باورهای مذهبی و دینی که در روح فرش دستباف پنهان میباشد. مجموعه عوامل ظاهری نیز خود به دو دسته تقسیم میشوند: درونی و بیرونی. آن قسمت از زیباییهای فرش که در نگاه دقیقتر و دوم کارشناسان و متخصصان فرش و بافندگان دیده میشود را عوامل ظاهری درونی گویند. مهمترین زیباییهای بیرونی فرش عبارتند از : طرح و نقش، و رنگ و رنگبندی آن. خارج از ابعاد روانی زیبایی ظاهر فرش، ارتفاع پرز و جهت و زاویه خاب پرزها، و در معماری امروز تطبیق با دکوراسیون داخلی منازل و گاهاً عملکرد تزئیناتی و همگامی با نورپردازی فضای منازل امروزی، ویژگیهای سطحی فرش و تناسب ابعاد نیز بصورت ذهنی در این ارزیابی موثر میباشند "دریایی، فصلنامه گلجام، 1385، شماره4 و 5".
خواص عملکردی در اصل همان خواص مورد انتظار از فرش در هنگام استفاده یا راه رفتن بر روی آن میباشدکه تأمین حالت مطلوب این خواص در چرخه طراحی اولیه و سپس فرایند تولید فرش، کیفیت نهایی و رضایتمندی مصرفکنندگانش را فراهم خواهد نمود. خواص عملکردی فرش بعنوان یک منسوج با کاربرد پوشش کف براساس خواص و مشخصات مواد اولیه مصرفی بطور مخصوص نخهای پرز از نظر جنس الیاف، نمره نخ تک لا و چندلا و تاب نخ تکلا و چندلا، مشخصات ساختمانی فرش از جمله تراکم و ارتفاع پرز، نوع گره و سیستم بافت و حتی نوع تکمیلهای انجام شده بر روی آن تعیین میگردد” Onder, E., Berkalp, O.B., 2001"
2-6 خواص عملکردی فرشمهم ترین خواص عملکردی فرش دستباف را میتوان به 4 گروه عمده زیر تقسیم نمود:
حفظ ظاهر فرش
فاکتورهای راحتی
دوام
خواص فشاری
به موارد فوق، خواص فیزیکی دیگری مانند مشخصات جذب صوت به ویژه صدای سقوط پا، خواص حرارتی مناسب (دمای مناسب)، سختی خمشی مناسب در برابر چروک یا مچاله شدن، زیر دست و ثبات ابعادی در شرایط محیطی مختلف و حتی خواص الکترواستاتیکی نیز میتوان اضافه نمود”Pailthorpe, MT., 1988"
2-6-1 حفظ ظاهر فرش:فرش ها بطورمخصوص لایه پرزهای آنها در طول زمان استفاده در معرضنیروهایی مانند فشردگی محوری، خمشی، کششی و برشی، سایش و همچنین آلوده شدن با خاک، کثافات و انواع لکه قرار دارند که این عوامل با کاربرد نامتعارف، نگهداری و مراقبت نادرست و تکرار و استمرار، تغییر و تنزل مشخصات کیفی ظاهری آنها را باعث می گردند، که این تغییرات بصورت بصری و لامسهای قابل تشخیص میباشند. وقوع این شرایط سبب ایجاد ظاهر و ترکیب بد در فرش قبل از فرسایش کامل آن می گردد و به اصطلاح نزول کیفیت ظاهر رخ خواهد داد. حفظ یا تأمین حداقل مشخصات ظاهری فرش ها در تعیین طول عمر مفید یا دوام مصرف آن ها بسیار مؤثر بوده که علاوه بر لزوم نگهداری صحیح، کیفیت طراحی شایسته و کارشناسی در انتخاب مواد اولیه مناسب و متناسب با مشخصات ساختمانی از قبیل رجشمار (تراکم پرز) و ارتفاع پرز توسط تولید کننده، ضرورت مییابد. به طور کلی فرسایش عمده فرش ها در قسمت پر تردد، مسیر پیچ و قسمت های تا و مچاله شده و لبه های پله میباشد.در فرش های نو پرزها به صورت عمود بر لایه زمینه قرار دارند و فرش دارای بافت سطحی یکنواختی است. در هنگام استفاده و به مرور زمان در اثر پا خوردن، گذاشتن بار، چرک گرفتن و دیگر عوامل ، ظاهر زیبای فرش تغییر میکند”Wood, E.J., 1993"
2-6-2 راحتی قدمزدن بر روی فرشواکنشهای مکانیکی فرشها در برابر فعالیتهای بشر مانند ایستادن و قدمزدن بر روی آن، مخصوصاً هنگامیکه نیروی فشاری با زمان تغییر میکند در ارتباط با خواص فشاری آنها میباشد. خواص راحتی در ارتباط با قدمزدن و ایستادن با آسودگی و استواری بالا با حداقلکردن شوک ضربه یا تماس پا با کف و کاهش پتانسیل سقوط و لغزش انسان میباشد ” Dunlop, J.I., Jie, S., 1989" خوابیدگی یا پهنشدن پرزهای فرش بعد از بار فشاری و عدم عملکرد مکانیکی مطلوب خواص فشاری پرزها در قدمزدن باعث کاهش راحتی بشر در طول فعالیت بر روی فرش مانند ایستادن و راه رفتن میگردد. درک میزان این کاهش راحتی دارای اهمیت زیادی است زیراکه گزارشاتی از مشکلات فیزیکی ناشی از ایستادن طولانی و لغزش و سقوط بر روی کفپوشهای نامناسب مخصوصاً برای افراد مسن ارائه شده است ” Wu, J., Pan, N., Williams, K.R., 2007"راحتی هنگامیکه شخص بر روی فرشهای مختلف قدم میزند وابستگی زیادی به تأثیرات لایه زیرین فرش در کاهش شوک ناگهانی به بدن هنگامیکه پا با فرش برخورد میکند و حداقل کردن پتانسیل زمین خوردن، دارد. درجه راحتی قدمزدن ارائه شده توسط یک فرش به جز عملکرد خواص فشاری به عوامل متعدد دیگری مانند نقش لایه زیرین، ضریب به اندازه کافی بالای اصطکاک لغزشی برای جلوگیری از سرخوردن و پایداری جانبی فرش در مکان بستگی دارد ” Norton, M.A., Fiest, J.R., 1995"
2-6-3 دوام بلند مدت فرشمعمولاً فرشها سالها و حتی چندین دهه دارای طول عمر فرسایشی میباشند و این اندازهگیری آزمایشگاهی آنرا مشکل و نیاز به زمان طولانی دارد. دوام فرش بر اساس تعداد دور سایش یا فرسایش لازم تا حذف کامل لایه پرزها و رسیدن به لایه زیرین فرش تعریف میگردد. دو شاخص موثر در پیشبینی طول عمر یا دوام فرش، نرخ افت ضخامت و تراکم وزنی پرز میباشد ” Carnaby, G.A., Wood, E.J., 1989"
2-6-4 خواص فشاری فرشفرشها در حین استفاده معمولاً درمعرض دو نوع بار استاتیکی(مانند پایه میز و صندلی) و دینامیکی (مانند راه رفتن بر روی فرش) قرار دارند و نخهای پرز فرش در این بارگذاری فشاری ثابت یا سریع، متراکم شده که تغییرشکل آنها پیچیده بوده و هر ساق پرز بطورجداگانه تحت حالتهای مختلف تغییرشکل ناشی از فشار محوری، خمشی، پهنشدن، کشیدگی و برش میباشد. رفتار فشاری پرز فرشها در حین بارگذاری و عکسالعمل دینامیکی آنها پس از رفع بار نقش مهمی در عملکرد مکانیکی آنها دارد. نحوه واکنش مکانیکی به جز تأثیر در ظاهر فرش، از جهت ارائه شرایط راحت در طول فعالیتهای بدن انسان در قدمزدن و ایستادن بر روی فرش و همچنین آسودگی بالا در حداقلکردن شدت ضربه تماس پا و کاهش پتانسیل سقوط و لغزش و ادراکات تماسی یا زیردست مطلوب بر روی فرش بسیار مهم میباشد ” Carnaby, G.A., Wood, E.J., 1989". شکل 2-1 مقطع عرضی تغییرشکل فشاری را در لایه پرزهای نمونه فرش ماشینی با نخ پرز از جنس اکریلیک را نشان میدهد. پس از رفع بار بسته به خواص و مشخصات نخهای پرز و مشخصات ساختمانی فرش، نخهای پرز تمایل به بازگشتپذیری دارند که اغلب کمتر از 100% خواهد بود” Grover, G., Zho, S., Twilly, I.C., 1993".
شکل 2-3. مقطع عرضی تغییرشکل پرزهای فرش ماشینی cut-pile از جنس اکریلیک تحت بار فشاری ” Dayiary, M., Shaikhzadeh, S., Shamsi, M., 2009"بطورکلی رفتار مکانیکی ناشی از بارگذاری فشاری فرش متمرکز بر سه جنبه بازگشتپذیری الاستیک که سبب ارتجاعیت پرزها میگردد، مکانیزم غیرالاستیک(ناشی از لغزش اصطکاکی بین الیاف و بین نخها در حین خمش پرزها و همچنین خواص ویسکوالاستیک نخهای پرز) که خوابیدگی یا پهنشدن پرزها را باعث میشود، و همچنین مکانیزم فرسایشی(افت مشخصات پرز فرش بواسطه سایش)، میباشد” Onder, E., Berkalp, O.B., 2001".
2-6-4-1 بارگذاری فشاری فرشبرای بارگذاری فشاری فرشها به روش آزمایشگاهی و شبیه سازی حالت طبیعی بار ثابت(اثاثیه ساکن) و بار متحرک(راه رفتن انسان بر روی فرش)، تاکنون از روشهای مختلف زیر استفاده شده است.
2-6-4-1-1 قدمزدن عابرین بر روی فرش در مسیر یا راهروی مخصوص پرترددقدیمیترین روش است که با پهنکردن نمونه فرشها در مسیر یا راهروی عبور عابرین در مکانی پرتردد، بارگذاری متحرک با تعداد گام مشخص که توسط شمارشگری ثبت میگردد، اجرا میشود. تا دهه 70 میلادی از این روش با تعداد گام محدود(حداکثر تا 100 گام) تحت شرایط کنترل شده برای بررسی رفتار فشاری فرشها(بارگذاری سریع با بار متوسط 120 پوند براینچ مربع) استفاده شده است. از این روش با افزایش عبور عابرین تا 100000 گام، برای آزمونهای فرسایش فرش و ارزیابی تغییرات ظاهر فرش نیز بکارگرفته میشود. معایبی از جمله زمانبر بودن(در برخی مواقع ماهها نیز طول میکشد)، خاکگرفتن و چرکشدن فرش(ایجاد اختلال در ارزیابیهای بعدی فرش)، احتمال خطا در شمارش تعداد گام و سختیهای تأمین شرایط آزمایشگاهی مشابه و تکرار، باعث استفاده کمتر از این روش شده است ” Clegg, D.G., 1965"
2-6-4-1-2 بار گذاری استاتیکیفرشها در حین استفاده معمولاً درمعرض دو نوع بار استاتیکی(مانند پایه میز و صندلی) و دینامیکی (مانند راه رفتن بر روی فرش، حرکت اثاثیه بر روی فرش) قرار دارند.نخهای پرز فرش در این بارگذاری فشاری ثابت یا سریع، متراکم شده که تغییرشکل آنها پیچیده بوده و هر ساق پرز بطورجداگانه تحت حالتهای مختلف تغییرشکل ناشی از فشار محوری، خمشی، پهن شدن، کشش و برش می باشد. رفتار فشاری پرز فرشها در حین بارگذاری و عکسالعمل دینامیکی آنها پس از رفع بار نقش مهمی در عملکرد مکانیکی آنها دارد “Carnaby, G.A., Wood, E.J., 1989". دستگاه بارگذاری استاتیکی با بازوی اعمال نیرو از سال 1966 تا به امروز بر همان اساس بکارگرفته میشود. اغلب در این دستگاه بازوی افقی با وزنه انتهایی جهت اعمال بار با تناسب طولی 1:5 نسبت به بازوی در تماس با کالا، طراحی شده است. (5 برابر مقدار وزنه اضافه شده به انتهای بازوی افقی، به نمونه بار فشاری ثابت اعمال خواهد شد). طبق استاندارد مربوطه، بار ثابت مشخص برای دو حالت بارگذاری کوتاهمدت 2 ساعت و بلند مدت 24 ساعت، بر روی نمونه اعمال میگردد. مطالعه این رویه و بازیابی حاصل نوعی پدیده خزش فشاری را تداعی میکند. معمولاً ضخامت نمونهها در حالت بارگذاری کوتاه مدت؛ بلافاصله(1دقیقه)، 15، 30 و 60 دقیقه پس از رفع بار و درحالت بارگذاری بلند مدت؛ بلافاصله(2دقیقه)، یک و 24 ساعت پس از رفع بار اندازهگیری و ثبت میگردند. برای تحلیل نتایج روند بازیابی، تغییرات ضخامت فرش پس از رفع بار نسبت به زمان بصورت گسسته ترسیم و لذا مشخصههای فشردگی و ارتجاعیت پرزها قابل بررسی میگردد“Ross, D.A., Palmer, D.G., 1973"

شکل2-4. دستگاه بارگذاری استاتیکی2-6-4-1-3 بار گذاری دینامیکیدستگاه بارگذاری دینامیکی دارای قسمت ضربهزن با نرخ معمول 14 ضربه در دقیقه، سقوط وزنه 82/2 پوندی به نمونهای که دارای حرکت رفت و برگشت عرضی محدودی میباشد را اجرا نموده و معمولاً با تنظیم تا حداکثر 1000 ضربه، مشابه روش استاتیکی برای بازههای زمانی مشخص پس از رفع بار، نمودار روند بازیابی یا تغییر ضخامت فرش به زمان بصورت گسسته ترسیم و تحلیل میگردد“Mirjalili, S.A., Sharzehee, M., 2005"

شکل2-5. دستگاه بارگذاری دینامیکی2-6-4-1-4 بارگذاری فشاری ارتعاشیمطابق مطالعات بیومکانیکی مشخص شده است که حد نهایی زمان اعمال نیروها در قدمزدن معمول انسان بر روی فرش، در زمان کوتاه تقریباً 20 میلیثانیه میباشد که متناظر با فرکانس 50 هرتز میباشد، لذا خواص فشاری دینامیکی فرشها در این دامنه از فرکانس قابل مطالعه میباشد“Dunlop, J.I., Jie, S., 1991"
با تکنیک ارتعاش و دستگاه ارتعاشساز مقدار کرنش ثابتی با فرکانس تا یک هرتز به نمونه فرش اعمال میگردد و مقادیر تنش حاصل در پرزها توسط قطعه حساس دستگاه ثبت میگردد. علاوه بر نمودار تنش-کرنش بارگذاری ارتعاشی، مدول دینامیکی فشاری و افت استهلاکارتعاش فرش نیز قابل اندازهگیری میشود“Horino, T., Yabunaka, T., Morikawa, M., 1971"

شکل2-6. بارگذاری فشاری ارتعاشی2-6-4-1-5 بارگذاری فشاری با نرخ ثابت ازدیاد فشردگیدر ابتدا از دستگاه ضخامتسنج دومنظوره، با توانایی انجام همزمان دو عمل بارگذاری فشاری گسسته افزایشی(تا بار حداکثر و برعکس) و اندازهگیری ضخامت فرش، استفاده میشد " Anderson, S.L., Clegg, D.G., 1961". دستگاههای جدید اینسترون با طراحی ویژه فکهای بالا و پایین دستگاه و با قابلیت تنظیم بارگذاری فشاری پیوسته با نرخ فشردگی ثابت(5 تا 20 میلیمتر در دقیقه) و برعکس، امکان مطالعه رفتار فشاری پرزهای فرش در حین بارگذاری دینامیکی را تا حداکثر نیروی فشاری مدنظر، فراهم کرده است.

شکل 2-7. بارگذاری فشاری با دستگاه اینسترون بر روی نمونه فرش “Dayiary, M., Shaikhzadeh, S., Shamsi, M., 2010"با انتقال مستقیم نتایج به سیستم کامپیوتری دستگاه، منحنی نیرو- فشردگی و بازگشتپذیری ترسیم و محاسبات برخی مشخصههای فشاری بطور مستقیم حاصل میگردد. نکته مهم اینکه همواره در این روش در ابتدای کار جهت همسطحکردن پرزها و یا الیاف بیرون زده احتمالی بالاتر از ارتفاع اصلی پرز نمونه فرش، با اعمال بار فشاری حداقل؛ 25/0 پوند براینچ مربع(معادل 6/17 گرم بر سانتیمترمربع) شرایط آزمون را کالیبرهکرده و سپس بار حداکثر با نرخ ثابت فشردگی اعمال میگردد“Laughlin, K.C., Cusick, G.E, 1968"
2-6-4-2 خواص فشاری فرش هابه طور کلی خواص فشاری فرش ها تحت شرایط مختلف بارگذاری لایه پرزها عبارتند از:
1- درصد فشردگی
2- انرژی فشردگی
3- درصد بازگشت پذیری
4- انرژی بازگشت الاستیک
5- درصد ارتجاعیت
6- انرژی اتلافی
7- درصد افت ضخامت
8- مدول فشاری
2-6-4-2-1 درصد فشردگیحد نهایی فشردگی(تغییرضخامت) پرزهای فرش تحت بار فشاری حداکثر تنظیمی دستگاه اینسترون و تغییر ارتفاع پرز فرش بلافاصله پس از رفع بار فشاری استاتیکی و دینامیکی میزان فشردگی پرز فرش نامیده می شود. میزان فشردگی و درصد قابلیت فشردگی پرزهای فرش(%S)را مطابق روابط زیر می توان محاسبه نمود:
%S = (h0-h1h1) × 100

شکل 2-8. درصد فشردگی2-6-4-2-2 انرژی فشردگیانرژی یا کار انجام شده جهت فشردگی پرز فرش ها همان انرژی کل بارگذاری بوده که اندازه آن برابر مساحت زیر منحنی نمودار بارگذاری حاصل، مانند مساحت زیر منحنی ABD در شکل زیر میباشد.

شکل 2-9. انرژی فشردگی2-6-4-2-3 درصد بازگشت پذیریبطورکلی در بارگذاری کششی یا فشاری، مقدار بازگشت منسوج به اندازه اولیه پس از رفع بار را بازگشت پذیری گویند. واکنش مکانیکی پرزهای فرش در جهت بهبود تغییر شکل فشاری را بازگشت پذیری یا بازیابی پرز گویند که معمولاً مقدار این بازیابی بعد از 24 ساعت پس از رفع بار را بازگشت الاستیک یا الاستیسیته پرزها گویند.

شکل 2-10. درصد بازگشت پذیری2-6-4-2-4 انرژی بازگشت الاستیکانرژی بازگشت پذیری الاستیک، پرزها را از سطح تغییر شکل حداکثر ծsبه سطح تغییر شکل بعد از t واحد زمان پس از رفع بار بهبود میدهد (ծ)، لذا مقدار ծE = ծS – ծ را میتوان تغییر شکل اصلاحی (بهبود یافته) نام گذاری نمود و نسبت ᴪ به عنوان ضریب بازگشت پذیری الاستیک بیانگر انرژی پتانسیل الاستیک درکل انرژی انتقالی به پرزها توسط فشار استاتیکی، مشابه ارتجاعیت پرز با تقسیم انرژی بازگشت پذیری الاستیک به انرژی فشردگی تعریف و محاسبه میگردد. نیروی به کار رفته جهت محاسبه انرژی الاستیک را نیروی استردادی مینامند که در حرکت پرزها به سمت موقعیت اولیه شان تأثیر گذار بوده و با تغییر زمان بازگشت پذیری، تغییر میکند. مطابق شکل 2-8 و مساحت زیر منحنی BCE میتوان کار یا انرژی بازگشت پرزها در هر لحظه زمان پس از رفع بار را محاسبه نمود “Celik, N., Koc, E.," 2007"
2-6-4-2-5 درصد ارتجاعیتتوانایی و قابلیت پرزهای فرش در بازگشت از فشردگی را ارتجاعیت یا جهندگی می گویند. معمولاً فرشها در لحظات اولیه رفع بار، بازگشتی الاستیک یا خطی و پس از آن بازگشتی ویسکوالاستیک و غیرخطی دارند.
%Resilience = work of Recoverywork of Compression×100= Area of BECArea of ADB2-6-4-2-6 انرژی اتلافینقطه مقابل انرژی الاستیک پرزها، انرژی استهلاکی یا میرا شدن میباشد که یک انرژی مرده یا اتلافی است که صرف اصطکاک داخلی پرزها میگردد و در بازگشت پذیری پرزها سهمی ندارد. اصطکاک داخلی بیشتر باعث گرمای بیشتر و افت ارتجاعیت میگردد. انرژی استهلاکی از تفاوت انرژی فشردگی از انرژی الاستیک پرزها محاسبه میشود. نسبتφ نیز به عنوان ضریب میرایی جهت، انرژی باقیمانده با تقسیم انرژی استهلاکی به انرژی کل فشردگی تعریف میگردد.
φ = WD/W2m×100%

شکل 2-11. انرژی اتلافی2-6-4-2-7 درصد افت ضخامتیکی از عوامل تنزل کیفیت فرش ها افت ضخامت پرزهای آن در حین استفاده و یا تغییرشکل پرزها در فشار می باشد. بواسطه این کاهش ضخامت، حالت و شرایط استقرار پرزها یا ترکیب بافت پرزهای فرش تغییر کرده و باعث افت ظاهر فرش نسبت به ظاهر اولیه اش می گردد، علاوه براین خیلی از خواص فرش از جمله قابلیت ارتجاعیتش در سیکلهای بعدی بارگذاری نیز تنزل خواهد داشت. فرسایش پرزهای فرش در برابر عوامل ساینده نیز افت ضخامت فرش را نه بواسطه خوابیدگی پرزها، بلکه بواسطه شکستگی و ریزش الیاف از نخ پرز ایجاد خواهد کرد. دلایل افت ضخامت فرش همان دلایل عدم ارتجاعیت کامل پرزها می باشد که افت مشخصات پرزها در اثر سایش بواسطه خستگی و شکستن الیاف و ریزش الیاف آزاد از نخ پرز را نیز باید به آن اضافه نمود.
h2 = (ծh2) × 100 = (h2-h0h2) × 100

شکل 2-12. درصد افت ضخامت2-6-4-2-8 مدول فشاریمدول فشاری فرش همان سختی یا مقاومت پرزهای فرش در برابر بار فشاری اعمالی می باشد که معمولاً در یک سیستم الاستیک مدول اولیه از شیب قسمت خطی نمودار بارگذاری تعیین می گردد.ضریب سختی فشاری یا مدول بالاتر در فرش ها، تغییر شکل کمتر و ارتجاعیت بهتر را حاصل خواهد کرد“Wu, J., Pan, N., Williams, K.R., 2007"
E = stressstrain= Se= F/A∆L/L₀
شکل 2-13. مدول فشاری2-7 سایر خواص مورد انتظار فرشها2-7-1 زیردست فرشزیردست همان احساس و ادراکات روانی از حس لامسه انسان در تماس یا تحریک فیزیکی ناشی از ویژگیهای مکانیکی کالا میباشد که ارتباط مستقیمی با خواص فشاری، مشخصات و کیفیت ترکیب سطحی، اصطکاک و عواملی مثل ضخامت، وزن و حتی خواص حرارتی آن کالا دارد“Carnaby, G.A., Wood, E.J., 1989"
2-7-2 خواص اصطکاکی فرشرفتار اصطکاکی منسوجات مختلف بطور زیاد وابسته به خواص سطحی(صافی و همواری سطح) و نوع کاربرد آنها میباشد. برای منسوجات پرزدار مثل فرش خواص اصطکاکی مشابه نوازش کردن پرزها ارزیابی میگردد. بطورکلی فاکتورهای موثر در خواص اصطکاکی منسوجات پرزدار عبارتند از: فشار، رطوبت نسبی، سرعت، درجه حرارت، نرمکننده استفاده شده، مسیر خاب پرزها و خواصی از نخ پرز مانند طول لیف، نمره نخ و تاب نخ“Nishimatsu, T.,Sawaki, T., 1984"

—d1215

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.

—d1221

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
Assign Rank (level) Based on Pareto dominance-sort }
Generate Child Population Q
{ Ranked based Roulette Wheel Selection
Recombination and Mutation }
for i=1 to g do
for each member of the combined population do
Assign Rank (level) Based on Pareto-sort
Generate sets of non-dominated fronts

—d1117

ادبیات موضوع
2.1- مقدمه ای بر تجارت الکترونیک و سیستمهای فروش اینترنتی
برای تجارت الکترونیک تعاریف زیادی وجود دارد. بر خلاف مباحثی چون تحقیق در عملیات یا کنترل پروژه که دوران رشد و تغییر و تحول خود را طی کرده اند اینترنت و مباحث زاییده ی آن هنوز در حال تغییر هستند و بنا بر این تعاریف آنها نیز در این سیر تحولی در هر دوره از زمان دستخوش دگرگونی می شود. در بین تعاریف موجود از تجارت الکترونیک کاملترین آنها عبارت است از: خرید فروش و تبادل هرگونه کالا خدمات و یا اطلاعات از طریق شبکه های کامپیوتری از جمله اینترنت. این تعریف همانگونه که ملاحظه می کنید بسیار جامع و فراگیر است به گونه ای که مباحثی چون e-learning ,e-medicine ، e-government و... را نیز تحت پوشش قرار می دهد[1]. و تنها اینترنت را به عنوان ابزار معرفی نمی کند بلکه این عمل را از طریق هر گونه شبکه ی کامپیوتری ممکن می داند.
شاید کمتر کسی تصور می کرد که اختراع رایانه چنان تحولی در زندگی بشر ایجاد کند که تمام ابعاد زندگی وی را تحت تاثیر خود قرار دهد. اولین ثمره‌ی این انقلاب تکنولوژیکی، اینترنت – پدیده‌ای که ایده‌ی شکل‌گیری آن از جنگ جهانی دوم شکل گرفت - بود.شبکه‌های اولیه (آپارنت) دارای host نبودند و تمامی کامپیوترها نقش میزبان را ایفا می‌کردند و در عین‌ حال می توانستند به حافظه ی یکدیگر دسترسی یابند . با رشد اینترنت و ایجاد شبکه های پیشرفته ی امروزی ، موضوع تکنولوژی اطلاعات یا IT مطرح شد و به‌تدریج تمام مسائل را تحت تاثیر خود قرار داد IT. در مدیریت سازمانی ، تکنولوژی اطلاعات در ساخت ، آموزش از راه دور ، تجارت الکترونیکی ، پیشرفتهای سخت افزاری و.. .از جمله موضوعات مطرح در زمینه‌ی این فن‌آوری جدید می‌باشند[2].
همانطور که ذکر شد تجارت الکترونیک نیز از جمله ابداعات نوین بشری است که در دهه اخیر، نقش تعیین‌کننده‌ای در تمامی انواع تجارت و معاملات بازی کرده‌است. تجارت الکترونیک در واقع به معنای فروش کالا و خدمات بصورت Online و از طریق اینترنت می‌باشد. به بیان دیگر تجارت الکترونیک، از قابلیت‌های اینترنت برای ارتقا و بهبود فرآیندهای تجاری استفاده می‌کند.
انواع مدلهای این شکل جدید تجارت شامل G2G, G2C, B2B, C2C, B2C و...،تمامی اجزای یک جامعه اعم از افراد عادی تا ارگان‌های بزرگ دولتی را به یکدیگر پیوند داده است. C نمایانگر خریدار, Bنمایانگر شرکت‌های خصوصی وG نشان‌دهنده ارگان‌های دولتی است. مدل C2C در واقع همان مزایده Online است که قابلیت مبادله کردن هر نوع کالای مورد توافق طرفین را دارد.طرفین این معامله هر دو از افراد عادی هستند. مدلهای B2B , B2C نیز قابلیت ارائه هر نوع محصولی را بر وب دارا هستند. در مدل B2B دو شرکت به مبادله تجاری با یکدیگر می پردازند و مدل B2C امکان تجارت الکترونیک را بین یک شرکت و یک مشتری را فراهم میکند. با توجه به دولتی بودن بیشتر خدمات در ایران و امکان ابتکار عمل بیشتر آنها ، پیاده سازی مدل G2G که تبادل کالا و خدمات میان نهادهای دولتی را امکان‌پذیر می‌سازد را محتمل‌تر می‌نماید.
در تمامی سیستم‌های یاد شده اجزای مشترکی وجود دارد که تشکیل‌دهنده بدنه‌ی اصلی آنها هستند. ایجاد یک سایت به عنوان فروشگاه الکترونیکی بر روی اینترنت ، طراحی هدف و یک برنامه استراتژیک برای شروع و ادامه کار فروشگاه ،پیروی و استفاده از اصول و روشهای مناسب بازاریابی در اینترنت ، ایجاد زیرساخت‌های امنیتی برای محافظت سایت و ایمن سازی مراحل مبادله ی اطلاعات ، انتخاب شیوه ی مناسب پرداخت در اینترنت ، شیوه های جدید توزیع کالا ، انتخاب سرور و host مناسب و ... از ارکان جدا‌ ناشدنی این شیوه‌ی نوین تجارت می باشند که در مدل‌های ذکر شده به تناسب نقش پررنگ‌تر یا کمرنگ‌تری می‌یابند.
اما در بعد دیگر پیاده‌سازی و استفاده از این فن‌آوری جدید نیازمند ایجاد بسترهای فکری و فرهنگی جهت پذیرش آن از طرف جامعه، رفع موانع حقوقی و قانونی و تامین پیش ‌نیازهای سخت‌ افزاری و نرم‌افزاری می باشد.. به عنوان مثال Server یا Network پشتیبانی‌کننده‌ی مناسب , سیستم پرداخت متناسب در کشور و همچنین سرعت بالای دسترسی به شبکه از ملزومات فنی یک تجارت الکترونیک محسوب میشوند.
2.2- تاریخچه تجارت الکترونیک[4]
تجارت الکترونیک و به تبع ، مدلهای تجارت الکترونیک اولین بار در اوایل دهه 70 ( میلادی) ارایه شدند. در این دوره استفاده از مدلهای تجارت الکترونیک بسیار گران بود و عموم کاربران آن را ، شرکتهای بزرگ مالی و بانکها و گاهی شرکتهای بزرگ صنعتی تشکیل می دادند.EFT از اولین نمونه های مدلهای تجارت الکترونیک مورد استفاده بود که به منظور ارتباط مالی بین موسسات مالی مورد استفاده قرار می گرفت. کاربرد تجارت الکترونیک در این دوره دشوار بود.
به علاوه نیاز به سرمایه گذاریهای سنگین برای تهیه بستر موردنیاز آن لازم بود. لذا محدوده کاربرد آن به موسسات مالی و شرکتهای بزرگ محدود می شد. در مرحله بعد استاندارد EDI ایجاد شد که تعمیمی ازمدل نقل و انتقالات مالی و بانکی با استفاده از ابزارهای نوپای اطلاعاتی ، بود. با این تفاوت که EDI ، امکان استفاده و بهره برداری در سایر انواع مبادلات تجاری را نیز دارا بود. EDI باعث شد تا دامنه کاربرد مدلهای تجارت الکترونیک ، از محدوده موسسات بزرگ مالی به ابعاد وسیعتری گسترش بیابد. در این دوره تجارت الکترونیک با IOS ها پیوند خورد و مدلهایی کاربردی و گسترده ایجاد نمود. مدلهای تجارت الکترونیک در این دوره برای فعالیتهایی نظیر رزرو بلیط هواپیما و معاملات سهام مورد استفاده قرار گرفتند. با این وجود پیاده سازی مدلهای تجارت الکترونیک بر اساس EDI نیز سنگین و هزینه بر بود. نیاز به سرمایه گذاری بسیار، برای آموزش پرسنل و تهیه بسترهای لازم وجود داشت. لذا تنها شرکتهای بزرگ بودند که می توانستند به ایجاد مدلهایی بر اساس آن بپردازند.
در نیمه اول دهه 90 ، اینترنت گسترش بسیاری پیدا کرد و به تدریج از حیطه دانشگاهی و نظامی خارج شد و کاربران بسیار زیادی در بین همه افراد جامعه ها پیدا کرد. گسترش WWW و استانداردها و پروتکل های مربوطه از یک طرف باعث جذب هر چه بیشتر کاربران به اینترنت شد و استفاده از ابزارهای IT در این زمینه را عمومی نمود و از طرف دیگر این امکان را برای شرکتها و موسسات ایجاد کرد که به گونه ای آسان و کم هزینه ، به انجام فرآیند اطلاع رسانی بپردازند. مدلهای تجارت الکترونیکی متنوعی در این دوره ایجاد شده و مورد استفاده قرار گرفتند. تجارت الکترونیک به تدریج رونق گرفت و مدلهای تجارت الکترونیک به عنوان دسته ای از مدلهای دنیای تجارت ، مطرح شدند. ایجاد بسترهای مناسب و ارزان برای تجارت الکترونیک و رشد کاربران این بسترها از دلایل رشد سریع تجارت الکترونیک در این دوره بود. رشد فشارهای رقابتی بین شرکتها نیز از دیگر دلایل توجه شرکتها به مدلهای تجارت الکترونیک بود.
مدلهای مطرح شده در این زمان ، مدلهای تجارت الکترونیکی ساده و اولیه بودند. به عبارت دیگر استفاده از تجارت الکترونیک در ساده ترین سطح آن انجام می شد. مشکلات فنی و نقایص موجود به علاوه ناآشنایی کاربران و شرکتها که مانع سرمایه گذاری آنها می شد، باعث گردید تا در این دوره تنها مدلهای اولیه تجارت الکترونیک مورد استفاده قرار گیرند. این مدلها معمولا فقط به اطلاع رسانی به مشتریان خود در مورد شرکت و محصولات آن محدود می شدند. به تدریج و با گذر زمان ، شناخت کاربران و شرکتها از مزایای مدلهای تجارت الکترونیک افزایش یافت. از طرف دیگر مسایل فنی و تکنولوژی مورد استفاده نیز به مرور ارتقاء پیدا کردند. در نتیجه این مسایل، به تدریج مدلهای تجارت الکترونیکی تکامل یافته و مدلهای جدید و پیچیده تری، ایجاد شده و مورد استفاده قرار گرفتند.
در نیمه دوم دهه 90 ( میلادی) کاربران و شرکتها به صورت روزافزونی با نوآوری ها و ارتقاء تکنولوژی اطلاعاتی به عنوان بستر مدلهای تجارت الکترونیک روبرو شدند. در این دوره یکی از مهمترین تحولات در اینترنت، به عنوان یکی از بسترهای تجارت الکترونیک،رخ داد. این تحول افزوده شدن قابلیت پردازش به مسایل اطلاعاتی بود. وجود قابلیت پردازش امکانات زیادی را برای تجارت الکترونیک ایجاد نمود و باعث گسترش مدلهای تجارت الکترونیک و افزایش کارآیی این مدلها گردید. در این دوره مدلهای تجارت الکترونیک و حجم مبادلات انجام شده توسط این مدلها به صورت نمایی رشد پیدا کرد. عموم شرکتهای بزرگ و موفق که موفقیت خود را مدیون مدلهای تجارت الکترونیکی بوده اند، در نیمه دوم دهه 90 پا به عرصه وجود نهاده اند.
تا اواخر دهه نود میلادی عموم مدلهای تجارت الکترونیکی با تاکید بر مصرف کننده نهایی شکل گرفته بودند و در دسته B2C قرار می گرفتند. ولی به تدریج و با محیا شدن فرصتها و امکان استفاده جدی، شرکتهای بزرگ نیز استفاده از مدلهای تجارت الکترونیک را مناسب و سودآور یافتند. لذا به سرمایه گذاری در مدلهایی پرداختند که به استفاده از این بستر در ارتباط بین شرکتها یاری می رسانند و در دسته B2B قرار می گیرند. از این دوره به بعد مدلهای B2B به لحاظ حجم مبادلات بر مدلهای B2C پیشی گرفتند.
در سطح جهانی سه محور عمده توسط کشورهای توسعه یافته دنیا که به سمت تک قطبی کردن جهان پیش می‌روند بعنوان محورهای استراتژیک توسعه مد نظر قرار گرفته است. در دست گرفتن شاهراه اطلاعاتی جهان بعنوان منبع قدرت، داشتن یک نفر مهره در جای‌جای این کره خاکی بعنوان منبع نفوذ و تبدیل شدن به مرکز امن سرمایه بعنوان منبع فشار. شکل گیری و توسعه کاربری اینترنت بعنوان یک ابزار اطلاعاتی جهانی با ویژگی‌های خاصی که دارد یکی از مهمترین مصادیق راهبرد اول این کشورها بوده است. در این راستا، جهانی شدن در حوزه‌هایی مانند اقتصاد، تجارت و بازرگانی از یک طرف و کاربری اینترنت و سایر ابزارهای پیشرفته ارتباطات از راه دور در این حوزه‌ها، جریانی است که در قالب این سه استراتژی دنبال می‌شود تا جریان تک قطبی شدن جهان هرچه بیشتر به نفع کشورهای پیشرفته به پیش برود. بنابراین، توسعه تجارت الکترونیکی، کسب و کار الکترونیکی و اقتصاد دیجیتالی نیز بنوعی از این روند برنامه‌ریزی شده پیروی می‌کند. از طرف دیگر از زاویه علمی نیز جریان توسعه اقتصاد و تکامل آن را به سه مرحله کلی تقسیم می‌کنند.
مرحله اول: اقتصاد بین‌المللی
در این مرحله عنصر اصلی تحرک اقتصاد را صنایع مبتنی بر مزیت نسبی شکل می‌داد. صنایع نساجی و فولاد عامل کلیدی رشد اقتصادی و ارزانی عوامل تولید بود و مواد خام اولیه برای کشورها مزیت محسوب می‌شد. ایجاد و توسعه زیر ساخت‌ها در این دوره بیشتر متمرکز بر احداث خطوط آهن، راه‌ها، جاده و ساختن فرودگاه‌ها بود.
مرحله دوم: اقتصاد جهانی شده
این مرحله از دهه 1970 آغاز شد و در دهه 1980 سرعت گرفت. این فاز که به فاز جهانی شدن معروف است به دوره‌ای اشاره دارد که با توسعه فن‌آوری اطلاعات و ارتباطات در کنار کاهش منظم و اصولی موانع تجاری در سطح جهان، شرکت‌های بزرگ اجازه یافتند که موانع موجود در فرآیند‌های تولید (نظیر مرزهای جغرافیایی) را بشکنند و در بازارهای مختلف جهان استقرار خود را نهادینه کنند. در این عصر صنایع ساخته شده یعنی صنایع خودرو،‌ ساختمان، صنایع الکترونیک و مکانیک و خرده فروشی نقش اصلی را در اقتصاد جهانی ایفا می‌کردند. دستیابی به منابع ارزان انرژی بویژه نفت و نیروی کار ارزان از عوامل کلیدی رشد اقتصادی محسوب می‌شود و شاخص رشد به حجم تولیدات صنعتی، میزان سفارشات ماشین‌آلات، ‌حجم خرده فروشی و میزان فروش خودرو تغییر می‌کند. در این دوره از عصر بین‌المللی یعنی عصری که در آن دولت‌ها برجهان حکم می‌راندند خارج می‌شویم و بازیگران جدیدی مثل سازمان‌های بین‌المللی، نهادها و مؤسسات پولی و مالی بین‌المللی،‌ شرکت‌های چند ملیتی و فراملی، جنبش‌های فرا ملی و سازمان‌های غیر دولتی در عرصه‌های اقتصادی و اجتماعی ظاهر می‌شوند.

مرحله سوم: اقتصاد دیجیتالی و یا اقتصاد بدون مرز
در سال‌های پایانی دهه 1990 نشانه‌هایی از ابعاد جدید اقتصاد بوجود آمد یعنی زمانی که فن‌آوری دیجیتالی و شبکه‌های ارتباطی امکان رشد اقتصاد بدون مرز را در بخش‌های کلیدی فراهم ساخت. کاهش قابل ملاحظه قیمت کالاهای بخش فن‌آوری اطلاعات مانند تراشه‌های رایانه‌ای، نیمه‌‌هادی‌ها، ریزپردازنده‌ها و یارانه‌های شخصی، تجهیزات ارتباطی و نرم افزارها موجب کاهش هزینه سرمایه‌گذاری در بخش‌های سرمایه‌بر شد که این امر خود موجب گسترش سرمایه‌گذاری در زیر ساخت‌ها و تولید کالاهای مربوطه گردید. در این مورد من پروژه - ریسرچایی در همین سایت بورس کالا قبلا قرار داده ام که خوانندگان می توانند آن را مطالعه کنند. شاید بهتر بود بگوئیم ابتدا تغییرات فن‌آوری موجبات توسعه نوآوری در بخش تولید کالاهای ارتباطی و اطلاعاتی شد و سپس کاهش قیمت ناشی از این نوآوری موجب ورود این صنعت به سایر بخش‌های اقتصاد و به تبع آن احساس نیاز به سرمایه‌گذاری بیشتراز سایر بخش‌های مرتبط و نهایتاً سازمان‌دهی مجدد تولید کالاهای صنعتی شد. در واقع نوآوری ایجاد شده در ریز پردازنده‌ها باعث افزایش قدرت آنها و کاهش قیمت این فن‌آوری‌ در طی 4 دهه اخیر شد. توانمندی‌ها و ظرفیت ریزپردازنده‌ها طی هر 24-18 ماه دو برابر شده و بطور مثال قیمت یک ترانزیستور از حدود 70 دلار در سال‌های نیمه دهه 1960 به کمتر از یک‌صدم قیمت رسیده است. ریز پردازنده‌های ارزان تر امکان رشد سریع تولید رایانه‌های شخصی، نرم افزارهای رایانه‌ای و تجهیزات ارتباطی را با قیمت‌های نازلتر فراهم ساخت.” تعمیق سرمایه“ در برخی کشورها موجب رشد بهره‌وری عوامل تولید شده و محرک ایجاد تغییرات اساسی در سازمان‌های تولیدی، خدماتی، گردید. این تغییرات نیز به خودی خود نقش موثری در توسعه بهره‌وری این سازمان‌ها بازی کرده است.
در جریان این تحولات بود که پدیده‌ای بنام اینترنت شکل گرفت و از کاربری آن در تجارت و کسب و کار، تجارت الکترونیکی و کسب و کار الکترونیکی پا به منصه ظهور گذاشت. بعبارت دیگر تاریخچه تجارت الکترونیکی به شکل امروزین آن ریشه در دو پدیده دارد: اینترنت و مبادله الکترونیکی داده‌ها (EDI). منشا زمانی هر دو این پدیده‌ها به دهه 1960 بازمی‌گردد. زمانی که اینترنت بطور وسیع در مراکز آموزشی و تحقیقاتی و کتابخانه‌ها مورد استفاده قرار گرفت. در دهه 1970 ظهور فرآیند انتقال الکترونیکی منابع مالی (EFT) بین بانکها ازطریق شبکه‌های خصوصی امن ،عملا بازار منابع مالی را متحول کرد. در ابتدا انتقال الکترونیکی داده‌ها که از طریق شبکه‌های ارزش افزوده انجام می‌گرفت، رسانه ارتباطی مورد استفاده شرکتهای بزرگ بود. پیشرفت غیر منتظره اینترنت زمانی شروع شد که برای اولین بار پست الکترونیکی در سال 1972 با توسعه فناوری جدید ARPANET مور استفاده قرار گرفت. این پدیده منجر به طرح نسخه جدیدی از پروتکل انتقال داده بنام TCP/IP شد. در ابتدای دهه 1980، تجارت الکترونیکی بین شرکتهای تجاری توسعه قابل توجهی پیدا کرد. در این زمان فناوری انتقال الکترونیکی پیام مانند تبادل الکترونیکی داده‌ها و پست الکترونیکی، بطور وسیعی بین شرکتهای تجاری بکار گرفته شد. فناوری‌های انتقال پیام با کاهش کاربرد کاغذ در فرآیندهای تجاری، و افزایش اتوماسیون امور، کم کم در تمامی فرآیندهای تجاری سازمانها نفوذ کرد و به مرور زمان با ارتقای کارآیی این فرآیندها، به عنوان یکی از بخش‌های لاینفک تجارت در آمد. مبادله الکترونیکی اطلاعات، زمینه انتقال الکترونیکی اسناد تجاری را برای شرکتها فراهم نمود بگونه‌ای که نیاز به دخالت انسان در این فرآیند به حداقل ممکن رسید. ظهور اینترنت امکان انجام اشکال جدیدی از تجارت الکترونیکی نظیر خدمات بهنگام را فراهم نمود. توصیه می کنم خوانندگان در فرصت های مناسب مقالات بخش تجارت الکترونیک سایت بورس کالا را مطالعه کنند. کاربرد و توسعه جهانی اینترنت، با ظهور وب جهان شمول (WWW) شروع شد. وب جهان شمول، باعث شد که تجارت الکترونیکی تبدیل به یکی از راه‌های ارزان و کم هزینه برای انجام فعالیتهای تجاری شود (صرفه‌جویی ناشی از مقیاس)، و پس از مدتی تنوع بسیار وسیعی از فعالیتهای تجاری را پوشش داد (صرفه جویی ناشی از حیطه). با همگرایی بین اینترنت و تجارت الکترونیکی و توسعه فزاینده اینترنت بعنوان ابزار فناوری تجارت الکترونیکی، بکارگیری ابزار پر هزینه مبادله الکترونیکی داده‌ها توسط شرکتها به فراموشی سپرده شد. اما با این وجود، نقش مبادله الکترونیکی داده‌ها در جهان کسب وکار را نمی‌توان نادیده گرفت.
علت اصلی کاربری فناوری اطلاعات و ارتباطات در تجارت نیز این بود که به لحاظ مسائل هزینه‌ای، لازم بود برخی از فعالیتها و فرآیندهای کسب و کار بصورت تخصصی و منفک از سایر فرآیندها انجام گیرد. در عین حال به لحاظ مسائل مشتری محوری لازم بود یکپارچگی لازم بین این فرآیندها برای تامین سیستماتیک رضایتمندی مشتری ایجاد گردد. بنابراین تخصصی کردن فرآیندهای کسب و کار با یکپارچگی لازم برای مشتری محوری در تضاد قرار گرفت. در این رابطه فناوری اطلاعات و ارتباطات این پتانسیل را برای سازمانها و شرکتهای تجاری فراهم نمود تا در عین تخصصی کردن امور و صرفه‌جویی‌های هزینه‌ای، یکپارچگی لازم بین فرآیندها برای پشتیبانی از فلسفه مشتری محوری نیز تامین شود.
پیرو الزامات و حرکتهای فوق، روند توسعه تجارت الکترونیکی به جایی رسید که اکنون چیزی قریب به 75/6 میلیارد دلار حجم تجارت الکترونیکی برای سال 2011 تخمین زده‌اند. این درحالی است که همین رقم را برای سال 2011 در سال 2009 نزدیک به 6000 میلیارد دلار پیش‌بینی می‌کردند. از رقم فوق، 3500 میلیارد دلار (8/51 درصد) مربوط به ایالات متحده آمریکا، 1600 میلیارد دلار (7/23 درصد) مربوط به آسیا-اقیانوسیه، 1500 میلیارد دلار (2/22 درصد) مربوط به اروپای غربی، 8/81 میلیارد دلار (2/1 درصد) مربوط به آمریکای لاتین و 6/68 میلیارد دلار (1 درصد) مربوط به سایر مناطق جهان است.
2.3- سیر تحولات سیستم فروش آنلاین[4],[5] :
۱۹۷۹: Michael Aldrich خرید آنلاین را اختراع کرد
۱۹۸۱: Thomson Holidays اولین خرید انلاین B2B را در بریتانیا ایجاد کرد.
۱۹۸۲: Minitel سیستم سراسر کشور را در فرانسه بوسیله France Telecom و برای سفارش گیری انلاین استفاده شده است .
۱۹۸۴: Gateshead اولین خرید انلاین B2C را بنام SIS/Tesco و خانم Snowball اولین فروش خانگی انلاین را راه انداخت .
۱۹۸۵: Nissan فروش ماشین و سرمایه گذاری با بررسی اعتبار مشتری به صورت انلاین از نمایندگی های فروش را آغاز نمود.
۱۹۸۷: Swreg شروع به فراهم اوردن ومولف های اشتراک افزار و نرم افزار به منظور فروش انلاین محصولاتشان از طریق مکانیسم حسابهای الکترونیکی بازرگانی .
۱۹۹۰: Tim Berners-Lee اولین مرورگر وب را نوشت، وب جهان گستر، استفاده از کامپیوترهای جدید
۱۹۹۴: راهبر وب گرد : Netscape در اکتبر با نام تجاری Mozilla ارایه شد . Pizza Hut در صفحه وب سفارش دادن آنلاین را پیشنهاد داد. اولین بانک آنلاین باز شد .تلاشها برای پیشنهاد تحویل گل و اشتراک مجله به صورت انلاین شروع شد . لوازم بزرگسالان مثل انجام دادن ماشین و دوچرخه به صورت تجاری در دسترس قرار گرفت . Netscape 1.0 در اواخر ۱۹۹۴ با رمزگذاری SSL که تعاملات مطمئن را ایجاد می کرد، معرفی شد.
۱۹۹۵: Jeff Bezos ، Amazon.com و اولین تجارتی ۲۴ ساعته رایگان را راه انداخت . ایستگاه های رادیوی اینترنتی رایگان، رادیو HK ورادیو های شبکه ای شروع به پخش کردند . Dell و Cisco به شدت از اینترنت برای تعاملات تجاری استفاده کردند . eBay توسط Pierre Omidyar برنامه نویس کامپیوتر به عنوان وب سایت حراج بنیانگذاری شد .
۱۹۹۸ : توانایی خریداری و بارگذاری تمبر پستی الکترونیکی برای چاپ از اینترنت . گروه Alibaba ذر چین با خدمات B2B و C2C, B2C را با سیستم خود تاییدی تاسیس شد .
۱۹۹۹: Business.com به مبلغ ۷٫۵ میلیون دلار به شرکتهای الکترونیکی فروخته شد . که در سال ۱۹۹۷ به ۱۴۹٬۰۰۰ دلار خریداری شده بود .نرم افزار اشتراک گذاری فایل Napster راه اندازی شد .فروشگاه های ATG برای فروش اقلام زینتی خانه به صورت انلاین راه اندازی شد .
۲۰۰۰: The dot-com bust
۲۰۰۲ : ای‌بی برای پی‌پال ۱٫۵ میلیون دلار بدست اورد . Niche شرکت های خرده فروشی و فروشگاه های CSN و فروشگا های شبکه ای را با منظور فروش محصولات از طریق ناحیه های هدف مختلف نسبت به یک درگاه متمرکز .
۲۰۰۳: Amazon.com اولین سود سالیانه خود را اعلان کرد .
۲۰۰۷: Business.com بوسیله R.H. Donnelley با ۳۴۵ میلیون دلار خریداری شد .
۲۰۰۹: Zappos.com توسط Amazon.com با قیمت ۹۲۸ میلیون دلار خریداری شد . تقارب خرده فروشان و خرید اپراتورهای فروش وبسایتهای خصوصی RueLaLa.com بوسیله GSI Commerce به قیمت ۱۷۰ میلیون دلار بعلاوه سود فروش از تا سال ۲۰۱۲ .
۲۰۱۰: Groupon گزارش داد پیشنهاد ۶ میلیار دلاری گوگل را رد کرده‌است. در عوض این گروه طرح خرید وب سایتهای IPO را تا اواسط ۲۰۱۱ دارد.
۲۰۱۱: پروژه تجارت الکترونیک امریکا و خرده فروشی انلاین به ۱۹۷ میلیارد دلار رسیده است که نسبت به ۲۰۱۰ افزایش ۱۲ درصدی داشته است . Quidsi.com, parent company of Diapers.comتوسط Amazon.com به قیمت ۵۰۰ میلیون بعلاوه ۴۵ میلیون بدهکاری و تعهدات دیگر خریداری شد .
فصل سوم
روش انتخاب و استقرار مدل
3.1- مقدمه
ورود به یک بازار جهانی نیازمند برنامه‌ای دقیق و حساب شده است. همانطور که در قبل اشاره شد یکی از مهم‌ترین و زیربنایی‌ترین مسائلی که باید در راه اندازی یک فروشگاه مبتنی بر وب مورد بررسی قرار گیرد، استراتژی‌های راه اندازی فروشگاه است. به طور کلی این استراتژی‌ها به دو دسته استراتژی‌های قبل از شروع فعالیت‌های تجاری در اینترنت و استراتژی‌های در حین فعالیت‌های تجاری تقسیم می شوند:
استراتژی‌های قبل از شروع فعالیت‌های تجاری[1],[6]:
این بخش شامل کلیه راهکارها و تصمیماتی است که پیش از شروع فعالیت فروش ‌باید مدنظر قرار گیرد. این بخش در حکم پایه و ستون یک ساختمان است که پی و اساس مجموعه را تشکیل می‌دهد. بنابراین در صورت اهمال‌کاری و یا عدم صرف زمان و دقت کافی در این امر در آینده لطمات زیادی را به سیستم طراحی شده وارد خواهد آورد. این قسمت شامل دو بخش عمده‌ی توسعه‌ی محصول و توسعه‌ی سایت می‌باشند.
استراتژی‌های در حین فعالیت‌های تجاری[6]:
آخرین مرحله و شاید مهمترین فاز کار را فعالیت‌های در حین فروش تشکیل می‌دهند. استراتژی‌های موجود در این بخش به دو بخش استراتژی‌های کوتاه مدت و بلند مدت تقسیم‌بندی می‌شوند :
اهداف کوتاه مدت استراتژی‌های فروش آنهایی هستند که به طورموقتی شما را در کوران فعالیت‌ها نگه می دارند. این نکته باید همواره مد نظر قراربگیرد که اینگونه استراتژی‌ها شاید بتواند برای مدت کوتاهی حضور شما را در جریان رقابت استمرار بخشد اما به هیچ وجه نمی‌تواند تضمین کننده حضور دائمتان در این عرصه باشند.
اهداف بلند مدت استراتژی‌های فروش آنهایی هستند که باعث حضور مستمر شما در جریان مبادلات می‌شود. این استراتژی‌ها هر سال با ایجاد نتایج جدید در این راه همراه خواهد بود.
امروزه حجم زیادی از مبادلات از طریق این شیوه‌ی نوین تجارت انجام می گیرد و با توجه به روند موجود ، انتظار می‌رود که چندین میلیون دلار از مبادلات بشری تا سال 2012 از طریق اینترنت انجام پذیرد.
نسخه اولیه وب‌سایت بسیاری از فروشگاههای اینترنتی درنتیجه یک خط‌مشی بازاریابی خوش‌تعریف ایجاد نشده‌است ، بلکه این نسخه از وب‌سایت‌ها تنها پاسخی است به رشد سریع بازار. تصمیم‌گیری برای ایجاد اولیه وب‌سایت، عملی انفعالی است که در پاسخ به توسعه سایت‌های شرکت‌های دیگر یا نیاز مشتریان ایجاد شده است. پس از گذشت چند سال از کارکرد وب‌سایت، کارمندان و مدیران ارشد شرکت کارایی آن را زیر سوال می‌برند و اینجا دقیقا نقطه‌ای است که بحث خط‌مشی‌های بازاریابی خود را نشان می‌دهد. هنگام بحث در رابطه با خط‌مشی‌های بازاریابی اینترنتی، خوب است بدانید که خط‌مشی‌های اینترنتی، چیزی ورای تمرکز روی خط‌مشی‌‌های توسعه یک وب‌سایت است.
یکی از بخشهای مهم تجارت الکترونیک سیستم پرداخت است. برای پرداختی به دور از اشکال بر شبکه جهانی وب, یک سیستم پرداخت می بایست علاوه بر دارا بودن امکانات تکنولوژیکی مناسب از قبیل کارت‌های هوشمند،کارت‌های اعتباری , چک‌های الکترونیکی ، پول‌های الکترونیکی و... باید از لحاظ امنیتی نیز قابل اطمینان باشد . استفاده از شیوه های مبهم سازی اطلاعات مبادله شده‌ی کارت‌های اعتباری ، استفاده از امضای الکترونیکی ، استفاده از پروتکل‌های SSL و SET ، استفاده از تکنیک‌های رمزگذاری ، استفاده از کیف‌های الکترونیکی دارای نگهبان و... از جمله روش‌های امنیتی مطرح در این زمینه می‌باشد. طراحی وب سایت با توجه به سلایق و نیازهای مشتریان از عوامل مهم در موفقیت یک تجارت الکترونیک است. بدیهی است که ابتکار فروشنده در بکار بردن راهکارهای مناسب برای متقاعد کردن بازدید کننده در خرید از طریق وب , بطور مثال وجود عکس و اطلاعات لازم در مورد محصول ضروری است. همچنین می‌بایست در مورد نحوه‌ی جذب و حفظ مشتریان با توجه به خصوصیات یک بازار رقابتی جهانی به راهکارهایی موثر و کارا اندیشید. استفاده از قلم‌های متناسب با موضوع فعالیت، انتخاب مناسب رنگ‌ها با توجه به خصوصیات فرهنگی، استفاده از فاکتورهای جذاب مانند گرافیک تصویری مناسب ، توزیع متناسب اطلاعات و عکس‌ها ، ایجاد محیط‌های تعاملی مانند گروه‌های بحث و تبادل افکار و بسیاری از نکات دیگرمی تواند در جذب و متقاعد کردن مشتری به خرید از سایت شما موثر باشد[7].

3.2- انواع تجارت الکترونیک[8] :
تجارت الکترونیک را میتوان از حیث تراکنش‌ها به انواع مختلفی تقسیم نمود که بعضی از آنها عبارتند از :
ارتباط بنگاه و بنگاه (B2B) : به الگویی از تجارت الکترونیکی گویند، که طرفین معامله بنگاه‌ها هستند .
ارتباط بنگاه و مصرف کننده (B2C) : به الگویی از تجارت الکترونیک گویند که بسیار رایج بوده و ارتباط تجاری مستقیم بین شرکتها و مشتریان می‌باشد .
ارتباط مصرف کننده‌ها و شرکتها (C2B) : در این حالت اشخاص حقیقی به کمک اینترنت فراورده‌ها یا خدمات خود را به شرکتها میفروشند .
ارتباط مصرف‌کننده با مصرف‌کننده (C2C) : در این حالت ارتباط خرید و فروش بین مصرف‌کنندگان است .
ارتباط بین بنگاه‌ها و سازمان‌های دولتی (B2A) : که شامل تمام تعاملات تجاری بین شرکتها و سازمانهای دولتی می‌باشد . پرداخت مالیاتها و عوارض از این قبیل تعاملات محسوب می‌شوند
ارتباط بین دولت و شهروندان (G2C) : الگویی بین دولت و توده مردم می‌باشد که شامل بنگاه‌های اقتصادی، موسسات دولتی و کلیه شهروندان می‌باشد . این الگو یکی از مولفه‌های دولت الکترونیک می‌باشد .
ارتباط بین دولت‌ها (G2G) : این الگو شامل ارتباط تجاری بین دولتها در زمینه‌هایی شبیه واردات و صادرات می‌باشد .
در ادامه به بررسی و توضیح انواع تجارت الکترونیک پرداخته ایم:
3.2.1- تجارت B2B:
این نوع تجارت رد و بدل اطلاعات تجاری بین دو تاجر یا دو شرکت می باشد .تاجر اول که خود تولیدکننده است و در سایت خود تصویر و توضیحات کالا را قرار داده و امکان برقراری تماس مستقیم خود را با ارائه تلفن ، فاکس ، پست الکترونیک و ... ایجاد می کند .تاجر دوم که خریدار است ولی خود مصرف کننده نیست و درنظر دارد این کالا را به تنهایی یا به همراه کالاهای دیگر به مشتری مصرف کننده و به صورت عمده بفروشد .خرید و فروش در این سیستم به صورت عمده می باشد .
ارسال و دریافت پول از طریق سیستم سنتی (عموما بانک ها و از طریق گشایش اعتبار) است .حمل وتحویل کالا به روش سنتی (عموما از طریق کشتی ، کانتینر و یا هواپیما ) است .
مشخصه های عمده این نوع تجارت 3 مطلب است :
حذف واسطه و دلال های بین تولید کننده و خریدار اصلی .
امکان جستجو و تحقیق بسیار سریع برای خریدار جهت دستیابی به کالای با کیفیت و بهای مناسب .
امکان دریافت اطلاعات و نظرات خریدار جهت تولید کننده پس از فروش کالا به این ترتیب می تواند کیفیت کالای خود را مطابق ایده های خریدار تغییر دهد .
مثال این نوع تجارت در تجارت سنتی ایران مثل فروش کالای کارخانه های تولید لوازم خانگی به فروشگاه ها می باشد همچنین نمونه ای دیگر از این نوع تجارت ، عملکرد شرکتی است که از این شبکه برای انجام سفارش به تولید کنندگان دریافت پیش فاکتورو فاکتور خرید و همچنین پرداخت هزینه های استفاده از EDI انجام می شود ولی در واقع از پنج یا شش سال پیش به شکل امروزی خود درآمده است . شرکت Cisco یکی از اولین شرکت های بزرگی بود که در جولای 1996 سایت تجارت الکترونیکی خود را راه اندازی کرد بعد از آن که تلاش جدی بقیه شرکتها برای چنین امری آغاز شد . یک ماه بعد Microsoft نرم افزار تجاری خود را که امکان انجام فروش از طریق اینترنت را می داد به بازار عرضه کرد اکنون زمان آن بود که مسائل مالی و بانکی نیز مطرح شود .
سپس IBM یک سیستم شبکه اقتصادی راه اندازی کرد و شروع به بازاریابی برای استراتژی های تجارت الکترونیکی خود کرد . شرکت نیز با همکاری شرکت First Data Crop و برای رقابت با IBM سیستم MSFDC را به بازار عرضه کرد .
3.2.2- تجارت : B2C
بیشترین سهم در انجام تجارت الکترونیکی از نوع B2C را خرده فروشی تشکیل می دهد . تجارت بین فروشنده و خریدار که در حال حاضر جزو متداول ترین تراکنش ها در حیطه تجارت الکترونیکی بر روی اینترنت است و یک نوع B2C محسوب می شود این نوع تجارت به معنای ارتباط مستقیم مصرف کننده تنهایی با تاجر یا تولید کننده و پرداخت بهای کالا از طریق اینترنت می باشد .تاجر یا تولید کننده در سایت تصویر وتوضیحات وبهای کالا را قرار داده و امکان خرید آن را به صورت مستقیم (online) را بری مصرف کننده ایجاد می کند . خرید و فروش در این سیستم به صورت تک فروشی می باشد . ارسال و دریافت پول از طریق یک واسطه بنام سیستم بانکی تجاری انجام می شود از سوی دیگر حمل کالا از طریق پست یا توسط خود شرکت انجام می گیرد .
مشخصه های عمده این نوع تجارت 3 مطلب زیر است :
حذف واسطه بین تولید کننده ومصرف کننده .
پرداخت مبلغ مورد نیازبه سهولت و از پشت کامپیوتر شخصی خود با داشتن کارت قابل شناسایی سیستم بانکی (merchant account) و صرفه جویی در وقت و هزینه .
امکان ارتباط مستقیم مصرف کننده با تولید کننده درجهت دریافت نظرات مصرف کننده نسبت به کالاهای ارائه شده .
مبالغ دراین نوع تجارت برا ی هر تراکنش پائین بوده و به عنوان تک فروشی باید باشد زیرا :
الف ) مشتری جهت خرید مستقیم (online) برای پرداخت مبالغ بالا به این روش ، ریسک نمی کند .
ب ) سیستم بانکی تجاری بابت ارائه این سرویس درصدی از هر معامله کم کرده و به تولید کننده بازپرداخت می کند.
این نوع تجارت با گسترش WEB به سرعت افزایش کرد و اکنون به راحتی می توان انواع واقسام از شیرینی گرفته تا اتومبیل و نرم افزارهای کامپیوتری را از روی اینترنت خریداری کرد .
B2C از حدود 5 سال پیش با راه اندازی سایت هایی چون Amazon وCDNOW آغاز شد. اغراق نیست اگر پیشگام درامر B2C (راجف بزوس) بدانیم که در سال 1994 شرکت Amazon را بنا نهاد . وی که یک تاجر کم تجربه در امر خرده فروشی بود سایت خود را فقط به هدف فروش کتاب از طریق اینترنت را ه اندازی کرد . این ایده ساده مقدمه ای بود برای تحولی در تجارت جهانی .
3.2.2.1- مزایای تجارت الکترونیک از نوع B2C:
تجارت الکترونیکی یک فناوری برای تغییر است شرکت هایی که از آن به هدف ارتقاء سیستم فعلی خود استفاده می کنند از مزایای آن به طور کامل بهره نخواهند برد . بیشترین امتیازات تجارت الکترونیکی نصیب سازمانهایی خواهد شد که می خواهند روش و ساختار تجارت خود را تغییرداده و آن را با تجارت الکترونیکی همگون سازند . از دید خریداران فروشگاه های الکترونیکی ، مهمترین امتیازاتی که می توان به تجارت الکترونیکی منسوب کرد عبارتند از :
کاتالوگ و مشخصات کالاها به سهولت قابل دسترسی و مشاهده بوده و مشتری همچنین قادر است بر اساس ویژگیهای متعدد (همچون نام ، نوع ، رنگ ، وزن ، قیمت ...) کالای مورد نظر خود را جستجو کند . توضیح کالاها می تواند به همراه تصاویر متعدد بوده و در عین حال می توان شامل تصاویر 3 بعدی نیز باشد که مشتری از زوایای گوناگون کالای مورد نظر را مشاهده می کند .
کالاها وخدمات می تواند توسط بقیه خریداران نظر دهی شوند و مشتری قادر است از نظرات بقیه خریداران درمورد کالای مورد نظر خود مطلع شوند .خرید از فروشگاه می تواند به صورت 24 ساعته و در تمام روزهای هفته انجام گیرد .بعضی از محصولات (همچون نرم افزار، کتابهای الکترونیکی ، موسیقی ، فیلم و...) در همان زمان خرید قابل دریافت از سایت فروشگاه هستند .کالاها معمولا از فروشگاههای فیزیکی ارزانترخواهند بود(به علت کم بودن هزینه های سربار فروشگاه و زیاد بودن تعداد خریداران) .
فشار و استرس از یک فروشگاه فیزیکی ، به هنگام خرید از یک فروشگاه الکترونیکی وجود نخواهد داشت .مقایسه انواع گوناگون یک کالای خاص در فروشگاه های مختلف می تواند به راحتی انجام گیرد . فاصله این فروشگاه ها به اندازه یک click است .خریدار قادر است تمام فروشگاه ها را برای یافتن مناسب ترین قیمت برای کالا مورد نظر خود جستجو کند .خریدار پس از انتخاب کالا به سادگی و با فشردن چند کلید قادر به انجام سفارش و پرداخت هزینه ها بوده و بعد از مدت معینی کلای خریداری شده خود را در منزل دریافت خواهد کرد .بعد از دریافت کالا ، اگر مشکلی درکالای دریافت شده موجود باشد ، خریدار می تواند به سایت فروشگاه مراجعه کرده و از امکانات ارجاع کالا استفاده کند .
3.2.2.2- روش های ایجاد یک تجارت الکترونیک از نوع [9]B2C :
اجزای اصلی یک تجارت الکترونیکی از نوع B2C تشکیل شده از یک فروشگاه الکترونیکی که به شکل صفحات متعدد WEB ساخته شده و توسط مرورگرهای مشتریان مورد استفاده قرار می گیرد ، و یک سرویس دهنده WEB که تمام مسائل مدیریتی فروشگاه و هر آنچه که از دید مشتریان به دور است به واسطه آن انجام خواهد گرفت . به غیر از این دو جزء اصلی بسیاری از فروشگاه های الکترونیکی ، نیازمند یک بانک اطلاعاتی نیز هستند تا مشخصات کالاها ، مشتریان و اطلاعات دیگر را در آن ذخیره کنند .همچنین اجزای فرعی دیگری نیز ممکن است بنا به ویژگی های فروشگاه مورد نیاز باشند از جمله این اجزا می توان از ابزار پردازش پرداخت های مشتریان و همچنین ابزارهایی برای ارسال محصولات و خدمات از طریق اینترنت نام برد .
3.2.3- تجارت :C2C
انجام مزایده و مناقصه کالاها از طریق اینترنت ، در این گروه از تجارت الکترونیکی می گنجد نمونه ای از این نوع تجارت الکترونیکی که در حال حاضر به سرعت در حال رشد است را می توان در سایت ebay مشاهده کرد .
3.2.4 - تجارت B2A :
این نوع تجارت شامل تمام تراکنشهای تجاری ، مالی بین شرکت ها و سازمان های دولتی است . تامین نیازهای دولت توسط شرکت ها و پرداخت عوارض و مالیات ها از جمله مواردی است که می توان در این گروه گنجاند . این نوع تجارت الکترونیک در حال حاضر دوران کودکی خود را می گذارند ولی در آینده ای نزدیک و بعد از آن که دولت ها به ارتقاء ارتباطات خود به واسطه تجارت الکترونیکی توجه نشان دهند به سرعت رشد خواهد کرد[10] .
3.2.5- تجارتC2A :
این گروه هنوز پدیدار نشده است ولی به دنبال رشد انواع B2C وB2A دولت ها احتمالا تراکنش های الکترونیکی را به حیطه هایی همچون جمع آوری کمک های مردمی ، پرداخت مالیات بر درآمد و هرگونه امور تجاری دیگری که بین دولت و مردم انجام می شود گسترش خواهند داد .
3.2.6- تجارت:B2G
این نوع تجارت رد وبدل کردن اطلاعات تجاری بین تاجر تولید کننده و دولت است . تاجر تولید کننده ، تصویر و توضیحات کالا را قرار می دهد وامکان تماس مستقیم با خود را با ارائه تلفن ، فکس ، پست الکترونیک و... ایجاد می کند . بعدا دولت به عنوان مصرف کننده برای واحدهای تحت پوشش خود کالا را خریداری می نماید .
خرید و فروش در این سیستم به صورت عمده و ارسال ودریافت پول از طریق سیستم سنتی (عموما بانک ها) می باشد ، همچنین حمل وتحویل کالا به روش سنتی (عموما از طریق کشتی ، کانتینر و یا هواپیما) می باشد .
مشخصه های عمده این نوع تجارت عبارتند از :
حذف واسطه ها و دلال ها بین تولید کننده و دولت .
امکان جستجو و تحقیق بسیار سریع برای دولت جهت دستیابی به کالای با کیفیت و بهای مناسب .
امکان ارتباط مستقیم بین تولید کننده جهت دریافت نظرات دولت نسبت به کالای ارائه شده .
3.2.7- تجارت G2B:
این نوع تجارت ردوبدل کردن اطلاعات تجاری بین دولت به عنوان تولید کننده کالاو تاجر به عنوان خریدار کالا است . دولت به عنوان تولید کننده کالا مشخصات و تصاویر کالا را در سایت خود قرار داده و تاجر به عنوان خریدار کالا عمل می کند ولی بدیهی است خود مصرف کننده نیست و وی در نظر دارد این کالا را به تنهایی و یا به همراه کالاهای دیگر به مشتری مصرف کننده و به صورت تک فروشی بفروشد .
مشخصه های این نوع تجارت :
حذف واسطه و دلال های بین دولت و تاجر
امکان ارتباط مستقیم بین دولت وتاجرجهت دریافت نظرات تاجرنسبت به کالای ارائه شده .[11]
3.2.8- تجارت G2C :
این نوع تجارت دریافت بهای خدمات و کالای تولید شده توسط دولت از مصرف کننده است . دولت به عنوان مصرف کننده یک سری خدمات و کالاهای انحصاری به مصرف کننده امکان پرداخت بهای آن را به صورت مستقیم (online) می دهد .
دریافت پول از طریق یک واسطه به نام سیستم بانکی تجاری (merchant account) انجام می شود . ارائه خدمات و کالاها به طریق سنتی انجام می شود .
مشخصه بارز این نوع تجارت عبارتست از :
پرداخت مبلغ مورد نیاز به سهولت و از پشت کامپیوتر شخصی خود با داشتن کارت قابل شناسایی سیستم بانکی تجاری و صرفه جویی در وقت و انرژی مثل پرداخت قبوض آب ، برق ، تلفن ، گاز ، مالیات و ...
3.2.9- تجارت الکترونیکی به صورت فروش روی یک خط[12] :
تجارت الکترونیکی به طور دقیق انجام کارهای تجاری به صورت خط یا خرید و فروش محصولات و خدمات از طریق ویترین های وب است . کالاهایی که به این شکل خرید و فروش می شوند کالاهای فیزیکی مانند اتومبیل و یا خدمات تنظیم برنامه مسافرت ، مشاور پزشکی روی خط و یا آموزش از را ه دور است نوع دیگر کالا که به شکلی روزافزون به روی شبکه اینترنت خرید و فروش می شود کالای رقمی است . اخبار ، صورت تصویر ، پایگاه داده ، نرم افزار و تمام محصولات مبتنی بر دانش مثال هایی از کالای رقمی است . بدین ترتیب تجارت الکترونیک همانند فروش کاتالوگ یا فروش خانگی از طریق تلویزیون به نظر می رسد.
3.3- مدل های تجارت الکترونیکی[13,14] :
3.3.1- مدل Store front :
امروزه خرید online از امور روزمره در دنیا به شمار می رود که در عین حال از محبوبیت بسیاری نیز برخوردار است طبق آمار موجود در پایان سال 2005، 60 درصد از کاربران اینترنت به صورت online خرید کرده اند . مدل را می توان تداعی گر کلمه e-businss در ذهن کاربران دانست ، زیرا اکثر آنها واژهe-businss را معادلStore front می دانند . این مدل با ادغام اعمالی چون پردازش تراکنش ها مسائل امنیتی ، امور مربوط به پرداخت های onlineو ذخیره سازی اطلاعات ، فروشندگان اینترنتی را قادر به فروش کالا و خدمتشان بر روی وب کرده است که می توان این اعمال را پایه و اساس تبادلات مستقیم تجاری بر روی اینترنت دانست . برای اداره سایت های مبتنی بر این مدل لازم است تا فروشندگان ، لیستی از محصولات خود را در قالب کاتولوگ هایی در اختیار مشتریان قرار داده و سفارشات آن ها از طریق وب سایتی که به همین منظور طراحی شده دریافت می کنند . بسیاری از شرکت ها از روشی مشابه بنامEDI استفاده می کنند که این روش با استاندارد کردن مسائلی چون صورت پرداخت ها ، صورت حسابها و.... امان ایجاد نوعی اطلاعات بین مشتریان و شرکت های تجاری به صورت الکترونیکی را دراختیار می گذارد .
3.3.2- مدل Dynamic Pricing :
وب همان گونه که روش های تجارت را دگرگون کرد تغییراتی در نحوه قیمت در نحوه قیمت گذاری کالاها نیز ایجتد نمود . کمپانی های هم چون Priceline(http://www.priceline.com) و Imadia(http://www.imadia.com) این امکان را برای مشتریان فراهم ساخته اند تا قیمتهای پیشنهادی خود را درموردکالاها و خدمات بیان کنند . بسیاری از سایت ها با استفاده از راهبردهای منتخب در شرکت یا دیگر سایت ها و همچنین ارائه تبلیغات تجاری ، محصولات خود را با قیمتی مناسب و بسیار نازل و یا حتی رایگان عرضه می کنند . مبادله خدمات و ایجاد تحقیقات از دیگر روش های مورد استفاده شرکت ها برای جلوگیری از افزایش قیمت ها ست .
3.3.3- مدل Name-Your-Price :
مدل تجاری Name-Your-Price این امکان را دراختیار مشتریان قرارمی دهد تا قیمت کالا و سرویس های مورد نظرشان را تعیین کند سایتwww.priceline.com مثال مناسبی در این مورد است . بسیاری از شرکت هایی که از این مدل تجارت تبعیت می کنند با پیشگامان عرصه هایی چون حمل ونقل ، واگذاری اعتبار و صنایعی دیگر از این دست ، دارای نوعی مشارکت هستند . این صنایع پس از دریافت بهای مطلوب مشتری تصمیم به فروش کالا و یا خدمات خود می گیرند .
3.3.4- مدل Comparison Pricing :
مدل Comparison Pricing این امکان را برای مشتری فراهم می سازد تا با جستجو درمیان تمامی تجار اینترنتی ، کالا و یا خدمات دلخواهشان را با نازل ترین بها بیابند (همان طور که در سایت Bottomdollar.com) ، مشاهده خواهید کرد که این سایت ها غالبا درآمد خود را از راه شراکت با برخی از تجار به خصوص بدست می آورند . بدین ترتیب شما باید در استفاده از این خدمات دقت کنید زیرا الزاما پایین ترین قیمت موجود بر روی وب را دریافت نکرده اید . این در حالی است که دیگر سایتهای مشابه به امید کسب مشتریان بیشتر معروفترین فروشگاه های اینترنتی را جستجو می کند.
3.3.5- مدل مبادلات پایاپای Bartering :
یکی دیگر از روش های مدیریتی معمول در زمینه تجارت الکترونیکی مبادله خدمات پایاپای محصولات است سایت Ubarter.com(http://www.ubarter.com) سایتی است که درآن مشتریان معمولی و کمپانی های مختلف می توانند محصولات خود را در ازای دریافت کالاهای مطلوبشان بفروش برسانند . فروشنده یک پیشنهاد اولیه با هدف انجام یک مبادله پایاپای با خریدار و به منظور جلب موافقت نهایی مشتری ارائه می کند . مجموعه عظیمی از محصولات و خدمات موجود در این سایت با استفاده از همین روش قابل معامله هستند .
3.3.6- عرضه محصولات و خدمات رایگان :
بسیاری از کارآفرینان ، مدل تجاریشان را بر روی جریان تبلیغات بازرگانی استوار می سازند . شبکه های تلویزیونی ، ایستگاههای رادیویی ، مجلات ، رسانه های چاپی و غیره با سرمایه گذاری بر روی تبلیغات کسب درآمد می کنند . بسیاری از این سایت ها که معرفی خواهد شد به منظور انجام مبادلات پایاپای محصولات و خدمات با کمپانی های دیگر دارای نوعی مشارکت هستند .
سایت (http://www.iwon.com) یک سایت پر مخاطب است . این سایت مخاطبان را درقرعه کشی شرکت داده و هدایایی را به برندگان اختصاص می دهد .
سایت Freelotto.com سایت دیگری است که با تکیه بر درآمدی که از راه تبلیغات نصیب آن می شود جوایز گرانبهایی را به بازدید کنندگان عرضه می کند .
3.3.7- سرویس های ارائه خدمات مسافرتی online
هم اکنون کاربران وب قادرهستند به جستجوی و انجام مقدمات امور مسافرتی خود و به صورت Online بپردازند و بدین وسیله مبالغ کمتری را بابت انجام این گونه امور مصرف کنند . اطلاعاتی که قبلا تنها در آژانس های مسافرتی قابل دسترسی بود امروز بر روی وب ارائه می شود شما پایین ترین قیمت ها ، مناسب ترین زمان ها و بهترین صندلی ها خالی موجود مطابق با شرایط خودتان را به راحتی بر روی وب خواهید یافت .
3.3.8- انواع سایت های پرتال :
سایت های پرتال به بازدید کنندگان امکان می دهند تا تقریبا هر چیزی را که در جستجوی آن هستید در یک محل پیدا کنند این سایت ها معمولا حاوی اخبار ، وقایع ورزشی ، گزارش وضعیت هوا و همچنین امکان جستجو در وب هستند . بیشتر مردم هنگامی که واژه پرتال را می شنیدند ، اغلب به یاد موتورهای جستجو می افتادند . درواقع موتورهای جستجو ، نوعی از پرتال یعنی پرتال افقی هستند این گونه پرتال ها اطلاعات را درمجموعه بسیار گسترده ای از موضوعات مختلف جمع آوری می کنند .
نوع دیگر پرتال که به «پرتال عمودی» معروف است اطلاعات را درمجموعه خاصی از موضوعات جمع آوری می کند به عبارت ساده تر ، پرتالهای افقی ، عمومی و پرتال های عمودی تخصصی هستند .
خرید های online بخش عمده ای از سایت های پرتال را به خود اختصاص می دهند . سایت های پرتال به کاربران کمک می کنند تا اطلاعات زیادی را درمورد اقلام مورد جستجوی خود جمع آوری کرده و برخلاف برخی از بازارچه های خرید online امکان برگشت و گذار مستقل در فروشگاههای مختلف را در اختیار آنها قرارمی دهند برای مثال Yahoo! به کاربران اجازه می دهد . تا گشتی در سایت های مختلف بزنند ، اما امکان خرید اجناس و پرداخت بهای آن تنها از طریق Yahoo! امکان پذیر است .
سایت About.com به کمک سرویس ویژه ای موسوم به Site Guide که به مانند یک نماینده خرید برای کاربران انجام وظیفه می کند تجربه منحصر به فردی را در اختیار کاربران قرار می دهد . بهره گیری از امکانات سایت های پرتال جهت خرید online برای اکثر کاربران جالب است . هریک از سایت های پرتال تجربه تقریبا متفاوتی را دراختیار قرار می دهند .برخی دیگر از سایت های پرتال بابت درج پیوند فروشندگان ، مبالغی را از آن ها دریافت می کنند در حالی که این عمل در برخی دیگر از سایت ها به صورت رایگان انجام می پذیرد .برای نمونه سایت Goto.com به ازای هر فرآیند “Click-Thtough” که از جانب خریداران انجام می شود صورت حسابی را برای فروشنده مربوطه ارسال می کنند .سایت های دیگری هم ، چون About .com وAltavista.com از ارسال صورت حساب بابت تبلیغ کالاها و خدمات شرکت های عرضه کننده خودداری می کنند اما در این سایت ها پرداخت بهای کالاها و خدمات تنها از طریق آنها صورت می گیرد به این ترتیب بخشی از سود حاصل از خرید نصیب آن ها می شود .
142875800100003.4- برنامه زمانبندی استقرار:

فصل چهارم
طراحی سیستم
4.1- مقدمه ای بر رفتار خریدار و سیستمهای جذب مشتری[16]:
مدل‌های استانداردی برای رفتار خریدار توسط Booms(1981)& Bettman(1979) ارائه شده است. این ویژگی‌ها روی پاسخ مشتریان به پیام‌های بازاریابی تاثیرگذار است. برای یک بازاریاب اینترنتی، مرور فاکتورهایی که روی رفتار افراد تاثیر می‌گذارد بسیار حائز اهمیت است زیرا ممکن است لازم باشد که یک وب سایت بتواند خود را با مشتریان با فرهنگ‌های مختلف و پس‌زمینه‌های اجتماعی متفاوت هماهنگ سازد. همچنین ممکن است کاربران، سطوح تجربی متفاوتی را در استفاده از وب داشته باشند.
مطالعات نشان داده است که شبکه جهانی وب توسط گروه‌های مختلف کاربران به گونه‌های مختلفی استفاده می‌شود. Lewis &Lewis(1997) پنج دسته متفاوت از این کاربران وب را مشخص نموده‌اند:
: Direct Information Seekers
این کاربران به دنبال محصول، بازار یا اطلاعات کافی در رابطه با جزییات لوازم کلوپ‌های فوتبال و غیره می‌گردند. این نوع کاربران تمایل دارند که در استفاده از وب، تجربه کسب نمایند و مهارت‌های کافی در استفاده از موتورهای جستجو و دایرکتوری‌ها را بدست آورند. بررسی‌های شبکه جهانی وب GUV ( www.guv.gatech.edu) داده است که این افراد روش متمرکزتری برای استفاده از اینترنت دارند.
: Undirected Information Seekers
این کاربران، کاربرانی هستند که اغلب surfers نامیده می‌شوند. این کاربران بیشتر تمایل دارند که به جستجو روی اینترنت بپردازند و اغلب مراجعات آنها به سایت ها توسط hyperlink ها انجام می شود. اعضای این گروه، عموما افرادی تازه کار هستند( اما لزوما این گونه نیست) و احتمال اینکه روی تبلیغات bannerکلیک کنند بسیار بیشتر است.
: Directed Buyers
این خریدارها در هنگام خرید محصولات خاص به صورت برخط عمل می کنند. برای چنین کاربرانی، broker یا Cyber me diaries که ویژگی های محصولات و قیمت ها را مقایسه می کنند، محل های مهمی محسوب می شوند که اغلب به آن ها رجوع می کنند.
: Bargain hunters
این کاربران به دنبال تبلیغات فروشی مانند ارائه نمونه های مجانی یا انعام هستند. به عنوان نمونه، سایت cybergold (www.cybergold.com) به کاربرانی که تبلیغات هدفمند آن ها را بخوانند، پول ناچیزی می دهد.
: Entertainment Seekers
این ها کاربرانی هستند که به دنبال ایجاد تراکنش با وب به هدف سرگرمی و لذت بردن با وارد شدن به مسابقات یا سرگرمی ها می باشند .
هنگام طراحی یک سایت وب، توجه به فراهم آوردن اطلاعات و رهنمودهای هدایت کننده برای هر دسته از کاربرانی که در دسته مخاطبان نهایی قرار می گیرند، بسیار مفید می باشد. یک سایت خرده فروشی باید تمامی انواع کاربرانی که در بالا به آنها اشاره شد را در نظر بگیرند. در حالیکه ملاقات کنندگان یک سایت B2B اغلب Direct Information Seekers و خریدارها هستند. گرچه اینطور فرض می شود که کاربران در دسته های فوق قرار می گیرند، ولی ویژگی های کاربران می تواند بسته به اینکه در حال حاضر به چه هدفی از اینترنت ( سرگرمی یا کار) استفاده می کنند، تغییر نماید.
روش دیگر نگرش به رفتار مشتری در استفاده از وب سایت می تواند به پذیرش آن‌ وب سایت بستگی داشته باشد. فرایند ایجادسازگاری kotler(2005) از مراحل زیر تشکیل شده‌است:
1- آگاهی
2- علاقه
3- ارزیابی
4- آزمایش
5- سازگاری
حرکت کاربران در این گام‌ها مورد بررسی قرار گرفته است. این مدل برای سایت‌هایی که بسیار به آن‌ها رجوع می‌شود، مناسب است و برای مشتری که تنها یک بار سایتی را ملاقات می‌کند، مناسب نیست. نقش اینترنت در پشتیبانی از مشتریان در مراحل مختلف فرایند خرید باید درنظر گرفته شود. شکل 1-4 نشان می‌دهد که چگونه اینترنت می‌تواند برای پشتیبانی از مراحل مختلف فرایند خرید به کار رود. براساس تحلیلی که توسط Berthon انجام شده است، کارایی سنتی روابط با استفاده از وب سایت به تدریج از گام 1 به 6 افزایش می‌یابد. بررسی هر مرحله از فرایند خرید که در شکل 1-4 نشان داده شده است، می‌تواند مفید بودن اینترنت را زمانیکه در مراحل مختلف پشتیبانی از هدف‌های بازاریابی بکار می‌رود، نشان دهد.

شکل 1-4 استفاده از اینترنت برای مراحل مختلف خرید
4.2- ارائه یک مدل برنامه ریزی خطی برای بررسی رفتار کاربر:
یکی از قسمتهای اصلی تشکیل دهنده وب کاوی ، کاوش نحوه استفاده از وب است که خود در بر گیرنده مبحث بررسی رفتار کاربر میباشد.در حال حاضر وب سایتهای اینترنتی بزرگترین منبع تولید داده ها در دنیا میباشند که در آنها این داده ها در اشکال مختلفی نظیر متن ، عکس و سایر فرمتهای صوتی و تصویری تولید میشوند. با توجه به محدودیت توانایی های انسان ، حتی دیدن این حجم از داده ها هم برای بشر امکان پذیر نمیباشد. از این رو برای درک و استفاده موثر از این داده ها نیازمند به کار گیری الگوریتم ها و ابزارهای وب کاوی هستیم .یکی از قسمتهای اصلی تشکیل دهنده وب کاوی ، کاوش نحوه استفاده از وب سایت است که میتوان با بررسی رفتار مشتری به این امر دست یافت.هدف از این بخش ارائه مدلی جهت یافتن محتملترین مسیر حرکت مشتریان در سایت است که اهمیت بسیاری در بازاریابی اینترنتی دارد . شایان ذکر است که امروزه بسیاری از سایتها از چنین مدلهایی برای تشخیص نیازمندی مشتریان استفاده نموده و به عنوان مثال در دوره های زمانی مشخص ، محصولات مورد نیاز شما را به صورت ایمیل و یا کاتالوگهای اینترنتی ارسال مینمایند. از جمله معروفترین این سایتها میتوان به ebay و یا Alibaba اشاره نمود که با وجود تفاوتهای کاربری بسیار زیاد از بسیار مشابهی در زمینه تحلیل رفتار مشتری استفاده مینمایند.
4.2.1- تاریخچه مدلسازی بر روی رفتار مشتری :
برای تحلیل رفتار مشتری از مدلهای آماری و احتمالی مختلفی به منظور تشکیل الگوهای مسیر حرکت کاربران در وب سایتهای اینترنتی استفاده شده است.
بستاوروس در سال 2001 و زاکرمن و همکاران در سال 2003 از مدلهای مارکوفی برای پیش بینی صفحات بعدی درخواست شده به وسیله کاربران با در نظر گرفتن صفحات قبلی بازدید شده به وسیله آنها استفاده کرده اند. هابرمن و همکاران در سال 2005 یک روش قدم زنی تصادفی را برای مدل سازی تعداد صفحات درخواست شده به وسیله کاربران در یک وب سایت خاص به کار برده اند. سیدز و همکاران در سال 2007 نشاد داده اند که مدلهای سفارش اولیه مارکوف ، ابزار توانمندی برای کمک به دسته بندی انواع مختلف مشتریان میباشند. تمرکز تحقیقات مذکور و بیشتر کارهای انجام شده در زمینه علوم کامپیوتر بر روی پیش بینی با استفاده از الگوریتم های پنهان کننده ، دسته بندی و یا تولید کننده میباشد.
والری در سال 2009 به مدل سازی و شبیه سازی مشتری پرداخته و بیشتر مدل سازی یک مشتری منحصر به فرد مد نظر وی بوده است. این نوع مدل برای پیش بینی زمان مشاهده بعدی ، کل زمان مشاهده صرف شده برای مشاهده بعدی و زمان صرف شده برای مشاهده محصولات متفاوت به کار میرود. در این پروژه - ریسرچروشهای مختلف پیشبینی نیز مورد بحث و بررسی قرار میگیرند. دیوزینگر و هابر در سال 2010 به توصیف یک مطالعه موردی میپردازند که به وسیله ASK.net و شرکت SAS آلمان انجام شده است که هدف آن تقویت حضور در وب سایت و کسب دانایی در مورد مشتریان میباشد. گلدفارب تقاضای موجود برای ورودیهای اینترنتی را با استفاده از داده های جریان کلیک بیش از 2654 کاربر تخمین میزند. وی روش گوتدگنی و لیتل را برای فهم بهتر انتخاب ورودی های اینترنتی به مار میبرد. سیسمیرو و بایکلین در سال 2010 رفتار مشتریان مراجع به یک وب سایت را با استفاده از داده های ذخیره شده در فایلهای ثبت وقایع سرور آن وب مدل سازی کرده اند. در این مدل دو جنبه رفتار بازدید تست شده :
تصمیم مراجعه کنندگان به ادامه بازدید (از طریق ثبت نام و یا ارائه درخواست صفحات اضافه) و یا تصمیم به خروج از سایت.
مدت زمان صرف شده برای بازدید از هر صفحه.
4.2.2- مدل سازی :
4.2.2.1- انتخاب مدل مناسب برای مساله :
بعد از مروری کلی بر روی مساله مورد بحث ، مدل زنجیره ایمارکوف به عنوان مدلی مناسب برای حل مساله تحقیق انتخاب میگردد. در مواردی که محققان از مدلهای مارکوفی برای پیشبینی مسیر حرکت یک کاربر استفاده نموده اند به این مساله اشاره شده که صفحهk ام مشاهده شده به وسیله فرد اساسا وابسته به محتوا و خصوصیات موجود در صفحه k-1 ام انتخاب شده به وسیله وی میباشدکه این خود نشان دهنده صحت استفاده از مدلهای مارکوف درجه یک است.
در ادامه با در نظر گرفتن مدل مارکوف درجه 1 به عنوان مدلی مناسب برای مدل سازی این مساله به تعریف پیشامد بازدید یک کاربر از سایت با استفاده از این مدل میپردازیم. با فرض اینکه وب سایت ما دارای N صفحه متمایز است ، این پیشامد شامل توالی صفحات مشاهده شده به وسیله کاربر در بازدید که ممکن است در این مسیر بازدید یک صفحه مشخص چندین بار مشاهده شود. برای نشان دادن پیشامد رفتار بازدید از متغیرهای … KL، K3، K2، K1 استفاده میکنیم که در آن اندیس L نشان دهنده تعداد صفحات مشاهده شده به وسیله وی میباشد. با فرض مشاهده L صفحه از وب سایت توسط کاربر مورد نظر ، متغیر های تصادفی … KL، K3، K2، K1 نشان دهنده نوع صفحات انتخابی در مسیر طی شده به وسیله کاربر در یک بازدید وی میباشند. در اینجا برای نشان دادن هر پیشامد مسیر حرکت یک کاربر ، علاوه بر نمایش توالی صفحات طی شده به وسیله وی ، برای نمایش ورود و خروج به وب سایت از یک گره مجازی (0) استفاده میشود که گره بعد از آن در ابتدای مسیر ، نشان دهنده اولین صفحه مشاهده شده به وسیله کاربر و گره قبل از آن در انتهای مسیر نشان دهنده آخرین صفحه مشاهده شده به وسیله وی میباشد. به این ترتیب برای هر پیشامد مسیر بازدید یک کاربر از سایت داریم : 0K1=KL= که در آن L برابر تهداد صفحات مشاهده شده به وسیله وی از سایت در این بازدید به اضافه 2 میباشد. اگر کاربر وارد وب سایت شده و به ترتیب از صفحات 1و2و5و1 بازدید کند و از وب سایت خارج شود ، پیشامد بازدید وی مطابق شکل 2-4 نمایش داده میشود :

شکل 2-4 : نمایش پیشامد بازدید

شکل 3-4 : پیشامد بازدید برای یک کاربرخاص در حالت کلی


با توجه به تعاریف ارائه شده ، بدیهی است که همواره متغیر L بزرگتر از 2 میباشد و همچنین برای مدل سازی تابع هدف ، پیشامد کلی شکل 3-4 را برای یک کاربر خاص در نظر گرفته و رابطه احتمالی آن را مینویسیم:
PA=PK1=0,K2=k2,K3=k3,……,Kl-1=kl-1,Kl=0=P0Kl-1*PKl-1Kl-2*……*PK3K2*PK20 با توجه به رابطه احتمالی به دست آمده ، هدف ما یافتن مقدارهایی برای متغیر تصادفی K به گونه ای است که احتمال کل یا همان P(A) حداکثر شود.
4.2.2.2- مدل ریاضی پیش بینی مسیر حرکت یک کاربر
در ادامه برای یافتن max{k1,k2,….,kl}P(K) با استفاده از برنامه ریزی صفر و یک ، ابتدا تابع هدف P(K) را که با استفاده از مدل زنجیره مارکوف درجه 1 مدل سازی میشود ، با به کار گیری تبدیل مناسب به تابع هدف روش برنامه ریزی صفر و یک تبدیل میکنیم. سپس محدودیتهای این مدل برنامه ریزی را نوشته و مدل نهایی را میابیم.
4.2.2.3- مدل سازی تابع هدف برنامه ریزی صفر و یک
فرض کنید وب سایت ما 10 صفحه متمایز دارد. مسیر حرکت موجه در شکل زیر نمایش داده شده است. در این پیشامد فردی در یک بار بازدید خود از وب سایت ابتدا وارد سایت شده و صفحه 2 را به عنوان اولین صفحه مشاهده میکند. سپس به ترتیب صفحات 7و2و7و4 را دیده و از سایت خارج میشود. مسیر و گراف حرکت این کاربر معادل شکل 4-4 میباشد.

شکل 4-4 : مسیر و گراف حرکت کاربری با ترتیب صفحات 2و7و2و7و4
برای مدل سازی تابع هدف این مساله با فرض اینکه پارامتر n برابر تعداد صفحات وب سایت باشد ، متغیر عدد صحیح xij را برابر با تعداد دفعات حرکت کاربر از صفحه i به صفحه j تعریف میکنیم . بنابر این در مثال فوق داریم :
X02=1 , x27=2 , x72=1 , x74=1 , x40=1
For all other i,j xij=0
maxPa=maxk1,k2,….,klPK = maxk1,k2,….,klP{K1=0,K2=k2,….Kl-1=kl-1,Kl=0=maxk1,k2,…,klP0Kl-1PKl-1Kl-2……PK3K2PK20 به این ترتیب ابتدا به نظر میرسد که مسئله ما یک مساله برنامه ریزی عدد صحیح میباشد . اما یک ویژگی بسیار مهم در مدلهای مارکوفی درجه 1 ، مدل ما را به یک مدل برنامه ریزی صفر و یک تبدیل میکند. ویژگی مذکور به شرح زیر است :
در مدل مارکوف درجه 1 ، هر مسیر دارای گره تکراری به جز گره صفر قابل تبدیل به مسیر بدون گره تکراری بجز گره صفر با مقدار تابع هدف بیشتر میباشد.

شکل 5-4 : پیشامد بازدید عمومی S که دارای حداقل یک گره تکراری k است.
برای اثبات این ادعا شکل 5-4 را در نظر بگیرید که پیشامد بازدید عمومی S را که حداقل دارای یک گره تکراری k است ، نشان میدهد. این پیشامد بازدید عمومی را میتوان به سه بخش اصلی افراز کرد. بخش A که در برگیرنده توالی صفحات طی شده در این پیشامد از ابتدا تا قبل از اولین گره k است. بخش B که در بر گیرنده خود دو تکرار گره k و تمامی گره های بین این دو تکرار است و در نهایت بخش c که در بر گیرنده توالی صفحات مشاهده شده بعد از دومین گره k تا انتهای این پیشامد بازدید عمومی است. احتمال رخ دادن پیشامد عمومی S به شرح زیر است.
PS=P0Kl…PKnK*PKKn-2….PKKm *PKmKm-1….PK10حال اگر قسمت B را که در بر گیرنده هر دو گره تکراری و کلیه گره های بین آنهاست از پیشامد عمومی S حذف کرده و فقط یک گره k را جایگزین آن کنیم پیشامد S| حاصل میشود که در شکل 6-3 نمایش داده شده است :
PS|=P0Kl…PKnK*PKKm *PKmKm-1….PK10
شکل 6-4: مشاهده جریان حرکتی کاربر
با توجه به این مطلب که احتمال همواره مقداری بین صفر و یک دارد ، داریم :
PkKm>PKKn-2….PKKmپس میتوان نتیجه گرفت که همواره PS|>PS است.
همانطوری که دیدیم با حذف دو گره تکراری و تمامی گره های بین آنها و جایگزینی یک گره از همان نوع به جای آنها پیشامدی با احتمال وقوع بیشتر حاصل شد. حال اگر به ازای تمامی گره های تکراری این پیشامد ، این کار را انجام دهیم در نهایت یک پیشامد بازدید بدون گره تکراری با مقدار احتمال وقوع بیشتری نسبت به تمام پیشامدهای قبلی حاصل میشود و ویژگی مذکور به اثبات رسیده است.
با توجه به ویژگی مذکور در میابیم که جوابها با xij های بزرگتر از یک گرچه ممکن است موجه باشند اما هرگز بهینه نیستند. بنابر این برای یافتن جواب بهینه مسئله برنامه ریزی عدد صحیح قبلی کافی است جواب مسئله برنامه ریزی صفر و یک جدید را یافت چرا که جواب بهینه مسئله برنامه ریزی صفر و یک جدید قطعا جواب بهینه مسئله برنامه ریزی عدد صحیح قبل هم میباشد.
در این حالت متغیر جدید xij در صورتی که کاربر از صفحه i به j رفته باشد برابر 1 و در غیر این صورت برابر 0 خواهد بود. برای محاسبه تابع هدف P(K) برای این پیشامد جدید با استفاده از مدل زنجیره مارکوف درجه 1 داریم.
P(K)= P(K1=0, K2=2, K3=7, K4=4, K5=0)=P|k
با استفاده از مدل زنجیره مارکوف درجه 1 احتمال پیشامد بالا برابر است با :
P|k=P(0|4)p(4|7)P(7|2)P(2|0) =>
ln P|k=ln(p(0|4))+ln(P(4|7))+ln(P(7|2))+ln(P(2|0)) =>
ln P|k=x40 ln(f(0|4)) + x74ln(f(4|7)) + x27ln (f(7|2)) + x02 ln(f(2|0))
بنابر این در حالت کلی برای هر توالی ممکن (موجه) از صفحات بازدید شده میتوان تابع هدف صفر و یک زیر را تعریف نمود :
F=lnPK=lnPk/=j=0ni=0nxijln⁡(fji)lnfji=pijF=lnPk/=j=0ni=0nPijxijmaxF ≡min-Fmin-F=min(-j=0ni=0nPijxij)cij=-pijmin-F=minj=0ni=0ncijxij لازم به ذکر است که در اینجا منظور از f(j|i) ، درایه واقع در سطر i ام و ستون j ام ماتریس انتقال مدل مارکوف درجه یک برای کاربر مورد نظر است که برابر احتمال رفتن از صفحه i ام به صفحه j ام میباشد و با ساتفاده از فراوانی نسبی حرکت کاربر از صفحه iام به صفحه jام نسبت به کل حرکات او در لاگ فایلهای سرور مورد نظر محاسبه میشود.
مدل سازی محدودیتهای برنامه ریزی صفر و یک
با در نظر گرفتن گراف مسیر طی شده در مثال قبل میتوان کلیه محدودیتهای این مساله برنامه ریزی صفر و یک را به این صورت بیان نمود :
در هیچ یک از مسیرهای بازدید موجه این مساله ، یک صفحه خاص چند بار پشت سر هم بلافاصله مشاهده نمیشود. در واقع تکرار چند بار پشت سر هم و بلافاصله یک صفحه خاص در یک مشاهده بازدید را یک بار مشاهده آن در نظر میگیریم . در واقع در گراف مسیر بازدید ، لوپ (حلقه) به طول صفر نداریم (شکل 7-3). در واقع داریم : xij=0 if i=j
در طول مسیر بازدید به هر گره ای که وارد میشویم باید بتوانیم از آن خارج شویم :
i=0nxik=j=0nxkj , k=0,1,…,nهر پیشامد مسیر بازدید از گره مجازی صفر شروع و به آن هم ختم میشود :
i=0nxi0=1محدودیت زیر که همان محدودیت شروع از گره مجازی صفر است ، خود به خود و با در نظر گرفتن محدودیتهای 2 و3 با هم همواره برقرار میباشد.
i=0nx0j=1در هیچ یک از مسیرهای موجه برای این مساله برنامه ریزی صفر و یک مسیر بدون گره صفر نداریم.
yi=j=0nxij for all ii∈k/j∈kxij≥yhS=0,1,2,…,nfor each h∈K/,K∁S and 0∈KK/=S-Kمحدودیت حذف کلیه جواب ها با گره های تکراری به شرح زیر است
Yi={0,1} for all i
در نهایت کلیه متغیرهای Xijاز نوع عدد صفر و یک میباشند
Xij={0,1} for all i , j
4.2.3- استفاده از خروجی مدل :
با استفاده از جواب مساله فوق میتوان به تحلیل علایق مشتریان و تعیین اهداف اصلی آنها برای مراجعه به سیستم پرداخت ، با مشخص شدن علایق مشتریان میتوان صفحه ورودی سایت را به گونه ای طراحی نمود که به Cookie های موجود بر روی سیستم کاربر حساس بوده و با توجه به مشخصات کاربر ، محصولات متفاوتی را در این صفحه نشان دهد به عنوان یک مثال عملی برای این مطلب میتوان به سایت Ebay.com اشاره نمود. همچنین میتوان به صورت دوره های روزانه و هفتگی بسته به نوع علایق مشتریان آنها را از جدیدترین محصولات و جدیدترین لیست قیمت برای محصولات مورد علاقه از طریق سامانه پیام کوتاه و یا Email آگاه نمود. البته در صورت بازاریابی و معرفی محصول به مشتریان از طریق Email حتما میبایستی قواعد ارسال ایمیل گروهی را رعایت کرد چرا که در صورت ازدیاد ایمیل های ارسالی امکان شناخته شدن سرور سایت به عنوان Spamer افزایش میابد. میتوان از سایت Alibaba.com به عنوان یک مثال برای این نوع بازاریابی نام برد.
4.3- شرایط کیفی لازم برای سرور وب سایت[16]:
در اینجا به بیان برخی ویژگیهای لازم برای سیستم سرور وب سایت میپردازیم. لازم به ذکر است که وجود برخی از این ویژگیها مهم و حیاتی است و برخی دیگر از اهمیت کمتری برخوردارند. جدول 1-4 به بیان مشخصه های لازم به همراه درجه اهمیت آنها برای سرور وب سایت و بانک اطلاعاتی انبار و مشتریان میپردازد.
جدول 1-4 : مشخصه های لازم به همراه درجه اهمیت آنها برای سرور وب سایت
اهمیت پایین اهمیت کمتر مهم بسیار مهم ویژگی
قابل استفاده
امنیت
کارایی
دقت سیستم
قابلیت اطمینان
قابلیت تعمیر
انعطاف پذیر

—c879

مسئول مالی بازرگانی فاکتور محصولات ارسالی را صادر و برای مشتری ارسال می نماید.
مسئول فروش تأییدیه رسید محصولات را از مشتری اخذ و آن را ثبت می نماید.
Actor Jobs
مشتری تقاضای خرید محصول
قسمت فروش بررسی موجودی انبار
صدور ثبت سفارش
ارسال ثبت سفارش به انبار
هماهنگی با باربری
اخذ تأییدیه رسید محصول
قسمت مالی بازرگانی بررسی وضعیت حساب مشتری
صدور فاکتور
مدیر بازرگانی تصویب (تأیید)ثبت سفارش
انباردار ارسال محصول به مشتری
صدور و ارسال مدارک لازم برای بازرگانی
باربری تحویل گرفتن درخواست ارسال وسیله نقلیه
فصل دوم
ادبیات موضوع
تاریخچه تجارت الکترونیک
تجارت الکترونیک و به تبع ، مدلهای تجارت الکترونیک اولین بار در اوایل دهه 70 ( میلادی) ارایه شدند. در این دوره استفاده از مدلهای تجارت الکترونیک بسیار گران بود و عموم کاربران آن را ، شرکتهای بزرگ مالی و بانکها و گاهی شرکتهای بزرگ صنعتی تشکیل می دادند.EFT (Electronic Fund Transfer) از اولین نمونه های مدلهای تجارت الکترونیک مورد استفاده بود که به منظور ارتباط مالی بین موسسات مالی مورد استفاده قرار می گرفت. کاربرد تجارت الکترونیک در این دوره دشوار بود.
به علاوه نیاز به سرمایه گذاریهای سنگین برای تهیه بستر موردنیاز آن لازم بود. لذا محدوده کاربرد آن به موسسات مالی و شرکتهای بزرگ محدود می شد. در مرحله بعد استاندارد EDI (Electronic Data Interchange) ایجاد شد که تعمیمی ازمدل نقل و انتقالات مالی و بانکی با استفاده از ابزارهای نوپای اطلاعاتی ، بود. با این تفاوت که EDI ، امکان استفاده و بهره برداری در سایر انواع مبادلات تجاری را نیز دارا بود. EDI باعث شد تا دامنه کاربرد مدلهای تجارت الکترونیک ، از محدوده موسسات بزرگ مالی به ابعاد وسیعتری گسترش بیابد. در این دوره EC با IOS ها (Inter Organization Sys--) پیوند خورد و مدلهایی کاربردی و گسترده ایجاد نمود. مدلهای تجارت الکترونیک در این دوره برای فعالیتهایی نظیر رزرو بلیط هواپیما و معاملات سهام مورد استفاده قرار گرفتند. با این وجود پیاده سازی مدلهای تجارت الکترونیک بر اساس EDI نیز سنگین و هزینه بر بود. نیاز به سرمایه گذاری بسیار، برای آموزش پرسنل و تهیه بسترهای لازم وجود داشت. لذا تنها شرکتهای بزرگ بودند که می توانستند به ایجاد مدلهایی بر اساس آن بپردازند.
در نیمه اول دهه 90 ، اینترنت گسترش بسیاری پیدا کرد و به تدریج از حیطه دانشگاهی و نظامی خارج شد و کاربران بسیار زیادی در بین همه افراد جامعه ها پیدا کرد. گسترش World Wide Web و استانداردها و پروتکل های مربوطه از یک طرف باعث جذب هر چه بیشتر کاربران به اینترنت شد و استفاده از ابزارهای IT در این زمینه را عمومی نمود و از طرف دیگر این امکان را برای شرکتها و موسسات ایجاد کرد که به گونه ای آسان و کم هزینه ، به انجام فرآیند اطلاع رسانی بپردازند. مدلهای تجارت الکترونیکی متنوعی در این دوره ایجاد شده و مورد استفاده قرار گرفتند. تجارت الکترونیک به تدریج رونق گرفت و مدلهای تجارت الکترونیک به عنوان دسته ای از مدلهای دنیای تجارت ، مطرح شدند. ایجاد بسترهای مناسب و ارزان برای تجارت الکترونیک و رشد کاربران این بسترها از دلایل رشد سریع تجارت الکترونیک در این دوره بود. رشد فشارهای رقابتی بین شرکتها نیز از دیگر دلایل توجه شرکتها به مدلهای تجارت الکترونیک بود.
مدلهای مطرح شده در این زمان ، مدلهای تجارت الکترونیکی ساده و اولیه بودند. به عبارت دیگر استفاده از تجارت الکترونیک در ساده ترین سطح آن انجام می شد. مشکلات فنی و نقایص موجود به علاوه ناآشنایی کاربران و شرکتها که مانع سرمایه گذاری آنها می شد، باعث گردید تا در این دوره تنها مدلهای اولیه تجارت الکترونیک مورد استفاده قرار گیرند. این مدلها معمولا فقط به اطلاع رسانی به مشتریان خود در مورد شرکت و محصولات آن محدود می شدند. به تدریج و با گذر زمان ، شناخت کاربران و شرکتها از مزایای مدلهای تجارت الکترونیک افزایش یافت. از طرف دیگر مسایل فنی و تکنولوژی مورد استفاده نیز به مرور ارتقاء پیدا کردند. در نتیجه این مسایل، به تدریج مدلهای تجارت الکترونیکی تکامل یافته و مدلهای جدید و پیچیده تری، ایجاد شده و مورد استفاده قرار گرفتند.
در نیمه دوم دهه 90 ( میلادی) کاربران و شرکتها به صورت روزافزونی با نوآوری ها و ارتقاء تکنولوژی اطلاعاتی به عنوان بستر مدلهای تجارت الکترونیک روبرو شدند. در این دوره یکی از مهمترین تحولات در اینترنت، به عنوان یکی از بسترهای تجارت الکترونیک،رخ داد. این تحول افزوده شدن قابلیت پردازش به مسایل اطلاعاتی بود. وجود قابلیت پردازش امکانات زیادی را برای تجارت الکترونیک ایجاد نمود و باعث گسترش مدلهای تجارت الکترونیک و افزایش کارآیی این مدلها گردید. در این دوره مدلهای تجارت الکترونیک و حجم مبادلات انجام شده توسط این مدلها به صورت نمایی رشد پیدا کرد. عموم شرکتهای بزرگ و موفق که موفقیت خود را مدیون مدلهای تجارت الکترونیکی بوده اند، در نیمه دوم دهه 90 پا به عرصه وجود نهاده اند.
تا اواخر دهه نود میلادی عموم مدلهای تجارت الکترونیکی با تاکید بر مصرف کننده نهایی شکل گرفته بودند و در دسته B2C ( Business to Consumer) قرار می گرفتند. ولی به تدریج و با محیا شدن فرصتها و امکان استفاده جدی، شرکتهای بزرگ نیز استفاده از مدلهای تجارت الکترونیک را مناسب و سودآور یافتند. لذا به سرمایه گذاری در مدلهایی پرداختند که به استفاده از این بستر در ارتباط بین شرکتها یاری می رسانند و در دسته B2B (Business to Business) قرار می گیرند. از این دوره به بعد مدلهای B2B به لحاظ حجم مبادلات بر مدلهای B2C پیشی گرفتند.
در سطح جهانی سه محور عمده توسط کشورهای توسعه یافته دنیا که به سمت تک قطبی کردن جهان پیش می‌روند بعنوان محورهای استراتژیک توسعه مد نظر قرار گرفته است. در دست گرفتن شاهراه اطلاعاتی جهان بعنوان منبع قدرت، داشتن یک نفر مهره در جای‌جای این کره خاکی بعنوان منبع نفوذ و تبدیل شدن به مرکز امن سرمایه بعنوان منبع فشار. شکل گیری و توسعه کاربری اینترنت بعنوان یک ابزار اطلاعاتی جهانی با ویژگی‌های خاصی که دارد یکی از مهمترین مصادیق راهبرد اول این کشورها بوده است. در این راستا، جهانی شدن در حوزه‌هایی مانند اقتصاد، تجارت و بازرگانی از یک طرف و کاربری اینترنت و سایر ابزارهای پیشرفته ارتباطات از راه دور در این حوزه‌ها، جریانی است که در قالب این سه استراتژی دنبال می‌شود تا جریان تک قطبی شدن جهان هرچه بیشتر به نفع کشورهای پیشرفته به پیش برود. بنابراین، توسعه تجارت الکترونیکی، کسب و کار الکترونیکی و اقتصاد دیجیتالی نیز بنوعی از این روند برنامه‌ریزی شده پیروی می‌کند. از طرف دیگر از زاویه علمی نیز جریان توسعه اقتصاد و تکامل آن را به سه مرحله کلی تقسیم می‌کنند.
مرحله اول: اقتصاد بین‌المللی
در این مرحله عنصر اصلی تحرک اقتصاد را صنایع مبتنی بر مزیت نسبی شکل می‌داد. صنایع نساجی و فولاد عامل کلیدی رشد اقتصادی و ارزانی عوامل تولید بود و مواد خام اولیه برای کشورها مزیت محسوب می‌شد. ایجاد و توسعه زیر ساخت‌ها در این دوره بیشتر متمرکز بر احداث خطوط آهن، راه‌ها، جاده و ساختن فرودگاه‌ها بود.
مرحله دوم: اقتصاد جهانی شده
این مرحله از دهه 1970 آغاز شد و در دهه 1980 سرعت گرفت. این فاز که به فاز جهانی شدن معروف است به دوره‌ای اشاره دارد که با توسعه فن‌آوری اطلاعات و ارتباطات در کنار کاهش منظم و اصولی موانع تجاری در سطح جهان، شرکت‌های بزرگ اجازه یافتند که موانع موجود در فرآیند‌های تولید (نظیر مرزهای جغرافیایی) را بشکنند و در بازارهای مختلف جهان استقرار خود را نهادینه کنند. در این عصر صنایع ساخته شده یعنی صنایع خودرو،‌ ساختمان، صنایع الکترونیک و مکانیک و خرده فروشی نقش اصلی را در اقتصاد جهانی ایفا می‌کردند. دستیابی به منابع ارزان انرژی بویژه نفت و نیروی کار ارزان از عوامل کلیدی رشد اقتصادی محسوب می‌شود و شاخص رشد به حجم تولیدات صنعتی، میزان سفارشات ماشین‌آلات، ‌حجم خرده فروشی و میزان فروش خودرو تغییر می‌کند. در این دوره از عصر بین‌المللی یعنی عصری که در آن دولت‌ها برجهان حکم می‌راندند خارج می‌شویم و بازیگران جدیدی مثل سازمان‌های بین‌المللی، نهادها و مؤسسات پولی و مالی بین‌المللی،‌ شرکت‌های چند ملیتی و فراملی، جنبش‌های فرا ملی و سازمان‌های غیر دولتی در عرصه‌های اقتصادی و اجتماعی ظاهر می‌شوند.

مرحله سوم: اقتصاد دیجیتالی و یا اقتصاد بدون مرز
در سال‌های پایانی دهه 1990 نشانه‌هایی از ابعاد جدید اقتصاد بوجود آمد یعنی زمانی که فن‌آوری دیجیتالی و شبکه‌های ارتباطی امکان رشد اقتصاد بدون مرز را در بخش‌های کلیدی فراهم ساخت. کاهش قابل ملاحظه قیمت کالاهای بخش فن‌آوری اطلاعات مانند تراشه‌های رایانه‌ای، نیمه‌‌هادی‌ها، ریزپردازنده‌ها و یارانه‌های شخصی، تجهیزات ارتباطی و نرم افزارها موجب کاهش هزینه سرمایه‌گذاری در بخش‌های سرمایه‌بر شد که این امر خود موجب گسترش سرمایه‌گذاری در زیر ساخت‌ها و تولید کالاهای مربوطه گردید. در این مورد من پروژه - ریسرچایی در همین سایت بورس کالا قبلا قرار داده ام که خوانندگان می توانند آن را مطالعه کنند. شاید بهتر بود بگوئیم ابتدا تغییرات فن‌آوری موجبات توسعه نوآوری در بخش تولید کالاهای ارتباطی و اطلاعاتی شد و سپس کاهش قیمت ناشی از این نوآوری موجب ورود این صنعت به سایر بخش‌های اقتصاد و به تبع آن احساس نیاز به سرمایه‌گذاری بیشتراز سایر بخش‌های مرتبط و نهایتاً سازمان‌دهی مجدد تولید کالاهای صنعتی شد. در واقع نوآوری ایجاد شده در ریز پردازنده‌ها باعث افزایش قدرت آنها و کاهش قیمت این فن‌آوری‌ در طی 4 دهه اخیر شد. توانمندی‌ها و ظرفیت ریزپردازنده‌ها طی هر 24-18 ماه دو برابر شده و بطور مثال قیمت یک ترانزیستور از حدود 70 دلار در سال‌های نیمه دهه 1960 به کمتر از یک‌صدم قیمت رسیده است. ریز پردازنده‌های ارزان تر امکان رشد سریع تولید رایانه‌های شخصی، نرم افزارهای رایانه‌ای و تجهیزات ارتباطی را با قیمت‌های نازلتر فراهم ساخت.” تعمیق سرمایه“ در برخی کشورها موجب رشد بهره‌وری عوامل تولید شده و محرک ایجاد تغییرات اساسی در سازمان‌های تولیدی، خدماتی، گردید. این تغییرات نیز به خودی خود نقش موثری در توسعه بهره‌وری این سازمان‌ها بازی کرده است.
در جریان این تحولات بود که پدیده‌ای بنام اینترنت شکل گرفت و از کاربری آن در تجارت و کسب و کار، تجارت الکترونیکی و کسب و کار الکترونیکی پا به منصه ظهور گذاشت. بعبارت دیگر تاریخچه تجارت الکترونیکی به شکل امروزین آن ریشه در دو پدیده دارد: اینترنت و مبادله الکترونیکی داده‌ها (EDI). منشا زمانی هر دو این پدیده‌ها به دهه 1960 بازمی‌گردد. زمانی که اینترنت بطور وسیع در مراکز آموزشی و تحقیقاتی و کتابخانه‌ها مورد استفاده قرار گرفت. در دهه 1970 ظهور فرآیند انتقال الکترونیکی منابع مالی (EFT) بین بانکها ازطریق شبکه‌های خصوصی امن (Secure Private Networks)، عملا بازار منابع مالی را متحول کرد. در ابتدا انتقال الکترونیکی داده‌ها که از طریق شبکه‌های ارزش افزوده (Value Added Network) انجام می‌گرفت، رسانه ارتباطی مورد استفاده شرکتهای بزرگ بود. پیشرفت غیر منتظره اینترنت زمانی شروع شد که برای اولین بار پست الکترونیکی در سال 1972 با توسعه فناوری جدید ARPANET مور استفاده قرار گرفت. این پدیده منجر به طرح نسخه جدیدی از پروتکل انتقال داده بنام IP/TCP شد. در ابتدای دهه 1980، تجارت الکترونیکی بین شرکتهای تجاری توسعه قابل توجهی پیدا کرد. در این زمان فناوری انتقال الکترونیکی پیام مانند تبادل الکترونیکی داده‌ها و پست الکترونیکی، بطور وسیعی بین شرکتهای تجاری بکار گرفته شد. فناوری‌های انتقال پیام با کاهش کاربرد کاغذ در فرآیندهای تجاری، و افزایش اتوماسیون امور، کم کم در تمامی فرآیندهای تجاری سازمانها نفوذ کرد و به مرور زمان با ارتقای کارآیی این فرآیندها، به عنوان یکی از بخش‌های لاینفک تجارت در آمد. مبادله الکترونیکی اطلاعات، زمینه انتقال الکترونیکی اسناد تجاری را برای شرکتها فراهم نمود بگونه‌ای که نیاز به دخالت انسان در این فرآیند به حداقل ممکن رسید. ظهور اینترنت امکان انجام اشکال جدیدی از تجارت الکترونیکی نظیر خدمات بهنگام را فراهم نمود. توصیه می کنم خوانندگان در فرصت های مناسب مقالات بخش تجارت الکترونیک سایت بورس کالا را مطالعه کنند. کاربرد و توسعه جهانی اینترنت، با ظهور وب جهان شمول (WWW) شروع شد. وب جهان شمول، باعث شد که تجارت الکترونیکی تبدیل به یکی از راه‌های ارزان و کم هزینه برای انجام فعالیتهای تجاری شود (صرفه‌جویی ناشی از مقیاس)، و پس از مدتی تنوع بسیار وسیعی از فعالیتهای تجاری را پوشش داد (صرفه جویی ناشی از حیطه). با همگرایی بین اینترنت و تجارت الکترونیکی و توسعه فزاینده اینترنت بعنوان ابزار فناوری تجارت الکترونیکی، بکارگیری ابزار پر هزینه مبادله الکترونیکی داده‌ها توسط شرکتها به فراموشی سپرده شد. اما با این وجود، نقش مبادله الکترونیکی داده‌ها در جهان کسب وکار را نمی‌توان نادیده گرفت.
علت اصلی کاربری فناوری اطلاعات و ارتباطات در تجارت نیز این بود که به لحاظ مسائل هزینه‌ای، لازم بود برخی از فعالیتها و فرآیندهای کسب و کار بصورت تخصصی و منفک از سایر فرآیندها انجام گیرد. در عین حال به لحاظ مسائل مشتری محوری لازم بود یکپارچگی لازم بین این فرآیندها برای تامین سیستماتیک رضایتمندی مشتری ایجاد گردد. بنابراین تخصصی کردن فرآیندهای کسب و کار با یکپارچگی لازم برای مشتری محوری در تضاد قرار گرفت. در این رابطه فناوری اطلاعات و ارتباطات این پتانسیل را برای سازمانها و شرکتهای تجاری فراهم نمود تا در عین تخصصی کردن امور و صرفه‌جویی‌های هزینه‌ای، یکپارچگی لازم بین فرآیندها برای پشتیبانی از فلسفه مشتری محوری نیز تامین شود.
پیرو الزامات و حرکتهای فوق، روند توسعه تجارت الکترونیکی به جایی رسید که اکنون چیزی قریب به 75/6 میلیارد دلار حجم تجارت الکترونیکی برای سال 2011 تخمین زده‌اند. این درحالی است که همین رقم را برای سال 2011 در سال 2009 نزدیک به 6000 میلیارد دلار پیش‌بینی می‌کردند. از رقم فوق، 3500 میلیارد دلار (8/51 درصد) مربوط به ایالات متحده آمریکا، 1600 میلیارد دلار (7/23 درصد) مربوط به آسیا-اقیانوسیه، 1500 میلیارد دلار (2/22 درصد) مربوط به اروپای غربی، 8/81 میلیارد دلار (2/1 درصد) مربوط به آمریکای لاتین و 6/68 میلیارد دلار (1 درصد) مربوط به سایر مناطق جهان است.
سیر جهانی تجارت الکترونیک :
۱۹۷۹: Michael Aldrich خرید آنلاین را اختراع کرد
۱۹۸۱: Thomson Holidays اولین خرید انلاین B2B را در بریتانیا ایجاد کرد.
۱۹۸۲: Minitel سیستم سراسر کشور را در فرانسه بوسیله France Telecom و برای سفارش گیری انلاین استفاده شده است .
۱۹۸۴: Gateshead اولین خرید انلاین B2C را بنام SIS/Tesco و خانم Snowball در ۷۲ اولین فروش خانگی انلاین را راه انداخت .
۱۹۸۵: Nissan فروش ماشین و سرمایه گذاری با بررسی اعتبار مشتری به صورت انلاین از نمایندگی های فروش
۱۹۸۷: Swreg شروع به فراهم اوردن ومولف های اشتراک افزار و نرم افزار به منظور فروش انلاین محصولاتشان از طریق مکانیسم حسابهای الکترونیکی بازرگانی .
۱۹۹۰: Tim Berners-Lee اولین مرورگر وب را نوشت، وب جهان گستر، استفاده از کامپیوترهای جدید
۱۹۹۴: راهبر وب گرد : Netscape در اکتبر با نام تجاری Mozilla ارایه شد . Pizza Hut در صففحه وب سفارش دادن انلاین را پیشنهاد داد. اولین بانک انلاین باز شد .تلاشها برای پیشنهاد تحویل گل و اشتراک مجله به صورت انلاین شروع شد . لوازم بزرگسالان مثل انجام دادن ماشین و دوچرخه به صورت تجاری در دسترس قرار گرفت . Netscape 1.0 در اواخر ۱۹۹۴ با رمزگذاری SSL که تعاملات مطمئن را ایجاد می کرد، معرفی شد.
۱۹۹۵: Jeff Bezos ، Amazon.com و اولین تجارتی ۲۴ ساعته رایگان را راه انداخت . ایستگاه های رادیوی اینترنتی رایگان، رادیو HK ورادیو های شبکه ای شروع به پخش کردند . Dell و Cisco به شدت از اینترنت برای تعاملات تجاری استفاده کردند . eBay توسط Pierre Omidyar برنامه نویس کامپیوتر به عنوان وب سایت حراج بنیانگذاری شد .
۱۹۹۸ : توانایی خریداری و بارگذاری تمبر پستی الکترونیکی برای چاپ از اینترنت . گروه Alibaba ذر چین با خدمات B2B و C2C, B2C را با سیستم خود تاییدی تاسیس شد .
۱۹۹۹: Business.com به مبلغ ۷٫۵ میلیون دلار به شرکتهای الکترونیکی فروخته شد . که در سال ۱۹۹۷ به ۱۴۹٬۰۰۰ دلار خریداری شده بود .نرم افزار اشتراک گذاری فایل Napster راه اندازی شد .فروشگاه های ATG برای فروش اقلام زینتی خانه به صورت انلاین راه اندازی شد .
۲۰۰۰: The dot-com bust
۲۰۰۲ : ای‌بی برای پی‌پال ۱٫۵ میلیون دلار بدست اورد . Niche شرکت های خرده فروشی و فروشگاه های CSN و فروشگا های شبکه ای را با منظور فروش محصولات از طریق ناحیه های هدف مختلف نسبت به یک درگاه متمرکز .
۲۰۰۳: Amazon.com اولین سود سالیانه خود را اعلان کرد .
۲۰۰۷: Business.com بوسیله R.H. Donnelley با ۳۴۵ میلیون دلار خریداری شد .
۲۰۰۹: Zappos.com توسط Amazon.com با قیمت ۹۲۸ میلیون دلار خریداری شد . تقارب خرده فروشان و خرید اپراتورهای فروش وبسایتهای خصوصی RueLaLa.com بوسیله GSI Commerce به قیمت ۱۷۰ میلیون دلار بعلاوه سود فروش از تا سال ۲۰۱۲ .
۲۰۱۰: Groupon گزارش داد پیشنهاد ۶ میلیار دلاری گوگل را رد کرده‌است. در عوض این گروه طرح خرید وب سایتهای IPO را تا اواسط ۲۰۱۱ دارد.
۲۰۱۱: پروژه تجارت الکترونیک امریکا و خرده فروشی انلاین به ۱۹۷ میلیارد دلار رسیده است که نسبت به ۲۰۱۰ افزایش ۱۲ درصدی داشته است . Quidsi.com, parent company of Diapers.comتوسط Amazon.com به قیمت ۵۰۰ میلیون بعلاوه ۴۵ میلیون بدهکاری و تعهدات دیگر خریداری شد .
انواع تجارت الکترونیک :
تجارت الکترونیک را میتوان از حیث تراکنش‌ها(Transactions) به انواع مختلفی تقسیم نمود که بعضی از آنها عبارتند از :
ارتباط بنگاه و بنگاه (B2B) : به الگویی از تجارت الکترونیکی گویند، که طرفین معامله بنگاه‌ها هستند .
ارتباط بنگاه و مصرف کننده (B2C) : به الگویی از تجارت الکترونیک گویند که بسیار رایج بوده و ارتباط تجاری مستقیم بین شرکتها و مشتریان می‌باشد .
ارتباط مصرف کننده‌ها و شرکتها (C2B) : در این حالت اشخاص حقیقی به کمک اینترنت فراورده‌ها یا خدمات خود را به شرکتها میفروشند .
ارتباط مصرف‌کننده با مصرف‌کننده (C2C) : در این حالت ارتباط خرید و فروش بین مصرف‌کنندگان است .
ارتباط بین بنگاه‌ها و سازمان‌های دولتی (B2A) : که شامل تمام تعاملات تجاری بین شرکتها و سازمانهای دولتی می‌باشد . پرداخت مالیاتها و عوارض از این قبیل تعاملات محسوب می‌شوند .
ارتباط بین دولت و شهروندان (G2C) : الگویی بین دولت و توده مردم می‌باشد که شامل بنگاه‌های اقتصادی، موسسات دولتی و کلیه شهروندان می‌باشد . این الگو یکی از مولفه‌های دولت الکترونیک می‌باشد .
ارتباط بین دولت‌ها (G2G) : این الگو شامل ارتباط تجاری بین دولتها در زمینه‌هایی شبیه واردات و صادرات می‌باشد .
تجارت Bussiness to Business – B2B :
این نوع تجارت رد و بدل اطلاعات تجاری بین دو تاجر یا دو شرکت می باشد .تاجر اول که خود تولیدکننده است و در سایت خود تصویر و توضیحات کالا را قرار داده و امکان برقراری تماس مستقیم خود را با ارائه تلفن ، فاکس ، پست الکترونیک و ... ایجاد می کند .تاجر دوم که خریدار است ولی خود مصرف کننده نیست و درنظر دارد این کالا را به تنهایی یا به همراه کالاهای دیگر به مشتری مصرف کننده و به صورت عمده بفروشد .خرید و فروش در این سیستم به صورت عمده می باشد .
ارسال و دریافت پول از طریق سیستم سنتی (عموما بانک ها و از طریق گشایش اعتبار) است .
حمل وتحویل کالا به روش سنتی (عموما از طریق کشتی ، کانتینر و یا هواپیما ) است .
مشخصه های عمده این نوع تجارت 3 مطلب است :
حذف واسطه و دلال های بین تولید کننده و خریدار اصلی .
امکان جستجو و تحقیق بسیار سریع برای خریدار جهت دستیابی به کالای با کیفیت و بهای مناسب .
امکان دریافت اطلاعات و نظرات خریدار جهت تولید کننده پس از فروش کالا به این ترتیب می تواند کیفیت کالای خود را مطابق ایده های خریدار تغییر دهد .
مثال این نوع تجارت در تجارت سنتی ایران مثل فروش کالای کارخانه های تولید لوازم خانگی به فروشگاه ها می باشد همچنین نمونه ای دیگر از این نوع تجارت ، عملکرد شرکتی است که از این شبکه برای انجام سفارش به تولید کنندگان دریافت پیش فاکتورو فاکتور خرید و همچنین پرداخت هزینه های استفاده از EDI انجام می شود ولی در واقع از پنج یا شش سال پیش به شکل امروزی خود درآمده است . شرکت Cisco یکی از اولین شرکت های بزرگی بود که در جولای 1996 سایت تجارت الکترونیکی خود را راه اندازی کرد بعد از آن که تلاش جدی بقیه شرکتها برای چنین امری آغاز شد . یک ماه بعد Microsoft نرم افزار تجاری خود را که امکان انجام فروش از طریق اینترنت را می داد به بازار عرضه کرد اکنون زمان آن بود که مسائل مالی و بانکی نیز مطرح شود .
سپس IMB یک سیستم شبکه اقتصادی راه اندازی کرد و شروع به بازاریابی برای استراتژی های تجارت الکترونیکی خود کرد . شرکت نیز با همکاری شرکت First Data Crop و برای رقابت با IBM سیستم MSFDC را به بازار عرضه کرد .
تجارت Business to Consumer :
بیشترین سهم در انجام تجارت الکترونیکی از نوع BC را خرده فروشی تشکیل می دهد . تجارت بین فروشنده و خریدار که در حال حاضر جزو متداول ترین تراکنش ها در حیطه تجارت الکترونیکی بر روی اینترنت است و یک نوع B2C محسوب می شود این نوع تجارت به معنای ارتباط مستقیم مصرف کننده تنهایی با تاجر یا تولید کننده و پرداخت بهای کالا از طریق اینترنت می باشد .تاجر یا تولید کننده در سایت تصویر وتوضیحات وبهای کالا را قرار داده و امکان خرید آن را به صورت مستقیم (online) را بری مصرف کننده ایجاد می کند . خرید و فروش در این سیستم به صورت تک فروشی می باشد . ارسال و دریافت پول از طریق یک واسطه بنام سیستم بانکی تجاری انجام می شود از سوی دیگر حمل کالا از طریق پست یا توسط خود شرکت انجام می گیرد .
مشخصه های عمده این نوع تجارت 3 مطلب زیر است :
حذف واسطه بین تولید کننده ومصرف کننده .
پرداخت مبلغ مورد نیازبه سهولت و از پشت کامپیوتر شخصی خود با داشتن کارت قابل شناسایی سیستم بانکی (merchant account) و صرفه جویی در وقت و هزینه .
امکان ارتباط مستقیم مصرف کننده با تولید کننده درجهت دریافت نظرات مصرف کننده نسبت به کالاهای ارائه شده . مبالغ دراین نوع تجارت برا ی هر تراکنش پائین بوده و به عنوان تک فروشی باید باشد زیرا :
الف ) مشتری جهت خرید مستقیم (online) برای پرداخت مبالغ بالا به این روش ، ریسک نمی کند .
ب ) سیستم بانکی تجاری بابت ارائه این سرویس بین 2 تا 10 درصد از هر معامله کم کرده و به تولید کننده بازپرداخت می کند.
این نوع تجارت با گسترش WEB به سرعت افزایش کرد و اکنون به راحتی می توان انواع واقسام از شیرینی گرفته تا اتومبیل و نرم افزارهای کامپیوتری را از روی اینترنت خریداری کرد .
B2C از حدود 5 سال پیش با راه اندازی سایت هایی چون Amazon وCDNOW آغاز شد. اغراق نیست اگر پیشگام درامر B2C «راجف بزوس» بدانیم که در سال 1994 شرکت Omazon را بنا نهاد . وی که یک تاجرکم تجربه در امر خرده فروشی بود سایت خود را فقط به هدف فروش کتاب از طریق اینترنت را ه اندازی کرد . این ایده ساده مقدمه ای بود برای تحول جهانی .
مزایای تجارت الکترونیک از نوع B2C :
تجارت الکترونیکی یک فناوری برای تغییر است شرکت هایی که از آن به هدف ارتقاء سیستم فعلی خود استفاده می کنند از مزایای آن به طور کامل بهره نخواهند برد . بیشترین امتیازات تجارت الکترونیکی نصیب سازمانهایی خواهد شد که می خواهند روش و ساختار تجارت خود را تغییرداده و آن را با تجارت الکترونیکی همگون سازند . از دید خریداران فروشگاه های الکترونیکی ، مهمترین امتیازاتی که می توان به تجارت الکترونیکی منسوب کرد عبارتند از :
کاتولوگ و مشخصات کالاها به سهولت قابل دسترسی و مشاهده بوده و مشتری همچنین قادر است بر اساس ویژگیها متعدد (همچون نام ، نوع ، رنگ ، وزن ، قیمت ...) کالای مورد نظر خود را جستجو کند . توضیح کالاها می تواند به همراه تصاویر متعدد بوده و در عین حال می توان شامل تصاویر 3 بعدی نیز باشد که مشتری از زوایای گوناگون کالای مورد نظر را مشاهده می کند .
کالاها وخدمات می تواند توسط بقیه خریداران نظر دهی شوند و مشتری قادر است از نظرات بقیه خریداران درمورد کالای مورد نظر خود مطلع شوند .خرید از فروشگاه می تواند به صورت 24 ساعته و در تمام روزهای هفته انجام گیرد .بعضی از محصولات (همچون نرم افزار، کتابهای الکترونیکی ، موسیقی ، فیلم و...) در همان زمان خرید قابل دریافت از سایت فروشگاه هستند .کالاها معمولا از فروشگاههای فیزیکی ارزانترخواهند بود(به علت کم بودن هزینه های سربار فروشگاه و زیاد بودن تعداد خریداران .
فشار و استرس از یک فروشگاه فیزیکی ، به هنگام خرید از یک فروشگاه الکترونیکی وجود نخواهد داشت .مقایسه انواع گوناگون یک کالای خاص در فروشگاه های مختلف می تواند به راحتی انجام گیرد . فاصله این فروشگاه ها به اندازه یک click است .خریدار قادر است تمام فروشگاه ها را برای یافتن مناسب ترین قیمت برای کالا مورد نظر خود جستجو کند .خریدار پس از انتخاب کالا به سادگی و با فشردن چند کلید قادر به انجام سفارش و پرداخت هزینه ها بوده و بعد از مدت معینی کلای خریداری شده خود را در منزل دریافت خواهد کرد .بعد از دریافت کالا ، اگر مشکلی درکالای دریافت شده موجود باشد ، خریدار می تواند به سایت فروشگاه مراجعه کرده و از امکانات ارجاع کالا استفاده کند .
روش های ایجاد یک تجارت الکترونیک از نوع B2C :
اجزای اصلی یک تجارت الکترونیکی از نوع B2C تشکیل شده از یک فروشگاه الکترونیکی که به شکل صفحات متعدد WEB ساخته شده و توسط مرورگرهای مشتریان مورد استفاده قرار می گیرد ، و یک سرویس دهنده WEB که تمام مسائل مدیریتی فروشگاه و هر آنچه که از دید مشتریان به دور است به واسطه آن انجام خواهد گرفت . به غیر از این دو جزء اصلی بسیاری از فروشگاه های الکترونیکی ، نیازمند یک بانک اطلاعاتی نیز هستند تا مشخصات کالاها ، مشتریان و اطلاعات دیگر را در آن ذخیره کنند .همچنین اجزای فرعی دیگری نیز ممکن است بنا به ویژگی های فروشگاه مورد نیاز باشند از جمله این اجزا می توان از ابزار پردازش پرداخت های مشتریان و همچنین ابزارهایی برای ارسال محصولات و خدمات از طریق اینترنت نام برد .
تجارت Consumer to Consumer – c2c
انجام مزایده و مناقصه کالاها از طریق اینترنت ، در این گروه از تجارت الکترونیکی می گنجد نمونه ای از این نوع تجارت الکترونیکی که در حال حاضر به سرعت در حال رشد است را می توان در سایت ebay مشاهده کرد .
تجارت Business to Administration
این نوع تجارت شامل تمام تراکنشهای تجاری ، مالی بین شرکت ها و سازمان های دولتی است . تامین نیازهای دولت توسط شرکت ها و پرداخت عوارض و مالیات ها از جمله مواردی است که می توان در این گروه گنجاند . این نوع تجارت الکترونیک در حال حاضر دوران کودکی خود را می گذارند ولی در آینده ای نزدیک و بعد از آن که دولت ها به ارتقاء ارتباطات خود به واسطه تجارت الکترونیکی توجه نشان دهند به سرعت رشد خواهد کرد .
Consumer to Administration – C2A
این گروه هنوز پدیدار نشده است ولی به دنبال رشد انواع B2C وB2A دولت ها احتمالا تراکنش های الکترونیکی را به حیطه هایی همچون جمع آوری کمک های مردمی ، پرداخت مالیات بر درآمد و هرگونه امور تجاری دیگری که بین دولت و مردم انجام می شود گسترش خواهند داد .
:B2A – Business to government
این نوع تجارت رد وبدل کردن اطلاعات تجاری بین تاجر تولید کننده و دولت است .
تاجر تولید کننده ، تصویر و توضیحات کالا را قرار می دهد وامکان تماس مستقیم با خود را با ارائه تلفن ، فکس ، پست الکترونیک و... ایجاد می کند . بعدا دولت به عنوان مصرف کننده برای واحدهای تحت پوشش خود کالا را خریداری می نماید .
خرید و فروش در این سیستم به صورت عمده و ارسال ودریافت پول از طریق سیستم سنتی (عموما بانک ها) می باشد ، همچنین حمل وتحویل کالا به روش سنتی (عموما از طریق کشتی ، کانتینر و یا هواپیما) می باشد .
مشخصه های عمده این نوع تجارت عبارتند از :
حذف واسطه ها و دلال ها بین تولید کننده و دولت .
امکان جستجو و تحقیق بسیار سریع برای دولت جهت دستیابی به کالای با کیفیت و بهای مناسب .
امکان ارتباط مستقیم بین تولید کننده جهت دریافت نظرات دولت نسبت به کالای ارائه شده .
:Government to Business – C2B
این نوع تجارت ردوبدل کردن اطلاعات تجاری بین دولت به عنوان تولید کننده کالاو تاجر به عنوان خریدار کالا است . دولت به عنوان تولید کننده کالا مشخصات و تصاویر کالا را در سایت خود قرار داده و تاجر به عنوان خریدار کالا عمل می کند ولی بدیهی است خود مصرف کننده نیست و وی در نظر دارد این کالا را به تنهایی و یا به همراه کالاهای دیگر به مشتری مصرف کننده و به صورت تک فروشی بفروشد .
حذف واسطه و دلال های بین دولت و تاجر
امکان ارتباط مستقیم بین دولت و تاجر جهت دریافت نظرات تاجر نسبت به کالای ارائه شده .
Government to client – c2c:
این نوع تجارت دریافت بهای خدمات و کالای تولید شده توسط دولت از مصرف کننده است . دولت به عنوان مصرف کننده یک سری خدمات و کالاهای انحصاری به مصرف کننده امکان پرداخت بهای آن را به صورت مستقیم (online) می دهد .
دریافت پول از طریق یک واسطه به نام سیستم بانکی تجاری (merchant account) انجام می شود . ارائه خدمات و کالاها به طریق سنتی انجام می شود .
مشخصه بارز این نوع تجارت عبارتست از :
پرداخت مبلغ مورد نیاز به سهولت و از پشت کامپیوتر شخصی خود با داشتن کارت قابل شناسایی سیستم بانکی تجاری و صرفه جویی در وقت و انرژی مثل پرداخت قبوض آب ، برق ، تلفن ، گاز ، مالیات و ...
تجارت الکترونبکی به صورت فروش روی یک خط :
تجارت الکترونیکی به طور دقیق انجام کارهای تجاری به صورت خط یا خرید و فروش محصولات و خدمات از طریق ویترین های وب است . کالاهایی که به این شکل خرید و فروش می شوند کالاهای فیزیکی مانند اتومبیل و یا خدمات تنظیم برنامه مسافرت ، مشاور پزشکی روی خط و یا آموزش از را ه دور است نوع دیگر کالا که به شکلی روزافزون به روی شبکه اینترنت خرید و فروش می شود کالای رقمی است . اخبار ، صورت تصویر ، پایگاه داده ، نرم افزار و تمام محصولات مبتنی بر دانش مثال هایی از کالای رقمی است . بدین ترتیب تجارت الکترونیک همانند فروش کاتالوگ یا فروش خانگی از طریق تلویزیون به نظر می رسد.
مدل های تجارت الکترونیکی :
مدل های تجارت الکترونیکی معمولا به وسیله ترکیبی از بازنمایی های غیر رسمی ، متنی ، شفاهی ، گرافیکی موقتی مورد نمایش داده می شوند اما این بازنمودها معمولا باعث محدود شدن درک واضح مسائل تجارت الکترونیکی که سهامداران با آن رودررو هستند می شوند و اغلب شکاف میان مدیران تجاری و توسعه دهندگان IT را که باید سیستم های اطلاعاتی تجارت الکترونیکی را ایجاد نماید عمیق تر می کنند .
روش های مربوط به تحلیل سیستم های IT، معمولا دارای نوع جانبداری تکنولوژیکی هستند و عموما ملاحضات تجاری را به خوبی منعکس می کنند . در عین حال رویکردهای متعلق به علوم تجاری غالبا فاقد استحکام لازم برای توسعه سیستم های اطلاعاتی هستند . ادغام تجارت و مدل سازی IT ، مسلما به نفع صنعت خواهد بود زیرا تلفیق تجارت و سیستم ها IT ، مدتی است که یکی از ویژگی های بازار تجارت الکترونیکی شده است . در پروژه های تجارت الکترونیکی نشان دادن××××× چیزهای ارزشی در میان دست اندرکاران معین مهم است زیرا طرح های جدیدی را می توان به سهولت به زنجیره خریدار – فروشنده اضافه کرد یا آنها را کنا رگذاشت . این فرآیند واسطه گری (Intermadiation) و حذف واسطه گری (Disintermediation) نشان دهنده ریسک های خاص تجارت الکترونیک برای فروشندگان سنتی است مثلا واسطه ها مثل بازارها و دلال ها می توانند به سادگی در پروژه های تجارت الکترونیکی ظاهر و ناپدید شوند . روش ما قادر به مدل سازی عناصر قدرت نیز هست ما تنها می توانیم مدل خود قیمت ها را بلکه مدل دست اندکارانی را که سرویس با محصولی انتخاب می کنند ، ایجاد نماییم . مدل سازی دست اندرکارانی که مبادرت به انتخاب می کنند از آن رو مهم است که تجارت الکترونیک و ممکن است هزینه های سوئیچینگ را کاهش و شفافیت بازار را افزایش دهد تا به سهولت بیشتری سایر عرضه کنندگان را انتخاب کنند . اکثر پروژه های تولید تجارت الکترونیکی به سرعت انجام می شوند بنابراین داشتن مدلی کند می تواند مزیت برجسته ای به تکنیک های مدل سازی سنتی داشته باشد .
مدل Store front :
امروزه خرید online از امور روزمره در دنیا به شمار می رود که در عین حال از محبوبیت بسیاری نیز برخوردار است طبق آمار موجود در پایان سال 2005 60 درصد از کاربران اینترنت به صورت online خرید کرده اند . مدل را می توان تداعی گر کلمه e-businss در ذهن کاربران دانست ، زیرا اکثر آنها واژهe-businss را معادلStore front می دانند . این مدل با ادغام اعمالی چون پردازش پراکنش ها(transaction prosessing) مسائل امنیتی ، امور مربوط به پرداخت های onlineو ذخیره سازی اطلاعات ، فروشندگان اینترنتی را قادر به فروش کالا و خدمتشان بر روی وب کرده است که می توان این اعمال را پایه و اساس تبادلات مستقیم تجاری بر روی اینترنت دانست . برای اداره سایت های مبتنی بر این مدل لازم است تا فروشندگان ، لیستی از محصولات خود را در قالب کاتولوگ هایی در اختیار مشتریان قرار داده و سفارشات آن ها از طریق وب سایتی که به همین منظور طراحی شده دریافت می کنند . بسیاری از شرکت ها از روشی مشابه بنامEDI (ElectronicDatainterchange) استفاده می کنند که این روش با استاندارد کردن مسائلی چون صورت پرداخت ها ، صورت حسابها و.... امان ایجاد نوعی اطلاعات بین مشتریان و شرکت های تجاری به صورت الکترونیکی را دراختیار می گذارد .
مدل Dynamic Pricing :
وب همان گونه که روش های تجارت را دگرگون کرد تغییراتی در نحوه قیمت در نحوه قیمت گذاری کالاها نیز ایجتد نمود . کمپانی های هم چون Priceline(http://www.oriceline.com%29/ و Imadia(http://www.imadia.com%29/ این امکان را برای مشتریان فراهم ساخته اند تا قابقهای پیشنهادی خود را درموردکالاها و خدمات بیان کنند . بسیاری از سایت ها با استفاده از راهبردهای منتخب در شرکت با دیگر سایت ها و همچنین ارائه تبلیغات تجاری ، محصولات خود را با قیمتی مناسب و بسیار نازل و یا حتی رایگان عرضه می کنند .
مبادله خدمات و ایجاد تحقیقات از دیگر روش های مورد استفاده شرکت ها برای جلوگیری از افزایش قیمت ها ست .
مدل Name-Your-Price :
مدل تجاری Name-Your-Price این امکان را دراختیار مشتریان قرارمی دهد تا قیمت کالا و سرویس های مورد نظرشان را تعیین کند(سایتwww.oriceline.com مثال مناسبی در این مورد است . بسیاری از شرکت هایی که از این مدل تجارت تبعیت می کنند با پیشگامان عرصه هایی چون حمل ونقل ، واگذاری اعتبار و صنایعی دیگر از این دست ، دارای نوعی مشارکت هستند . این صنایع پس از دریافت بهای مطلوب مشتری تصمیم به فروش کالا و یا خدمات خود می گیرند .
مدل Comparison Pricing :
مدل Comparison Pricing این امکان را برای مشتری فراهم می سازد تا با جستجو درمیان تمامی تجار اینترنتی ، کالا و یا خدمات دلخواهشان را با نازل ترین بها بیابند (همان طور که در سایت Bottomdollar.com) ، مشاوره خواهید کرد که این سایت ها غالبا درآمد خود را از راه شرکت با برخی از تجار به خصوص بدست می آورند . بدین ترتیب شما باید در استفاده از این خدمات دقت کنید زیرا الزاما پایین ترین قیمت موجود بر روی وب را دریافت نکرده اید . این در حالی است که دیگر سایتهای مشابه به امید کسب مشتریان بیشتر معروفترین فروشگاه های اینترنتی را جستجو می کند.
مدل Bartering مدل مبادلات پایاپای
یکی دیگر از روش های مدیریتی معمول در زمینه تجارت الکترونیکی مبادله خدمات پایاپای محصولات است سایت Ubarter.com(http://www.woarter.com%29/ سایتی است که درآن مشتریان معمولی و کمپانی های مختلف می توانند محصولات خود را در ازای دریافت کالاهای مطلوبشان بفروش برسانند . فروشنده یک پیشنهاد اولیه با هدف انجام یک مبادله پایاپای با خریدار و به منظور جلب موافقت نهایی مشتری ارائه می کند . مجموعه عظیمی از محصولات و خدمات موجود در این سایت با استفاده از همین روش قابل معامله هستند .
عرضه محصولات و خدمات رایگان :
بسیاری از کارآفرینان ، مدل تجاریشان را بر روی جریان تبلیغات بازرگانی استوار می سازند . شبکه های تلویزیونی ، ایستگاههای رادیویی ، مجلات ، رسانه های چاپی و غیره با سرمایه گذاری بر روی تبلیغات کسب درآمد می کنند . بسیاری از این سایت ها که معرفی خواهد شد به منظور انجام مبادلات پایاپای محصولات و خدمات با کمپانی های دیگر دارای نوعی مشارکت هستند .
سایت (http://www.iwon.com%29iwon.com/ یک سایت پر مخاطب است که تمام کاربران را که در حال استفاده از آن هستند . این سایت مخاطبان را درقرعه کشی شرکت داده و هدایایی را به برندگان اختصاص می دهد .
سایت Freelotto.com سایت دیگری است که با تکیه بر درآمدی که از راه تبلیغات نصیب آن می شود جوایز گرانبهایی را به بازدید کنندگان عرضه می کند .
سرویس های ارائه خدمات مسافرتی online
هم اکنونکاربران وب قادرهستند به جستجوی و انجام مقدمات امور مسافرتی خود و به صورت Online بپردازند و بدین وسیله مبالغ کمتری را بابت انجام این گونه امور مصرف کنند . اطلاعاتی که قبلا تنها در آژانس های مسافرتی قابل دسترسی بود امروز بر روی وب ارائه می شود شما پایین ترین قیمت ها ، مناسب ترین زمان ها و بهترین صندلی ها خالی موجود مطابق با شرایط خودتان را به راحتی بر روی وب خواهید یافت .
انواع سایت های پرتال :
سایت های پرتال به بازدید کنندگان امکان می دهند تا تقریبا هر چیزی را که در جستجوی آن هستید در یک محل پیدا کنند این سایت ها معمولا حاوی اخبار ، وقایع ورزشی ، گزارش وضعیت هوا و همچنین امکان جستجو در وب هستند . بیشتر مردم واژه پرتال را می شنیدند ، اغلب به یاد موتورهای جستجو می افتادند . درواقع موتورهای جستجو ، نوع از پرتال یعنی پرتال افقی هستند این گونه پرتال ها اطلاعات را درمجموعه بسیار گسترده ای از موضوعات مختلف جمع آوری می کنند .
نوع دیگر پرتال که به «پرتال عمودی» معروف است اطلاعات را درمجموعه خاصی از موضوعات جمع آوری می کند به عبارت ساده تر ، پرتالهای افقی ، عمومی و پرتال های عمودی تخصصی هستند .
خرید های online بخش عمده ای از سایت های پرتال را به خود اختصاص می دهند . سایت های پرتال به کاربران کمک می کنند تا اطلاعات زیادی را درمورد اقلام مورد جستجوی خود جمع آوری کرده و برخلاف برخی از بازارچه های خرید online امکان از بازارچه های خرید online امکان برگشت و گذار مستقل در فروشگاههای مختلف را در اختیار آنها قرارمی دهند برای مثال Yahoo! به کاربران اجازه می دهد . تا گشتی در سایت های مختلف بزنند ، اما امکان خرید اجناس و پرداخت بهای آن تنها از طریق Yahoo! امکان پذیر است .
سایت About.com به کمک سرویس ویژه ای موسوم به Site Guide که به مانند یک نماینده خرید برای کاربران انجام وظیفه می کند تجربه منحصر به فردی را در اختیار کاربران قرار می دهد . بهره گیری از امکانات سایت های پرتال جهت خرید online برای اکثر کاربران جالب است . هریک از سایت های پرتال تجربه تقریبا متفاوتی را دراختیار قرار می دهند .برخی دیگر از سایت های پرتال بابت درج پیوند فروشندگان ، مبالغی را از آن ها دریافت می کنند در حالی که این عمل در برخی دیگر از سایت ها به صورت رایگان انجام می پذیرد .برای نمونه سایت Goto.com به ازای هر فرآیند “Click-Thtough” که از جانب خریداران انجام می شود صورت حسابی را برای فروشنده مربوطه ارسال می کنند .سایت های دیگری هم ، چون About .com وAltavista.com از ارسال صورت حساب بابت تبلیغ کالاها و خدمات شرکت های عرضه کننده خودداری می کنند اما در این سایت ها پرداخت بهای کالاها و خدمات تنها از طریق آنها صورت می گیرد به این ترتیب بخشی از سود حاصل از خرید نصیب آن ها می شود .
فصل سوم
سیستم بازاریابی


مقدمه ای بر رفتار خریدار و سیستمهای جذب مشتری:
مدل‌های استانداردی برای رفتار خریدار توسط Booms(1981)& Bettman(1979) ارائه شده است. این ویژگی‌ها روی پاسخ مشتریان به پیام‌های بازاریابی تاثیرگذار است. برای یک بازاریاب اینترنتی، مرور فاکتورهایی که روی رفتار افراد تاثیر می‌گذارد بسیار حائز اهمیت است زیرا ممکن است لازم باشد که یک وب سایت بتواند خود را با مشتریان با فرهنگ‌های مختلف و پس‌زمینه‌های اجتماعی متفاوت هماهنگ سازد. همچنین ممکن است کاربران، سطوح تجربی متفاوتی را در استفاده از وب داشته باشند.
مطالعات نشان داده است که شبکه جهانی وب توسط گروه‌های مختلف کاربران به گونه‌های مختلفی استفاده می‌شود. Lewis &Lewis(1997) پنج دسته متفاوت از این کاربران وب را مشخص نموده‌اند:
: Direct Information Seekers این کاربران به دنبال محصول، بازار یا اطلاعات کافی در رابطه با جزییات لوازم کلوپ‌های فوتبال و غیره می‌گردند. این نوع کاربران تمایل دارند که در استفاده از وب، تجربه کسب نمایند و مهارت‌های کافی در استفاده از موتورهای جستجو و دایرکتوری‌ها را بدست آورند. بررسی‌های شبکه جهانی وب GUV ( www.guv.gatech.edu) داده است که این افراد روش متمرکزتری برای استفاده از اینترنت دارند.
: Undirected Information Seekers این کاربران، کاربرانی هستند که اغلب surfers نامیده می‌شوند. این کاربران بیشتر تمایل دارند که به جستجو روی اینترنت بپردازند و اغلب مراجعات آنها به سایت ها توسط hyperlink ها انجام می شود. اعضای این گروه، عموما افرادی تازه کار هستند( اما لزوما این گونه نیست) و احتمال اینکه روی تبلیغات bannerکلیک کنند بسیار بیشتر است.
: Directed Buyers این خریدارها در هنگام خرید محصولات خاص به صورت برخط عمل می کنند. برای چنین کاربرانی، broker یا Cyber me diaries که ویژگی های محصولات و قیمت ها را مقایسه می کنند، محل های مهمی محسوب می شوند که اغلب به آن ها رجوع می کنند.
: Bargain hunters این کاربران به دنبال تبلیغات فروشی مانند ارائه نمونه های مجانی یا انعام هستند. به عنوان نمونه، سایت cybergold (www.cybergold.com) به کاربرانی که تبلیغات هدفمند آن ها را بخوانند، پول ناچیزی می دهد.
: Entertainment Seekers این ها کاربرانی هستند که به دنبال ایجاد تراکنش با وب به هدف سرگرمی و لذت بردن با وارد شدن به مسابقات یا سرگرمی ها می باشند .هنگام طراحی یک سایت وب، توجه به فراهم آوردن اطلاعات و رهنمودهای هدایت کننده برای هر دسته از کاربرانی که در دسته مخاطبان نهایی قرار می گیرند، بسیار مفید می باشد. یک سایت خرده فروشی باید تمامی انواع کاربرانی که در بالا به آنها اشاره شد را در نظر بگیرند. در حالیکه ملاقات کنندگان یک سایت B2B اغلب Direct Information Seekers و خریدارها هستند. گرچه اینطور فرض می شود که کاربران در دسته های فوق قرار می گیرند، ولی ویژگی های کاربران می تواند بسته به اینکه در حال حاضر به چه هدفی از اینترنت ( سرگرمی یا کار) استفاده می کنند، تغییر نماید.
روش دیگر نگرش به رفتار مشتری در استفاده از وب سایت می تواند به پذیرش آن‌ وب سایت بستگی داشته باشد. فرایند ایجادسازگاری kotler(2005) از مراحل زیر تشکیل شده‌است:
1- آگاهی
2- علاقه
3- ارزیابی
4- آزمایش
5- سازگاری
حرکت کاربران در این گام‌ها مورد بررسی قرار گرفته است. این مدل برای سایت‌هایی که بسیار به آن‌ها رجوع می‌شود، مناسب است و برای مشتری که تنها یک بار سایتی را ملاقات می‌کند، مناسب نیست. نقش اینترنت در پشتیبانی از مشتریان در مراحل مختلف فرایند خرید باید درنظر گرفته شود. شکل 1-3 نشان می‌دهد که چگونه اینترنت می‌تواند برای پشتیبانی از مراحل مختلف فرایند خرید به کار رود. براساس تحلیلی که توسط Berthon انجام شده است، کارایی سنتی روابط با استفاده از وب سایت به تدریج از گام 1 به 6 افزایش می‌یابد. بررسی هر مرحله از فرایند خرید که در شکل 1-3 نشان داده شده است، می‌تواند مفید بودن اینترنت را زمانیکه در مراحل مختلف پشتیبانی از هدف‌های بازاریابی بکار می‌رود، نشان دهد.

ارائه یک مدل ریاضی برای تحلیل رفتار مشتری:
یکی از قسمتهای اصلی تشکیل دهنده وب کاوی ، کاوش نحوه استفاده از وب است که خود در بر گیرنده مبحث تحلیل رفتار مشتری میباشد.در حال حاضر وب سایتهای اینترنتی بزرگترین منبع تولید داده ها در دنیا میباشند که در آنها این داده ها در اشکال مختلفی نظیر متن ، عکس و سایر فرمتهای صوتی و تصویری تولید میشوند. با توجه به محدودیت توانایی های انسان ، حتی دیدن این حجم از داده ها هم برای بشر امکان پذیر نمیباشد. از این رو برای درک و استفاده موثر از این داده ها نیازمند به کار گیری الگوریتم ها و ابزارهای وب کاوی هستیم .یکی از قسمتهای اصلی تشکیل دهنده وب کاوی ، کاوش نحوه استفاده از وب سایت است که میتوان با تحلیل جریان کلیک مشتری به این امر دست یافت.هدف از این بخش ارائه مدلی جهت یافتن محتملترین مسیر حرکت مشتریان در سایت است که اهمیت بسیاری در بازاریابی اینترنتی دارد . شایان ذکر است که امروزه بسیاری از سایتها از چنین مدلهایی برای تشخیص نیازمندی مشتریان استفاده نموده و به عنوان مثال در دوره های زمانی مشخص ، محصولات مورد نیاز شما را به صورت ایمیل و یا کاتالوگهای اینترنتی ارسال مینمایند. از جمله معروفترین این سایتها میتوان به ebay و یا Alibaba اشاره نمود که با وجود تفاوتهای کاربری بسیار زیاد از بسیار مشابهی در زمینه تحلیل رفتار مشتری استفاده مینمایند.
تاریخچه مدلسازی بر روی رفتار مشتری :
برای تحلیل رفتار مشتری از مدلهای آماری و احتمالی مختلفی به منظور تشکیل الگوهای مسیر حرکت کاربران در وب سایتهای اینترنتی استفاده شده است.
بستاوروس در سال 2001 و زاکرمن و همکاران در سال 2003 از مدلهای مارکوفی برای پیش بینی صفحات بعدی درخواست شده به وسیله کاربران با در نظر گرفتن صفحات قبلی بازدید شده به وسیله آنها استفاده کرده اند. هابرمن و همکاران در سال 2005 یک روش قدم زنی تصادفی را برای مدل سازی تعداد صفحات درخواست شده به وسیله کاربران در یک وب سایت خاص به کار برده اند. سیدز و همکاران در سال 2007 نشاد داده اند که مدلهای سفارش اولیه مارکوف ، ابزار توانمندی برای کمک به دسته بندی انواع مختلف مشتریان میباشند. تمرکز تحقیقات مزکور و بیشتر کارهای انجام شده در زمینه علوم کامپیوتر بر روی پیش بینی با استفاده از الگوریتم های پنهان کننده ، دسته بندی و یا تولید کننده میباشد.
والری در سال 2009 به مدل سازی و شبیه سازی مشتری پرداخته و بیشتر مدل سازی یک مشتری منحصر به فرد مد نظر وی بوده است. این نوع مدل برای پیش بینی زمان مشاهده بعدی ، کل زمان مشاهده صرف شده برای مشاهده بعدی و زمان صرف شده برای مشاهده محصولات متفاوت به کار میرود. در این پروژه - ریسرچروشهای مختلف پیشبینی نیز مورد بحث و بررسی قرار میگیرند. دیوزینگر و هابر در سال 2010 به توصیف یک مطالعه موردی میپردازند که به وسیله ASK.net و شرکت SAS آلمان انجام شده است که هدف آن تقویت حضور در وب سایت و کسب دانایی در مورد مشتریان میباشد. گلدفارب تقاضای موجود برای ورودیهای اینترنتی را با استفاده از داده های جریان کلیک بیش از 2654 کاربر تخمین میزند. وی روش گوتدگنی و لیتل را برای فهم بهتر انتخاب ورودی های اینترنتی به مار میبرد. سیسمیرو و بایکلین در سال 2010 رفتار مشتریان مراجع به یک وب سایت را با استفاده از داده های جریان کلیک ذخیره شده در فایلهای ثبت وقایع سرور آن وب مدل سازی کرده اند. در این مدل دو جنبه رفتار بازدید تست شده :
تصمیم مراجعه کنندگان به ادامه بازدید (از طریق ثبت نام و یا ارائه درخواست صفحات اضافه) و یا تصمیم به خروج از سایت.
مدت زمان صرف شده برای بازدید از هر صفحه.
مدل سازی :
انخاب مدل مناسب برای مساله :
بعد از مروری کلی بر روی مساله مورد بحث ، مدل زنجیره ایمارکوف به عنوان مدلی مناسب برای حل مساله تحقیق انتخاب میگردد. در مواردی که محققان از مدلهای مارکوفی برای پیشبینی مسیر حرکت یک کاربر استفاده نموده اند به این مساله اشاره شده که صفحهk ام مشاهده شده به وسیله فرد اساسا وابسته به محتوا و خصوصیات موجود در صفحه k-1 ام انتخاب شده به وسیله وی میباشدکه این خود نشان دهنده صحت استفاده از مدلهای مارکوف درجه یک است.
در ادامه با در نظر گرفتن مدل مارکوف درجه 1 به عنوان مدلی مناسب برای مدل سازی این مساله به تعریف پیشامد بازدید یک کاربر از سایت با استفاده از این مدل میپردازیم. با فرض اینکه وب سایت ما دارای N صفحه متمایز است ، این پیشامد شامل توالی صفحات مشاهده شده به وسیله کاربر در بازدید که ممکن است در این مسیر بازدید یک صفحه مشخص چندین بار مشاهده شود. برای نشان دادن پیشامد رفتار بازدید از متغیرهای … KL، K3، K2، K1 استفاده میکنیم که در آن اندیس L نشان دهنده تعداد صفحات مشاهده شده به وسیله وی میباشد. با فرض مشاهده L صفحه از وب سایت توسط کاربر مورد نظر ، متغیر های تصادفی … KL، K3، K2، K1 نشان دهنده نوع صفحات انتخابی در مسیر طی شده به وسیله کاربر در یک بازدید وی میباشند. در اینجا برای نشان دادن هر پیشامد مسیر حرکت یک کاربر ، علاوه بر نمایش توالی صفحات طی شده به وسیله وی ، برای نمایش ورود و خروج به وب سایت از یک گره مجازی (0) استفاده میشود که گره بعد از آن در ابتدای مسیر ، نشان دهنده اولین صفحه مشاهده شده به وسیله کاربر و گره قبل از آن در انتهای مسیر نشان دهنده آخرین صفحه مشاهده شده به وسیله وی میباشد. به این ترتیب برای هر پیشامد مسیر بازدید یک کاربر از سایت داریم : 0K1=KL= که در آن L برابر تهداد صفحات مشاهده شده به وسیله وی از سایت در این بازدید به اضافه 2 میباشد. اگر کاربر وارد وب سایت شده و به ترتیب از صفحات 1و2و5و1 بازدید کند و از وب سایت خارج شود ، پیشامد بازدید وی مطابق شکل 2-3 نمایش داده میشود :

شکل 2-3 : نمایش پیشامد بازدید

شکل 3-3 : پیشامد بازدید برای یک کاربرخاص در حالت کلی
با توجه به تعاریف ارائه شده ، بدیهی است که همواره متغیر L بزرگتر از 2 میباشد و همچنین برای مدل سازی تابع هدف ، پیشامد کلی شکل 3-3 را برای یک کاربر خاص در نظر گرفته و رابطه احتمالی آن را مینویسیم:
PA=PK1=0,K2=k2,K3=k3,……,Kl-1=kl-1,Kl=0=P0Kl-1*PKl-1Kl-2*……*PK3K2*PK20با توجه به رابطه احتمالی به دست آمده ، هدف ما یافتن مقدارهایی برای متغیر تصادفی K به گونه ای است که احتمال کل یا همان P(A) حداکثر شود.
مدل ریاضی پیش بینی مسیر حرکت یک کاربر
در ادامه برای یافتن max{k1,k2,….,kl}P(K) با استفاده از برنامه ریزی صفر و یک ، ابتدا تابع هدف P(K) را که با استفاده از مدل زنجیره مارکوف درجه 1 مدل سازی میشود ، با به کار گیری تبدیل مناسب به تابع هدف روش برنامه ریزی صفر و یک تبدیل میکنیم. سپس محدودیتهای این مدل برنامه ریزی را نوشته و مدل نهایی را میابیم.
مدل سازی تابع هدف برنامه ریزی صفر و یک
فرض کنید وب سایت ما 10 صفحه متمایز دارد. مسیر حرکت موجه در شکل زیر نمایش داده شده است. در این پیشامد فردی در یک بار بازدید خود از وب سایت ابتدا وارد سایت شده و صفحه 2 را به عنوان اولین صفحه مشاهده میکند. سپس به ترتیب صفحات 7و2و7و4 را دیده و از سایت خارج میشود. مسیر و گراف حرکت این کاربر معادل شکل 4-3 میباشد.

شکل 4-3 : مسیر و گراف حرکت کاربری با ترتیب صفحات 2و7و2و7و4
برای مدل سازی تابع هدف این مساله با فرض اینکه پارامتر n برابر تعداد صفحات وب سایت باشد ، متغیر عدد صحیح xij را برابر با تعداد دفعات حرکت کاربر از صفحه i به صفحه j تعریف میکنیم . بنابر این در مثال فوق داریم :
X02=1 , x27=2 , x72=1 , x74=1 , x40=1
For all other i,j xij=0
maxPa=maxk1,k2,….,klPK = maxk1,k2,….,klP{K1=0,K2=k2,….Kl-1=kl-1,Kl=0=maxk1,k2,…,klP0Kl-1PKl-1Kl-2……PK3K2PK20به این ترتیب ابتدا به نظر میرسد که مسئله ما یک مساله برنامه ریزی عدد صحیح میباشد . اما یک ویژگی بسیار مهم در مدلهای مارکوفی درجه 1 ، مدل ما را به یک مدل برنامه ریزی صفر و یک تبدیل میکند. ویژگی مذکور به شرح زیر است :
در مدل مارکوف درجه 1 ، هر مسیر دارای گره تکراری به جز گره صفر قابل تبدیل به مسیر بدون گره تکراری بجز گره صفر با مقدار تابع هدف بیشتر میباشد.

شکل 5-3 : پیشامد بازدید عمومی S که دارای حداقل یک گره تکراری k است.
برای اثبات این ادعا شکل 5-3 را در نظر بگیرید که پیشامد بازدید عمومی S را که حداقل دارای یک گره تکراری k است ، نشان میدهد. این پیشامد بازدید عمومی را میتوان به سه بخش اصلی افراز کرد. بخش A که در برگیرنده توالی صفحات طی شده در این پیشامد از ابتدا تا قبل از اولین گره k است. بخش B که در بر گیرنده خود دو تکرار گره k و تمامی گره های بین این دو تکرار است و در نهایت بخش c که در بر گیرنده توالی صفحات مشاهده شده بعد از دومین گره k تا انتهای این پیشامد بازدید عمومی است. احتمال رخ دادن پیشامد عمومی S به شرح زیر است.
PS=P0Kl…PKnK*PKKn-2….PKKm *PKmKm-1….PK10حال اگر قسمت B را که در بر گیرنده هر دو گره تکراری و کلیه گره های بین آنهاست از پیشامد عمومی S حذف کرده و فقط یک گره k را جایگزین آن کنیم پیشامد S| حاصل میشود که در شکل 6-3 نمایش داده شده است :
PS|=P0Kl…PKnK*PKKm *PKmKm-1….PK10
شکل 6-3
با توجه به این مطلب که احتمال همواره مقداری بین صفر و یک دارد ، داریم :
PkKm>PKKn-2….PKKmپس میتوان نتیجه گرفت که همواره PS|>PS است.
همانطوری که دیدیم با حذف دو گره تکراری و تمامی گره های بین آنها و جایگزینی یک گره از همان نوع به جای آنها پیشامدی با احتمال وقوع بیشتر حاصل شد. حال اگر به ازای تمامی گره های تکراری این پیشامد ، این کار را انجام دهیم در نهایت یک پیشامد بازدید بدون گره تکراری با مقدار احتمال وقوع بیشتری نسبت به تمام پیشامدهای قبلی حاصل میشود و ویژگی مذکور به اثبات رسیده است.
با توجه به ویژگی مذکور در میابیم که جوابها با xij های بزرگتر از یک گرچه ممکن است موجه باشند اما هرگز بهینه نیستند. بنابر این برای یافتن جواب بهینه مسئله برنامه ریزی عدد صحیح قبلی کافی است جواب مسئله برنامه ریزی صفر و یک جدید را یافت چرا که جواب بهینه مسئله برنامه ریزی صفر و یک جدید قطعا جواب بهینه مسئله برنامه ریزی عدد صحیح قبل هم میباشد.
در این حالت متغیر جدید xij در صورتی که کاربر از صفحه i به j رفته باشد برابر 1 و در غیر این صورت برابر 0 خواهد بود. برای محاسبه تابع هدف P(K) برای این پیشامد جدید با استفاده از مدل زنجیره مارکوف درجه 1 داریم.
P(K)= P(K1=0, K2=2, K3=7, K4=4, K5=0)=P|k
با استفاده از مدل زنجیره مارکوف درجه 1 احتمال پیشامد بالا برابر است با :
P|k=P(0|4)p(4|7)P(7|2)P(2|0) =>
ln P|k=ln(p(0|4))+ln(P(4|7))+ln(P(7|2))+ln(P(2|0)) =>
ln P|k=x40 ln(f(0|4)) + x74ln(f(4|7)) + x27ln (f(7|2)) + x02 ln(f(2|0))
بنابر این در حالت کلی برای هر توالی ممکن (موجه) از صفحات بازدید شده میتوان تابع هدف صفر و یک زیر را تعریف نمود :
F=lnPK=lnPk/=j=0ni=0nxijln⁡(fji)lnfji=pijF=lnPk/=j=0ni=0nPijxijmaxF ≡min-Fmin-F=min(-j=0ni=0nPijxij)cij=-pijmin-F=minj=0ni=0ncijxijلازم به ذکر است که در اینجا منظور از f(j|i) ، درایه واقع در سطر i ام و ستون j ام ماتریس انتقال مدل مارکوف درجه یک برای کاربر مورد نظر است که برابر احتمال رفتن از صفحه i ام به صفحه j ام میباشد و با ساتفاده از فراوانی نسبی حرکت کاربر از صفحه iام به صفحه jام نسبت به کل حرکات او در لاگ فایلهای سرور مورد نظر محاسبه میشود.
مدل سازی محدودیتهای برنامه ریزی صفر و یک
با در نظر گرفتن گراف مسیر طی شده در مثال قبل میتوان کلیه محدودیتهای این مساله برنامه ریزی صفر و یک را به این صورت بیان نمود :
در هیچ یک از مسیرهای بازدید موجه این مساله ، یک صفحه خاص چند بار پشت سر هم بلافاصله مشاهده نمیشود. در واقع تکرار چند بار پشت سر هم و بلافاصله یک صفحه خاص در یک مشاهده بازدید را یک بار مشاهده آن در نظر میگیریم . در واقع در گراف مسیر بازدید ، لوپ (حلقه) به طول صفر نداریم (شکل 7-3). در واقع داریم : xij=0 if i=j
در طول مسیر بازدید به هر گره ای که وارد میشویم باید بتوانیم از آن خارج شویم :
i=0nxik=j=0nxkj , k=0,1,…,nهر پیشامد مسیر بازدید از گره مجازی صفر شروع و به آن هم ختم میشود :
i=0nxi0=1محدودیت زیر که همان محدودیت شروع از گره مجازی صفر است ، خود به خود و با در نظر گرفتن محدودیتهای 2 و3 با هم همواره برقرار میباشد.
i=0nx0j=1در هیچ یک از مسیرهای موجه برای این مساله برنامه ریزی صفر و یک مسیر بدون گره صفر نداریم.
yi=j=0nxij for all ii∈k/j∈kxij≥yhS=0,1,2,…,nfor each h∈K/,K∁S and 0∈KK/=S-Kمحدودیت حذف کلیه جواب ها با گره های تکراری به شرح زیر است
Yi={0,1} for all i
در نهایت کلیه متغیرهای Xijاز نوع عدد صفر و یک میباشند
Xij={0,1} for all i , j
استفاده از خروجی مدل :
فصل چهارم
طراحی مدل وب سایت
شرایط کیفی لازم برای سرور وب سایت:
در اینجا به بیان برخی ویژگیهای لازم برای سیستم سرور وب سایت میپردازیم. لازم به ذکر است که وجود برخی از این ویژگیها مهم و حیاتی است و برخی دیگر از اهمیت کمتری برخوردارند. جدول 1-4 به بیان مشخصه های لازم به همراه درجه اهمیت آنها برای سرور وب سایت و بانک اطلاعاتی انبار و مشتریان میپردازد.
اهمیت پایین اهمیت کمتر مهم بسیار مهم ویژگی
قابل استفاده
امنیت
کارایی
دقت سیستم
قابلیت اطمینان
قابلیت تعمیر
انعطاف پذیر
قابل جابجایی
طراحی گرافیکی وب سایت میبایستی به گونه ای باشد که علاوه براجتناب از هرگونه پیچیدگی ، کلیه امکانات لازم برای کاربرمحیا باشد . همچنین به جهت رسیدن به Speed factor بالاتر که در مباحث مربوط به SEO بسیار مهم میباشد این طراحی گرافیکی میبایستی از نظر حجمی بسیار سبک باشد.
امنیت سرور یکی از مواردی است که میبایستی به آن توجه ویژه گردد. معمولا این امنیت به صورت پایه ای توسط وب سرور تامین میگردد . البته برای بالا بردن امنیت وب سایت گزینه های دیگری نیز پیشنهاد میگردد مه استفاده از آنها میتواند مفید باشد.
یکی از مهمترین قابلیتهای مورد بحث در مورد سرور ، کارایی آن است. به گونه ای که بتواند بدون اینکه تاخیری در زمان پاسخگویی کاربران ایجاد کند ، در یک زمان پاسخگوی کلیه مراجعین به سایت باشد. البته با توجه به مدل ریاضی مربوط به تحلیل رفتار مشتری ، میبایستی توجه به این قابلیت وب سایت بیش از پیش باشد.
در طول زمان فعالیت وب سایت ، همواره اطلاعات مربوط به محصولات و انبار از سرور دریافت میگردد. توجه به این نکته بسیار ضروری است که دقت این اطلاعات و دقت در محاسبات و پردازشها در نهایت منجر به سیستمی پایدار تر و قابل اطمینان تر میشود.
باید انتخاب سرور به گونه ای باشد که کاربران هیچ گاه به دلیل قطع ارتباط با سرور دچار مشکل نشوند.
طراحی وب سایت باید به گونه ای باشد که در کلیه اسکرین ها و با کلیه مرورگرهای وب قابل مشاهده باشد. لازم به ذکر است که همواره نیاز به اجرای برنامه های اضافی به هنگام مشاهده وب سایت یکی از مواردی است که در نهایت به نارضایتی کاربر می انجامد.
قابلیتهای اصلی وب سایت:
ثبت نام مشتریان
ورود و خروج مشتریان به وب سایت با شناسه
آپدیت اطلاعات مشتری
امکان جستجو و یافتن محصول مورد نظر
اضافه کردن محصول به سفارش
حذف محصول از سفارش
ثبت سفارش
امکان چاپ فاکتور
امکان پیگیری و ردیابی سفارش
بانک اطلاعاتی وب سایت :
موجودیتها و جداول بانک اطلاعاتی:
جدول مشتریان

جدول اطلاعات کارمندان

جدول اطلاعات گروه محصولات :

جدول اطلاعات انبارها:

جدول اطلاعات سفارشها

جدول اطلاعات محصولات

جدول وضعیت موجودی انبار

دامنه کاربردی سایت:
دامنه کاربردی سایت را میتوان به طور کلی به دو قسمت فروش و انبارداری تقسیم نمود . در قسمت انبارداری ، وظیفه اصلی قسمت انبار داری در واقع شامل فعالیتهای کنترل موجودی ، بسته بندی و ارسال میباشد. کارکنان بخش انبار داری پس از دریافت صورت سفارش در سیستم فروش سایت به صورت آنلاین محصولات موجود در این سفارش را بسته بندی و پس از تایید صدور فاکتور توسط سیستم آنرا ارسال مینمایند.فعالیت درگر این بخش شامل به روز رسانی اطلاعات مربوط به انبار و محصولات میباشد. اطلاعات مربوط به محصولات توسط تامین کننده ها ارسال میشود و پس از بررسی در سیستم ثبت میگردد. فعالیت اصلی قسمت فروش نیز شامل فروش محصولات و ارسال صورتهای سفارش به قسمت انبار داری میباشد. در ادامه به شرح کلی عملکردهای سیستم میپردازیم.
کاربران سیستم
به طور کلی کاربران سیستم را میتوان به سه بخش مشتریان ، اپراتورهای قسمت فروش و انبار و پرسنل تقسیم نمود. مشتریان سیستم میتوانند مشخصات خود را در سیستم ثبت نمایند ، سفارش خود را بر روی سیستم قرارداده و سپس از طریق شماره پیگیری به ردیابی سفارش خود بپردازند. سیستم به طور خود کار بخش انبار را از سفارشهای قرار داده شده مطلع میسازد تا این قسمت نسبت به آماده سازی و ارسال سفارش اقدام نماید. همچنین سیستم به طور اتوماتیک و به هنگام ثبت سفارش توسط مشتری از وجود کالای مورد سفارش در انبار اطمینان حاصل میکند. همانطوری که ذکر شد یکی از وظایف کارمندان بخش انبار داری به روز رسانی اطلاعات موبوط به انبارها و پرسنل این بخش است.
برای اینکه دید بهتری بر کاربران سیستم و فعالیتهای آنها ارائه دهیم ، توجه شما را به جدول زیر جلب مینماییم:
اپراتورهای سایت پرسنل مشتریان به روز رسانی اطلاعات انبار
به روز رسانی اطلاعات محصولات
به روز رسانی اطلاعات پرسنل
به روز رسانی اطلاعات موجودی
Login
Logout
ایجاد پروفایل
تغییر اطلاعات پروفایل

user8329

بیماری کیست هیداتید از بیماری های مشترک انسان و حیوان است که در اثر اکینوکوکوس گرانولوزیس ایجاد می شود.(1) این بیماری در مناطقی که حیواناتی مثل گوسفند و سگ سانان بیشتر باشند نظیر ایران –ترکیه – کشورهای مدیترانه ای و خاورمیانه – آمریکای جنوبی و نیوزیلند و استرالیا بیشتر دیده می شود (2). بیشترین بروز ان در اورگوئه 32 مورد در 100000 مورد در سال آرژانتین 21 مورد در 100000 مورد در سال می باشد(3).ایران نیز یکی از مهمترین کانون های کیست هیداتید می باشد (4).میزان بروز ان در سال 1991 در ایران 67. در 100000 نفر گزارش شده است که بیشترین موارد ان در خراسان – اصفهان وفارس به ترتیب 106 -51 -36 نفر مورد در 100000 مورد گزارش شده است (5).در چرخه طبیعی سگ سانان میزبان اصلی و گوسفند – شتر و بز میزبان واسط هستند (6).این بیماری آلودگی بافتی است که توسط مرحله لاروی انگل اکینوکوکوس گرانولوزیس ایجاد می شود(7).حداقل 7ژنوتیپ از 9 ژنوتیپ این انگل در انسان بیماری ایجاد می کنند که در ایران بیشترین موارد انسانی از زنجیره گوسفندی ان پدید می اید.کیست های کبدی(70%) و کیست های ریوی (20%) شایعترین محل بیماری هستند(8).بیشتر بیماران با کیست هیداتید کبد هیچ علامتی ندارند و ممکن است در طی یک برسی به طور تصادفی کشف شوند و یا فقط با بزرگی کبد مشخص شوند. کیست های بزرگ ممکن است دردناک شوند ولی علایم کیست هیداتید معمولا نتیجه عوارض مختلفی است که ممکن است برای ان پیش بیاید. کیست هیداتید ممکن است به داخل مجاری صفراوی پاره شود و منجر به کلانژیت گردد و یا ممکن است در مواردی که زیر کپسول کبدی قرار گرفته استبه داخل حفره پریتوئن پاره شده و منجر به شوک آنافیلاکتیک گرددو در مواردی نیز دچار عفونت گشته و علایم آبسه کبدی علایم بارز آن باشد.جراحی درمان اصلی و تنها راه از بین بردن کامل کیست ها است اما ممکن است عوارض جنبی و خطرناکی مثل مرگ یا عود کیست پس از عمل در پی داشته باشد(9). از آنجا که مطالعات تجربی و مشاهدات عینی متعدد نشان داده که امکان کاشت مستقیم پرونواسکولکس های این انگل به دنبال فشار ، ضربه یا پارگی کیست در حین جراحی وجود دارد (10 و 11)بررسی مدت زمان لازم برای کاشت مجدد انگل (لانه گزینی implantation) می تواند باعث تکمیل دانش انسان در خصوص مراحل تکاملی این انگل شود و شاید بتواند به عنوان یک تحقیق بنیادی در پیشبرد کنترل و درمان این بیماری موثر واقع شود .لذا ما در این مطالعه بر ان شدیم تا مدت زمان لانه گزینی( implantation)مجدد پروتواسکولکس ها پس از پارگی کیست را ارزیابی کنیم 1-2 کلیات
1-2-1 کیست هیداتید
کیست هیداتید (Hydatid cyst disease) یک بیماری انگلیمشترک انسان و حیواناست. عامل این بیماری کرمکوچک پهن و بندبندی است به نام اکی نوکوکوس گرانولوزوس (Echinococcus granulosus) از خانواده سستودهاکه طول آن ۵ –۳ میلی متر می‌باشد و به سختی با چشم دیده می‌شود . میزبان اصلی این کرمها سگ سانان هستند و کرم در روده باریکسگهای آلوده زندگی می‌کند . بدن این کرمها سه بند دارد و در آخرین بند، هزاران تخم آلوده کننده وجود دارد که بعد از پاره شدن این بند تخمها آزاد می‌گردند . سگ سانانآلوده از طریق مدفوع خود، تخم این کرمها را در مزارع، مراتع و سبزیکاریها پراکنده نموده، باعث آلودگی محیط می‌شوند . چنانچه این تخمها توسط یک میزبان واسط تصادفی مانندگاو، گوسفند، بز، شترو یا انسان همراه با علوفه و یاسبزی‌های خام نشسته خورده شوند جنینی که در این تخمها وجود دارد در روده آزاد شده و در بافت مخاطی روده نفوذ می‌کنند و خود را توسط گردش خون به کبد، ریه، مغز، کلیه، استخوانها و سایر بافتها می‌رساند و در آنجا کیسه‌هایی به اندازه یک توپ کوچک وگاهی بزرگ تشکیل می‌دهد. این کیسه‌ها دارای دیواره‌ای سفید و سفت بوده و داخل آن مایعی بی رنگ وجود دارد . به این کیسه‌ها کیست هیداتید می‌گویند(30)
بیماریزایی
شایعترین محل کیست هیداتید در کبد(۷۰٪)و ریه(۳۰-۲۰٪) می‌باشد . درصورت سوراخ شدن کیست (مثلا هنگام جراحی)، مایع حاوی نوزاد کرم (پروتواسکولکس) بافشار به اطراف می‌پاشد و هریک از این نوزادها می‌توانند با کاشت مستقیم یاازراه خوندر سایر قسمتهای بدن مجدداً کیست ایجاد کنند .
انسان معمولاً در اثر خوردن سبزیجات و آب آلوده به مدفوع سگ مبتلا و یا در اثر تماس مستقیم با سگ یا احشاء آلوده گوسفند و...به این بیماری مبتلا می‌شود.شیوع کیست هیداتید در ایران نیز مانند بسیاری از کشورهای خاورمیانهزیاد میباشد و این بیماری در بیشتر نقاط دارای دامپروریاندمیکاست. این پرازیتکه باعث کیست هیداتید می گردد بنامTeania Echinococusنیز یاد میگردد.این پرازیت درسال1695 توسط Hartman کشف گردید. واقعات ان درتمام دنیا دیده شده وبشتر در ممالک که تربیه مواشی وگوسفند رواج دارد دیده می شود ویک ارتباط بین انسان ,گوسفند وشک در این پرازیت دیده میشود .(23)
مورفولوژی
کرم کامل آن کوچک٬باطول 3-6میلی‌متربودهوازسهقسمتاصلیتشکیلشدهاست:
سر: دارای چهار عدد چوشگ بوده ویک Rostellum همراه با دو عددچنگگ خارمانند نیز قابل دید است .
عنق کوتاه وضخیم میباشد .
بندها: که مشتمل از سه بند میباشد بند اولی پخته نبوده ,بند دومی پخته ویندسومی حاوی Gravid میباشد.
دوران حیات = کرم دوران حیات را در دو میزبان سپری
. 1- میزبان قطعی : که عبارت ازسگ ,گرگ, روبا وشغال که کرک کاهل درا معای رقیقه این حیوانات زیست مینمایند ومقدار زیاد تخم ها توسط مواد غایطه این حیوانات به خارج اطراح می گردد.سگ از جمله میزبان قطعی اصلی دراین پرازیت به شمار میرود.
2- میزبان بینابینی عبارت از گوسفند,خوگ,اسپ ,بز وانسان میباشد که مرحله لاروای پرازیت دراین میزبان ها سپری شده وباعث بوجود اوردن کیست هیداتید می گردد گوسفند از جمله میزبان بینابینی اصلی دراین پرازیت به شمار میرود.
علائم بالینی
کیست هیداتید بسیاری اوقات علامت بالینی ندارد ولی در صورت علامتدار شدن علایم بیماری بستگی به محل استقرار کیست در بدن دارد (فشار بر اندامها). مثلا در کبدبه صورت سوء هاضمه، درد و لمس توده در RUQ تظاهر می‌کند. تظاهرات دیگر آن انسداد مجاری صفراوی، یرقانو عفونت ثانویه می‌باشد . در ریه‌ها، علایم درگیری سیستم تنفسی مانند سرفه، تنگی نفس، خلط، هموپتزی، درد سینه و تباست . در صورتی که کیست در طحالرشد نماید علایمی نشان نداده ولی ممکن است دراثر ضربه‌ای کوچک یا تصادف پاره شود که شوک و مرگ فوری بیمار را به دنبال دارد . در صورت رشد کیست در مغز علایمی شبیه تومور مغزیدیده می‌شود.کیست جگر ممکن است برای 10-20 سال ویابشتر از ان بدون تظاهر باقی بماند الی زمانیکه جسامت ان یزرگ وبه اسانی قابل جس باشد ویااینکه باعث پندیده گی بطن گردد ویا از باعث تمزق ان اعراض بوجود اید .اعراض ان شامل درد ناحیه Right upper quadrant دلبذی ,استفراغ,می باشد واز باعث تولید فشا انسدادی مترافق باCholangitisباکتریل ثانوی سیروز وفرط فشار ورید باب دیده میشود
تشخیص و درمان
تصویربرداری(با اشعه یا سونو و اسکن) و تستهای سرولوژیمانند تست پوستی کازونی Casoni test در تشخیص کمک کننده هستند .
درمان این بیماری با عمل جراحی برداشتن کیست ها و یا داروهایی مانند مترونیدازولو آلبندازول امکان پذیر است. Praziquantil به مقدار 120-210mg/kg.w برای 5-6روز تجویز میگردد. وقایه یا پیشگیری: پیشگیری از ابتلای سگ سگ بوسیله تداوم مصرف داروهای ضد کرم توسط سگ ها در مناطق اندیمیک . شستن دستها قبل از خوردن غذا ویعد ازتماس با سگها و احشای داخلی حیواناتی نظیر گوسفند. پرهیز از مصرف احشای داخلی فاقد مهر تاییدیه بهداشت.(20)
چرخه انتقال بیماری
1-  ذبحغیربهداشتی دام ، بیرون انداختن امعاء و احشاء آلوده به کیست و قرار گرفتن این اندامها در دسترس سگ و سگ سانان
2-  خوردنکیستهایحاویجنینتوسط سگ و تبدیل آنها به کرمهای پهن نواری شکل در روده سگ
3-   رشد کرمها (تنیا اکینوکوک) در روده سگ و دفع تخمها متعدد توسط مدفوع سگ در محیط.(15)
4_   خوردنعلوفهوآبآلودهبهتخمهایدفعشدهسگتوسطدامها(گوسفند،گاو،شتر…)
5- تبدیلتخمهابهجنینهایمختلفوتبدیلجنینهابهکیستهیداتیکدراندامهای مختلف دام
مجدداً با ذبح غیر بهداشتی دام و بیرون انداختن امعاء و احشاء آلوده به کیست و قرار گرفتن این اندامها در دسترس چرخه انتقال بیماری تکرار می گردد.
سیر تکامل عامل بیماری کیست هیداتیک
 
    1.     میزبان نهایی : میزبانی است که انگل دوران بلوغ یا مرحله تکثیر جنسی خود را در بدن آن موجود می گذراند.
   2.     میزبان واسط : میزبانی است که انگل دوران قبل از بلوغ جنسی خود را در بدن آن موجود می گذراند0
راههای انتقال بیماری به انسان
1- تماسنزدیکومستقیمباسگهایآلوده .
2- تماسمستقیمبامدفوعسگهایآلوده .
3- مصرفآب،غذاوسبزیجاتآلودهشدهبهمدفوعسگ
دوره کمون بیماری: دوره کمون ممکن است بین 5تا20 سال طول می کشدو بر حسب محل، نوع و شدت ضایعات علائم بالینی فرق می کند.
علائم بیماری در انسان
بیماری در سگ هیچ علامت مشخصه ای معمولاً ندارد .علائم کیست در انسان بستگی به اندازه و محل جایگزینی آن دارد ( حدود 90% کیستهادر ریه و کبد تشکیل می شود.) اگر بافت اطراف کیست نرم با شد کیست می تواند بزرگ و حتی به اندازه یک توپ فوتبال نیز برسد.
کیست تشکیل شده در استخوان معمولاً کوچک ومایع داخلی آن کم می باشد و عمدتاً حفره میانی استخوان را مورد تهاجم قرار داده و باعث فرسودگی و شکستگی استخوان می گردد.
در کیست های کبدی علائمی مثل بزرگی کبد ، قولنج کبدی و زردی دیده می شود.
در کیست های ریه علائم مختلفی از جمله سرفه ، تنگی نفس ، دردهای قفسه سینه و خلط خونی دیده می شود.
کیست در مغز موجب اختلالات عصبی تاری دید ، لرزش و صرع می گردد.
کیست در کلیه با سوزش ادرار و وجود خون در ادرار خودنمایی می کند.
کیست قلبی ممکن است باعث تپش قلب ، تنگی نفس، اختلال عمل قلب گردد.
در پاره ای از موارد به علت ضربه ممکن است کیست پاره شده و محتویات آن وارد خون شده و شوک ایجاد کند که خود موجب سقوط سریع فشار خون و مرگ بیمار می گردد.(14)
 
 
درمان بیماری در سگ
در صورت آلودگی سگ به راحتی با دادن داروی ضد انگل درمان می شود. توصیه می شود مرتباً زیر نظر دامپزشکی هر چند ماه یک بار از داروی ضد انگل برای حیوانات استفاده شود.بنابراین کسانی که دارای سگ خانگی و گله می باشند، بایستی این موضوع را مدنظر داشته باشند.(12)
 
پیشگیری و کنترل
بیماری کیست هیداتیک انتشار جهانی دارد و بطور کلی در مناطقی که شغل دامپروری رونق دارد وتماس نزدیکی بین گاو، گوسفند، انسان و سگ زیاد می باشد، از شیوع بیشتری برخوردار است(27). بنابراین در کنترل بیماری باید موارد زیر را مد نظر قرار داد:
    1.     آموزش بهداشت :آگاه نمودن مردم در زمینه استفاده از سبزیجات به نحوی که سبزی باید کاملاً با مواد ضدعفونی کننده شسته و بعد مصرف گردد.
   2.     کسانی که دارای سگ خانگی و گله هستند، می بایست تماس محدودی با آنها داشته باشند.(زیرا موی بدن آنها ممکن است به تخم انگل آلوده باشد.)نگهداری این حیوانات باید تحت نظر دامپزشک با معاینه دوره ای مرتب و استفاده از داروهای ضد انگل همراه باشد و از لمس کردن آنها نیز خودداری گردد.
   3.    از کشتار حیوانات(گاو، گوسفند و بز ) در خارج از کشتارگاه اکیداً خودداری شود و این کار باید در کشتارگاههای بهداشتی صورت پذیرد.ضمناً مردم در این خصوص همکاری لازم را باید معمول دارند و از خرید گوشت و فراورده های دامی که معاینه نشده و مهربهداشتی ندارند خودداری کنند.
    4.     بازرسی لاشه و اندام ها در موقع کشتار، ضبط و معدوم نمودن اندام های آلوده به کیست به نحوی که اندام آلوده از دسترس سگ دور نگه داشته شده و حتماً سوزانده و یا دفن بهداشتی گردند.
   5.    مبارزه با سگ های ولگرد شامل معدوم نمودن آنها از طرق مختلف و همچنین جمع آوری و دفن صحیح زباله نقش مهمی در کاهش جمعیت سگ ها و مبارزه با این بیماری و سایر بیماری هایی که از طریق سگ به انسان منتقل می شود را خواهد داشت.
      6.        آموزس به مردم در مورد اهمیت شستشوی دستها با آب و صابون (10)

(28)

1-2-2 پروتواسکولکس
فرم in vaginatedکه قسمت سر و گردن به داخل بدن فرو رفته است .
همراه با بزرگ شدن کپسول های زایا ( brood capsule ) جوانه های بیضی شکل کوچکی به نام پروتواسکولکس از سطح داخلی کپسول ایجاد شده که پس از پاره شدن کپسول ها، پروتواسکولکس ها به داخل مایع هیداتید می ریزند . که در این حالت به مجموعه پروتواسکولس هاو کپسول جوانه ای شن هیداتید ( hydatid sand ) می گویند(26).

1-2-3 روش های درمان کیست هیداتید در انسان
روشهایرادیولوژیککهمهمترینآنهاسونوگرافیوسیتیاسکنمیباشدنهتنهادرتشخیصضایعاتکمککنندههستندبلکهازآنهابرایطبقهبندیانواعکیستهیداتیداستفادهمیشود
تحولدرروشهایدرمانیکیستهیداتیددرآنکیستهیداتیدبهپنجتیپتقسیمشد ( 8). بعدهاتوسطگروهاطلاعرسانیسازمانبهداشتجهانی 1 بالحاظکردنسایزکیستاینتقسیمبندیارتقایافتهوبهعنوانطبقهبندیاستانداردکیستهیداتیدبرایتمامدنیاعرضهشد ( 9). برایارزیابیکارامدیانواعدرمانوپیگیریسرنوشتکیستنیزسونوگرافینقشمهمیدارد . تاچندسالاخیرروشجراحیبهعنوانتنهادرماناستانداردکیستهیداتیدمعرفیمیشد .جراحیاینبیماریازطریقلاپاروسکوپیویاعملبازبه
صورترادیکالویامحافظهکارانهبهشکلبرداشتنکیستیابرداشتنقسمتیازعضومیباشدکهمتأسفانهدارایدرصدقابلملاحظهایعوارض(66-14درصد)ونیزدربعضیمنابعمرگومیرحدود8-7 درصدذکرشدهاست.ازسویدیگرهزینهبالاوبستریطولانیمدتازدیگرمحدودیتهایاینروشاست.(25)
کاربرددرمانهایداروییبهتنهاییازجملهاخیراً - مبندازولیاآلبندازولموردبحثفرواناست.
استفادهازدرمانهایپرکوتانهمیتواندجایگزینیمناسببرایجراحیباشد.
1-2-4روش جراحی کیست هیداتید کبدی :
مراحل جراحی :
1-انسیزیون : این عمل بطور معمول انسیزیون ساب کوستال راست است. در مورد کیست های خیلی بزرگ میتوان انسیزیون مرسدس را بکار برد

2-پس از باز کردن جدار شکم از رتراکتور روچارد میتوان استفاده کرد،تا دید واضحی از کبد بدست آید
3-در قدم بعدی متحرک سازی با برش لیگامان فالسی فرم از سمت راست دیافراگم شروع میشود.برای بهتر شدن دید وعدم آسیب دیافراگم وکبد لیگامان را بین انگشت سبابه و سوم قرار داده و روی انرا با کوتر جدا میکنیم.در صورتی که پس از قطع لیگامان فالسی فرم همچنان دید کافی بدست نیاید میتوان در صورت نیاز و برحسب محل کیست هیداتید لیگامان تری انگولار (مثلثی) را جدا کرد.

4-متحرک سازی کبد باید طوری باشد که کیست در وسط فیلد جراحی قرار بگیرد.سپس باید اطراف کیست با لنگ گاز پوشش داده شود، سپس با نیدل مخصوص ،آسپیراسیون کیست بصورت استریل انجام شود و محتویات جهت آزمایشگاه باکتریولوژی ارسال میشود و در صورت مسجل بودن تشخیص از مایع اسکلوسیدال مثل سالین هایپتر تونیک و یا نیترات نقره استفاده میشود.

5- برش برروی کیست انجام میشود طوری که ماریژین مناسب با بافت کبد داشته باشد.سپس محتویات باقیمانده کیست آسپیره میشود و محتویات کیست خارج میگردد. باید مراقب بود که محتویات کیست با حفره پریتون تماس پیدا نکند.

6-پس از برداشتن سقف کیست باید لایه ژرمینال کیست برداشته شود. در صورتی که برداشت کامل لایه ژرمینال مقدور نبود ،باید به دقت کیست را باز کرد وتمامی قسمت های باقیمانده را جدا کرد.
7-پس از برداشتن کیست باید به دقت هموستاز عروق خونریزی دهنده و مجاری صفراوی انجام شود ،که این کار با سوچور جداگانه با نخ غیرقابل جذب انجام میشود.جراح باید در مورد مجاری صفراوی زمان کافی بدهد تا مجاری فرعی خود را نشان دهند.

8-سپس حفره باقیمانده کیست را میتوان با امنتوم پوشاند. جهت این کار یک فلپ از امنتوم بزرگ آزاد سازی میشود و در حفره کیست گذاشته میشود و لبه های آن با لبه های کیست با سوچور جداگانه فیکس میشود.ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>schumpelik</Author><Year>2009</Year><RecNum>10</RecNum><DisplayText>(1)</DisplayText><record><rec-number>10</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="ettp95sfddpfesea0dbxfat2xxdswzxse5tw">10</key></foreign-keys><ref-type name="Book">6</ref-type><contributors><authors><author>volker schumpelik</author></authors></contributors><titles><title>hydatid cyst</title></titles><volume>1</volume><num-vols>1</num-vols><section>231-238</section><dates><year>2009</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>(1)

1-3 اهداف:
1-3-1 اهداف اصلی :
تعیین زمان لانه گزینی پروتواسکولکس های کیست هیداتید پرفوره در حفره شکمیدر رت
1-3-2 اهداف ویژه:
بررسی لانه گزینی و استقرار پروتواسکولکس های این انگل در حفره شکمی بعد از 1 ساعت در رت
بررسی لانه گزینی و استقرار پروتواسکولکس های این انگل در حفره شکمی بعد از 24 ساعت در رت
بررسی لانه گزینی و استقرار پروتواسکولکس های این انگل در حفره شکمی بعد از 48 ساعت در رت
بررسی لانه گزینی و استقرار پروتواسکولکس های این انگل در حفره شکمی بعد از 72 ساعت در رت
مقایسه طول مدت لانه گزینی و استقرار پروتواسکولکس های کیست هیداتید در رت
1-3-3 اهداف کاربردی
استفاده از نتایج این تحقیق در تعیین بهترین زمان شروع درمان های پیشگیری کننده پس از پرفوراسیون کیست ها
به دست اوردن یک آلگوریتم شروع درمان بیماران مبتلا به کیست هیداتید پرفوره با توجه به زمان طلایی لانه گزینی کیست هیداتید
1-3-4 سوالات طرح:
آیا 1 ساعت پس از پارگی کیست هیداتید در حفره ی شکم لانه گزینی پروتواسکولکس اتفاق می افتد؟
آیا 24 ساعت پس از پارگی کیست هیداتید در حفره ی شکم لانه گزینی پروتواسکولکس اتفاق می افتد؟
آیا 48 ساعت پس از پارگی کیست هیداتید در حفره ی شکم لانه گزینی پروتواسکولکس اتفاق می افتد؟
آیا 72 ساعت پس از پارگی کیست هیداتید در حفره ی شکم لانه گزینی پروتواسکولکس اتفاق می افتد؟
1-3-5 فرضیات طرح:
در طی انجام این طرح و پس از آنالیز نتایج بدست آمده میتوان زمان لانه گزینی پروتواسکولکس ها را تخمین زده و از روند درمان بیماران اطمینان حاصل کرد.
1-3-6 تعریف واژگان:
کلانژیت : التهاب مجاری صفراوی
implantation: لانه گزینی
بررسی متون:
در جستجو با کلید واژگان کیست هیداتید (hydatid cyst) و لانه گزینی (implantation ) و رت (Rat)در منابعاطلاعاتیمختلفهمچونسایتهای Pub Med و Med Line ومجلاتانجامشدهپروژه - ریسرچایکهبهطورخاص برروی تعیین زمان لانه گزینی پروتواسکولکس های کیست هیداتید پرفوره در حفره شکمیدر رت انجام گرفته باشد یافت نشد،اماچندینپروژه - ریسرچباعناویننزدیکبهموضوعطرحیافتشدکهبهبررسیآنهامیپردازیم :
قره داغی و همکاران در تبریز در سال 2011 اثر تریکلابندازول و لوامیزول را در روی کیست هیداتیدی که به صورت تجربی در رت ایجاد شده بود مورد مطالعه قرار دادند. در این بررسی 2 ماه بعد از آلوده نمودن رت ها با 2000 عدد پروتواسکولکس انگل درمان خوراکی رت با این دو دارو انجام شد و 6 ماه پس از آلودگی رت ها کشته شده و تعدادکیست تشکیل شده در اندام های آن بررسی گردید(12)
سبزواری و همکاران در سال 1378 استقرار و رشد کیست هیداتید ثانویه در حیوانات آزمایشگاهی را مورد بررسی قرار دادند . آنان پروتواسکولکس های کیست هیداتید گوسفندی را به صورت داخل صفاقی به موش سوری ، رت، هامستر و خرگوش تلقیح نموده و در نهایت بهترین حیوان آزمایشگاهی برای مطالعه تجربی کیست هیداتید را ،موش سوری گزارش نمودند(13).
در مطالعه ای که در سال 2011 توسطMejri N, Müller N, Hemphill A, Gottstein B. تحت عنوان عفونت اکینوکوکوس مولتی لوکاریس در رت و تغیرات سطوح CD4+ and CD8+ regulatory T cell development. در پریتوان ،مشخص شد که سطوح CD4 و CD8 در موش ها به دنبال عفونت افزایش میابد،همچنین میزان 4IL نیز در این موارد افزایش پیدا میکردPEVuZE5vdGU+PENpdGU+PEF1dGhvcj5NZWpyaTwvQXV0aG9yPjxZZWFyPjIwMTE8L1llYXI+PFJl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ADDIN EN.CITEPEVuZE5vdGU+PENpdGU+PEF1dGhvcj5NZWpyaTwvQXV0aG9yPjxZZWFyPjIwMTE8L1llYXI+PFJl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bC10aXRsZT5QYXJhc2l0b2wgSW50PC9mdWxsLXRpdGxlPjxhYmJyLTE+UGFyYXNpdG9sb2d5IGlu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ADDIN EN.CITE.DATA(2)
در مطالعه ی رفیعی عبداله*,کریگ فیلیپ تحت عنوان بررسی رشد کیست هیداتید اکینوکوکوس گرانولوزوس در حیوانات آزمایشگاهی در سال 1382 انجام شد مشخص شد که بر اساس نتایج این مطالعه موش BALB/c و ژربیل حیوانات آزمایشگاهی مناسبی جهت تشکیل کیست هیداتید تجربی می باشند. از نظر تشکیل تعداد زیادتر کیست، موش حیوان مناسبتری است. در مقابل ژربیل حیوانمناسبتری جهت تشکیل کیستهای بزرگتر از نظر اندازه و کیست هیداتید ثانویه بارورمی باشدADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>A.rafiee</Author><Year>1382</Year><RecNum>9</RecNum><DisplayText>(3)</DisplayText><record><rec-number>9</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="ettp95sfddpfesea0dbxfat2xxdswzxse5tw">9</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>A.rafiee</author></authors></contributors><titles><title>evaluation of growth hydatic cyst in labs animal</title><secondary-title>tehran university </secondary-title></titles><periodical><full-title>tehran university</full-title></periodical><pages>20</pages><volume>58</volume><dates><year>1382</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>(3)
 
 
3-1 نوع مطالعه و جامعه ی مورد آزمون
30 رت نر نژاد spague . dawley با سن 10-12 هفته با وزن 250-300 گرم که با مایع هیداتید کیست های انسانی آلوده شده اند.
3-2 حجم نمونه:
با توجه به مطالعه انجام گرفته در این زمینه (مشابه) 5 گروه و برای هر گروه حداقل 6 نمونه مورد نیاز است و در مجوع حداقل 30 مورد موش مورد نیاز است.
3-3 روش و تکنیک کار:
در ابتدا حدود 2 سی سی مایع کیست هیداتید انسانی که از کیست های جراحی شده شکمی بدست آمده بود ،به درون حفره پریتون موش ها تزریق شد.لازم به ذکر است مایع کیست هیداتید انسانی بلافاصله از اتاق عمل استخراج شده بود و به تمامی گروه های 5 گانه تزریق شد.
سپس گروه ها به ترتیب مورد جراحی قرار گرفتند ،ابتدا موش ها به درون محفظه بزرگی انتقال یافتند و یک گاز آغشته به اتر به درون محفظه انداخته شد و درب آن بسته شد،که بعد از 5 دقیقه تمامی موش ها بیهوش شدند.سپس برای اطمینان از بی درد بودن جراحی و حفظ و رعایت اصول اخلاق تحقیق و پزشکی 5/0 سی سی کتامین با سرنگ انسولین در عضله ی موش ها تزریق شد.سپس موش ها برروی میز جراحی ثابت شدند و با تیغ بیستوری شماره 15 شکم موش ها به صورت طولی و میدلاین باز شد و سپس جستجو به صورت Grossly در حفره پریتون انجام شد،در صورت مشاهده ی یک نقطه مشکوک از آن بیوپسی تهیه میشد و در غیر اینصورت 3 نمونه از نقاطی مثل کبد ،امنتوم و روده ها برداشته میشد و در ظرف پلاستیکی نمونه که با فرمالین پرشده بود قرار داده شد.ظرف ها به صورت موش شماره یک،دو ، سه .... نشان دار شدند و بر روی هر ظرف محل بیوپسی ثبت شد.
پس از برداشته نمونه ها مقدار 1 سی سی الکل طبی در قلب موش ها تزریق شد تا از مرگ حیوان اطمینان حاصل شود.
نمونه ها نیز بلافاصله به آزمایشگاه پاتوبیلوژی طرف قرار داد ارسال شدند
لازم به ذکر است که این مطالعه در 5 گروه حاوی 6 موش که در ساعت اول ،24 ،48 ، 72 و هفته ی اول ،بعد از ترریق مورد آزمایش قرار گرفتند.
3-4 ابزار جمع آوری اطلاعات و مشخصات آن ها:
فرمهای مخصوص ثبت اطلاعات موش ها و نتایج آزمایشات
3-5خطاهای تصادفی و سیستماتیک و روش حل آنها:
Intra observer bias که جهت رفع آن از یک آزمایشگاه و پرسنل ثابت استفاده میشود.
3-6 نحوه تجزیه و تحلیل اطلاعات:
نتایج حاصله با کمک نرم افزار SPSSورژن 21 مورد تجزیه و تحلیل قرار میگیرد. و با استفاده از آزمونهایt-test و Wilcoxon وMann- Whitney و آنالیز کوواریانس جهت کنترل متغیرهای مخدوش کننده و نیز منحنیROC جهت نشان دادن حساسیت و ویژگی آزمون انداز ه گیریADA مورد انالیز قرار می گیرد
3-7 جدول متغیر ها:
نام متغیر تعریف (کاربردی و علمی) نوع متغیر مقیاس متغیر واحد اندازه گیری متغیر
بر اساس اهداف تحقیق بر اساس نوع متغیر کیفی کمی مستقل وابسته زمینه ای مداخله گر کمی گسسته کمی پیوسته کیفی اسمی رتبه ای فاصله ای نسبتی زمان نفوذ اسکولکس
به جدار دقیقه یا ساعت
محل نفوذ تشکیل کیست مشاهده میکروسکوپی
3-8 ملاحظات اخلاقی
تمام مراحل کار در تحقیق از نحوه نگه داری تا مرحله بیهوشی و تزریق دارو و هم چنین نحوه دفع اجساد حیوانات ازمایش شده بر اساس مبانی کمیته اخلاق حمایت از حیوانات ازمایشگاهی مورد استفاده در امور عملی انجام خواهد شد
4-1 نتایج :
در این مطالع ی 5 گروه شامل هر گروه 6 رت نر حضور داشت که در ساعات 1 ،24 ، 48، 72 و هفته اول بعد از تزریق مایع کیست هیداتید انسانی ارزیابی میشدند .
که پس از ارزیابی ها ی به عمل آماده توسط آزمایشگاه طرف قرار داد طرح برروی نمونه های ارسالی نتایج زیر بدست آمد:
در گروه اول که در ساعت اول بعد از تزریق نمونه گیری شدند هیچ یک از 6 نمونه ی ارسالی پاتولوژی مثبتی نداشتند.
در گروه دوم که در ساعت 24 بعد از تزریق ارزیابی شدند هیچ کدام از 6 نمونه ی ارسالی پاتولوژی مثبت نداشتند.
در گروه سوم که در ساعت 48 بعد از تزریق نمونه گیری شدند ،هیچکدام از 6 نمونه ی ارسالی پاتولوژی مثبتی نداشتند.
در گروه چهارم که در ساعت 72 بعد از تزریق نمونه گیری شدند ،2 نمونه ی مثبت و 4 نمونه منفی گزارش شد.
در گروه پنجم که در هفته ی اول بعد از تزریق نمونه گیری شدند 3 نمونه ی مثبت و 3 نمونه ی منفی گزارش شد.
لازم به ذکر است که در هیچ یک از پنج گروه مورد مطالعه مرگ و میر در حین انجام مطالعه گزارش نشد.

موارد مثبت پاتولوژی موارد منفی پاتولوژی موارد مرگ و میر در حین آنالیز
گروه اول
(ساعت اول ) 0 6 0
گروه دوم
(ساعت 24) 0 6 0
گروه سوم
(ساعت 48) 0 6 0
گروه چهارم
(ساعت 72) 2 4 0
گروه پنجم
(هفته اول) 3 3 0
بحث و نتیجه گیری:
کیست هیداتید بیماری مزمن و مرموزی است که اغلب به صورت تصادفی کشف میشود و افراد از ابتدا به این بیماری اگاهی ندارند.کیست هیداتید ممکن است به داخل مجاری صفراوی پاره شده و ایجاد کلانژیت کند.خطر پاره شدن کیست به داخل حفره پریتون میتوان منجر به کاشته شدن کیست در نقاط مختلف حفره پریتون مثل فضای بین روده ای (inter loop) و یا روی امنتوم یا پریتون جداری و احشایی شود.
یکی از معضلات جراحان در برخورد بالینی عدم اطلاع از لانه گزینی و کاشته شدن اسکولکس ها در حفره پریتون است، زیرا با چشم غیر مسلح نمیتوان کاشته شدن اسکولکس ها را دید و تنها کاری که میتوان در این موارد انجام داد شستشوی حفره پریتون با اسکلوسیدال یا همان ماده ی کشنده ی اسکلوکس ها از قبیل سالین هایپرتونیک یا محلول نیترات نقره و ... است.به جرات میتوان گفت در هیچ مطالعه ای مدت زمانی از کاشته شدن اسکولکس ها از لحظه پاره شدن تا کاشته شدن ذکر نشده است.
در این تحقیق ما بر آن شدیم که با بدست آوردن این زمان حداقل Golden Time یا زمان طلایی اقدام مفید جراحی را در برخورد با موارد کیست پاره شده بدست آوریم، تا بتوانیم با درصد موفقیت بالاتری از عدم کاشته شدن اسکولکس ها اطمینان به عمل آورده و به بیمار این اطمینان را داد که در آینده با احتمال کمتر دچار کیست های متعدد در حفره پریتون خواهد شد.
پس از تحقیق و بررسی در این مورد نتیجه گرفتیم که پس از گذشت 72 ساعت (سه روز) از زمان پاره شدن کیست هیداتید به داخل حفره پریتون ، اسکولکس ها شروع به لانه گزینی و کاشته شدن در نقاط مختلف حفره پریتون خواهند کرد و با توجه به این که اغلب بیماران لحظه پاره شدن کیست را چه به صورت خودبخودی و چه به صورت تروماتیک به یاد می آورند محاسبه این زمان آسان خواهد بود و در صورتی که قبل از 72 ساعت تحت جراحی قرار بگیرد و حفره پریتون با اسکلوسیدال مناسب شستشو شود وعمل قطعی کیست نیز نظیر امنتوپلاستی انجام شود. میتوان با در صد بالایی به بیماران اطمینان را داد که در آینده ریسک ابتلا به کیست های متعدد داخل پریتون کمتر خواهد شد.
Refrences:
1. S. Durif, Z. Marinkovic, FebvreC ,et al .Abdomen aigu
chirurgical .un mode de révélation rare de kystehydatique
hépatique. 12(11):1617-9. 2005
2. Lagardere B, Chevallier B, Cheriet R. Kystehydatique de
l’enfant. Editions techniques. Encycl. Méd. Chir. (Paris-
France), Pédiatrie,4–350–B–10, 1995
3. Beyrouti MI, Beyrouti R, Abbes I, et al. Acute rupture of
hydatid cysts in the peritoneum. 17 cases.PresseMed .
33:378–384, 2004
4. Gunay K, Taviloglu K, Berber E, et al. Traumatic rupture
ofhydatid cysts: a 12-year experience from an endemic
region. J Trauma.46:164–167, 1999
5. DoganayZ,Guven H, Aygun D, et al. Blunt abdominal
trauma with unexpected anaphylactic shock due to rupture
ofhépatichydatid cysts. Emerg Med Grand Rounds; 2: 17-
20; 2002
6. Di Cataldo A, Lanteri R, Caniglia S, et al. A rare
complication of the hepatic hydatid cyst: intraperitoneal
perforation without anaphylaxis. IntSurg; 90:42–44. 2005
7. Gharbi HA, Ben Chehida F, Moussa N et al. Kyste
hydatique du foie. GastroenterolClin Biol.19: 110-18, 1995
8. Awar GN, Matossian RM, Radwan H, et al. Monitored
medicosurgical approach to the treatment of cystic
hydatidosis. Bull OMS Bull World Health Organ. 69:477–82,
1991
9. Dumon H, Gambarelli F, Doumbo O, et al. Étude
expérimentale de l’efficacité des différentes solutions
colécidesutilisées en chirurgiehydatique. Med Mal Inf
.10:540–2, 1986
10. Horton RJ. Chemotherapy of Echinococcus infection in
man with albendazole. Trans R Soc Trop Med Hyg. 83:97–
102, 1989
ADDIN EN.REFLIST
11)Mejri N, Muller N, Hemphill A, Gottstein B. Intraperitoneal Echinococcus multilocularis infection in mice modulates peritoneal CD4+ and CD8+ regulatory T cell development. Parasitology international. 2011;60(1):45-53. Epub 2010/10/23.12)A.rafiee. evaluation of growth hydatic cyst in labs animal. tehran university 1382;58:20.13-Blumgart LH. Surgery of the Liver, Biliary tract and Pancreas vol.2,
4th ed, W.B. Saunders, Philadelphia, 2007.
14-. El Mufti M. In Surgical management of hydatid disease, El Mufti M,
editor, London, Butterworth,1989;27-30.
15. El Mufti M. In Surgical management of hydatid disease, El Mufti M,
editor, London, Butterworth,1989;31-54.
16-Nadeem N, Khan H, Fatimi S, Ahmad MN. Giant multiple
intraabdominalhydatid cysts: case report. J Ayub Med Coll
Abbottabad.2006;18:71-3.
16. Singh RK. A case of disseminated abdominal hydatidosis.J Assoc
Physicians India.2008;56:55.
17. Yadav MK, Mittal P, Rishi JP, Agarwal K. Disseminated abdominal
hydatidosis. J Assoc Physicians India.2007;55:875-6.
18.Vagholkar KR, Nair SA, Rokade N. Bombay Hospital Journal,
2004;46(2); Case Report 13 (http://www.bhj.org/journal/
2004_4602_april/index.htm).
19. Iqbal SA, Jawaid M, Usmani F. Disseminated Intra-Abdominal
Hydatidosis: A Very Rare Presentation. The internet Journal of
Surgery.2007;11(1).
20. Karavias DD, Vagianos CE, Kakkos SK, Panagopoulos CM,
Androulakis JA. Peritoneal Echinococcosis.World J Surg.
1996;20:337-40.
21. Ramji S, Kulshrestha R, Sehgal S, Khandpur SC. Primary peritoneal
echinococcosis. Indian Pediatr.1987;24:258-9.
22. La Torre F, Giacomelli L, Messineti S. Unusual site of hydatidosis:
a case with mesenteric location. Minerva Chir. 1988;43:1615-9.
23. Ionescu A, Trufin R, Jakab A, Jutis T. Primary hydatid cyst of the
greatepiploon with spontaneous rupture: hydatid peritonitis. Rev
ChirOncolRadiol O R L OftalmolStomatolChir. 1985;34:53-6.
24. Wani RA, Malik AA, Chowdri NA, Wani KA, Naqash SH. Primary

user8341

جدول2-4- مقادیر عددی C1 و C2 و C3 برای واکنش‌های D-T, D-D و D-3He PAGEREF _Toc411025934 h 54
جدول 3-1- پارامترهای ITER90-HP PAGEREF _Toc411025935 h 73
جدول 3-2- شرایط اولیه ی پلاسما PAGEREF _Toc411025936 h 74
جدول 3-3- نقطه تعادل–نقطه احتراق PAGEREF _Toc411025937 h 79
جدول 3-4- پارامترهای کمیت کنترل PAGEREF _Toc411025938 h 81

***فهرست اشکال*** TOC h z t "شکل;1"
شکل 1-1- مراحل زنجیره‌ی پروتون – پروتون که در خورشید اتفاق می‌افتد PAGEREF _Toc421519544 h 6شکل 1-2- انرژی پتانسیل بر حسب فاصله‏ی دو هسته‏ی باردار که با انرژی مرکز جرم به هم نزدیک می‏شوند. PAGEREF _Toc421519545 h 10شکل 1-3- نمایی از کپسول هدف PAGEREF _Toc421519546 h 12شکل 1-4- مراحل همجوشی به روش محصورسازی لختی PAGEREF _Toc421519547 h 13شکل1-5- راکتور آینه ای PAGEREF _Toc421519548 h 16شکل 1-6- نمایی از دستگاه چنبرهای پلاسما PAGEREF _Toc421519550 h 17شکل 1-7- راکتور توکاماک ایتر PAGEREF _Toc421519551 h 19شکل 1-8- سطح مقطع ایتر با پلاسمای بیضی PAGEREF _Toc421519552 h 19شکل1-9- شماتیک هندسی راکتور استلاتور PAGEREF _Toc421519553 h 21شکل2-1- واکنش پذیری انواع سوخت‌ها PAGEREF _Toc421519554 h 26شکل2-2- روش‌های گرم کردن پلاسما PAGEREF _Toc421519555 h 36شکل23: مدارهای لارمور در یک میدان مغناطیسی PAGEREF _Toc421519556 h 44شکل 2-4: نمایش میدان مغناطیسی توروئیدی و پولوئیدی و تبدیل چرخشی PAGEREF _Toc421519557 h 44شکل 2-5: سوق‌گیری ذره، در میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی متعامد PAGEREF _Toc421519558 h 45شکل 2-6: حرکت مارپیچی الکترون‏ها و یون‏ها در امتداد خطوط مغناطیسی PAGEREF _Toc421519559 h 46شکل2-7- آهنگ واکنش به صورت تابعی از دما برای واکنش‌های مختلف همجوشی با توزیع سرعت ماکسولی PAGEREF _Toc421519560 h 50شکل2-8- معیار لاوسون nτE برحسب دما T(keV) برای پلاسمای D-3He و D-T با فرض محصورسازی کامل ذرات باردار محصولات عمل PAGEREF _Toc421519561 h 59شکل4-1- مقایسه تغییرات پارامتر واکنشپذیری برای واکنش همجوشی D-T و D-3He براساس روش باکی PAGEREF _Toc421519562 h 83شکل 4-2- چگالی پلاسمای دوتریوم و هلیوم3 در حالت ناپایدار برحسب زمان برای دو نمونه همراه با ناخالصی (آرگون و بریلیم) و حالت بدون ناخالصی PAGEREF _Toc421519563 h 86شکل 4-3- دمای پلاسمای دوتریوم و هلیوم3 در حالت ناپایدار بر حسب زمان برای دو نمونه همراه با ناخالصی (آرگون و بریلیم) و حالت بدون ناخالصی PAGEREF _Toc421519564 h 88شکل 4-4- نسبت چگالی ذرهی آلفا به چگالی الکترون در حالت ناپایدار بر حسب زمان برای دو نمونه همراه با ناخالصی و حالت بدون ناخالصی PAGEREF _Toc421519565 h 89شکل 4-5- پارامتر β پلاسمای دوتریوم و هلیوم 3 برحسب زمان در حالت ناپایدار برای دو نمونه همراه با ناخالصی و حالت بدون ناخالصی PAGEREF _Toc421519566 h 90شکل 4-6- توان تابشی پلاسمای دوتریوم و هلیوم 3 در حالت ناپایدار برحسب زمان برای دو نمونه همراه با ناخالصی و بدون ناخالصی PAGEREF _Toc421519567 h 91شکل 4-7- توان ذره آلفا در همجوشی پلاسمای دوتریوم و هلیوم 3 در حالت ناپایداربر حسب زمان بدون ناخالصی و با ناخالصی PAGEREF _Toc421519568 h 92شکل 4-8- توان اهمی پلاسمای دوتریوم و هلیوم 3 در حالت ناپایدار برحسب زمان برای دو نمونه همراه با ناخالصی و حالت بدون ناخالصی PAGEREF _Toc421519570 h 93شکل 4-9- توان خالص همجوشی پلاسمای دوتریوم و هلیوم 3 در حالت ناپایدار برحسب زمان برای دو حالت بدون ناخالصی و با حضور ناخالصی PAGEREF _Toc421519571 h 94شکل4-10- چگالی پلاسمای دوتریوم و هلیوم 3 در حالت ناپایدار بر حسب زمان برای دو نمونه همراه با ناخالصی و حالت بدون ناخالصی PAGEREF _Toc421519572 h 95شکل 4-11- دمای پلاسمای دوتریوم و هلیوم3 در حالت پایدار بر حسب زمان برای دو نمونه همراه با ناخالصی (آرگون و بریلیم) و حالت بدون ناخالصی PAGEREF _Toc421519574 h 95شکل 4-12- نسبت چگالی ذرهی آلفا به چگالی الکترون در حالت پایدار بر حسب زمان برای دو نمونه همراه با ناخالصی و حالت بدون ناخالصی PAGEREF _Toc421519575 h 96شکل 4-13-پارامتر پلاسمای دوتریوم و هلیوم 3 در حالت پایدار بر حسب زمان برای دو نمونه همراه با ناخالصی و بدون ناخالصی PAGEREF _Toc421519576 h 97شکل 4-14- توان تابشی پلاسمای دوتریوم و هلیوم 3 در حالت پایدار برحسب زمان برای دو نمونه همراه با ناخالصی و بدون ناخالصی PAGEREF _Toc421519577 h 97شکل 4-15- توان ذره آلفا در همجوشی پلاسمای دوتریوم و هلیوم 3 در حالت پایداربر حسب زمان بدون ناخالصی و با ناخالصی PAGEREF _Toc421519578 h 98شکل 4-16- توان اهمی پلاسمای دوتریوم هلیوم 3 در حالت پایدار برحسب زمان برای دو نمونه همراه با ناخالصی و حالت بدون ناخالصی PAGEREF _Toc421519579 h 99شکل 4-17- توان خالص همجوشی پلاسمای دوتریوم و هلیوم 3 در حالت ناپایدار برحسب زمان برای دو حالت بدون ناخالصی و با حضور ناخالصی PAGEREF _Toc421519580 h 99

لیست علائم اختصاری
D-T Deuterium-tritiumD-3He Deuterium-Helium3
D-D Deuterium- Deuterium
T-T Tritium- tritium
ICF Inertial confinement fusion
H1ProtiumH2DeuteriumH3TritiumRWMResistive-Wall ModeRFPReversed field pinch NTMNeoclassical Tearing-ModeMHDMagnetohydrodynamicTFToroidal Fieldمقدمه
مقدمهیکی از مهمترین اهداف بشر در جهتگیری زمینههای تحقیقاتی و پژوهشی، دستیابی به منابع جدید انرژی می‌باشد. در این راستا بشر تلاش کرده است تا با ساخت رآکتورهای هستهای، به منبعی از انرژی دست یابد که بتواند مدت زمان بیشتری از آن، نسبت به سوخت‌های فسیلی استفاده کند. بطور کلی دو شیوه بنیادی، برای آزادسازی انرژی از یک اتم وجود دارد: شکافت هستهای و همجوشی هسته‌ای.
مزیت همجوشی هسته‌ای نسبت به شکافت هسته‌ای، فراوانی بسیار زیاد منابع سوختی آن (سوخت اصلی راکتورهای همجوشی دوتریوم می‌باشد که در آب دریاها به وفور وجود دارد. تولید انرژی بالاتر نسبت به روش شکافت هسته‌ای به ازای هر نوکلئون از ماده سوخت (به عنوان مثالی از انرژی تولیدی در یک راکتور همجوشی می‌توان گفت اگر یک گالن از آب دریا را که دارای مقدار کافی دوترون است در واکنش همجوشی استفاده کنیم معادل ۳۰۰ گالن گازوئیل، انرژی بدون آلودگی تولید می‌کند) ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>falzner</Author><Year>2006</Year><RecNum>1</RecNum><DisplayText>[1]</DisplayText><record><rec-number>1</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423060407">1</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>falzner, S.P.;</author></authors></contributors><titles><title>An Introduction to Interial Confinement Fusion.</title><secondary-title>New York: CRC Press</secondary-title></titles><periodical><full-title>New York: CRC Press</full-title></periodical><dates><year>2006</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[1]، عدم وجود معضل پسماندهای هسته‌ای با طول عمر طولانی در روش همجوشی و در نهایت ایمن‌تر بودن راکتورهای همجوشی در هنگام وقوع حوادث احتمالی است که سبب برتری آن بر شکافت هستهای گردیده است. سوخت‌های متنوعی در فرایند همجوشی هستهای قابل بکارگیری می‌باشد. از آن جمله دوتریوم-تریتیوم(D-T) ، دوتریوم-هلیوم 3 (D-3He)، دوتریوم-دوتریوم (D-D) و تریتیوم-تریتیوم (T-T) می‌باشد. بیشتر تحقیقات انجام شده در فرایندهای همجوشی بر روی سوخت D-T انجام شده است و علت عمده آن نیز بالا بودن سطح مقطع واکنش پذیری این سوخت نسبت به سایر سوخت‌ها در بازه‌ی دمایی عملکردی راکتورها می‌باشد. این سوخت در کنار مزیت ذکر شده و سایر مزیت ها محدودیتهایی نیز دارد، نظیر پرتوزایی زیاد و گران بودن سوخت تریتیوم که جزو مواد اولیه این واکنش‌ها است. از طرفی دیگر واکنش همجوشی D-3He از میان سایر سوخت‌ها، به دلیل بازدهی بالاتر، تبدیل مستقیم انرژی و کاهش خطرات ناشی از تابش، هزینه تعمیر و نگهداری پایینتر و... مورد توجه قرار گرفت ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Santarius</Author><Year>1998</Year><RecNum>2</RecNum><DisplayText>[2-4]</DisplayText><record><rec-number>2</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423060467">2</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Santarius, J. F.; et al.;</author></authors></contributors><titles><secondary-title>Journal of Fusion Energy</secondary-title></titles><periodical><full-title>Journal of Fusion Energy</full-title></periodical><pages>33-40</pages><volume>17</volume><number>1</number><dates><year>1998</year></dates><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>Kulcinski</Author><Year>1992</Year><RecNum>3</RecNum><record><rec-number>3</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423060514">3</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Kulcinski, G. L.; et al.;</author></authors></contributors><titles><secondary-title>Fusion Technology</secondary-title></titles><periodical><full-title>Fusion Technology</full-title></periodical><volume>21</volume><number>1779</number><dates><year>1992</year></dates><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>Santarius</Author><Year>2003</Year><RecNum>4</RecNum><record><rec-number>4</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423060578">4</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Santarius, J. F.; et al.;</author></authors></contributors><titles><secondary-title> Fusion Science and technology</secondary-title></titles><volume>44</volume><number>289</number><dates><year>2003</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[2-4]. که این فرایند در راکتورهای متفاوت با شرایط مختلفی قابل انجام است.
لذا با این مقدمه از فرایند همجوشی هستهای، در فصل اول به بیان روشهای مختلف همجوشی هستهای و سوخت‌های قابل استفاده می‌پردازیم. در فصل دوم سینتیک فرایند همجوشی دوتریوم و هلیوم 3 و پارامترهای موثر بر همجوشی تشریح شده و به بررسی پارامترهای موثر بر همجوشی پلاسمای دوتریوم و هلیوم 3 به روش محصورسازی مغناطیسی پرداخته و فرایند با پارامتر مورد نظر شبیه سازی میگردد. در فصل چهار برخی از روشهای کنترل ناپایداری در راکتور بیان شده و در ادامه نتایج حاصل از شبیه سازی به کمک پارامترهای ترمودینامیکی مربوط به سوخت دوتریوم و هلیوم 3 با نتایج بدست آمده در سایر مطالعات مقایسه می‌شود.
فصل اول
همجوشی هستهای
فصل اول-همجوشی هسته‌ایواکنش‌های هسته‌ای تبدیلات خودبخودی یا مصنوعی بعضی از هسته‌ها به هسته دیگر که سبب تغییر ساختار هسته یا تغییر تعداد نوکلئونها (ذرات هسته‌ای) می‌گردد، واکنش‌های هسته‌ای نام دارند. همجوشی هسته‌ای و شکافت هسته‌ای، دو روش اصلی انجام واکنش‌های هسته‌ای می‌باشد.
شکافت هسته‌ایدر واکنش شکافت، هسته‌ی سنگین یک عنصر رادیو اکتیو مانند اورانیوم یا پلوتونیوم به دو یا چند هسته با جرم متوسط تجزیه می‌شود. به طور مثال اورانیوم 235 مورد اصابت یک نوترون قرار می‌گیرد و هسته فوق‌العاده ناپایداری تشکیل می‌شود که تقریبا بلافاصله می‌شکافد و کریپتون و باریم و مقدار زیادی انرژی تولید می‌شود. که ناشی از تبدیل جرم ناپدید شده (با مقایسه میان جرم سوخت‌های اولیه و محصولات واکنش) به انرژی است. این انرژی حدود 5 دهه است که مورد استفاده قرار گرفته است اینک این نیرو همان اندازه از برق جهان را تامین می‌کند که 40 سال پیش بوسیله تمام منابع انرژی تأمین می‌شد شکافت هسته‌ای مزایای بسیاری نسبت به سوخت‌های فسیلی دارد اما مسئله‌ی پسماندهای آن که حاوی مواد پرتوزا با طول عمر طولانی هستند از جمله مهم‌ترین مسائل خاص در مورد استفاده از شکافت هسته‌ای می‌باشد. از سوی دیگر ذخایر اورانیوم جهان برای استفاده در راکتورهای شکافت تنها در یک سده کفایت می‌کنند.
موادی که انجام یک واکنش شکافت هسته‌ای را ممکن می‌سازند عبارتند از: 239Pu ، 235U ، 238U ، و ایزوتوپ 233U ، 235U بطور مصنوعی در راکتورهای هسته‌ای با تاباندن نوترون به 233Th بوجود می‌آید.
در اثر برخورد نوترون حرارتی به ایزوتوپ235U ، هسته اتم به 235U تحریک شده تبدیل می‌شود. اورانیوم تحریک شده بعد از شکافت، به باریم و کریپتون و سه نوترون تبدیل می‌گردد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Krane</Author><Year>1996</Year><RecNum>5</RecNum><DisplayText>[5]</DisplayText><record><rec-number>5</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423060620">5</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Krane, K.S.; </author></authors></contributors><titles><secondary-title>Modern Physics. published by Wiley</secondary-title></titles><periodical><full-title>Modern Physics. published by Wiley</full-title></periodical><dates><year>1996</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[5].
1n + 235U → 236U → 144Ba+89Kr + 3 1n
اما مسئله مهمتر اینکه هر نوترون‌ آزاد شده بر اثر شکافتن هسته 235U می‌تواند دو هسته دیگر را شکافته و چهار نوترون را بوجود آورد. شکافت هسته‌ای و آزاد شدن نوترون‌ها بصورت زنجیروار به سرعت تکثیر و توسعه می‌یابد. در هر دوره تعداد نوترون‌ها دو برابر می‌شود. در واکنش‌های کنترل شده تعداد شکافت در واحد زمان و نیز مقدار انرژی به تدریج افزایش یافته و پس از رسیدن به مقداری دلخواه ثابت نگه‌داشته می‌شود. برای دستیابی به فرآیند شکافت کنترل شده و یا متوقف کردن یک سیستم شکافت پس از شروع، لازم است که موادی قابل دسترس باشند که بتوانند نوترون‌های اضافی را جذب کنند. مواد جاذب نوترون بر خلاف مواد دیگر مورد استفاده در محیط راکتور باید سطح مقطع جذب بالایی نسبت به نوترون داشته باشند. مواد زیادی وجود دارند که سطح مقطع جذب آنها نسبت به نوترون بالاست. زمانی که هسته اتمی 235U به دو قسمت شکافته می‌شود تولید عناصر استرتیوم 90، کریپتون 91، ایتریوم 91، زیرکونیوم 95، 126I ، 137U ، باریم 142، سریم 144 امکان پذیر هستند.
همجوشی هسته‌ایواکنش‌های همجوشی هسته‌ای از نوع واکنش‌هایی است که در خورشید و ستارگان صورت می‌گیرد. این واکنش عبارت است از ترکیب (برخورد) هستههای چهار اتم هیدروژن معمولی (شکل 1-1) که ضمن آزاد سازی مقدار زیادی انرژی ناشی از تبدیل جرم به انرژی است (E=mc2)، یک هسته‌ی هلیوم در دماهای بسیار بالای مرکز خورشید و ستارگان تولید می‌گردد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Wilhelemsson</Author><Year>2004</Year><RecNum>6</RecNum><DisplayText>[6]</DisplayText><record><rec-number>6</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423060659">6</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Wilhelemsson, H.;</author></authors></contributors><titles><title>Fusion and the cosmos</title><secondary-title>Condensed Matter Physics</secondary-title></titles><periodical><full-title>Condensed Matter Physics</full-title></periodical><dates><year>2004</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[6].
در کره‌ی زمین، این انرژی را می‌توان به سه روش محصور سازی مغناطیسی، محصورسازی اینرسی یا لختی و محصور سازی از طریق کاتالیزور میون، تولید کرد؛ که البته همه در مرحله‌ی آزمایش قرار دارند. همجوشی هسته‌ای به دلیل پرتوزایی کمتر و ایمنی بیشتر و فراوانی بیشتر سوخت اولیه برای انجام واکنش‌ها نسبت یه شکافت مورد توجه بیشتری قرار گرفته است. برای تولید انرژی در مقیاس بزرگ، به تعداد زیادی از واکنش‌هایی که با هم رخ دهند، نیاز است. دافعه‏ی کولنی، مانع رخ دادن همجوشی هسته‏ای می‏گردد. برای غلبه بر این دافعه، به دما و چگالی بالایی مورد نیاز است. در نتیجه سوخت باید در حالت پلاسما باشد.در دمای به قدر کافی بالا، سرعت‏های حرارتی ذرات خیلی زیاد خواهند شد. در این صورت، ذرات این فرصت را خواهند داشت که به اندازه‏ی کافی به هم نزدیک شده، بر دافعه‏ی کولنی چیره شوند وتوانایی پیوند داشته باشند. در طی این فرایند انرژی بسیار زیادی آزاد میگردد.
اگر چگالی پلاسما بیشتر از ١٠20 یون در هر سانتی‌متر مکعب باشد، آن گاه زمان محصورسازی می‌تواند کوتاهتر باشد. اگر پلاسما خیلی فشرده شود، زمان محصورسازی، بی نهایت کوتاه و انرژی آزاد شده، فوقالعاده شدید است. در این صورت با یک بمب سر و کار خواهیم داشت نه یک راکتور کنترل شده. بههمین دلیل، با وجود آن که وظیفه محصورسازی مشکل میگردد، چگالی پلاسما در حداقل نگه داشته می‌شود.
بطور عملی هنوز محفظهای وجود ندارد که بتواند پلاسما با دمایی در حدود چند صد میلیون درجه را محصور سازد. حتی محفظههایی که از فلزات مقاوم در دماهای بالا ساخته شده باشند، تنها در دماهای پایینتر از چند هزار درجه قابل استفاده خواهند بود. ستارگانی نظیر خورشید کره عظیم پلاسمای خود را از طریق جاذبه حفظ میکنند. پلاسما از ذرات باردار تشکیل یافته است. این ذرات نمی توانند خطوط میدان مغناطیسی را قطع کنند، اما حول این خطوط میچرخند. این نکته، خلاصهای از مبنای فکری طرح محصورسازی پلاسما توسط خطوط میدان مغناطیسی را تشکیل داده است.
در یک تعریف کلی فرایند جلوگیری از برخورد پلاسما با دیواره‌های مخزنی که در آن جای دارد، محصورسازی نامیده می‌شود و همچنین زمان تقریبی برای اینکه یون‌ها توسط میدان احاطه کننده به دام افتاده باقی بمانند، زمان محصورسازی نامیده می‌شود.

شکل 1-1- مراحل زنجیره‌ی پروتون – پروتون که در خورشید اتفاق می‌افتد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>McCollam</Author><Year>2013</Year><RecNum>7</RecNum><DisplayText>[7]</DisplayText><record><rec-number>7</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423061554">7</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>McCollam, K.; </author></authors></contributors><titles><title>Magnetic confinement in plasma physics</title><secondary-title>UW–Madison Physics Dept.</secondary-title></titles><periodical><full-title>UW–Madison Physics Dept.</full-title></periodical><dates><year>2013</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[7]
انتخاب سوخت مناسبباتوجه به فرآیندهای طبیعی و نتایج حاصل از آنها، مشخص شده است که واکنشهای همجوشی بسیاری وجود دارد. متغیرها برای واکنشهای مختلف، هستههای سوخت درگیر، محصولهای واکنش که خارج می شوند، مقدار واکنش و بستگی احتمال انجام واکنش به خواص جنبشی واکنش دهندهها، می باشند.
برهم کنش ایزوتوپهای هیدروژنی (دوتریم وهلیوم 3) یکی از واکنش‌های مورد توجه در فرآیند همجوشی میباشد. به دلیل این‌که ایزوتوپ های هیدروژن فقط یک بار الکتریکی دارند و انرژی حرارتی کمتری برای نزدیک شدن به یکدیگر نیاز دارند، به عبارت دیگر در دماهای پایین همجوشی ایزوتوپهای هیدروژن اتفاق میافتد. به علت عدد اتمی واحد ایزوتوپها، این برهم کنش هیدروژنی دارای قابلیت نفوذ بسیار بالایی در سد کولنی میباشد. برای تعیین سوخت‌های همجوشی مناسب، باید در دسترس بودن سوخت مورد نظر، شرایط نگهداری و سطح مقطع واکنش مورد نظر را در نظر گرفت. برخی از واکنش‌های گوناگون همجوشی، شامل واکنش‌های ذکر شده در جدول(1-1) می‌باشد. در بیشتر واکنش‏های همجوشی، دو هسته‏ سبک با هم ترکیب و به هسته‏‏ سنگین‏تر تبدیل می‏شوند که رابطه‏ واکنش هسته‏ای آن‏ها به صورت زیر است:

جدول1-1- برخی از واکنش‌های همجوشی ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>falzner</Author><Year>2006</Year><RecNum>1</RecNum><DisplayText>[1]</DisplayText><record><rec-number>1</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423060407">1</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>falzner, S.P.;</author></authors></contributors><titles><title>An Introduction to Interial Confinement Fusion.</title><secondary-title>New York: CRC Press</secondary-title></titles><periodical><full-title>New York: CRC Press</full-title></periodical><dates><year>2006</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[1]
سوخت واکنش همجوشی شکل اختصاری بهره انرژی بر حسب ژول
DT D+T→42He+10n T(d,n)4He 2.8×10-12
DDn D+D→32He+10n D(d,n)3He 5.24×10-13
TT T+T→42He+10n+10n T(t,2n)4He 1.81×10-12
DDp D+D→T+P D(d,P)T 6.46×10-13
D-3He D+32He→42He+P 3He(d,P)4He 2.93×10-12
P_6Li P+63Li→42He+32He 6Li(p,x)3He 6.44×10-13
P_11B P+115B→3(42He) 11B(p,2x)4He 1.39×10-12
واکنش D-T دارای بیشترین سطح مقطع میباشد، مقدار بیشینه سطح مقطع آن 5 بارن برآورد شده است ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>al.</Author><Year>2002</Year><RecNum>111</RecNum><DisplayText>[8]</DisplayText><record><rec-number>111</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="tx9da0v069srt5eteeoxtwa7fvfdz5wd09zx" timestamp="0">111</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>HarmsA. et al.</author></authors></contributors><titles><title>Principles of Fusion Energy</title><secondary-title>World Scientific Publishing Co. pte. 1td.</secondary-title></titles><dates><year>2002</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[8].
(1-1)
واکنش همجوشی قابل دسترس دیگر، در برگیرندهی هستهی دوتریم به عنوان سوخت است:
(1-2)
این نمایش نشان میدهد که واکنش D+Dاز طریق دو کانال واکنش متمایز، همجوشی میکند که تقریبا با احتمالهای برابر صورت میگیرد. سطح مقطع برای هریک از آنها حدود 100 مرتبه کوچکتر از واکنشD-T است از این دو واکنش در مییابیم که خواص واکنش D-T مطلوبتر از خواص واکنش D-D است ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Biberian</Author><Year>2009</Year><RecNum>9</RecNum><DisplayText>[9]</DisplayText><record><rec-number>9</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423061676">9</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Biberian, J.P.;</author></authors></contributors><titles><title>Experiments and Methods in Cold Fusion</title><secondary-title> Journal of Condensed Matter Nuclear Science</secondary-title></titles><volume>2</volume><dates><year>2009</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[9].
همچنین ممکن است دوتریم، با محصولهای واکنش تریتیوم و هلیوم-3 همجوشی کند که افزون بر معادله‌ی (1-1)، داریم:
(1-3)
واکنش همجوشی یاد شده، در برگیرندهی دوتریم و همچنین هستههای سبک دارای جرم بیشتری هستند. از مزایای این واکنش نسبت به D-D میتوان به سوختی رادیواکتیو نبودن و یک واکنش نوترونیک بودن اشاره کرد. به عبارت دیگر در مسیر واکنش همجوشی هیچ نوترونی تابش نمیکند، در نتیجه تابش نوترون به طور چشمگیری کاهش مییابد که میتواند به معنای یک محافظ خیلی ارزان برای راکتور استفاده شود؛ زیرا تابشهای نوترونی باعث تخریب دیواره راکتور میشوند ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Brereton</Author><Year>1988</Year><RecNum>10</RecNum><DisplayText>[10]</DisplayText><record><rec-number>10</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423061736">10</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Brereton, S. J.; Kazimi, M. S.;</author></authors></contributors><titles><secondary-title> Fusion Engineering and design</secondary-title></titles><volume>30</volume><number>207</number><dates><year>1988</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[10]. قلهی آهنگ واکنش برابر با58 است. اما تولید هلیوم -3 بسیار سخت است، در حال حاضر میتوان آن را محصولی از راکتورهای شکافت دانست، زیرا تریتیوم تولید شده در راکتورهای شکافت به طور طبیعی بعد از مدتی به هلیوم 3 واپاشی میکند.
اگر این شکل ادامه یابد، برای واکنش هستهای ، تعداد زیادی کانالهای واکنش مشخص شده است:
(1-4)
واکنشهای هستهای که درگیر هستههای سبک، مانند پروتون، میباشند ممکن است مطابق فرآیندهای زیر روی دهد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Atzeni</Author><Year>2004</Year><RecNum>11</RecNum><DisplayText>[11]</DisplayText><record><rec-number>11</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423061786">11</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Atzeni, S.;</author></authors></contributors><titles><title>The Physics of Inertial Fusion</title><secondary-title> Rome: Clarendon PRESS</secondary-title></titles><dates><year>2004</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[11]:
(1-5 الف) (1-5 ب)
(1-5 ج)
و همچنین دیگر واکنشهای مبتنی بر و ، عبارتند از:
(1-6)
(1-7)
(1-8)
نمایش فیزیکی واکنشهای همجوشی، تنها بررسیهای لازم برای تعیین و گزینش آن، به عنوان سوخت راکتور همجوشی نیست بلکه بررسیهای دیگری در برگیرندهی قابل دسترس بودن سوختهای همجوشی، سختی در نگهداری و دانسیتهی میزان واکنش کافی، نیز لازم میباشد.
تاکید بر دیگر نکات واکنشهای همجوشی یاد شده، ضروری است. در هر حالت، کسرهای مختلف از مقدار واکنش، در شکل انرژی جنبشی ذرات باردار و نوترونهای خنثی باقی میماند، در نتیجه ایدهی یک راکتور همجوشی پایه گذاری شده با بازده بالا؛ تبدیل مستقیم انرژی ذرات باردار، به ویژه برای واکنشهایی که کسر بزرگتری از مقدار آنها در شکل انرژی جنبشی باردار باقی میماند، مناسب به نظر میرسد. این نکته به طور ویژهای مورد توجه است؛ چرا که نوترونهایی که به عنوان محصول واکنش همجوشی پدیدار میشوند، به گونهی تغییر ناپذیری به محصولات رادیو اکتیو در مواد مهارکننده قلب همجوشی کمک میکنند.
کمیتی مهم در ارتباط با واکنش‌های هسته‌ای، سطح مقطع واکنش است که به صورت احتمال برهم‌کنش هر جفت از ذرات، تعریف می‌شود. برای وقوع واکنش همجوشی، دو هسته‏ی باردار مثبت باید با غلبه بر نیروی دافعه‏ی کولنی، با هم برخورد کنند. تابع پتانسیل دافعه‏ی کولنی به صورت زیر است:

که Z1 , Z2، عدد اتمی هسته‌های برهم‌کنش کننده می‌باشد.
نیروی دافعه‏ی کولنی در فاصله‏ بیشتر از مجموع شعاع دو هسته برقرار است. شعاع دو هسته از رابطه‏ زیر بدست می‏آید:

که A1,A2 اعداد جرمیِ هسته‌های برهم‌کنش‏ کننده هستند.
شکل1-2 نشاندهنده انرژی پتانسیل برحسب فاصله‏ دو هسته‏ باردار می‌باشد که با انرژی مرکز جرم به هم نزدیک می‏شوند و نشان‏دهنده‏ چاه هسته‏ای، سد کولنی و نقطه‏ی بازگشتی کلاسیکی است.

شکل 1-2- انرژی پتانسیل بر حسب فاصله‏ی دو هسته‏ی باردار که با انرژی مرکز جرم به هم نزدیک می‏شوند ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Atzeni</Author><Year>2004</Year><RecNum>11</RecNum><DisplayText>[11]</DisplayText><record><rec-number>11</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423061786">11</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Atzeni, S.;</author></authors></contributors><titles><title>The Physics of Inertial Fusion</title><secondary-title> Rome: Clarendon PRESS</secondary-title></titles><dates><year>2004</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[11].در فاصله‏ی r <rn، دو هسته تحت تأثیر نیروی جاذبه‏ی هسته‏ای قرار می‏گیرند که با چاه پتانسیل به عمق، مشخص می‌شود. با استفاده از معادلات می‏توان ارتفاع سد پتانسیل را پیدا کرد:

بر طبق مکانیک کلاسیک، فقط هسته‌هایی با انرژی بیشتر از این مقدار می‏توانند بر سد کولنی غلبه کرده و با هم برخورد کنند و هسته‌هایی با انرژی نسبی () کمتر از، می‏‏توانند تا نقطه‏ی بازگشت کلاسیکی به هم نزدیک شوند. ولی در مکانیک کوانتومی، واکنش همجوشی بین دو هسته با انرژی کمتر از سد کولنی، نیز ممکن است؛ چون تونل‏زنی از سد کولنی مجاز است. پارامترهای دخیل در برهم‌کنش بین پرتابه و هدف، سطح مقطع واکنش و واکنش‏پذیری هستند.
ایده‌های راکتور همجوشیانواع روشهای محصورسازی مورد استفاده در راکتورهای همجوشی هسته‌ای، همجوشی از طریق محصورسازی اینرسی، همجوشی از طریق کاتالیزور میون و محصورسازی از طریق محبوس کردن مغناطیسی می‏باشند که هدف هر سه روش، برآورده ساختن معیار لاوسون می‌باشد. محصورسازی لختی، فرایند نگهداری پلاسما را در چگالی‏های بالا و در زمان کوتاه انجام می‏دهد و محصورسازی مغناطیسی، پلاسما را در چگالی‏های پایین، در زمان نسبتاً طولانی محصور می‏سازد و روش کاتالیز میون در دماهای معمولی رخ می‌دهد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Jones</Author><Year>1986</Year><RecNum>16</RecNum><DisplayText>[12]</DisplayText><record><rec-number>16</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423062363">16</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Jones, S.E.;</author></authors></contributors><titles><title> Muon-Catalysed Fusion Revisited</title><secondary-title>Nature</secondary-title></titles><periodical><full-title>Nature</full-title></periodical><pages>127-133</pages><volume>321</volume><number>6066</number><dates><year>1986</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[12].
1-5-1- همجوشی هستهای کنترل شده توسط لختی(ICF)زمان محصورسازی در محصورسازی لختی خیلی کوتاه است. در نتیجه برای داشتن نرخ واکنش همجوشی بیشتر، نیازمند چگالی بالای پلاسما هستیم. در این روش، سوخت با استفاده از نیروهای قوی بیرونی، باید تا 1000 برابر چگال‌تر از حالت جامد فشرده شود.
کپسول با استفاده از پرتوهای محرک که از اطراف سطح خارجی آن تابیده می‌شود، متراکم می‌گردد. در محصورسازی به روش لختی، از روش‌های مختلفی برای تراکم کپسول استفاده می‌شود. در هر کدام از این روش‌ها سعی بر آن است که نسبت انرژی خروجی به انرژی ورودی را بالا ببرند. نوع پرتوهای محرک که برای تراکم کپسول استفاده می‌شود، عامل اصلی بالا و پایین بردن بهره انرژی در ICF می‌باشد. از پرتوهای لیزرهای پر توان پالسی، باریکه‌هایی از ذرات باردار نظیر یون‌های سنگین، یون‌های سبک و باریکه‌های الکترونی برای متراکم نمودن کپسول‌ها می‌توان استفاده کرد. این پرتوهای محرک که بصورت پالس‌هایی با توانW‌ 1014 تهیه می‌شود، دارای بهره انتقال انرژی متفاوتی به کپسول هستند. پرتوهای لیزری و باریکه‌های یون سنگین نسبت به سایر پرتوهای محرک به علت بهره بالاتر جذب انرژی در کپسول‌ها مورد توجه بیشتری قرار گرفتند. در طراحی کپسول‌های سوخت هر دو روش پرتوهای محرک لیزری و باریکه‌های یون سنگین مورد بررسی قرار گرفته است ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Nakai</Author><Year>1990</Year><RecNum>13</RecNum><DisplayText>[13, 14]</DisplayText><record><rec-number>13</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423061968">13</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Nakai, S.; et al.; </author></authors></contributors><titles><title>Inertial Confinement</title><secondary-title>Nuclear Fusion</secondary-title></titles><periodical><full-title>Nuclear Fusion</full-title></periodical><pages>1779-1797</pages><volume>30</volume><number>9</number><dates><year>1990</year></dates><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>Blanc</Author><Year>2010</Year><RecNum>15</RecNum><record><rec-number>15</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423062093">15</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Blanc, X.; Despres, B.;</author></authors></contributors><titles><title>Numerical Methods for inertial confinement fusion</title><secondary-title>Laboratoire Jacques-Louis Lions</secondary-title></titles><periodical><full-title>laboratoire Jacques-Louis Lions</full-title></periodical><dates><year>2010</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[13, 14].
انتخاب پرتوهای یون سنگین به علت قابلیت بالای انتقال انرژی به کپسول، بالای 25 درصد در مقایسه با باریکه‌های لیزری با بهره‌ی انرژی کمتر از 10 درصد روشی موثر به ‌شمار می‌رود که به خاطر ناپایداری‌هایی که در اثر نایکنواختی و ناهمزمانی باریکههای یونی اتفاق می‌افتد، اخیرا بصورت غیر مستقیم مورد استفاده قرار می‌گیرد. نور لیزر، ساده‌ترین و کم هزینه‌ترین روشی است که طراحان از آن برای تراکم کپسول استفاده می کنند ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Blanc</Author><Year>2010</Year><RecNum>15</RecNum><DisplayText>[13, 14]</DisplayText><record><rec-number>15</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423062093">15</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Blanc, X.; Despres, B.;</author></authors></contributors><titles><title>Numerical Methods for inertial confinement fusion</title><secondary-title>Laboratoire Jacques-Louis Lions</secondary-title></titles><periodical><full-title>laboratoire Jacques-Louis Lions</full-title></periodical><dates><year>2010</year></dates><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>Nakai</Author><Year>1990</Year><RecNum>13</RecNum><record><rec-number>13</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423061968">13</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Nakai, S.; et al.; </author></authors></contributors><titles><title>Inertial Confinement</title><secondary-title>Nuclear Fusion</secondary-title></titles><periodical><full-title>Nuclear Fusion</full-title></periodical><pages>1779-1797</pages><volume>30</volume><number>9</number><dates><year>1990</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[13, 14].

شکل 1-3- نمایی از کپسول هدف ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>falzner</Author><Year>2006</Year><RecNum>1</RecNum><DisplayText>[1]</DisplayText><record><rec-number>1</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423060407">1</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>falzner, S.P.;</author></authors></contributors><titles><title>An Introduction to Interial Confinement Fusion.</title><secondary-title>New York: CRC Press</secondary-title></titles><periodical><full-title>New York: CRC Press</full-title></periodical><dates><year>2006</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[1]
کپسول هدف در این روش، قرص کوچکی با شعاع کمتر از ، حاوی یک لایه‏ی کروی است که بطور مثال با گاز دوتریوم– تریتیوم بصورت متقارن و یکنواخت بصورت شکل 1-3 پر شده است. این لایه، حاوی یک ماده با Z بالا در ناحیه‏ی خارج و DT در داخل است که توده‏ی سوخت را تشکیل می‏دهد.
برای رسیدن به شرایط دما و چگالی بالای مورد نیاز برای همجوشی، باید این کپسول تا جایی که ممکن است به طور متقارن و با انرژی انفجاری خیلی زیادی تابش ببیند. انرژی مورد نیاز، برای راه‏اندازی این فرایند بسیار زیاد است. برای گرمایش یک کپسول سوخت با قطر ، تا دمای، به اندازه‏ی انرژی مورد نیاز است که این انرژی می‌تواند با نور شدید لیزر یا توسط پرتوهای یونی تامین شود. این مقدار انرژی باید در چند پیکوثانیه به قسمت خارجی لایه‏ی هدف منتقل شود. به دلیل انفجار انرژی روی قسمت خارجی لایه‏ی هدف، این لایه‏ گرم شده بلافاصله یونیزه و تبخیر می‌شود. این فرایند کندگی نام دارد. وقتی این قسمت کنده می‌شود، قسمت داخلی و سوخت به دلیل بقای اندازه‏ حرکت، به سمت داخل رانده می‌شود (شکل1-4). در حین این رانش، چگالی سوخت تا چند صد گرم بر سانتیمتر مکعب و دمای سوخت تا حد دمای احتراق برای همجوشی افزایش می‌یابند. در نتیجه، احتراق رخ می‏دهد و فشاری به سمت خارج ایجاد می‌شود که بر موج انفجار به داخل غلبه کرده و منجر به انفجاری به خارج می‌شود. بدین ترتیب چگالی و دمای مورد نظر بدست می‏آیند ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Blanc</Author><Year>2010</Year><RecNum>15</RecNum><DisplayText>[14]</DisplayText><record><rec-number>15</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423062093">15</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Blanc, X.; Despres, B.;</author></authors></contributors><titles><title>Numerical Methods for inertial confinement fusion</title><secondary-title>Laboratoire Jacques-Louis Lions</secondary-title></titles><periodical><full-title>laboratoire Jacques-Louis Lions</full-title></periodical><dates><year>2010</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[14].

شکل 1-4- مراحل همجوشی به روش محصورسازی لختی ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Blanc</Author><Year>2010</Year><RecNum>15</RecNum><DisplayText>[14]</DisplayText><record><rec-number>15</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423062093">15</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Blanc, X.; Despres, B.;</author></authors></contributors><titles><title>Numerical Methods for inertial confinement fusion</title><secondary-title>Laboratoire Jacques-Louis Lions</secondary-title></titles><periodical><full-title>laboratoire Jacques-Louis Lions</full-title></periodical><dates><year>2010</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[14]
1-5-2- همجوشی هستهای توسط کاتالیزور میون(µCF)
روش دیگری برای رسیدن به انرژی همجوشی هسته‌ای در سال 1957 مطرح شد، که تحت عنوان همجوشی از طریق کاتالیزر میون معروف است و یک فرآیند همجوشی گسترده و تجدید پذیر است که در دماهای معمولی رخ می‌دهد. همانطور که گفته شد یکی از مهم‌ترین مسایل در فرآیند همجوشی، غلبه بر نیروی دافعه‌ی کلونی و ایجاد شرایطی که یون‌ها در محدوده‌ی نیروهای جاذبه‌ی نیرومند هسته‌ای قرار گیرند، می‌باشد. پیدایش میون در مدار اتم هیدروژن، اثر کاهش دافعه‌ی نیروی کلونی دارد. میون ذره‌ای بنیادی است که خواص آن مانند الکترون است، با این تفاوت که جرم میون تقریبا 207 برابر جرم الکترون است و ذره‌ای ناپایدار با زمان عمر µS2/2 می‌باشد. پس از گذشت این زمان میون به یک الکترون e- و یک نوترینوی میونی و به یک پادنوترینوی الکترونی واپاشی می‌کند. بصورت دقیق در اوایل 1980مورد مطالعه قرار گرفت ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Jones</Author><Year>1986</Year><RecNum>16</RecNum><DisplayText>[12]</DisplayText><record><rec-number>16</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423062363">16</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Jones, S.E.;</author></authors></contributors><titles><title> Muon-Catalysed Fusion Revisited</title><secondary-title>Nature</secondary-title></titles><periodical><full-title>Nature</full-title></periodical><pages>127-133</pages><volume>321</volume><number>6066</number><dates><year>1986</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[12].
جرم زیاد میون نسبت به الکترون، به آن اجازه می‌دهد که وارد مدار اتم هیدروژن با شعاع بوهر، 207 مرتبه کوچکتر از شعاع الکترون شود و این باعث می‌شود که این اتم هیدروژن نسبت به دیگر اتم‌ها یا یون‌های هیدروژن، سنگین‌تر است. بنابر این، این هسته‌ی سنگین به دلیل کاهش نیروی دافعه‌ی کلونی می‌تواند با صرف انرژی کمتری به اتم‌ها و یون‌های دیگر هیدروژن، بسیار نزدیک شود و هنگامیکه هیدروژن میون‌دار و هیدروژن معمولی به اندازه‌ای به هم نزدیک شوند که تغییرات توزیع بار را احساس کنند، به حدی رسیده‌اند که نیروهای جاذبه‌ی هسته‌ای بین آن‌ها ایجاد شده است و پدیده همجوشی را بوجود می‌آورد بنابر این یکی از روش‌های ایجاد همجوشی در دمای پایین استفاده از کاتالیزور میون است.
میون اولین بار توسط اندرسون وندرمییر در سال ١٩٣٧ کشف شد. از طرف دیگر هنگامی که پاول ذره پایون را در سال ١٩۴٧ کشف کرد، فرانک پیشنهاد کرد که پایون‌های منفی می‌توانند به کمک محصور سازی شیمیایی، واکنشهای همجوشی را کاتالیز نمایند ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Frank</Author><Year>1947</Year><RecNum>17</RecNum><DisplayText>[15]</DisplayText><record><rec-number>17</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423062414">17</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Frank, F.;</author></authors></contributors><titles><secondary-title> Nature</secondary-title></titles><volume>160</volume><number>525</number><dates><year>1947</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[15]:
pπ + d → pdπ→3He + π(1-9)
با وجود اینکه، احتمال جذب پایون توسط هسته بسیار بزرگ است، اما پایون زمان کافی برای تشکیل pdπ را نخواهد داشت. یک سال بعد، ساخارف پیشنهاد همجوشی کاتالیزور میونی را مطرح کرد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Sakharov</Author><Year>1948</Year><RecNum>18</RecNum><DisplayText>[16]</DisplayText><record><rec-number>18</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423062457">18</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Sakharov, A.;</author></authors></contributors><titles><secondary-title>Lebedev Physics Institute Report</secondary-title></titles><periodical><full-title>Lebedev Physics Institute Report</full-title></periodical><dates><year>1948</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[16].
به دلیل اینکه تشکیل مولکول‌های میون‌دار در اثر فرایندهای برخوردی چند مرحله‌ای صورت می‌گیرد، بازده همجوشی کاتالیزور میونی، به شرایط ماکروسکوپی از قبیل دما، چگالی محیط و کسر غلظت‌های هیدروژن مایع و ضریب چسبندگی میونی وابسته است و می‌تواند به کمک تئوری سینتیکی که اساس آن آهنگ‌های برخوردی میکروسکوپی و سطح مقطع‌ها می‌باشد بهینه گردد. در سال‌های اخیر برای افزایش چرخه میونی، مخلوط سه تایی H/D/T پیشنهاد شده، که گزارشات و مقالات متناقضی در مورد افزایش یا کاهش ضریب تکثیر میونی گزارش شده است ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Eskandari</Author><Year>1998</Year><RecNum>19</RecNum><DisplayText>[17-19]</DisplayText><record><rec-number>19</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423062505">19</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Eskandari, M. R.; and Deilami S.;</author></authors></contributors><titles><title>Stability studies of D/T/H sys-- using Hurwitz method</title><secondary-title>IPAC, Kerman</secondary-title></titles><periodical><full-title>IPAC, Kerman</full-title></periodical><dates><year>1998</year></dates><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>Markushin</Author><Year>1991</Year><RecNum>20</RecNum><record><rec-number>20</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423062559">20</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Markushin, V. E.; et al.;</author></authors></contributors><titles><title> Kinetics of muon catalyzed fusion in the triple H2-D2-T2 mixture atlow deuterium and tritium concentrations</title><secondary-title> Technical Report PSI-PR-41-92, Preprint from Paul Scherrer Institute, Villigen</secondary-title></titles><dates><year>1991</year></dates><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>Eskandari</Author><Year>1999</Year><RecNum>22</RecNum><record><rec-number>22</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423062767">22</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Eskandari, M. R.; et al.;</author></authors></contributors><titles><secondary-title> Journal of Nuclear Science</secondary-title></titles><volume>36</volume><number>1</number><dates><year>1999</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[17-19].
1-5-3- محصورسازی مغناطیسی (MCF) در محصورسازی مغناطیسی از میدان‌های مغناطیسی و الکترونیکی برای گرما دادن و فشردن پلاسمای هیدروژن در راکتور ITER استفاده میشود ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite ExcludeYear="1"><Author>Wagner</Author><RecNum>23</RecNum><DisplayText>[20]</DisplayText><record><rec-number>23</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423062841">23</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Wagner, F.;</author></authors></contributors><titles><title> ThePhysics Basis of ITER Confinement</title><secondary-title>Max-Planck-Institut für Plasmaphysik EURATOM Association</secondary-title></titles><periodical><full-title>Max-Planck-Institut für Plasmaphysik EURATOM Association</full-title></periodical><dates><year>2009</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[20].
راکتورهای همجوشی هستهای که در آنها پلاسما به روش مغناطیسی محصورشده است براین اساس که میدان مغناطیسی تمام یا قسمتی از سطح پلاسما را بپوشاند، به دو گروه زیر تقسیم شدهاند:
چنبرهای
انتها باز
از معروفترین ماشین‌های پینچ می‌توان از تتا پینچ و Z پینچ نام برد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Polsgrove</Author><Year>2011</Year><RecNum>24</RecNum><DisplayText>[21]</DisplayText><record><rec-number>24</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423062899">24</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Polsgrove, T.; Robert, S.F.; Adams ,B;</author></authors></contributors><titles><title>Design of Z-pinch and Dense Plasma Focus Powered Vehicles</title><secondary-title>49th AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition</secondary-title></titles><periodical><full-title>49th AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition</full-title></periodical><dates><year>2011</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[21]. این سیستم‌ها آرایش استوانه‌ای دارند. در تتا پینچ جریانی از یک سیم‌پیچ استوانه‌ای پلاسما را دور می‌زند، و میدان حاصل از آن منجر به محصورسازی آن می‌شود. در Z پینچ توسط الکترودهایی که در قاعده‌ها قرار دارد جریانی در جهت محوری تولید می‌شود میدان ناشی از آن، پلاسما را گرم و متراکم می‌کند.
پینچ معکوس نوعی پینچ است که در آن جریانی در خلاف جهت جریان پلاسما اعمال می‌شود. در این دستگاه برهم‌کنش میدان قطبی ناشی از جریان رسانای داخلی، با جریان پلاسما منجر به حرکت پلاسما به سمت خارج می‌شود. در این دستگاه از دو استوانه هم محور به عنوان الکترود استفاده می‌شود. با تخلیه‌ی شعاعی میان دو الکترود میدان مغناطیسی قطبی القا می‌شود که پلاسما را گرم و متراکم می‌کند.
در سیستم‌های آینه‌ای پلاسما، از یک سیم‌پیچ ین-یانگ استفاده می‌شود پلاسما در این آرایش در ناحیه‌ای که از حداقل میدان مغناطیسی برخوردار است، محصور می‌شود. این نوع دستگاه‌ها عملکرد پایا دارند اما در آنها پلاسما از انتهای باز میدان خارج و تلف می‌شود، بنابراین باید از روش‌های کنترل انرژی خروجی استفاده کرد.
از جمله آزمایش‌های آینه‌ای در جهان عبارتند از: GDT و GoL-3-II در روسیه، Qt-UP و Gamma-10 در ژاپن. در حال حاضر با توجه به نتایج عملی و تجربی به دست آمده بیشتر آزمایش‌های مغناطیسی بر توکامک متمرکز شده‌اند. در شکل 1-5 یک راکتور از نوع آینه‌ای نشان داده شده است.

شکل1-5- راکتور آینهای ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Stacy</Author><Year>2010</Year><RecNum>25</RecNum><DisplayText>[22]</DisplayText><record><rec-number>25</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423063009">25</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Stacy, M. Stacey;</author></authors></contributors><titles><title>Fusion An Introduction to tHe physics and technology of magnetic confinement fusion</title><secondary-title>Second, completely Revsed and enlarged Edition</secondary-title></titles><periodical><full-title>Second, completely Revsed and enlarged Edition</full-title></periodical><dates><year>2010</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[22]
همچنین بنابر نوع عملکرد راکتورها، آنها را میتوان به انواع زیر نیز تقسیم بندی کرد (از مهمترین آنها می‎توان به دستگاههای چنبره‎ای مانند توکامک، استلاراتور، چنبره برآمده ، اسفرومک، اسفراتور، تورساترون و دستگاههای انتها بازی چون آینه‎های مغناطیسی، پینچها و پلاسمای کانونی اشاره کرد.):
پایا: در این نوع راکتور واکنش‌های همجوشی به صورت مداوم انجام میگیرند.
تپی: این راکتور به طور مرتب قطع و وصل میگردد. زمان همجوشی تقریبا با زمان محصور بودن پلاسما برابر است.
شبه پایا: در مقایسه با انواع نامبرده، یک راکتور متوسط محسوب میگردد . زمان همجوشی آن اندکی بیشتر از زمان محصور شدن پلاسما است. اما در هر حال زمان محدودی است. (توکامک نمونهای از این نوع راکتور است.)
طبقه بندی انواع راکتور ها برحسب روش محصور کردن پلاسمادر دستگاه چنبره‎ای، پلاسما توسط میدان‌ مغناطیسی محصور می‎گردد. میدان اصلی در توکامک میدان چنبره‎ای است که بطور نمادین در شکل(1-6) نشان داده شده است. در جدول (1-2) نیز خلاصهای از انواع راکتورها برحسب روش محصور کردن پلاسما و نوع عملکرد آنها آورده شده است.
جدول1-2- انواع راکتورها برحسب روش محصور کردن پلاسماآرایش میدان مغناطیسی دستگاه نوع عملکرد
چنبره ای توکامک شبه پایا
تنگش میدان وارونه شبه پایا
استلاراتور پایا
هلیوترون پایا
تنگش چنبره ای تپی
انتها باز آیینه ای پایا
تنگش مستقیم تپی
پلاسمای کانونی تپی
شکل 1-6- نمایی از دستگاه چنبرهای پلاسما ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Glasstone</Author><Year>1980</Year><RecNum>27</RecNum><DisplayText>[23, 24]</DisplayText><record><rec-number>27</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423063252">27</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Glasstone, S.;</author></authors></contributors><titles><title>Fusion Energy</title><secondary-title>U.S. Department of Energy, Technical Information Center</secondary-title></titles><periodical><full-title>U.S. Department of Energy, Technical Information Center</full-title></periodical><dates><year>1980</year></dates><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>Emrich</Author><Year>2001</Year><RecNum>26</RecNum><record><rec-number>26</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423063119">26</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Emrich, W. J.;</author></authors></contributors><titles><title>Field-Reversed Magnetic Mirrors for Confinement of Plasmas</title><secondary-title>NASA Tech Briefs</secondary-title></titles><periodical><full-title>NASA Tech Briefs</full-title></periodical><dates><year>2001</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[23, 24]
1-6-1- راکتور توکامکتوکاماک یکی از انواع رآکتورهای همجوشی هستهای است که عمل محصورسازی را به خوبی انجام میدهد. طرح توکاماک در دهه پنجاه میلادی توسط روس‌ها پیشنهاد شد. کلمه توکاماک از کلمات "toroidalnaya", "kamera", and "magnitnaya" به معنی " اتاقک مغناطیسی چنبره‌ای" گرفته شده است. این سیستمها حاوی پلاسمای سوخت هستند که توسط دو سری میدان مغناطیسی نگهداری میشوند، و شکلی مانند چنبره تشکیل می‌دهند. ITER اسم مجموعهایست که اولین رآکتور همجوشی جهان از نوع توکاماک را ساخته است. این مجموعه متشکل از کشورهای روسیه، اروپا، ژاپن، کانادا، چین، ایالات متحده و جمهوری کره می‌باشد. آنها در این راه از فوق هادیها برای قسمتهای مغناطیسی رآکتور استفاده کرده و توان خروجی این توکاماک 410 مگا وات می‌باشد.
1-6-2- قسمتهای اصلی راکتور توکاماک ITERنمایی از راکتور توکامک ایتر در شکل(1-7) و (1-8) آورده شده است که شامل قسمتهای متفاوتی برای انجام فرایند محصورسازی پلاسما به روش مغناطیسی می‌باشد. این اجزا به همراه فرایندی که در آن انجام می‌گیرد بصورت خلاصه و در حد لزوم در زیر آمده است:
لوله خلأ: پلاسما را نگه داشته و از محفظه فعل و انفعال محافظت میکند
انژکتور پرتو خنثی(سیکلوترون یون): ذرات پرتو را از شتاب دهنده به پلاسما تزریق میکند تا به پلاسما برای رسیدن به دمای بحرانی کمک نماید.
میدان مغناطیسی مارپیچ: رفتار مغناطیسی بسیار قوی که شکل و محتوای پلاسمای استفاده شده در میدان مغناطیسی را محدود میکند.
ترانسفورماتور/ سولنوئید مرکزی: الکتریسیته را برای میدان مغناطیسی مارپیچ تامین میکند.
سیستم خنک کننده: آهنربا را خنک میکند.
سیستم عایق: ساخته شده از لیتیم است؛ گرما و انرژی بالای نوترون را از راکتور همجوشی هسته‌ای جذب میکند.
دایورتور: خروج محصولات هلیم از راکتور همجوشی

شکل 1-7- راکتور توکاماک ایتر ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Wagner</Author><Year>2012</Year><RecNum>28</RecNum><DisplayText>[25]</DisplayText><record><rec-number>28</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423063339">28</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Wagner, F.;</author></authors></contributors><titles><title>Fusion Energy by Magnetic Confinement</title><secondary-title> Research Laboratory for Advanced Tokamak Physics, St. Petersburg Polytechnical State</secondary-title></titles><dates><year>2012</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[25]

شکل 1-8- سطح مقطع ایتر با پلاسمای بیضی ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite ExcludeYear="1"><Author>Wagner</Author><Year>2009</Year><RecNum>23</RecNum><DisplayText>[20]</DisplayText><record><rec-number>23</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423062841">23</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Wagner, F.;</author></authors></contributors><titles><title> ThePhysics Basis of ITER Confinement</title><secondary-title>Max-Planck-Institut für Plasmaphysik EURATOM Association</secondary-title></titles><periodical><full-title>Max-Planck-Institut für Plasmaphysik EURATOM Association</full-title></periodical><dates><year>2009</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[20]
1-6-3- راکتور اسفرومکاسفرومک نوع دیگری از راکتورهای همجوشی است که بر خلاف توکامک که شکل چنبرهای دارد، بصورت کروی است. در مرکز اسفرومک هیچ مادهای وجود ندارد. اسفرومک از ترانسفورماتور (مانند آنچه که در توکامک بکار رفته) برای تولید سطوح پیچیده شار به شکل دوقطبی مورد نیاز برای محبوس سازی استفاده نمیکند بلکه پلاسمای بسیار داغ را در یک سیستم میدان مغناطیسی ساده و فشرده که فقط از یک سری ساده از کویلهای کوچک پایدار کننده استفاده می‌کند، بوجود می‌آورد. میدان‌های مغناطیسی قوی لازم درون پلاسما با چیزی که دینام مغناطیسی نامیده می‌شود تولید می‌شوند. در اسفرومک شعاع اصلی با شعاع فرعی برابر است یعنی پلاسما مطابق شکل در سیستمی کروی محصور می‎شود.
1-6-4- سایر راکتورهای محصورسازی مغناطیسیغیر از توکامک و اسفرومک دستگاه‌های دیگری برای محصورسازی مغناطیسی وجود دارد ، که تفاوت آنها در نوع آرایش میدان مغناطیسی و شکل آنهاست. برخی از این دستگاهها، تنگش میدان- وارونه، استلاراتور (شکل1-9) و هلیوترون،چنبره فشرده، دستگاه تنگش-تتا، دستگاه تنگش-Z ، پلاسمای کانونی می‌باشد.
استلاراتور وسیله‌ای برای حبس پلاسمای داغ به وسیله میدان مغناطیسی به منظور حفظ یک واکنش همجوشی کنترل شده است و یکی از ابتدایی‌ترین ابزارهای کنترل شده همجوشی بوده که اولین بار توسط لیمان اسپیتزر در سال 1950 اختراع شد. این اختراع تغییر در هندسه دستگاه‌های همجوشی قبلی بود.

شکل1-9- شماتیک هندسی راکتور استلاتور ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Emrich</Author><Year>2001</Year><RecNum>26</RecNum><DisplayText>[23, 24]</DisplayText><record><rec-number>26</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423063119">26</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Emrich, W. J.;</author></authors></contributors><titles><title>Field-Reversed Magnetic Mirrors for Confinement of Plasmas</title><secondary-title>NASA Tech Briefs</secondary-title></titles><periodical><full-title>NASA Tech Briefs</full-title></periodical><dates><year>2001</year></dates><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>Glasstone</Author><Year>1980</Year><RecNum>27</RecNum><record><rec-number>27</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423063252">27</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Glasstone, S.;</author></authors></contributors><titles><title>Fusion Energy</title><secondary-title>U.S. Department of Energy, Technical Information Center</secondary-title></titles><periodical><full-title>U.S. Department of Energy, Technical Information Center</full-title></periodical><dates><year>1980</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[23, 24]
از مزایای استلاراتورها می‌توان عدم احتیاج به جریان چنبره‌ای (در نتیجه افزایش احتمال فعالیت مداوم) و ثبات سیستم بیشتر را نام برد.
فصل دوم
سینیتیک همجوشی پلاسمای دوتریوم – هلیوم 3
فصل دوم: سینیتیک همجوشی پلاسمای دوتریوم–هلیوم 3سوخت‌های جدید و خواص آنهامشکلات مربوط به پسمان همجوشی را می‌توان با انتخاب یک سوخت بهتر کاهش داد. کاندیداهای مختلفی برای سوخت‌های همجوشی وجود دارند که سوخت‌های پیشرفته نامیده می‌شوند و تعداد نوترون‌های تولید شده در آن ها نسبت به همجوشی D-T بسیار کمتر است و بنا براین مشکلات مربوط به رادیواکتیویته و ایمنی و زیست محیطی ندارند. به طور کلی، همجوشی غیر نوترونی به هر شکلی از همجوشی اطلاق می‌شود که در آن کمتر از یک در صد از انرژی آزاد شده توسط نوترون‌ها حمل شود، ولی شرایط لازم برای کنترل همجوشی غیر نوترونی بسیار دشوارتر از شرایط لازم برای چرخه سوخت متداول دوتریم-تریتیم است و هنوز به طور تجربی حاصل نشده است.
دلایل اصلی اهمیت مطالعه برای یافتن چرخه‌های سوخت پیشرفته عبارتند از ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Nakai</Author><Year>1990</Year><RecNum>13</RecNum><DisplayText>[13, 14]</DisplayText><record><rec-number>13</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423061968">13</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Nakai, S.; et al.; </author></authors></contributors><titles><title>Inertial Confinement</title><secondary-title>Nuclear Fusion</secondary-title></titles><periodical><full-title>Nuclear Fusion</full-title></periodical><pages>1779-1797</pages><volume>30</volume><number>9</number><dates><year>1990</year></dates><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>Blanc</Author><Year>2010</Year><RecNum>15</RecNum><record><rec-number>15</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423062093">15</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Blanc, X.; Despres, B.;</author></authors></contributors><titles><title>Numerical Methods for inertial confinement fusion</title><secondary-title>Laboratoire Jacques-Louis Lions</secondary-title></titles><periodical><full-title>laboratoire Jacques-Louis Lions</full-title></periodical><dates><year>2010</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[13, 14]:
حذف تریتیوم از چرخه سوخت به منظور ساده سازی چرخه سوخت (عدم نیاز به زایش تریتیوم) و افزایش ذخیره سوخت همجوشی (ذخیره لیتیم زمین مقدار کل تریتیمی را که قابل تولید با پوشش‌های زاینده هست محدود می‌کند.)
(حذف و یا کاهش فوق العاده) تولید نوترون در رآکتورهای همجوشی به منظور اجتناب از (یا تا حد ممکن کاهش دادن) فعالسازی اجزای راکتورها و تخریب ناشی از نوترون‌ها.
دو چرخه مهم سوخت پیشرفته p-11B و D-3He می‌باشد، چرخه سوخت D-3He، تعداد خیلی کمتری نوترون نسبت به چرخه سوخت D-T تولید می‌کند و انرژی این نوترون‌ها نیز خیلی کمتر است، بنابراین، میزان تخریب مواد کاهش خواهد یافت. مطالعات نشان داده‌اند که چرخه سوخت D-3He به میزان قابل توجهی مساله طول عمر اجزای راکتور را با کاهش تخریب نوترونی حل می‌کند در حالی که مشکل فعال سازی نوترونی و تولید پسماندهای مربوط به آن کماکان باقی می‌ماند. در این چرخه، تریتیم حذف شده است ولی ایزوتوپ نایاب هلیم 3 جایگزین آن شده است. بر روی زمین در حدود 400 کیلوگرم هلیم3 قابل حصول است که در حدود GW-year 8 انرژی همجوشی بدست می‌دهد و مقادیر بیشتر از این باید یا از طریق واکنش‌هایی که شامل نوترون هستند، تهیه شود (که مزیت بالقوه همجوشی غیر نوترونی را از بین می‌برد) و یا اینکه از منابع ماورای زمین تهیه شود. بر روی سطح ماه در حدود 109 کیلوگرم هلیم3 وجود دارد که معادل هزار سال مصرف انرژی فعلی جهان است. همچنین، در اتمسفر سیارات عظیم گازی در حدود 1023 کیلوگرم هلیوم 3 وجود دارد که قادر است در حدود 1017 سال مصرف فعلی انرژی جهان را تولید کند، یعنی منابع هلیم 3 منظومه شمسی عملا پایان ناپذیرند ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Santarius</Author><Year>2006</Year><RecNum>29</RecNum><DisplayText>[26]</DisplayText><record><rec-number>29</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423063586">29</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Santarius, J.;</author></authors></contributors><titles><title>A Strategy for D–3He Development</title><secondary-title>Fusion Technology Institute</secondary-title></titles><periodical><full-title>Fusion Technology Institute</full-title></periodical><dates><year>2006</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[26].
ولی استخراج هلیم 3 از این منابع و انتقال آن به زمین بسیار دشوار و پرهزینه خواهد بود و تنها در آینده‌های دور می‌توان به آن اندیشید ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Santarius</Author><Year>1998</Year><RecNum>2</RecNum><DisplayText>[2]</DisplayText><record><rec-number>2</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423060467">2</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Santarius, J. F.; et al.;</author></authors></contributors><titles><secondary-title>Journal of Fusion Energy</secondary-title></titles><periodical><full-title>Journal of Fusion Energy</full-title></periodical><pages>33-40</pages><volume>17</volume><number>1</number><dates><year>1998</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[2].
چرخه سوخت D-3He نسبت به D-T برای احتراق، نیازمند شرایط محصورسازی بالاتری nτET=2.4×1023keV.s/m3) ) است و در فشار پلاسمای یکسان، چگالی توان همجوشی کمتری نسبت به همجوشی D-T بدست خواهد داد. همچنین گرچه واکنش اصلی 3He(D,p)αرا می‌توان غیر نوترونی دانست ولی تولید نوترون از طریق واکنش جانبی D(D,n)3He و واکنش ثانویه D(T,n)α اجتناب ناپذیر است.
واکنش همجوشی 11B-p ایمن‌ترین و بهترین واکنش هسته‌ای هست که وجود دارد، 11B به فراوانی در آب دریا و منابع دیگر یافت می‌شود و 80 درصد بور موجود بر روی زمین را شامل می‌شود و هیدروژن هم که فراوان ترین عنصر در عالم هستی است. بنابراین، مشکلی از نظر محدودیت منابع سوخت وجود ندارد. حاصل واکنش آن‌ها نیز گاز بی اثر هلیم است و هیچ نوترونی تولید نخواهد شد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Bussard</Author><Year>2006</Year><RecNum>30</RecNum><DisplayText>[27, 28]</DisplayText><record><rec-number>30</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423063640">30</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Bussard, W.; et al.;</author></authors></contributors><titles><title> The Advent of Clean Nuclear Fusion: Superperformance Space Power and Propulsion</title><secondary-title> 57th International Astronautical Congress(IAC), Valencia, Spain</secondary-title></titles><dates><year>2006</year></dates><urls></urls></record></Cite><Cite><Author>Soto</Author><Year>2005</Year><RecNum>31</RecNum><record><rec-number>31</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423063739">31</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Soto, L.;</author></authors></contributors><titles><secondary-title>Plasma Physics and Controlled Fusion-IOPscience</secondary-title></titles><periodical><full-title>Plasma Physics and Controlled Fusion-IOPscience</full-title></periodical><pages>361-381</pages><volume>47</volume><dates><year>2005</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[27, 28].
برای بهره برداری عملی از همجوشی، انرژی حاصل از همجوشی باید بیش از انرژی لازم برای گرمایش پلاسما باشد، بدین منظورشروط متعددی باید برآورده شوند که مهمترین آنها، دستیابی به مقادیر مناسب برای حاصل ضرب nτ و حاصل ضرب nTτ است که مجموع اینها معیار لاوسون نامیده می‌شود. یعنی باید پلاسما را با چگالی مناسب تا دمای مناسبی گرم کرد و این پلاسمای داغ و چگال را به مدت کافی محصور نمود ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Wesson</Author><Year>2004</Year><RecNum>32</RecNum><DisplayText>[29]</DisplayText><record><rec-number>32</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423063806">32</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Wesson, J.;</author></authors></contributors><titles><title> Tokamaks</title><secondary-title>Clarendon Press-Oxford</secondary-title></titles><periodical><full-title>Clarendon Press-Oxford</full-title></periodical><volume>third edition</volume><dates><year>2004</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[29].
مقدار عدد به دست آمده در معیار لاوسون برای سوخت دوتریم تریتیم ازسال 1969 تا سال 2000 حدود 500 هزار برابر افزایش یافته است. سوخت‌های جدید مورد نظر هنوز نیاز به یک تا دو مرتبه افزایش در بزرگی دارند. بررسی‌های نظری نشان داده‌اند که این کار شدنی است ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Santarius</Author><Year>2006</Year><RecNum>33</RecNum><DisplayText>[30]</DisplayText><record><rec-number>33</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423063863">33</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Santarius, F.;et al.;</author></authors></contributors><titles><title>Role of Advanced-Fuel and Innovative Concept Fusion in the Nuclear Renaissance</title><secondary-title>APS Division of Plasma Physics Meeting, Philadelphia</secondary-title></titles><periodical><full-title>APS Division of Plasma Physics Meeting, Philadelphia</full-title></periodical><volume>31</volume><dates><year>2006</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[30].
خواص دوتریومدوتریوم همان عنصر هیدروژن است که علاوه بر یک پروتون یک نوترون نیز درون هسته آن وجود دارد. اگرمولکول آب توسط دوتریوم تشکیل شود به آن آب سنگین () می‌گویند. در هر لیتر از آب دریا (۳۵) گرم دوتریوم وجود دارد. دوتریوم یکی از پایه‌های لازم برای همجوشی هسته‌ای است. در آب در کنار هر ۷۰۰۰ اتم هیدروژن ۱ اتم دوتریوم موجود است که جدا کردن آن با توجه به نزدیکی خواص آب سنگین و آب سبک بسیار سخت است. این دوتریومها باید تغلیظ و انبار شوند تا ابتدا به آب سنگین ۱۵٪ و سپس به آب ۹۹٪ تبدیل شود، جدا سازی آب سنگین از آب سبک بسیار سنگین ، پیچیده و سخت است. به دلیل آنکه گرمای تبخیر آب سنگین بشتر از آب معمولی می‌باشد، از آن در نیروگاههای اتمی جهت خنک کردن راکتورها استفاده میکنند.
دوتریوم را می توان به آسانی از آب استخراج کرد. هیدروژن موجود در زمین شامل دوتریوم به نسبت جرمی 1:5000 است. یک تریلی پر از دوتریوم انرژی معادل 2 میلیون تن زغال سنگ یا 1.3میلیون تن نفت (10میلیون بشکه)، یا 30 تن اکسید اورانیوم، آزاد خواهد کرد.
دوتریوم در واکنش‌های همجوشی زیر با آهنگ واکنش مساوی شرکت میکنند:
(2-1)
(2-2)
محیطى که به این درجه از گرما برسد، نمی‌تواند در یک جداره مادى بگنجد.
خواص هلیوم 3هلیوم 3 یکی از ایزوتوپ‌های غیر پرتوزای عنصر گازی هلیوم است که دارای ۲ پروتون و یک نوترون است. از این ماده به عنوان سوخت در تحقیقات مربوط به راکتورهای هسته‌ای، استفاده می‌شود. در زمین به ندرت یافت می‌شود و عموما در لایه‌های فوقانی سنگی کره ماه که طی بیش از میلیاردها سال توسط بادهای خورشیدی ایجاد شده است، به فراوانی موجود است. هلیون هسته اتم هلیوم 3 حاوی دو پروتون و تنها یک نوترون می‌باشد. این در حالی است که هلیوم معمولی حاوی دو نوترون می‌باشد. وجود فرضی آن اولین بار در 1934 پیشنهاد شد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Oliphant</Author><Year>1934</Year><RecNum>34</RecNum><DisplayText>[31]</DisplayText><record><rec-number>34</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423063934">34</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Oliphant, M. L. E.; Harteck ,P.; Rutherford, E.;</author></authors></contributors><titles><title> Transmutation Effects Observed with Heavy Hydrogen</title><secondary-title>Proceedings of the Royal Society</secondary-title></titles><periodical><full-title>Proceedings of the Royal Society</full-title></periodical><pages>692-703</pages><volume>144</volume><number>853</number><dates><year>1934</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[31].
بخاطر جرم اتمی پایین‌ترش نسبت به هلیوم4 دارای خصوصیات فیزیکی متفاوتی نسبت به آن است. به سبب تعامل ضعیف ناشی از پیوندهای دو قطبی-دو قطبی بین اتم‌های هلیوم، خواص فیزیکی ماکروسکوپی آن عمدتا توسط نقطه صفر انرژی آن (انرژی جنبشی حداقل) تعیین می‌شود. همچنین خواص میکروسکوپی هلیوم 3 سبب می‌شود که نقطه صفر انرژی آن بالاتر از هلیوم 4 باشد. این نشان می‌دهد که هلیوم3 می‌تواند بر تعامل دو قطبی-دو قطبی با انرژی حرارتی کمتری نسبت به هلیوم-4، غلبه کند.
هلیوم 3 می‌تواند توسط یکی از دو واکنش زیر در واکنش‌های همجوشی شرکت کند:
2D + 3He →   4He +  1p + 18.3 MeV(2-3)
3He + 3He → 4He   + 2 1p+ 12.86 MeV(2-4)
که هدف در این مطالعه استفاده از دوتریوم و هلیوم 3 می‌باشد. سرعت‌های واکنش با دما متغیر است اما سرعت واکنش D-3He هرگز بالاتر از 56/3 برابر سرعت واکنش D-D نمی‌باشد. شکل 2-1 بیانگر حالت مقایسه‌ای بین انواع سوخت‌هاست.

شکل2-1- واکنش پذیری انواع سوخت‌ها ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Tang</Author><Year>2011</Year><RecNum>35</RecNum><DisplayText>[32]</DisplayText><record><rec-number>35</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423063997">35</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Tang, R.;</author></authors></contributors><titles><title>Study of the G--ynamic Mirror (GDM) Propulsion Sys--</title><secondary-title> thesis (A dissertation submitted in partial fulfillment ofthe requirements for the degree of Doctor of Philosophy) in the University of Michigan</secondary-title></titles><dates><year>2011</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[32]
سرعت واکنش همجوشی به سرعت با دما افزایش می‌یابد تا اینکه به بیشینه مقداری رسیده و سپس به تدریج افت می‌کند. در مقایسه‌ای کلی جدول 2-1 را خواهیم داشت.
سوخت‌های پیشرفته، همجوشی سوخت‌های نسل دوم و سوم هستند که مقادیر بسیار کم یا اصلا هیچ نوترونی تابش نمی‌کنند و چرخه‌های سوخت نسل اول در آنها وجود ندارد. تعداد نوترون‌های تولید شده در واکنش‌های شامل هلیوم 3 بسیار کم است (در مورد واکنش 3He-3He عملا صفر و در مورد D-3He حدود 01/0 تا 05/0 همجوشی D-T و کمتر از 02/0 همجوشی D-D است.
محصول نسل سوم واکنش‌های همجوشی فقط ذرات باردار است و هر گونه واکنش جانبی نسبتا بی اهمیت است. در شرایط مناسب، فقط 1/0 درصد از انرژی حاصل از واکنش p-11B، توسط نوترون‌های تولید شده از واکنش‌های جانبی حمل می‌شود ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Santarius</Author><Year>1998</Year><RecNum>2</RecNum><DisplayText>[2]</DisplayText><record><rec-number>2</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423060467">2</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Santarius, J. F.; et al.;</author></authors></contributors><titles><secondary-title>Journal of Fusion Energy</secondary-title></titles><periodical><full-title>Journal of Fusion Energy</full-title></periodical><pages>33-40</pages><volume>17</volume><number>1</number><dates><year>1998</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[2].
استفاده از سوخت‌های جدید نسبت به D-T با مسایل بیشتری مواجه است. به عنوان مثال در مورد D-3He باید:
دمای احتراق دست کم حدود 6 برابر افزایش یابد.
مقدار neτe حداقل حدود 8 برابر
حاصل ضرب nτT حداقل در حدود 50 برابر افزایش می‌یابد.
جدول2-1- نسل‌های مختلف سوخت‌های همجوشی PEVuZE5vdGU+PENpdGU+PEF1dGhvcj5LaHZlc3l1azwvQXV0aG9yPjxZZWFyPjIwMDI8L1llYXI+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ZWlnbi1rZXlzPjxrZXkgYXBwPSJFTiIgZGItaWQ9InpyYTV3eHNkOHo1djV1ZTk1c2c1NWF4ajlw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ADDIN EN.CITE PEVuZE5vdGU+PENpdGU+PEF1dGhvcj5LaHZlc3l1azwvQXV0aG9yPjxZZWFyPjIwMDI8L1llYXI+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ADDIN EN.CITE.DATA [26, 33-37]
n/MeV بهره انرژی محصولات واکنش‌ها
سوخت‌های همجوشی نسل اول
0.306 3.268 MeV32He + 10n 21H + 21H (D-D)
0 4.032 MeV31H + 11p 21H + 21H (D-D)
0.057 17.571 MeV42He + 10n 21H + 31H (D-T)
سوخت‌های همجوشی نسل دوم
0 18.354 MeV42He + 11p 21H + 32He (D-3He)
سوخت‌های همجوشی نسل سوم
0 12.86 MeV42He+ 211p 32He + 32He
0 8.68 MeV3 42He115B + 11p
نتیجه کل سوختن دوتریوم(مجموع 4 سطر اول)
0.046 43.225 MeV2(4He + n + p) 6D
سوخت هسته‌ای در زمان حال
0.001 ~200 MeV2 FP+ 2.5n 235U + n
در استفاده از سوخت D-3He کاهش فوق العاده شار نوترونی باعث کاهش قابل ملاحظه تخریب تابشی می‌شود ودرنتیجه طول عمر دیواره اولیه و حفاظ تابشی افزایش می‌یابد و به حفاظ تابشی کوچک‌تری نیاز خواهد بود و تعمیرات و نگهداری راحت‌تر می‌شوند. افزایش شار ذرات باردار امکان تبدیل مستقیم انرژی همجوشی را با بازده بالا فراهم می سازد.
مشکلات عمده در استفاده از انرژی هسته‌ای در سالیان گذشته از سه مساله اصلی، احتمال پخش مواد رادیواکتیو، مشکلات مربوط به نگهداری پسماندهای هسته‌ای با عمر طولانی، احتمال استفاده از مواد حاصل برای کاربردهای تسلیحاتی می‌باشد. تمام این مشکلات مربوط به رآکتورهای هسته‌ای، مربوط است به:
سوخت رادیواکتیو
محصولات رادیواکتیو واکنش
نوترونها
همجوشی هسته‌ای تا حدودی از این مشکلات می‌کاهد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Soto</Author><Year>2005</Year><RecNum>31</RecNum><DisplayText>[28]</DisplayText><record><rec-number>31</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423063739">31</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Soto, L.;</author></authors></contributors><titles><secondary-title>Plasma Physics and Controlled Fusion-IOPscience</secondary-title></titles><periodical><full-title>Plasma Physics and Controlled Fusion-IOPscience</full-title></periodical><pages>361-381</pages><volume>47</volume><dates><year>2005</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[28].
مزیت عمده سوخت‌های جدید همجوشی این است که سوخت و محصولات واکنش‌های نسل دوم و سوم همجوشی میزان پرتوزایی (تخریب حرارتی و وجود تریتیم) و نکات بالقوه مربوط به تکثیر تسلیحاتی و همینطور مشکلات مربوط به پسمانداری را تا حد زیادی کاهش داده یا حذف می‌کنند، ولی برای استفاده از آنها به پیشرفت فیزیکی و مهندسی زیادی نیاز است. از این سوخت‌های جدید می‌توان برای ساخت نیروگاه‌های برق ایمن، تمیز و اقتصادی، در سفینه‌های فضایی و موشک‌ها به عنوان سوخت و نیز برای کاربردهای پزشکی و غیره استفاده کرد. از مزایای دیگر آنها می‌توان از عدم نیاز به پوشش‌های زاینده تریتیم و حلقه‌های پیچیده سرمایش ثانویه و عدم نیاز به دستگاه‌های پیچیده تست نوترون و مدت زمان‌های بررسی طولانی نام برد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Soto</Author><Year>2005</Year><RecNum>31</RecNum><DisplayText>[28]</DisplayText><record><rec-number>31</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423063739">31</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Soto, L.;</author></authors></contributors><titles><secondary-title>Plasma Physics and Controlled Fusion-IOPscience</secondary-title></titles><periodical><full-title>Plasma Physics and Controlled Fusion-IOPscience</full-title></periodical><pages>361-381</pages><volume>47</volume><dates><year>2005</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[28].
پارامترهای متعددی در استفاده از سوخت‌های مختلف دخیلند، از جمله: .
انرژی کل محصولات همجوشی : Efus
محصولات باردار همجوشی: Ech
عدد اتمی ذرات درگیر در واکنش: Z
میزان انرژی حمل شده توسط نوترون ها
اتلاف انرژی از طریق تابش ترمزی و....
در رابطه با همجوشی D-D و D-T اتلاف انرژی از طریق تابش ترمزی مشکل جدی و مهمی است که باید حل شود، برای سوخت‌های سنگین‌تر D-3He و p-11 B و 3He-3He میزان این اتلاف به قدری است که کار یک راکتور همجوشی بر اساس طرح‌های توکامک و همجوشی لیزری را ناممکن می‌سازد.
تابش سینکروترونی نیز نکته دیگری است که باید مورد توجه قرار گیرد. بررسی‌ها نشان داده‌اند که درمورد همجوشی D-T تابش سینکروترونی نقش چندانی در بالانس انرژی ندارد، در حالی که در مورد همجوشی 3He-D این اثر قابل توجه است. و این مشکل باید در طراحی رآکتورهای احتمالی3 He -D حل شود ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Lerner</Author><Year>2003</Year><RecNum>38</RecNum><DisplayText>[38]</DisplayText><record><rec-number>38</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423066296">38</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Lerner, E.J.;</author></authors></contributors><titles><title>ProspectsFor p-11B Fusion With The Dense Plasma Focus: New Results</title><secondary-title>Conf. Current Trends in International Fusion Research, Washington, USA</secondary-title></titles><periodical><full-title>Conf. Current Trends in International Fusion Research, Washington, USA</full-title></periodical><dates><year>2003</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[38].
درصدی از انرژی کل واکنش که توسط نوترون‌ها حمل می‌شود، در مورد D-T حدود 80 درصد، در مورد D-D حدود 66 درصد و در مورد 3 He –D و p-11B بسیار ناچیز و نزدیک به صفر است که این امر مشکلات مختلف مربوط به نوترون‌ها از جمله تخریب تابشی، حفاظ‌گذاری بیولوژیکی، کنترل از دور، ایمنی و اتلاف توان همجوشی توسط آنها را کاهش می‌دهد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Sadowski</Author><Year>1998</Year><RecNum>39</RecNum><DisplayText>[39]</DisplayText><record><rec-number>39</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423066348">39</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Sadowski, M.;</author></authors></contributors><titles><secondary-title>Special Suppl. School of Physics - Georgia Institute of Technology</secondary-title></titles><periodical><full-title>Special Suppl. School of Physics - Georgia Institute of Technology</full-title></periodical><pages>3-4</pages><volume>39</volume><dates><year>1998</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[39].
پلاسما حالت چهارم مادهپلاسما گازی یونیزه و داغ می‌باشد که حاوی تعداد تقریبا برابری از یونهای مثبت باردارشده و الکترونهای با بار منفی می‌باشد. مشخصات پلاسما کاملا با گازهای خنثی طبیعی متفاوت است (گازهای معمولی به سبب خنثی بودنشان از لحاظ بار الکتریکی توانایی عکس ‌العمل در مقابل مغناطیس و میدان وابسته به آن را ندارند.) از این روست که پلاسما به عنوان حالت چهارم ماده معرفی شده است. برای مثال، به این علت که پلاسماها ذرات باردار الکتریکی تولید میکنند، تا زمانی که گاز بطور خنثی نباشد، به شدت تحت تاثیر میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی قرار می‌گیرد. مثالی از چنین تاثیری، به دام اندازی ذرات باردار پر انرژی در عرض خطوط میدان مغناطیسی زمین، به فرم کمربندهای تشعشی ون آلن است.
علاوه بر میدان‌های خارجی اعمال شده، مانند میدان مغناطیسی زمین و یا میدان مغناطیسی بین سیارهها، پلاسما براساس میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی ایجاد شده توسط خود پلاسما و از طریق تغییر غلظت بار محلی و جریان الکتریکی ایجاد شده عمل میکند، که در نتیجه حرکتهای متفاوت یونها و الکترونها ایجاد می‌شود. نیروهای اعمال شده توسط این میدان روی ذرات بارداری که عمل پلاسما را در طول فواصل طولانی ایجاد میکند، تاثیر گذاشته و سبب یکنواختی رفتار انتقالی ذرات و کیفیت بالایی میگردد که در گازهای خنثی دیده نمی‌شود. به رغم وجود غلظت بارهای محلی و پتانسیل های الکتریکی، پلاسما از نظر الکتریکی "شبه خنثی" است، زیرا بطور کل، تعداد تقریبا برابری از ذرات باردار مثبت و منفی طوری پراکنده شدهاند که تاثیر بارهای یکدیگر را از بین میبرند.
روشهای تولید پلاسماالف) تخلیه الکتریکی:
اگر میدان الکتریکی نیرومندی بر گازی معمولی اعمال کنیم ممکن است تعدادی از الکترونها، اتمهای خود را ترک کنند. هر اتم که به این ترتیب تحت تاثیر قرار بگیرد به طور مثبت باردار می‌شود و در این حالت میگوییم اتم به یون تبدیل شده است. الکترونهای جدا شده که بار منفی دارند آزادانه در دستگاه حرکت می‌کنند و از میدان الکتریکی انرژی میگیرند، با افزایش سرعت، به اتمهای دیگر برخورد میکنند و سبب آزاد شدن الکترونهای بیشتری میشوند. این کار به طور پیدرپی صورت می‌گیرد و تعداد الکترونهای آزاد شده مدام افزایش می‌یابد. این فرآیند به فرآیند آبشاری معروف است. در این میان تخلیه الکتریکی گسترش می‌یابد و جریان الکتریکی برقرار می‌شود. گاز قبل از تخلیه الکتریکی، نارسانا بود. در مواقعی که تخلیه الکتریکی بسیار قدرتمندی انجام می‌گیرد، ممکن است تمام اتمهای گاز به سبب فرآیند آبشاری یونیزه شوند و گاز به پلاسما تبدیل شود.
مخلوط همجوشی با فشار کم را در محفظه چنبرهاى شکل داخل کرده، به کمک یک سیستم اولیه متشکل از چند بوبین، یک میدان مغناطیسى معروف به چنبره‌اى، پدید میآید. سپس، به کمک هایپِرفرکانسها (فوق بسامدها)، محتوى محفظه چنبرهای، یونیزه گشته و در نهایت از طریق القا با افزایش تدریجى میدان مغناطیسى پدیدآمده بوسیله‌ی یک سیم لوله (سولونوئید( که در جهت محور سامانه قرار داده شده است، یک جریان پلاسما بوجود میآید.
ب) تولید پلاسما در درجه حرارت های بالا:
با رساندن دمای گاز به درجه حرارتهای بالا نیز میتوان پلاسما بوجود آورد. دمای لازم برای تولید این نوع پلاسما به روش یونیزاسیون حرارتی بسیار زیاد و از مرتبه دهها هزار درجه است و واقعیت این است که دانشمندان در مواقع بسیار نادر و ویژه از این روش برای تولید پلاسما استفاده میکنند.
پارامترهای بنیادی پلاسماهمه مقادیر در واحد گاووسی (cgs) بیان شده است. غیر از دما که در واحد الکترون ولت آورده شده است و جرم یون که بر حسب واحد جرم پروتون و بصورت μ=mimp می‌باشد. Z مقدار بار، k ثابت بولتزمن، K عدد موج، lnʌ لگاریتم کولن است ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Suryanarayana</Author><Year>2010</Year><RecNum>40</RecNum><DisplayText>[40]</DisplayText><record><rec-number>40</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423066400">40</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Suryanarayana, N.S.; Kaur, J.; Dubey, V.;</author></authors></contributors><titles><title>Study of propagation of Ion Acoustic waves in plasma</title><secondary-title>Departman of physics,Govt.</secondary-title></titles><periodical><full-title>Departman of physics,Govt.</full-title></periodical><dates><year>2010</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[40].
که برای الکترون: lnᴧ≈13.6
و برای یک یون: lnᴧ≈6.8
2-6-1- فرکانسها در پلاسمافرکانس زاویهای حرکت چرخشی الکترون در جهت عمود بر میدان مغناطیسی:
ωce=eB/mec=1.76×107 B--/s
فرکانس زاویهای حرکت چرخشی یون در جهت عمود بر میدان مغناطیسی:
ωci=ZeB/mic=9.58×103 Zμ-1 B--/s
فرکانس الکترونهایی که نوسان میکنند(نوسان پلاسما):
ωpe=(4πnee2/me)1/2=5.64×104 ne1/2 --/s
فرکانس پلاسمای یونی:
ωpi=(4πniZ2 e2/mi)1/2=1.32×103 Zμ-1/2 ni1/2 --/s
سرعت به دام اندازی الکترون:
????Te=(eKE/me)1/2=7.26×108 K1/2 E1/2 s-1
سرعت به دام اندازی یون:
????Ti=(ZeKE/mi)1/2=1.69×107 Z1/2 K1/2 E1/2μ-1/2 s-1
سرعت برخورد الکترون در پلاسمای کاملا یونیزه شده:
????e=2.91×10-6 ne lnᴧ Te-3/2 s-1
سرعت برخورد یون در پلاسمای کاملا یونیزه شده:
????i=4.80×10-8 Z4 μ-1/2 ni lnᴧ Ti-3/2 s-1
سرعت برخورد الکترون (یون) در پلاسمای کمی یونیزه شده: υe,i=Nσe,iυ=N0∞σ(υ)e,if(υ)υdυ
که <σν>e,i سطح مقطع برخورد الکترون (یون) در اتمهای (مولکولهای) گاز عامل، f(ν) تابع توزیع الکترون (یون) در پلاسما و N غلظت گاز عامل می‌باشد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Suryanarayana</Author><Year>2010</Year><RecNum>40</RecNum><DisplayText>[40]</DisplayText><record><rec-number>40</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423066400">40</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Suryanarayana, N.S.; Kaur, J.; Dubey, V.;</author></authors></contributors><titles><title>Study of propagation of Ion Acoustic waves in plasma</title><secondary-title>Departman of physics,Govt.</secondary-title></titles><periodical><full-title>Departman of physics,Govt.</full-title></periodical><dates><year>2010</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[40].
2-6-2- سرعتها در پلاسماسرعت حرارتی الکترون: سرعت معمول یک الکترون در توزیع ماکسول-بولتزمن
????Te= (kTe/me)1/2=4.19×107 Te1/2 cm/s
سرعت حرارتی یون: سرعت معمول یک یون در توزیع ماکسول-بولتزمن
????Ti= (kTi/mi)1/2=9.79×105 μ-1/2 Ti1/2 cm/s
گرم کردن پلاسمایکی از مهمترین مسائل در طراحی راکتورها گرم کردن پلاسما برای ایجاد شرایط مورد نیاز همجوشی خوبخودی می‌باشد. حتی برای سادهترین واکنش‌های همجوشی که بطور معمول برای تولید الکتریسیته با صرفه اقتصادی، معمولا به حدود 100 میلیون درجه سانتیگراد دما نیاز است. این نیاز به دمای بالا به 4 روش تامین میگردد ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Harms</Author><Year>2002</Year><RecNum>41</RecNum><DisplayText>[41]</DisplayText><record><rec-number>41</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423066441">41</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Harms, A.A.; Schoef ,K.F.; Miley G.H.; Kingdon ,D.R.;</author></authors></contributors><titles><title>principles of Fusion Energy</title><secondary-title>World scientific co.</secondary-title></titles><periodical><full-title>World scientific co.</full-title></periodical><dates><year>2002</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[41]:
گرم کردن مقاومتی
گرم کردن از طریق فشردن
گرم کردن توسط تاثیر میدان‌های الکترومغناطیسی
تزریق پرتو خنثی
2-7-1- گرمایش مقاومتیگرم کردن از طریق سیم فلزی حامل جریان صورت می‌گیرد. ولتاژ مناسب برای لوازم خانگیV220 می‌باشد و اگر جریان بیش از حد بالا برای این ولتاژ خالص V220 اعمال شود جعبه فیوز خانگی از ذوب شدن سیمها جلوگیری میکند. وارد کردن مقدار ایمن و مناسبی از جریان نیز از تاثیرات دمایی بالا برای سیمها و شروع آتش سوزی جلوگیری میکند ADDIN EN.CITE <EndNote><Cite><Author>Harms</Author><Year>2002</Year><RecNum>41</RecNum><DisplayText>[41]</DisplayText><record><rec-number>41</rec-number><foreign-keys><key app="EN" db-id="zra5wxsd8z5v5ue95sg55axj9p0220s00xx5" timestamp="1423066441">41</key></foreign-keys><ref-type name="Journal Article">17</ref-type><contributors><authors><author>Harms, A.A.; Schoef ,K.F.; Miley G.H.; Kingdon ,D.R.;</author></authors></contributors><titles><title>principles of Fusion Energy</title><secondary-title>World scientific co.</secondary-title></titles><periodical><full-title>World scientific co.</full-title></periodical><dates><year>2002</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[41].
به استثنای مواد ابر رسانا، هیچ محیط رسانایی، مانند سیمهای فلزی، وجود ندارد که در آن، الکترونها بتوانند از یک اتم به آسانی به اتم دیگر بپرند مگر اینکه بخشی از انرژی خود را بصورت گرما از دست بدهند که علت آن از دست دادن بخشی از اندازه حرکت الکترونها در برخورد با سایر ذرات طبق اصل پایستگی تکانه و تبدیل آن به گرما می‌باشد. پلاسما بسیار خوب است اما یک هادی ایدهآل نیست و مقاومت آن از مرتبه یک میلیونیوم اهم است. این مقدار مقاومت جزیی باعث گرم شدن پلاسماهایی با چگالی کم (مانند پلاسماهایی که در توکامک استفاده می‌شود) تا دماهایی از مرتبه میلیون درجه سانتیگراد میگردد و تا دماهای 10 میلیون درجه سانتیگرادموثر می‌باشد. در مقادیر دمایی فراتر، مقاومت پلاسما بیش از حد ضعیف شده و اثر بخشی روش را کاهش میدهد. گرمایش مقاومتی سبب ذخیره توانی در واحد حجم پلاسما، با معادله (2-5) داده می‌شود:
PΩMWm3=ηI2=10-6ηj2=2.85×10-15ZeffI2a4mTe32(kev) (2-5)
که در آن I، شدت پلاسما، چگالی جریان که به طور یکنواخت در سطح مقطع پلاسما (I=????a2j) وجود دارد. Zeff، میانگین بارهای موثر همهی یونهای تشکیل دهندهی پلاسما می‌باشد و η، مقاومت پلاسما است. این پارامترها به تعدادی پدیده برخورد بستگی دارد و ممکن است بصورت معادله (2-6) ارائه شود:
η≈Aη(KT)-32 (2-6)

user8314

نتیجه گیری 63
پیشنهادات 63
منابع 64

فهرست جداول
جدول 3-1 : تغییرات عمودی بافت نرم در نقاط باکال، مزیوباکال و دیستوباکال44
جدول 3-2 : تغییرات عمودی بافت نرم در نقاط پالاتال، مزیوپالاتال و دیستوپالاتال45
جدول 3-3 : تغییرات عمودی بافت نرم در نقاط دیستال و مزیال46
جدول 3-4 : تغییرات ابعادی افقی بافت نرم در 1، 3 و 7 میلیمتری از CEJ دو دندان
مجاور48
جدول 3-5 : تغییرات عمودی بافت سخت در نقاط باکال، مزیوباکال و دیستوباکال از CEJ
دو دندان مجاور50
جدول 3-6 : تغییرات عمودی بافت سخت در نقاط پالاتال،مزیوپالاتال و دیستوپالاتال
از CEJدو دندان51
جدول 3-7 : تغییرات عمودی بافت سخت در نقاط دیستال و مزیال از CEJ دو دندان
مجاور52
جدول 3-8 : تغییرات افقی بافت سخت در 1، 3 و 7 میلیمتری خطوط واصل CEJ دو دندان
مجاور54
فهرست نمودارها
نمودار3-1: تغییرات عمودی بافت نرم در نقطه میدباکال در گروه تست و کنترل44
نمودار3-2: تغییرات عمودی بافت نرم در نقطه میدپالاتال در گروه تست و کنترل45
نمودار3-3: تغییرات عمودی بافت نرم در نقطه دیستال در گروه تست و کنترل46
نمودار3-4: تغییرات عمودی بافت نرم در نقطه مزیال در گروه تست و کنترل47
نمودار 3-5: تغییرات افقی بافت نرم از 1 میلی متری خط واصل دو CEJ دندان مجاور48
مودار 3-6: تغییرات افقی بافت نرم از 3 میلی متری خط واصل دو CEJ دندان مجاور49
نمودار 3-7: تغییرات افقی بافت نرم از 7 میلی متری خط واصل دو CEJ دندان مجاور49
نمودار 3-6: تغییرات عمودی بافت سخت در نقطه مبدباکال50
نمودار 3-7: تغییرات عمودی بافت سخت در نقطه میدپالاتال51
نمودار 3-8: تغییرات عمودی بافت سخت درنقطه دیستال52
نمودار3-9: تغییرات عمودی بافت سخت در نقطه مزیال53
نمودار 3-10: تغییرات افقی بافت سخت در 1 میلیمتری از خط واصل دو CEJ دندان
مجاور55
نمودار 3-11: تغییرات افقی بافت سخت در 3 میلیمتری از خط واصل دو CEJ دندان
مجاور55
نمودار 3-12: تغییرات افقی بافت سخت در 7 میلیمتری از خط واصل دو CEJ دندان
مجاور56

چکیده :
مقدمه:
ایمپلنت گذاری فوری در دندان های تک ریشه دارای مزایایی است که از جمله می توان به حفظ استخوان موجود اشاره کرد.هدف از این مطالعه بررسی تغییرات ریج پس از قراردادن فوری ایمپلنت درمقایسه با خارج کردن معمولی دندان و ترمیم ساکت دندانی به صورت طبیعی بود.
مواد و روش کار:
این مطالعه بر روی 21 بیمار با دندان تک ریشه Hopeless جهت گذاشتن ایپملنت انجام شده است. پس از قالب گیری و تهیه قالب گچی بیماران در 2 گروه تست و کنترل به طوری تقسیم شدند که در هر گروه 12 ساکت دندانی قرار گرفت. در دو گروه دندان به صورت آتروماتیک خارج شد. بعد با کولینگوالی استخوان ناحیه در فواصل 1 و 3 و 7 میلیمتری از CEJ دو دندان مجاور و فاصله عمودی CEJ تا لبه ی کرست استخوان در 8 نقطه میدباکال، میدپاتال ، مزیال، دستیال ، دیستوباکال، دیستوپالاتال ، مزیوباکال، مزیوپالاتال اندازه گیری شد. در گروه تست در ناحیه ایمپلنت Biohorizone قرار داده شد ودر گروه کنترل ساکت ها برای ترمیم طبیعی به حال خود گذاشته شد. 4 ماه بعد در هر دو گروه فلپ کنار زده شد واندازه گیری ها عینا تکرار گردید اندازه گیری های بافت نرم نیز مشابه بافت سخت و با استفاده از کست ها و استنت های ساخته شده مشابه قبل اندازه گیری و ثبت شد.

یافته ها:
تغییرات عمودی بافت نرم در تمام نقاط اندازه گیری شده در گروه تست نسبت به گروه کنترل کمتر بود و این اختلاف فقط در ناحیه میدباکال معنی دار نبود و در سایر نقاط معنی دارد.
تغییرات ابعادی افقی بافت نرم نیز در 1 و3 و7 میلیمتری از CEJ دندان های مجاور در گروه تست کمتر از گروه کنترل بود.
تغییرات عمودی بافت سخت نیز در تمامی نقاط اندازه گیری شده در گروه تست کمتر از گروه کنترل بود. البته این تغییرات درنواحی میدباکال ومیدپالاتال معنی دار بود.
تغییرات افقی بافت سخت نیز در نواحی 1و 3 و 7 میلیمتری از CEJ دندان های مجاور در گروه تست کمتر بود که در ناحیه 7 میلیمتری این تغییر معنی دار نبود.
نتیجه گیری:
بر اساس یافته های مطالعه حاضر می توان نتیجه گیری کرد که قراردادن ایمپلنت فوری در محل ساکت دندان تازه کشیده شده برای کاهش دادن تغییرات عمودی و افقی استخوان و نیز جهت کاهش تغییرات عمودی و افقی بافت نرم ناحیه موثر می باشد.
کلمات کلیدی:
ایمپلنت فوری – خارج کردن دندان- تغییرات ابعادی ریج الوئل
-320664-922595ل
فصل اول
مروری بر متون و مقالات
کلیات :
روند ترمیم ساکت دندان های خارج شده :
ترمیم ساکت دندان های خارج شده با یک سری تغییرات داخلی که منجر به تشکیل استخوان در داخل ساکت و یک سری تغییرات خارجی که منجر به از دست رفتن عرض و ارتفاع ریج آلوئول می شود، مشخص می گردد. پس از خارج کردن دندان، خونریزی اتفاق می افتد، به دنبال آن با تشکیل لخته ساکت راپر می کند، با شروع واکنش التهابی سلول های تحریک شده بافت جوانه ای (Granulation) ایجاد می کند، طی 48 تا 72 ساعت، به همان نسبتی که بافت جوانه ای رشد می کند، لخته شروع به از بین رفتن کرده، جای لخته راپر می کند و بافت همبند نابالغ تشکیل می شود.
پس از هفت روز بافت جوانه ای به طور کامل جایگزین لخته خونی شده است، در این مرحله وجود Osteoid در قاعده ساکت به صورت تکه هائی از استخوان غیرکلسیفیه مشهود است. دو هفته بعد از کشیدن دندان، استخوان woven (استخوان اولیه تازه تشکیل شده) در قسمت های طرفی و اپیکالی ساکت تشکیل می شود. در حالیکه قسمت های مرکزی و مارژین ها از بافت همبندی پر شده ، در قسمت های مارژین و خارجی دیواره ساکت، تعداد زیادی استئوکلاست قابل رؤیت می باشد و در قسمت های متعدد دیواره ساکت استخوان woven جایگزین Bondle bone می شود.
طی 3-2 هفته بعدی و 3 تا 4 هفته بعد از خارج کردن دندان، تکه های استخوانی غیرکلسیفیه شروع به مینرالیزه شدن از قاعده ساکت به طرف کرونال می کنند، در این زمان تمام استخوان ساکت با استخوان woven پر شده است و تعداد زیادی استئوکلاست در دیواره های خارجی و مارژین بافت سخت دیده می شوند و استئوکلاست ها در مرکز و اطراف استخوان woven حاضر در ساکت ردیف می شود و به عبارت دیگر استخوان woven به وسیله استخوان بالغ جایگزین می شود. این سیر همراه با Re-epithelization ادامه پیدا می کند که در نهایت به طور کامل ساکت را تا 6 هفته پس از خارج کردن دندان می پوشاند. در هفته هشتم، یک لایه استخوان کورتیکال، مدخل را می پوشاند. استخوان woven که در هفته چهارم تشکیل شده بود، بوسیله مغز استخوان و مقداری ترابکول استخوان لاملار در هفته 8 جایگزین می شود. در سطح فوقانی و خارجی دیواره های باکال و لینگوال علائمی از تحلیل رفتن بافت سخت به چشم می خورد. کرست دیواره باکالی استخوان نسبت به کرست لینگوال آپیکالی تر قرار می گیرد. سطح مارژین دیواره لینگوال بدون تغییر باقی می ماند. در حالیکه دیواره باکال چندین میلی متر به سمت آپیکال شیفت پیدا می کند.
یک سری فاکتورها ممکن است روند ترمیم ساکت را تحت تأثیر قرار دهند. اندازه ساکت مهم است، یک ساکت عریض تر، زمان بیشتری را برای پر کردن نقص موجود نسبت به یک ساکت با عرض کم تر نیاز دارد. ساکت دندان های مبتلا به تحلیل افقی استخوان، زودتر ترمیم می شوند. زیرا کم شدن حجم استخوان آلوئولار به منزله کم شدن حجم حفره برای پر شدن می باشد، استخوان به حد کرونالی تر از حد افقی خود و یا حد کرست استخوان دندان های مجاور بازسازی نمی شود، یعنی هرگز به طور 100درصد ساکت دندانی با استخوان پر نخواهد شد(1).
تدابیر پس از کشیدن دندان :
به دلیل اینکه کشیدن دندان و یا از دست دادن آن، اغلب منجر به تحلیل یا جمع شدگی ریج آلوئولار می گردد، حفظ حجم استخوان در زمان کشیدن دندان یک هدف مطلوب می باشد. حداکثر تحلیل استخوان پس از کشیدن دندان ها در محدوده 6 تا 24 ماه اول اتفاق می افتد.
بنابراین زمانی که کلینسین امکان مداخله در کشیدن دندان را داشته باشد، حفظ استخوان آلوئولار بایستی مدنظر باشد. حفظ محافظه کارانه بافت های اطراف دندان کشیده شده می تواند نیاز به روش های پیشرفته جراحی استخوان را حذف و یا به طور قابل توجهی کاهش دهد.
زمانی که یک دندان کشیده و آماده قرار دادن ایمپلنت می گردد، پیشگیری از تحلیل استخوان آلوئولار بسیار مطلوب است.
زمان قرار دادن ایمپلنت نسبت به زمان کشیدن دندان همچنان مورد بحث بسیاری از کلینسین ها می باشد، بسته به کمیت و کیفیت و حمایت استخوان موجود و همچنین توانائی کلینسین ها و بیمار، قرار دادن ایمپلنت پس از کشیدن دندان می تواند بلافاصله (immediate)، تأخیری (delayed) و یا مرحله ای (staged) باشد. طبق تعریف قرار دادن فوری ایمپلنت در زمان کشیدن دندان انجام می شود. قراردهی تأخیری ایمپلنت حدوداً 2 ماه پس از کشیدن دندان انجام می گیرد تا امکان ترمیم بافت نرم فراهم شود. قرار دادن مرحله ای ایمپلنت به منظور ترمیم کامل استخوان درون نواحی کشیدن دندان به طور معمول نیازمند 6-4 ماه بیشتر است.
در آوردن دندان به صورت غیرتراماتیک و با استفاده از یک وسیله باریک و پهن نظیر Periotome انجام می شود. این وسیله به عمق سالکوس وارد شده و لیگامان پریودنتال را پاره می کند و مختصری بافت های پریودنتال مجاور را توسعه می دهد. دندان، بلند شده و توسط فورسپس با استفاده از حرکت آهسته و چرخشی درآورده می شود. باید از اعمال نیروهای باکولینگوالی اجتناب گردد تا از آسیب به استخوان لبیال پیشگیری شود.
با استفاده از کورت های جراحی، بافت نرم روی استخوان موجود در ناحیه extraction کاملاً دبریدمان می شود. پس از دبریدمان ناحیه extraction کاملاً با سالین استریل شستشو داده می شود. در این مرحله، پس از ارزیابی استخوان و ساپورت آن، کلینسین تصمیم می گیرد که آیا ناحیه را با پیوند استخوان پر کند یا نه و اینکه چه زمانی ایمپلنت را در ناحیه قرار دهد؟ (فوری، تأخیری،مرحله ای) (2).
زمان های مختلف قرار دادن ایمپلنت :
Type 1) قرار دادن ایمپلنت به طور فوری به دنبال کشیدن دندان،
مزایا : کاهش تعداد دفعات جراحی، کاهش طول دوره درمان، مقدار استخوان مطلوب باقیمانده. معایب : مورفولوژی منطقه ممکن است قرار دادن ایمپنت را پیچیده کند، فقدان بالقوه بافت نرم برای تطابق فلپ، روش های جراحی کمکی و حساسیت این روش.
Type 2) بافت نرم به طور کامل ساکت را پوشش دهد، حدوداً 8-4 هفته بعد از کشیدن.
مزایا : افزایش مقدار بافت نرم منطقه و بالطبع آسانتر شدن تطابق فلپ، اجازه به برطرف شدن پاتولوژی های موضعی منطقه.
معایب : مورفولوژی منطقه ممکن است قرار دادن ایمپلنت را پیچیده کند، افزایش طول دوره درمان، تحلیل متفاوت دیواره های ساکت، احتمال نیاز به روش های جراحی کمکی و حساسیت این روش.
Type 3) ایمپلنت در ساکت دندانی قرارداده می شود که مقداری استخوان تازه و قابل توجه درون آن شکل گرفته است.
مزایا : مقدار استخوانی که در ساکت تشکیل شده، قرار دادن ایمپلنت را ساده تر می کند و همچنین بافت نرم تکامل یافته تطابق فلپ را راحت تر می سازد.
معایب : افزایش طول دوره درمان، تحلیل متفاوت دیواره ساکت و احتمال نیاز به روش های جراحی کمکی.
Type 4) قرار دادن ایمپلنت در ساکت دندانی که به طور کامل ترمیم یافته است.
مزایا : ریجی که به طور کلینیکی ترمیم یافته است و تطابق بهتر فلپ.
معایب : افزایش طول دروه درمان، نیاز به روش های جراحی کمکی، تفاوت زیاد در حجم استخوان باقیمانده (3).
قراردادن فوری ایمپلنت :
مزیت اصلی قرار دادن فوری ایمپلنت متعاقب کشیدن دندان، کاهش زمان ترمیم می باشد. چون ایمپلنت در زمان کشیدن دندان قرار داده می شود، ترمیم استخوان به ایمپلنت بلافاصله با کشیدن دندان شروع می شود. مزیت دیگر آن این است که ترمیم نرمال استخوان که عموماً درون حفره کشیدن دندان اتفاق می افتد، در اطراف ایمپلنت تأثیر می گذارد. این فعالیت تشکیل استخوان می تواند تماس استخوان به ایمپلنت را در مقایسه با ایمپلنتی که در ناحیه ای با فعالیت استئوژنتیکی کم تر قرار داده شده است، بهبود بخشد.
معایب احتمالی قرار دادن ایمپلنت فوری شامل نیاز به جراحی موکوژنژیوال (جهت تصحیح بافت هایی که در اثر فلپ های repositioned جابجا شده اند) و پیوند استخوان (جهت پر کردن فضاهای خالی اطراف ایمپلنت) می باشند. زمانی که ایمپلنت دو مرحله ای، در زمان کشیدن دندان قرار داده می شود باید با استفاده از روش های آزاد کننده فلپ موکوژنژیوال ایمپلنت کاملاً پوشیده شود.
همچنین ممکن است نیاز باشد تا از پیوند استخوان درون ناحیه extraction که با ایمپلنت در تماس نمی باشد استفاده شود تا از نفوذ بافت نرم به اطراف ایمپلنت جلوگیری شود.


اگر استخوان موجود برای ثبات ایمپلنت ناکافی باشد، قرار دادن فوری ایمپلنت پیشنهاد نمی شود، همچنین عفونت های مرتبط با دندان ممکن است ترمیم را مختل کرده و موفقیت ایمپلنت را به مخاطره اندازد. عفونت حاد یا تحت حاد از موارد عدم تجویز برای قرار دادن فوری ایمپلنت به شمار می آیند (2).
تصحیح ریج در رابطه با قرار دادن ایمپلنت :
جایگزینی ایمپلنت متعاقب کشیدن دندان به دلایل مختلفی عمومیت یافته است. در طول سال ها، امیتازهای زیادی برای ایمپلنت فوری عنوان شده است. این مزایا شامل قرار دادن ساده تر ایمپلنت، کاهش تعداد ملاقات ها در مطب دندانپزشک، کاهش طول دوره درمان و هزینه ها، نگهدرای از استخوان در محل ایمپلنت، زیبائی بافت نرم و افزایش رضایت بیمار می باشد.
جایگذاری ایمپلنت در ساکت دندان تازه کشیده شده ممکن است شکل گیری استخوان و استخوان سازی را تحریک کند و یا اختلال در تغییرات سازگاری که به دنبال کشیدن دندان اتفاق می افتد، ایجاد کند. تایپ I قرا ردادن ایمپلنت باعث حفظ استخوان ساکت و استخوان فک مجاور ساکت می گردد و می تواند از آتروفی استخوان جلوگیری کند (3).
Botticelli و همکاران در سال 2004 به بررسی تغییرات ریج در طول یک دوره 4 ماهه به دنبال قرار دادن ایمپلنت فوری در ساکت دندان تازه کشیده شده پرداختند. 21 ساکت دندانی با پریودنتیت مزمن متوسط مورد مطالعه قرار گرفتند که طول درمان شامل کشیدن دندان های کانین، انسیزور و پرمولرهای تک ریشه و سپس جایگزینی ایمپلنت در این مناطق بود.
پس از ایجاد برش های سالکولار و کشیدن دندان، ایمپلنت پیچ شونده در ناحیه قرار داده شد. بعد از قرار دادن ایمپلنت :
فاصله ی بین ایمپلنت و سطوح داخلی و خارجی استخوان باکال و لینگوال
عرض گپ مارژینی که بین ایمپلنت و سطوح باکال و لینگوال، مزیال و دیستال وجود داشت به وسیله ی کولیس اندازه گیری شد.
فلپ به محل اولیه برگردانده شد و ایمپلنت ها به طور Semi-Submerged قرار گرفتند. بعد از4 ماه، جراحی reentry انجام شد و اندازه گیری های کلینیکی دوباره تکرار شد و بنابراین تغییراتی که در طی ترمیم انجام شده بود از جمله ضخامت و ارتفاع دیواره ی باکال و لینگوال ساکت و عرض گپ مارژین محاسبه شد.
در طی جراحی انجام شده مشاهده گردید که گپ مارژین به طور کامل از بین رفته است، علاوه بر این ضخامت دیواره ی باکال و همچنین دیواره پالاتال به طور واضحی کاهش یافته بود. طبق مطالعه انجام شده در طی 4 ماه از ترمیم بعد از کشیدن دندان و قرار دادن ایمپلنت به طور عملی تمام گپ های مارژین از بین رفته بود. کاهش ابعاد باکال mm9/1 یا 56 درصد بود. در حالیکه کاهش ابعاد در سطح لینگوال mm8/0 یا 27 درصد بود. این یافته ها به طور قوی نشان داد، قرار دادن ایمپلنت در ساکت دندان تازه کشیده شده در حقیقت از رمدلینگ فیزیولوژیک که به دنبال کشیدن دندان در ریج اتفاق می افتد جلوگیری نمی کند (4).
به منظور بررسی رمودلینگ استخوان که در ساکت کشیده شده ی دندان بعد از ایمپلنت گذاری اتفاق می افتد، Lindhe و Araujo در سال 2005، یک مطالعه ای بر روی سگ انجام دادند. در این مطالعه محققین به منظور بررسی تغییرات ابعادی که در ریج آلوئولار اتفاق می افتد، بررسی هیستولوژیک انجام دادند. در باکال و لینگوال هر دو کودرانت مندیبل سگ، فلپ به صورتfull thikness کنار زده شد. ریشه های دیستال سومین و چهارمین پرمولر خارج شد. در کودرانت سمت راست ایمپلنت هایی با سطح خشن به گونه ای در داخل ساکت قرار گرفتند که مارژین ایمپلنت، آپیکالی تر از مارژین استخوان باکال و لینگوال قرار داده شد. فلپ ها به محل اولیه برگردانده شدند، در سمت چپ ساکت های کشیده شده بدون قرار دادن ایمپلنت به وسیله ی فلپ کاملاً پوشیده شدند.
بعد از 3 ماه مخاط در مناطق مورد نظر در کودرانت چپ و راست فک کاملاً ترمیم یافت. سگ ها کشته شدند و برش های بافتی شامل ایمپلنت و ساکت های بدون دندان تهیه و برای مطالعه ی هیستولوژیک آماده شد. برش باکولینگوالی ناحیه ی بی دندان بعد از 3 ماه ترمیم نشان داد که استخوان تازه تشکیل شده، مدخل ساکت را پوشش داده است. صفحه کورتیکال استخوان لاملار در سمت باکال در حدود 3/2 میلی متر، آپیکالی تر از کانتور لینگوال قرار گرفته است.
برش های باکولینگوالی تهیه شده از ناحیه ی دارای ایمپلنت نشان داد که مارژین کرست استخوان باکال در حدود 4/2 میلی متر پائین تر از کرست لینگوال قرار گرفته است. به عبارت دیگر قرار دادن ایمپلنت در ساکت دندان تازه کشیده شده موجب شکست در روند مدلینگ بافت سخت در دیواره های ساکت، به دنبال کشیدن دندان می شود. در نتیجه، بعد از 3 ماه از ترمیم، میزان تحلیل عمودی در استخوان باکال در مقایسه با استخوان لینگوال جایگزین شده در دو گروه دارای ایمپلنت و بی دندان مشابه بود. در ماه سوم اختلاف عمودی بین مارژین باکال و لینگوال در هر دو گروه بیش از 2 میلی متر بود که در گروه بی دندان 2/2 میلی متر در مناطق دارای ایمپلنت 4/2 میلی متر گزارش شد (5).
در مطالعه ی دیگری که Araujo و همکاران در سال 2006 بر روی سگ برای بررسی اینکه، آیا مدلینگ استخوان در ساکت دندان تازه کشیده شده باعث از دست رفتن استئواینتگریشن ایمپلنت قرار داده شده در ساکت می گردد؟ انجام دادند. همچون مطالعه ی قبلی پس از آماده سازی فلپ، ریشه دیستال سومین و چهارمین دندان پرمولر در هر دو کودرانت مندیبل کشیده شد. ایمپلنت ها در داخل ساکت تازه کشیده شده، طوری قرار گرفتند که دارای ثبات اولیه بودند. سپس فلپ ها به گونه ای به سر جای خود برگردانده شدند که ایمپلنت ها به طوری semi-submerged قرار گرفتند. بلافاصله پس از بستن فلپ، بیوپسی های بافتی از دو سگ تهیه شد، در حالیکه به 5 سگ دیگر اجازه ترمیم در یک دوره ی یک ماهه و سه ماهه داده شد. در برش هائی که بلافاصله پس از نصب ایمپلنت تهیه شد، تماس بین سطح دیواره ی ایمپلنت و دیواره های ساکت مشاهده شد. لخته خون در نواحی فاقد مناطق تماس و همچنین در گپ های مارژین تشکیل شد. در برش های تهیه شده در هفته چهارم مشاهده شد که این حفره ها (مناطق فاقد تماس) که نواحی خشن ایمپلنت می باشد، با استخوان woven پر شده است. همچنین در هفته ی چهارم دیواره باکال و لینگوال دچار تحلیل گردیدند و ارتفاع دیواره ی سخت و نازک باکال، کاهش پیدا کرده است. در فاصله زمانی بین هفته 4 و 12 از ترمیم، کرست استخوان باکال به طور واضح به سمت آپیکال جابجا شده است. استخوان woven ای که در سمت باکال در هفته چهارم، تماس در نواحی گپ مارژین با ایمپلنت ایجاد کرده بود دچار رمدلینگ شده بود و تنها، تکه هایی از این استخوان باقی مانده بود. در پایان مطالعه (3 ماه) کرست استخوان باکال بیشتر از 2 میلیمتر پائین تر از بوردر سطح خشن ایمپلنت قرار گرفته بود. این یافته ها نشان داد که استخوان woven که در تماس با ایمپلنت در مرحله ی اولیه ایجاد شده بود، قسمتی از آن با آتروفی دیواره ی باکال استخوان از بین می رود. بنابراین واضح است که آلوئولار پروسس متعاقب کشیدن دندان، جهت احتیاجات فانکشنال آتروفی می گردد، و در این رابطه ایمپلنت نمی تواند جایگزین خوبی برای دندان باشد (6).
مشکل کلینیکی قرار دادن تایپ I ایمپلنت این است که تحلیل استخوان به طور متناوب باعث از دست رفتن پوشش بافت سخت باکال در ناحیه ی ایمپلنت می شود و قسمت فلزی آن ممکن اس از وراء یک غشاء نازک روی ایمپلنت دیده شود و مشکلات زیبائی ایجاد کند. سؤالی که مطرح می گردد این است که آیا می توان بر این مشکل غلبه کرد،؟ این سؤال توسط Lindhe و همکاران در سال 2006 بررسی شد. در این مطالعه ریشه ی دیستال سومین پرمولر فک پائین و همچنین ریشه ی دیستال اولین مولر فک پائین سگ کشیده شد و به جای آن ایمپلنت قرار داده شد. در طول دوره ی ترمیم تحلیل دیواره ی باکال رخ داد و همچنین بیشتر از 2 میلیمتر از مارژین ایمپلنت از وراء مخاط نمایان شد. گپ ایجاد شده بین ایمپلنت و دیواره ی ساکت در زمان قرار دادن ایمپلنت در ریشه ی دیستال مولر بیشتر از 1 میلیمتر بود. به همین دلیل ثبات ایمپلنت تنها از طریق گیر آپیکالی بدست آمد. در طول فاز اولیه ترمیم این گپ با استخوان woven در ناحیه ی مولر پر شد. در فاصله زمانی که استخوان باکال تحت آتروفی قرار گرفت استخوان تازه تشکیل شده در محل گپ، استئواینتگریشن را حفظ کرد و تمام سطوح ایمپلنت را پوشاند. این مطالعه نشان داد که آتروفی ریج بی دندانی به دنبال کشیدن دندان رخ می دهد و نمی توان با قرار دادن ایمپلنت در ساکت دندان تازه کشیده شده از این آتروفی جلوگیری کرد. تحلیل استخوان هم در جهت عمودی و هم در جهت افقی در استخوان باکال و لینگوال رخ می دهد که این تحلیل در دیواره ی باکال مشخص تر می باشد.
نتیجه ی دیگری که از این مطالعه به دست آمد نشان داد که در بعضی موارد می توان با قرار دادن ایمپلنت به طور عمیق تر در دیواره ی لینگوال یا پالاتال ساکت، تحلیل استخوان باکال را جبران کرد (7). به منظور جبران نقائص ترمیم که در بالا ذکر شد ممکن است پروسه های Regeneration استخوان به منظور افزایش حجم استخوان مخصوصاً در سطح باکال نیاز باشد.

مروری بر مقالات :
در بررسی استئواینتگریشن و بازسازی استخوان دو نوع ایمپلنت فوری HA و TPS توسط Gher و همکارانش در سال 1994، نتیجه گیری شد که تحلیل استخوان در قسمت تاجی کرست برای گروه تست 53/1- و برای گروه کنترل 59/1- بود و هیچ تفاوت معنی داری بین پارامترهای اندازه گیری شده در دو نوع ایمپلنت وجود نداشت. همچنین لازم به ذکر است که در گروه تست دو نوع ایمپلنت از DFDBA و ممبران برای پر کردن گپ موجود بین ایمپلنت و دیواره ساکت استفاده شد، در صورتی که در گروه کنترل از هیچ نوع ماده پیوندی استفاده نشده بود (8).
قرار دادن ایمپلنت های فوری در ساکت دندان تازه کشیده شده یک روش مطمئن و قابل پیش بینی می باشد، اگر توجهات خاص حین کار پیگیری شود. این نتیجه ای بود که از مطالعه Rosequist در سال 1996 حاصل شد که به بررسی درصد بقای ایمپلنت های فوری در یک بازه زمانی 67-1 ماه پردخته بود و پس از این بررسی، درصد بقای ایمپلنت ها را 6/93درصد گزارش کرد (9).
طبق تحقیقات Chaushn و همکارانش در سال 1997 که به follow up 95 ایمپلنت پرداختند، نتیجه گیری شد، که ایمپلنت های فوری دارای میزان بقای بالائی در حدود 100 تا 9/94درصد می باشند و همچنین در این مطالعه اتفاق نظری در مورد پر کردن گپ و بهترین ماده گرفت نبود (10).
ایمپلنت فوری بهتر است 5-3 میلیمتر، فراتر از آپکس قرا ربگیرد تا ثبات اولیه اش فراهم شود. همچنین تا جائی که امکان دارد نزدیک کرست استخوان قرار بگیرد. این نتایج حاصل مطالعه Schwartz و همکارانش در سال 1997 بود. همچنین در این مطالعه اجماع نظری راجع به نیاز به پر کردن گپ و اینکه چه ماده پیوندی بهترین است وجود نداشت (11).
بعد از قرار دادن ایمپلنت فوری تحلیل استخوان باعث جابجائی بافت سخت باکالی ایمپلنت می شود و به دلیل دیده شدن ناحیه فلزی ایمپلنت از پشت یک غشاء نازک می تواند مشکلات زیبائی ایجاد کد. این مطالعه را Grunder در سال 2000 انجام داد (12).
در تحقیق Rosequist که در سال 2000 بر روی 34 نفر انجام شد، برای سیل کردن ساکت از ممبران همولوگوس استخوانی استفاده کردند که این ممبران بعد از 4-2 هفته با پرولیفراسیون مخاط اطراف پوشیده شد. این مطالعه علیرغم اینکه نتایج زیبائی بسیار عالی و موفقیت 1/94درصد را دارا بود، اما نتوانست در مورد کیفیت استخوان و استئواینتگریشن گزارش تهیه کند(13).
در مقایسه هیستولوژکی ایمپلنت فوری و تأخیری بر روی سگ، نتیجه حاصله به این قرار شد که 76درصدسطوح ایمپلنت فوری با استخوان پوشیده شده و در ایمپلنت های تأخیری 81درصد سطوح ایمپلنت با استخوان پوشیده شده بود. این مطالعه را Schultes در سال 2001 انجام داد (14).
دو امتیاز ایمپلنت های فوری، کوتاه شدن دوره درمان و حفظ بافت سخت و نرم می باشد. این دو نتیجه تحقیقات Nawzari در سال 2001 می باشد (15).
حجم کافی استخوان و شکل مناسب آلوئولار ریج برای بدست آوردن فانکشن مناسب و پروتز زیبای ایمپلنت ضروری می باشد. شناسایی در روند ترمیم ساکت دندان تازه کشیده شده، شامل تغییراتی که به دنبال تحلیل استخوان و رمدلینگ ایجاد می شود ضروری است، از دست رفتن استخوان آلوئولار به دنبال کشیدن دندان به دلایلی هم چون بیماری پریودنتال، ضایعه پری اپیکال و یا تروما به دندان و استخوان ممکن است حادث شود. همچنین آسیب به استخوان در حین کشیدن دندان هم می تواند باعث از دست رفتن استخوان شود و به طور کلی آتروفی استخوان پس از کشیدن دندان یک پدیده کاملاً شناخته شده ای می باشد. در یک مطالعه که توسط Schropp و همکارانش در سال 2007 با هدف بررسی تغییرات کانتور استخوان پس از کشیدن دندان در یک دوره 12 ماهه، انجام شد به این نتیجه رسیدند که بیشترین تغییرات در ناحیه ساکت دندان تازه کشیده شده بعد از یکسال از کشیدن دندان بدست می آید (16).
قرار دادن ایمپلنت فوری باعث حفظ بافت استخوان ساکت و احاطه کننده فک می شود و همچنین از آتروفی استخوان فک جلوگیری می کند. این نتیجه طبق تحقیق Chen در سال 2004 بدست آمد و همچنین طبق این مطالعه، درصد بقا و فوائد کلینیکی ایمپلنت فوری و معمولی با یکدیگر مشابه می باشد (17).
بعد از 4 ماه از قرار دادن ایمپلنت، تمام گپ های مارژین از بین رفته و کاهش عرض تابل باکال حدود mm9/1 (56%) و لینگوال mm8/0 می باشد. این مطالعه که بر روی 21 دندان تازه کشیده شده انجام شد، نشان داد که ایمپلنت فوری در حقیقت از رمدلینگ ریج به طور کامل جلوگیری نمی کند و همچنین لازم به ذکر می باشد که برای پر کردن فضای بین استخوان و ایمپلنت از هیچ ماده پیوندی و غشائی استفاده نشده بود. این نتایج طبق تحقیقات Botticelli در سال 2004 بدست آمد (4).
رمدلینگ اولیه به طور فوری پس از کشیدن دندان شروع می شود و حتی پس از قرار دادن ایمپلنت تأخیری ادامه می یابد و درصد تفاوت رمدلینگ اطراف ایمپلنت های فوری و تأخیری می تواند دلیلی برای اهمیت زمان گذاشتن ایمپلنت در مناطقی که از نظر زیبائی اهمیت دارند، می باشند. این مطالعه که توسط Covani و همکارانش در سال 2004 در ایتالیا صورت گرفت، تغییرات عرض باکولینگوالی 2 ایمپلنت فوری و 5 ایمپلنت تأخیری را در دو مرحله اندازه گیری کردند که برای ایمپلنت فوری، این تغییر 9/1 میلیمتر بود و برای ایمپلنت تأخیری 3 میلیمتر گزارش شد (18).
استفاده از ایمپلنت فوری و جایگذاری آن در ساکت دندان تازه کشیده شده نشان داد که ایمپلنت فوری دارای مقاومت و ثبات بالائی با توجه به آنالیزهای Resouance Frequency می باشد؛ که این نتایج براساس گزارشات Beckerو همکارانش در سال 2005 بدست آمد (19).
قرار دادن ایمپلنت فوری نمی تواند از ریمادلینگ که در دیواره های ساکت اتفاق می افتد جلوگیری کند و تحلیل دیواره های ساکت که بعد از کشیدن دندان اتفاق می افتد باید در هنگام قرار دادن ایمپلنت فوری مورد توجه قرار گیرد. ارتفاع دیواره های باکال و لینگوال بعد از 3 ماه چه در نواحی بی دندانی و چه در نواحی که ایمپلنت فوری قرار گذاشته شده مشابه می باشند و حتی از دست رفتن عمودی استخوان ریج در باکال نسبت به لینگوال بیشتر می باشد. این یافته ها، نتایج مطالعه Maurico و همکارانش در سال 2005 می باشد (20).
ایمپلنت فوری توانائی جلوگیری از آتروفی ریج را بعد از کشیدن دندان ندارد و استخوان باکال و لینگوال هر دو دچار تحلیل می شوند و این تحلیل در قسمت باکال باعث از دست رفتن استئواینتگریشن مارژین می شود. این نتیجه گیری بود که از مطالعه Lindeh و همکارانش در سال 2006 بدست آمد (7).
در مطالعه ای که از سال های 2004-1998 بر روی 1925 ایمپلنت فوری صورت گرفت نتایجی به شرح زیر بدست آمد :
میزان شکست در ایمپلنت هایی که دندان های آنها به علت بیماری پریودنتال کشیده شده بودند3/2 برابر بیشتر بود.
میزان شکست قبل از گذاشتن رستوریشن 7/3 درصد و بعد از گذاشتن رستوریشن 3% بود.
میزان بقای کلی 96% بود.
مردان دارای 65/1 برابر شکست بیشتری بودند.
این یافته ها طبق نتیجه گیری بود که Wegenbergدر سال 2006 بدست آورد، باید هنگام طرح درمان ایمپلنت فوری دلایل کشیدن دندان و استفاده از آموکسی سیلین را مورد توجه قرار داد(21).
در بررسی که بر روی 351 پروژه - ریسرچصورت گرفت، میزان شکست ایمپلنت فوری را کم تر از 5درصد گزارش داد که اگر این ایمپلنت ها به طور فوری بارگذرای شوند، درصد آن ها بیشتر هم می شود. اما این مطالعه نتوانست به سؤالاتی در مورد سلامت پری ایمپلنت، ثبات پروتز و میزان تحلیل استخوان در مقایسه ایمپلنت فوری و تأخیری بپردازد. این مطالعه توسط Quirynen در سال 2007 صورت گرفت (22).
میزان بقا در ایمپلنت فوری در ناحیه قدام ماگزیلا 97درصد گزارش شده است و میزان تحلیل استخوان رادیوگرافیک در مزیال mm98/0، در دیستال 78/0 و تحلیل بافت نرم در mid facial ، mm53/0 و در Shrinkage پاپیلای mm41/0 و پاپیلای دیستال 31/0 و رضایت بیماران از نظر زیبائی 93/0 بود. این نتایج که توسط De Rouck و همکاران در سال 2008 بدست آمد میزان بقا پاسخ بافت سخت و نرم و نتایج زیبائی ایمپلنت فوری را در قسمت قدام ماگزیلا مورد بررسی قرار داد (23).
نیاز به تحقیقات مستمر و بیشتر در مورد تغییرات ابعادی کرست استخوان بعد از ایمپلنت فوری در مطالعه ای که Chen در سال 2009 برای بررسی تحلیل مارژین مخاط فاسیال در ایمپلنت های فوری انجام داد، نتیجه گیری شد (24).
اگر ایمپلنت های highly-polished و roughened به صورت فوری قرار داده شوند، اختلافی در میزان تحلیل استخوان اطراف ایمپلنت چه کلینیکی و چه رادیوگرافیک ندارند و بیشترین میزان تحلیل استخوان در مارژین دیستال کرست آلوئول اتفاق می افتد، این یافته از مطالعه Heinemann در سال 2009 در آلمان بدست آمد که تأثیر توپوگرافی سرویکال ایمپلنت را بر میزان تحلیل استخوان کرستال در ایمپلنت فوری مورد بررسی قرار دادند (25).
مطالعه ای که به مرور نتایج کلینیکی و زیبائی 91 مطالعه پرداخته بود، نشان داد استفاده از پیوند استخوان در جلوگیری از پیشرفت دیفکت در ایمپلنت فوری مؤثر می باشد و باعث پیشرفت استخوانی رژنراسیون شدن این دفکت می شود و در قرار دادن ایمپلنت type 1-2-3 نسبت به type 4 مؤثر می باشد و میزان بقا در این مطالعات 95% گزارش شد. همچنین این مطالعات نشان داد که تحلیل مارژین مخاط فاسیال در type 1 شایع تر می باشد. این بررسی متون توسط Buser و Chen در سال 2009 ارائه گردید (26).
در بررسی هیستولوژیک ترمیم اولیه بافت نرم روی سگ، گزارش شد که تنها بعد از یک هفته در اپی تلیوم جانکشنال و بافت همبند شل سلول های التهابی فراوان دیده می شود، ابعاد بافت نرم در هفته هشتم تقریباً mm5 بود که شامل mm5/3-3 اپی تلیال و mm5/1-1 بافت همبند بود. در این مطالعه نتیجه گیری شد که ترمیم بافت نرم اطراف ایمپلنت فوری ممکن است سطح اپی تلیال بیشتری نسبت به ایمپلنت تأخیری ایجاد کند. این مطالعه توسط Vignoletti در سال 2009 در کشور اسپانیا بدست آمد (27).
در مقایسه نتایج کلینیکی ایمپلنت های فوری Submerged و non-submerged ، نتیجه بدست آمده نشان داد که میزان بافت کراتنیزه در گروه submerged به طور متوسط mm3/1 و در گروه non-submerged، mm2/0 میلیمتر کاهش پیدا کرده بود و سایر نتایج کلینیکی دو گروه با هم مشابه بود و میزان تحلیل بافت نرم در هر دو گروه بعد از یکسال به طور متوسط mm1 گزارش شد. این حاصل مطالعه Cordaro و همکاران در سال 2009 می باشد (28).
در یک تحقیق که توسط Lindhe و همکاران در سال 2010 انجام شد به بررسی تغییرات ابعادی ریج، پس از نصب دو شکل متفاوت ایمپلنت فوری (سلیندری و مخروطی) پرداخت. نتیجه حاصله از این مطالعه تفاوت معنی داری را در تغییرات ابعادی ریج بین این دو گروه نشان نداد، اما تغییرات گپ عمودی و افقی در اطراف ایمپلنت های سیلندری بیشتر از ایمپلنت های مخروطی گزارش شد (29).
نتایج کلینیکی ایمپلنت های فوری و تأخیری قرار داده شده در بیماران دارای Severe Poriodontitis نشان داد که اختلاف آماری معنی داری در تحلیل استخوان آلوئولار بین این دو گروه وجود نداشته است و میزان بقا در ایمپلنت فوری در ماگزیلا 92درصد و در مندیبل 100درصد بود. میانگین تغییرات level استخوان بین زمان اولیه و 12 ماه بعد mm18/0 ± 12/1- بود و همچنین این مطالعه نشان داد که شکست ایمپلنت فوری در ماگزیلا در بیمارانsevere periodontitis بیشتر از مندیبل می باشد. این نتیجه گیری از مطالعه Deng در چین در سال 2010 حاصل شد (30).
استفاده از ممبران کلاژنی در ایمپلنت فوری در حفظ استخوان آلوئول باکال به میزان 23% مؤثر است. این نتیجه ای بود که از مطالعه Caneva در سال 2010 که به بررسی تأثیر این ممبران بر روی تغییرات بافت سخت و استئواینتگریشن در ایمپلنت فوری در سگ پرداخت، بدست آمد. ارزیابی هیستولوژیک نشان داد که هم در گروه تست و هم در گروه کنترل تحلیل استخوان اتفاق افتاد و همچنین میزان بیشترین تماس استخوان- ایمپلنت کرونالی بین دو گروه مشابه بود. در گروهی که از ممبران استفاده شده بود تحلیل استخوان باکال mm7/1 و در گروه کنترل mm2/2 بود (31).
در بررسی و ثبت ضخامت دیواره باکال و پالاتال 93 ساکت دندان تازه کشیده شده توسط Huynh و همکارانش در سال 2010 برای تخمین میزان مقاومت دیواره های باکال و پالاتال برای حفظ کانتور استخوان اطراف ایمپلنت، این نتیجه حاصل شد که نیاز به روش های پیوند استخوان برای دست یابی به کانتور کافی در اطراف ایمپلنت ضروری می باشد (32).
طبق تحقیقاتی که Esposito و همکارانش در سال 2010 در انگلیس انجام دادند نتجیه گیری کردند که :
ایمپلنت فوری ریسک بالاتری از ایمپلنت تأخیری برای شکست و عوارض ایمپلنت دارد.
در مواردیکه زیبائی اهمیت بیشتری دارد، ایمپلنت فوری ممکن است نتیجه بهتری دهد.
مدرک قابل اعتمادی برای حمایت و یا رد روش های پیوند استخوان هنگام گذاشتن ایمپلنت فوری وجود ندارد (33).
در مطالعه ای که Koh و همکاران در سال 2011 انجام دادند، تغییرات بافت نرم و سخت را در ایمپلنت های فوری بین گروه های با ایمپلنت کرستال و ساب کریستال مقایسه کردند. دندان های تک ریشه در دو گروه به صورت هم سطح با کرست پالاتال و یا یک میلیمتر زیر کرست پالاتال توسط ایمپلنت فوری جایگزین شدند. نتایج بدست آمده به این صورت بود که بین دو گروه تفاوت آماری معنی داری از سطح استخوان مارژینال دیده نشد (035/0P-value= ) . اگرچه گروه ساب کرستال دارای میزان معنی دار بیشتری از ضخامت بافت کراتینیزه بود، این مطالعه نتیجه گیری کرد که میزان بقای ایمپلنت فوری 96درصد می باشد و سطح قرار دادن ایمپلنت نمی تواند تأثیری بر روی تغییرات عرض و ارتفاع استخوان و بافت نرم داشته باشد و همینطور پیشنهاد شد که دیواره ضخیم فاسیال، گپ کوچکتر و نواحی پرمولرها دارای نتایج کلینیکی موفق تری برای ایمپلنت فوری هستند (34).
بیان مسئله و ضرورت انجام تحقیق:
 ایمپلنت فوری به عنوان روشی که جایگزین ایمپلنت معمولی شده است پیشنهاد گردیده است. مطالعات متعدد موفق بودن این روش را به اثبات رسانده است و معلوم شده است که اگر همزمان با کشیدن دندان عمل ایمپلنت گذاری نیز انجام شود. گپ بین استخوان میزبان و بدنه ایمپلنت ظرف چند ماه آینده پر خواهد شد و به شرط وجود ثبات اولیه در هنگام ایمپلنت گذاری، ایمپلنت در آینده به خوبی Osteointegration مناسبی پیدا خواهد کرد. البته علی رغم اینکه بسیاری از مؤلفین بیان نموده اند که انجام ایمپلنت فوری از تحلیل ناخواسته عرض ریج در اثر کشیده شدن دندان جلوگیری می کند معذالک برخی از محققین گزارش کرده اند که قدری تحلیل استخوان پس از انجام ایمپلنت فوری به وقوع خواهد پیوست.( Botticelli et al 2004 (4) )به علاوه در یک مطالعه مروری اخیر بوسیله( Quriynen, et al 2008 (22))این نتیجه حاصل شد که در مورد تغییرت ابعادی ریج در آینده هنگامی که عمل ایمپلنت فوری انجام می شود ، اطلاعات کافی در دست نیست لذا جا دارد که طی مطالعه ای میزان تغییرات ابعادی ریج از نظر باکولینگوالی و اکلوز و آپیکالی مشخص گردد.

اهداف و فرضیات
الف) هدف کلی:
تعیین تغییرات ابعادی ریج باقیمانده پس از قرار دادن ایمپلنت فوری در مقایسه با ساکت دندان تازه کشیده شده
ب) اهداف اختصاصی:
1- تعیین تغییرات عرض ریج در فاصله 1 میلی متری از کرست در ناحیه دندان Ext شده در هنگام ایمپلنت گذاری و پس از 4 ماه در زمان گذاشتن Healing
2- تعیین تغییرات عرض ریج در فاصله 1 میلی متری از کرست در ناحیه ساکت کشیده شده در هنگام خارج کردن دندان و پس از 4 ماه قبل از قرار دادن ایمپلنت.
3- تعیین تغییرات عرض ریج در فاصله 3 میلی متری از کرست در ناحیه دندان Ext شده در هنگام ایمپلنت گذاری و پس از 4 ماه در زمان گذاشتن Healing
4- تعیین تغییرات عرض ریج در فاصله 3 میلی متری از کرست در ناحیه ساکت کشیده شده در هنگام خارج کردن دندان و پس از 4 ماه قبل از قرار دادن ایمپلنت.
5- تعیین تغییرات عرض ریج در فاصله 7 میلی متری از کرست در ناحیه دندان Ext شده در هنگام ایمپلنت گذاری و پس از 4 ماه در زمان گذاشتن Healing
6- تعیین تغییرات عرض ریج در فاصله 7 میلی متری از کرست در ناحیه ساکت کشیده شده در هنگام خارج کردن دندان و پس از 4 ماه قبل از قرار دادن ایمپلنت.
7- کاهش ارتفاع لثه در ناحیه نسبت به خط واصل بین CEJ دو دندان مجاور در هنگام خارج کردن دندان و گذاشتن ایمپلنت و پس از 4 ماه قبل از قرار دادن Healing .
8- کاهش ارتفاع استخوان در ناحیه نسبت به خط واصل بین CEJ دو دندان مجاور در هنگام خارج کردن دندان و گذاشتن ایمپلنت و پس از 4 ماه قبل از قرار دادن Healing .
ج) اهداف کاربردی:
کسب اطلاع بیشتر در مورد قابلیت پیشگوئی و پیش بینی نتیجه درمان از لحاظ زیبایی در صورت انجام عمل ایمپلنت فوری
د) فرضیات یا سؤالات تحقیق:
1- تغییرات ابعادی باکولینگوالی در اثر عمل ایمپلنت فوری چه میزان است ؟
2- تغییرات ابعادی اکلوز آپیکالی ریج در اثر عمل ایمپلنت فوری چه میزان است؟
3- با توجه به تغییرات ابعادی استخوان پس از Ext دندان در فواصل 1 و 3 و 7 میلیمتر آیا گذاشتن ایمپلنت فوری در حفظ ریج برتری دارد یا خیر ؟
-312420-1009015
(2) فصل دوم
مواد و روش‌ها

مواد و روش کار :
این مطالعه بر روی 21 بیمار مراجعه کننده به دانشکده دندانپزشکی مشهد (13 زن و 8 مرد با میانگین سنی 39 سال) با دندان hopeless جهت گذاشتن ایمپلنت انجام شده است. روش نمونه گیری به صورت غیراحتمالی و مبتنی بر هدف صورت گرفته است.
پروتکل به تصویب شورای پژوهشی دانشگاه و کمیته اخلاق دانشگاه علوم پزشکی مشهد رسید.
معیارهای ورود به مطالعه شامل موارد زیر بود :
بیماران با دندان hopeless تک ریشه، نیازمند به درمان ایمپلنت باشند.
بیماران مشکل سیستمیک نداشته باشند.
کنترااندیکاسیون جهت درمان جراحی و ایمپلنت نداشته باشند.
اعلام موافقت کتبی و تکمیل فرم رضایت نامه با مطالعه کامل آن توسط بیمار انجام شد.
بعد از تکمیل پرونده و رضایت نامه کتبی قالب گیری از بیماران توسط Putty انجام و قالب گچی تهیه شد. بیماران طبق رضایت و میل به درمان immediate implantation به 2 گروه تست و کنترل (برای افرادی که مایل به گذاشتن ایمپلنت به صورت فوری نبودند)، به طوری تقسیم شدند که در هر گروه 12 ساکت دندانی قرار گرفت. 2 روز قبل ازعمل بیماران تحت رژیم آموکسی سیلین 500mg و دهانشویه کلرهگزیدین 2/0% قرار گرفتند و این رژیم به صورت 10 روز ادامه داشت.
در گروه کنترل پس از دادن بی حسی موضعی (لیدوکائین با اپی نفرین 100000/1) دندان آتروماتیک خارج شد و بعد باکولینگوالی استخوان (تصویر 2-4) در ناحیه 1، 3 و 7 میلیمتری از CEJ دو دندان مجاور توسط گیج ثبت گردید. به علاوه فاصله عمودی خط واصل بین CEJ دو دندان مجاور تا لبه کرست استخوان در 8 نقطه میدباکال، میدپالاتال، مزیال، دیستال، دیستوباکال، دیستوپالاتال، مزیوباکال، مزیوپالاتال توسط پروب مدرج اندازه گیری شد (تصویر 2-5) و ساکت ها برای طی کردن پروسه طبیعی ترمیم به حال خود گذاشته شدند.
در گروه تست، پس از انسیژن، کنار زدن فلپ و خارج کردن آتروماتیک دندان، اندازه گیری های فوق (مانند گروه کنترل) عیناً تکرار شد و سپس ایمپلنت (Biohorizone) در ساکت دندان تازه کشیده شده قرار داده شد. در صورتی که عرض گپ اطراف ایمپلنت از 2 میلیمتر بیشتر بود، ماده DFDBA ساخت شرکت همانند ساز بافت تولید ایران در ناحیه گپ قرار داده شد و در صورت نیاز ممبران قابل جذب در ناحیه قرار داده می شد. سپس فلپ به محل اولیه خود برگردانده شد، با نخ بخیه Silk شماره 0-3 بخیه گردید. جهت تسکین درد از ژلوفن mg400 استفاده شد، بعد از 10 روز بخیه ها کشیده شدند (تصاویر 2-1 الی 2-10).

تصویر 2-1 : CBCT بیمار قبل از شروع درمان

تصویر 2-2 : دندان Hopeless پیش از عمل

تصویر 2-3 : کشیدن دندان بدون تروما پس از فلپ زدن
1160071-4785
تصویر 2-4:اندازه گیری ابعاد باکولینگوالی استخوان ناحیه
112077527940
635991870تصویر 2-5 : اندازه گیری فاصله های عمودی از خط واصل بین دو CEJ تا لبه کرست استخوان
00تصویر 2-5 : اندازه گیری فاصله های عمودی از خط واصل بین دو CEJ تا لبه کرست استخوان

تصویر 2-6: قراردادن ایمپلنت BioHorizon داخل ساکت دندان تازه کشیده شده

تصویر 2-7 : گپ موجود بین ایمپلنت و تابل با کال

تصویر 2-8 : DFDBA های Cenobone ساخت شرکت همانند ساز بافت

تصویر2-9: قراردادن DFDBA در گپ بین ایمپلنت و تابل با کال

تصویر 2-10:بخیه کردن محل عمل با نخ بخیه سیلک شماره 0-3
برای اندازه گیری های بافت نرم در هر گروه، از کست ها استفاده شد که برای داشتن نقاط ثابتی جهت اندازه گیری بعد باکولینگوالی بافت نرم، نقطه میانی برای اندازه گیری فاصله عمودی، یک استنت آکریلی از آکریل Dura ساخته و در ناحیه 1، 3 و 7 میلیمتر از CEJ دو دندان مجاور نشانه گذاری شده بود. عرض باکولینگوالی بافت نرم در این نقاط و همچنین فاصله عمودی محل لثه تا خط واصل بین CEJ دو دندان مجاور نیز اندازه گیری و ثبت شد.

تصویر 2-11: استنت آکریلی جهت نقاط اندازه گیر ی ثابت قبل از عمل و نیز 4 ماه پس از آن هم در گروه تست و هم در گروه کنترل
4 ماه بعد در گروه کنترل، جهت گذاشتن ایمپلنت مجدداً قالب گیری توسط Putty و ساخت یک کست گچی و رادیوگرافی CBCT از ناحیه انجام شد، فلپ کنار زده شد و عرض ریج باقیمانده مجدداً در همان ناحیه در نقطه وسط میان خطی که CEJ دو دندان مجاور را بهم متصل می کند در فاصله 1، 3 و 7 میلیمتر از CEJ دو دندان و همچنین فاصله عمودی کرست استخوان در 8 نقطه میدباکال، میدپالاتال، مزیال، دیستال، دیستوباکال، دیستوپالاتال، مزیوباکال و مزیوپالاتال اندازه گیری شد.
اندازه گیری های بافت نرم نیز با استفاده از کست ها و استنت های ساخته شده، بعد باکولینگوالی را در سه نقطه 1، 3 و 7 از CEJ دو دندان مجاور و فاصله عمودی نقطه میانی محل لثه تا خط واصل بین CEJ دو دندان مجاور اندازه گیری و ثبت شد (تصاویر 2-11 الی 2-14 مربوط به گروه کنترل می باشد).

تصویر 2-12: گروه کنترل : چهار ماه پس از کشیدن دندان
808990190500
تصویر 2-13: گروه کنترل: تحلیل باکولینگوالی نسبت به خط واصل CEJ دو دندان مجاور 4 ماه پس از خارج کردن دندان

تصویر 2-14: گروه کنترل : قراردادن ایمپلنت
در گروه تست نیز، 4 ماه بعد از گذاشتن ایمپلنت، ابتدا قالب گیری توسط Putty انجام و کست گچی تهیه شد. سپس ناحیه ایمپلنت جهت گذاشتن Healing Abutment فلپ کنار زده شد و اندازه گیری های نسج سخت ماننده گروه کنترل انجام شد. (تصاویر 2-15 ا لی 2-18)

1287662144307
تصاویر 2-15: گروه تست : چهار ماه بعد از گذاشتن ایمپلنت

تصویر 2-16: گروه تست: اندازه گیری فاصله های عمودی از خط واصل بین دو CEJ تا لبه کرست استخوان
126639750859
تصویر 2-17 : گروه تست : اندازه گیری ابعاد با کولینگوالی

تصویر 2-18: قراردادن Healing
روش تجزیه و تحلیل داده ها و بررسی آماری :
نتایج ثبت شده تحت آنالیزهای آماری T-Test و ANOVA One-way قرار گرفتند.

-360680-982980
(3) فصل سوم
یافته‌ها

یافته ها :
اندازه گیری های عمودی و افقی در بافت سخت و نرم انجام گرفت، در بافت نرم عرض باکولینگوالی ناحیه در قسمت های 1، 3 و 7 میلیمتر از خط واصل CEJ دو دندان مجاور و همچنین فاصله عمودی8 نقطه بیان شد شامل : میدباکال، مزیوباکال، دیستوباکال، پالاتال، مزیوپالاتال، دیستوپالاتال، دیستال و مزیال تا خط فوق اندازه گیری و ثبت شد. در بافت سخت هم عرض باکولینگوالی ناحیه در فواصل1، 3 و 7 میلیمتر از CEJ دو دندان مجاور و فاصله عمودی خط واصل CEJ دو دندان مجاور تا کرست استخوان در 8 نقطه میدباکال، مزیوباکال، دیستوباکال، پالاتال، مزیوپالاتال، دیستوپالاتال و دیستال و مزیال انجام شد.

بررسی بافت نرم :
جدول 3-1 : تغییرات عمودی بافت نرم در نقاط باکال، مزیوباکال و دیستوباکال
میدباکال مزیوباکال دیستوباکال
انحراف معیار ± میانگین میانه انحراف معیار ± میانگین میانه انحراف معیار ± میانگین میانه
گروه تست 71/0±04/1 1 72/0±79/0 5/0 52/0±75/0 5/0
گروه کنترل 74/0±22/1 25/1 74/0±32/1 25/1 75/0±32/1 25/1
P-value (NS)266/0 (S)033/0 (S)026/0
NS= Non Significant
با توجه به یافته های جدول (3-1) این گونه استنباط می شود که میانگین تغییرات عمودی بافت نرم در گروه کنترل در ناحیه میدباکال بیشتر می باشد اما معنی دار نیست، و در دو نقطه ی مزیوباکال و دیستوباکال این تغییرات معنی دار می باشد.

نمودار3-1: تغییرات عمودی بافت نرم در نقطه میدباکال در گروه تست و کنترل
جدول 3-2 : تغییرات عمودی بافت نرم در نقاط پالاتال، مزیوپالاتال و دیستوپالاتال
مید پالاتال مزیوپالاتال دیستوپالاتال
انحراف معیار ± میانگین میانه انحراف معیار ± میانگین میانه انحراف معیار ± میانگین میانه
گروه تست 52/0±58/0 5/0 64/0±43/0 5/0 71/0±68/0 5/0
گروه کنترل 75/0±32/1 25/1 74/0±32/1 25/1 74/0±32/1 25/1
P-value (S)004/0 (S)002/0 (S)022/0
S= Significant
با توجه به داده های جدول (3-2) مشاهده می شود که تغییرات عمودی بافت نرم در ناحیه پالاتال، مزیوپالاتال و دیستوپالاتال بین دو گروه معنی دار بوده است. یعنی اینکه تغییرات عمودی بافت نرم در نقاط مذکور در گروه تست کمتر از گروه کنترل بوده است.

نمودار3-2: تغییرات عمودی بافت نرم در نقطه میدپالاتال در گروه تست و کنترل
جدول 3-3 : تغییرات عمودی بافت نرم در نقاط دیستال و مزیال
دیستال مزیال
انحراف معیار ± میانگین میانه انحراف معیار ± میانگین میانه
گروه تست 19/1±79/0 5/0 02/1±78/0 5/0
گروه کنترل 75/0±32/1 25/1 74/0±32/1 25/1
P-value (S)016/0 (S)048/0
S= Significant
اطلاعات جدول (3-3) نشان می دهد که تغییرات عمودی بافت نرم در دو ناحیه ی دیستال و مزیال بین گروه تست و کنترل معنی دار بوده است.

نمودار3-3: تغییرات عمودی بافت نرم در نقطه دیستال در گروه تست و کنترل
756921169546
نمودار3-4: تغییرات عمودی بافت نرم در نقطه مزیال در گروه تست و کنترل
جدول 3-4 : تغییرات ابعادی افقی بافت نرم در 1، 3 و 7 میلیمتری از CEJ دو دندان مجاور
1 میلیمتر 3 میلیمتر 7 میلیمتر
انحراف معیار ± میانگین میانه انحراف معیار ± میانگین میانه انحراف معیار ± میانگین میانه
گروه تست 01/4±55/3- 65/1- 7/1±5/1- 9/0- 24/1±42/1- 45/0-
گروه کنترل 20/3±75/4- 85/4- 24/4±58/3- 5/2- 62/2±22/2- 65/1-
P-value (NS) 502/0 (NS) 545/0 (S) 051/0
NS= Non Significant
5676901268730همانگونه که در جدول (3-4) مشاهده می شود، تغییرات افقی بافت نرم در 1 و 3 میلیمتری از CEJ دو دندان مجاور در دو گروه کنترل بیشتر از گروه تست می باشد که از نظر آماری معنی دار نیست (502/0 P-Value= و 545/0 P-Value=) ولی در نقطه 7 میلیمتری این تغییرات معنی دار می باشد.
نمودار 3-5: تغییرات افقی بافت نرم از 1 میلی متری خط واصل دو CEJ دندان مجاور
1291590-163830
نمودار 3-6: تغییرات افقی بافت نرم از 3 میلی متری خط واصل دو CEJ دندان مجاور
1300503260678
نمودار 3-7: تغییرات افقی بافت نرم از 7 میلی متری خط واصل دو CEJ دندان مجاور
بررسی بافت سخت :
جدول 3-5 : تغییرات عمودی بافت سخت در نقاط باکال، مزیوباکال و دیستوباکال از CEJ دو دندان مجاور
مید باکال مزیوباکال دیستوباکال
انحراف معیار ± میانگین میانه انحراف معیار ± میانگین میانه انحراف معیار ± میانگین میانه
گروه تست 25/2±25/0 75/0 87/1±26/0 25/0 05/3±41/0 62/0
گروه کنترل 58/0±42/1 5/1 65/0±99/0 1 68/0±64/0 75/0
P-value (S) 046/0 (NS) 0703/0 (NS) 656/0
NS= Non Significant
-22639952306یافته های این جدول نشان می دهد که تغییرات عمودی بافت سخت در ناحیه ی میدباکال معنی دار می باشد، اما این تغییرات در دو ناحیه ی مزیوباکال و دیستوباکال در گروه کنترل بیشتر از گروه تست می باشد، اما از لحاظ آماری معنی دار نمی باشد.
2852420113665نمودار 3-6: تغییرات عمودی بافت سخت در نقطه مبدباکال
00نمودار 3-6: تغییرات عمودی بافت سخت در نقطه مبدباکال

جدول 3-6 : تغییرات عمودی بافت سخت در نقاط پالاتال،مزیوپالاتال و دیستوپالاتال از CEJدو دندان مجاور
مید پالاتال دیستوپالاتال مزیوپالاتال
انحراف معیار ± میانگین میانه انحراف معیار ± میانگین میانه انحراف معیار ± میانگین میانه
گروه تست 54/3±12/0 25/0 75/2±08/1 5/0 25/4±08/0 0
گروه کنترل 73/0±3/1 1 56/0±95/0 1 49/0±03/1 1
P-value (S) 029/0 (NS) 209/0 (S) 026/0
NS= Non Significant
10189821083696همانطور که در جدول (3-6) مشاهده می شود تغییرات عمودی بافت سخت در نقاط پالاتال و مزیوپالاتال از لحاظ آمار معنی دار می باشد در صورتی که در ناحیه ی دیستوپالاتال از لحاظ آماری معنی دار نمی باشد.
نمودار 3-7: تغییرات عمودی بافت سخت در نقطه میدپالاتال
جدول 3-7 : تغییرات عمودی بافت سخت در نقاط دیستال و مزیال از CEJ دو دندان مجاور
دیستال مزیال
انحراف معیار ± میانگین میانه انحراف معیار ± میانگین میانه
گروه تست 01/2±75/0 75/0 94/1±5/1 1
گروه کنترل 66/0±79/0 70/0 50/0±080/1 1
P-value (NS)761/0 (NS)741/0
NS= Non Significant
اطلاعات به دست آمده از این جدول نشان می دهد که تغییرات عمودی بافت سخت در 2 نقطه ی مزیال و دیستال در گروه تست بیشتر از گروه کنترل می باشد، اما این تغییرات از لحاظ آماری معنی دار نمی باشد.

نمودار 3-8: تغییرات عمودی بافت سخت درنقطه دیستال
91561576007
نمودار3-9: تغییرات عمودی بافت سخت در نقطه مزیال
جدول 3-8 : تغییرات افقی بافت سخت در 1، 3 و 7 میلیمتری خطوط واصل CEJ دو دندان مجاور
1 میلیمتر 3 میلیمتر 7 میلیمتر
انحراف معیار ± میانگین میانه انحراف معیار ± میانگین میانه انحراف معیار ± میانگین میانه
تست 0 0 57/3±71/0- 0 75/3±67/0- 55/0-
کنترل 25/3±81/2- 5/1- 92/2±89/2- 8/1- 26/1±97/1- 5/1-
P-value (S)005/0 (S)028/0 (NS)090/0
NS= Non Significant
یافته های به دست آمده از جدول شماره (3-8) نشان می دهد که تغییرات افقی بافت سخت در 1 و 3 میلیمتری از CEJ دو دندان مجاور از لحاظ آماری معنی دار می باشد، اما این تغییرات در نقطه ی7 میلیمتری با اینکه در گروه کنترل بیشتر از گروه تست می باشد اما از لحاظ آماری معنی دار نمی باشد.

نمودار 3-10: تغییرات افقی بافت سخت در 1 میلیمتری از خط واصل دو CEJ دندان مجاور
1016002287270نمودار 3-11: تغییرات افقی بافت سخت در 3 میلیمتری از خط واصل دو CEJ دندان مجاور
00نمودار 3-11: تغییرات افقی بافت سخت در 3 میلیمتری از خط واصل دو CEJ دندان مجاور

نمودار 3-12: تغییرات افقی بافت سخت در 7 میلیمتری از خط واصل دو CEJ دندان مجاور
توضیحات نمودارها: (در اندازه گیری تغییرات افقی : بعد باکولینگوالی استخوان در 1 و 3 و 7 میلیمتری از CEJ 2 دندان مجاور در مرحله دوم از مرحله اول کم شد .
در اندازه گیری تغییرات عمودی: فاصله لبه کرست تا خط واصل CEJ 2دندان مجاور در مرحله دوم از مرحله اول کم شد .
در نمودار تغییرات افقی هر چه دامنه تغییرات به سمت اعداد منفی برود نشان دهنده کلاپس بیشتر بعد باکولینگوالی استخوان می باشد و هر چه دامنه تغییرات به سمت اعداد مثبت برود نشان دهنده کلاپس کمتر بعد باکولینگوالی استخوان می باشد.
در نمودار تغییرات عمودی هر چه دامنه تغییرات به سمت اعداد منفی برود نشان دهنده تحلیل کمتر استخوان و یا gain استخوان می باشد و هر چه به سمت اعداد مثبت برود نشان دهنده تحلیل بیشتر استخوان می باشد .)

-224155-925830
(4)فصل چهارم
بحث

بحث :
در این مطالعه 21 بیمار با میانگین سنی 39 سال که دارای دندان تک ریشه Hope less بودند مورد بررسی قرار گرفتند. بیماران به گونه ای تقسیم شدند که در هر گروه 12 ساکت دندانی قرار گرفت. در گروه تست پس از خارج کردن دندان ایمپلنت قرار داده شد و در گروه کنترل ساکت جهت ترمیم طبیعی رها شد.
ترمیم ساکت دندان های خارج شده همیشه همراه با از دست رفتن عرض و ارتفاع ریج آلوئل می باشد. برای فائق آمدن بر این مشکل روش های مختلفی برای حفاظت از ریج یا ساکت پس از خارج کردن دندان مورد آزمایش قرار گرفته و همگی در جلوگیری از کاهش عرض و ارتفاع ریج کم و بیش مؤثر بوده اند.
با ورود ایمپلنت ها به دنیای دندانپزشکی تصور می شود که قرار دادن ایملپلنت در یک Fresh socket می تواند تغییرات متعاقب کشیدن دندان را جلوگیری نماید(35).
قرار دادن ایمپلنت بطور فوری پس از کشیدن دندان دارای مزایایی از قبیل کاهش تعداد دفعات جراحی، کاهش طول دوره درمان و مقدار استخوان مطلوب باقیمانده در زمان جراحی است.
سؤالی که در این مطالعه به دنبال پاسخ آن بودیم این بود که آیا قرار دادن فوری ایمپلنت متعاقب EXT دندان می تواند باعث جلوگیری از تحلیل دیواره های ساکت گردد؟ برای پاسخ به این سؤال مطالعات مختلفی انجام گردیده است. ولی نتایج متفاوتی در این بررسی ها ارائه گردیده است، لذا انجام مطالعه جهت درک بهتر از این موضوع ضروری به نظر می رسد.
بررسی تغییرات عمودی بافت نرم در مطالعه حاضر نشان دادکه در گروه تست (ایمپلنت) در تمام سطوح باکال و لینگوال کاهش بافت نرم نسبت به گروه کنترل (ترمیم طبیعی ساکت) به میزان معنی داری کمتر است. فقط در ناحیه میدباکال علی رغم اختلاف این مقدار معنی دار نبود که علت این است که معمولاً ضخامت plate باکال پس از Ext کم است. بنابراین انتظار تحلیل کرست و تحلیل متعاقب آن می رود.
نتایج این مطالعه با تحقیق De Rouk (23) همخوانی دارد. در مطالعات مشابهی دیگر که انجام شده بود بررسی بافت نرم انجام نگردیده بود (5و6).
بررسی دیگری که در مطالعه ما انجام شد بررسی تغییرات ابعاد افقی بافت نرم بودند. اندازه گیری های باکولینگوالی در فواصل 1 و 3 و 7 میلیمتری از CEJ دو دندان مجاور انجام گرفت و مشخص گردید که در تمام این مناطق تغییرات در گروه کنترل بیشتر از گروه تست بوده است. مطالعه مشابه دیگری که چنین اندازه گیری را ثبت نماید در دسترس نبود.
بررسی تغییرات بافت سخت در مطالعه ما در دو سطح عمودی و افقی مورد بررسی قرا رگرفت. بررسی تغییرات عمودی بافت سخت که در هر مورد در 8 نقطه انجام گرفت (میدباکال، مزیوباکال، دیستوباکال، پالاتال، مزیوپالاتال، دیستوپالاتال، مزیال و دیستال) نشان داد که در تمام این نقاط میزان تغییرات در گروه تست نسبت به گروه کنترل کمتر بوده است. البته تغییرات عمودی در سطوح دیستال و مزیال علی رغم داشتن اختلاف معنی دار نبوده است که علت آن وجود حجم استخوان کافی در این نواحی بوده و طبیعی است که وقتی مقدار استخوان مناسب باشد انتظار تحلیل کمتری را نیز داریم. نتایج مطالعه ما مشابه یافته مطالعه Chen (17)، Wagenberg (21 ) بود. ولی با مطالعه Botticelli (4) و Covani (18) و Lindhe (7) همخوانی ندارد. علت این عدم هماهنگی را شاید بتوان اینگونه توجیه نمود که اولاً در مطالعه ما تغییرات استخوانی در 8 نقطه مورد بررسی قرار گرفته است. به علاوه در مطالعه ما در نواحی که بین ایمپلنت و کرست استخوان Gap بیش از 2 میلیمتر وجود داشت ناحیه Gap با DFDBA پر می شد که این مسئله می تواند از تحلیل بیشتر کرست جلوگیری کند.
بررسی تغییرات افقی بافت سخت نشان داد که تغییرات در 1 و 3 میلیمتری بین دو گروه معنی دار است، ولی در 7 میلیمتری این میزان معنی دار نیست. در نواحی 1 و 3 میلیمتری ضخامت تابلیت های استخوانی کم است بنابراین احتمال تحلیل بیشتر است. در حالیکه در ارتفاع 7 میلمیتری در هر 2 گروه ضخامت تابلت های استخوانی زیاد بوده بنابراین میزان تحلیل کمتر خواهد بود.
مطالعات دیگری نیز نتایج مشابه با مطالعه ما ارائه داده اند. مانند مطالعه Nowzari در سال 2001(15)، Chen در سال 2004 (17)که گزارش کردند ایمپلنت فوری از آتروفی استخوان جلوگیری کرده و به احتمال زیاد به نگهداری بافت استخوان ساکت و احاطه کننده فک کمک می کند.
نکته ای که در مورد قرار دادن ایمپلنت فوری باید توجه داشت خارج کردن آتروفیک ریشه دندان است که در مطالعه حاضر سعی گردید دندان ها با کمترین میزان تروما خارج گردند.
ضخامت تابلت باکال آلوئولار در میزان آینده تحلیل نقش اساسی دارد که باید به آن توجه کرد. به همین دلیل در این مطالعه و موارد مشابه بیشترین میزان تحلیل در نواحی میدباکال اتفاق می افتد.

-205105-954405
(5) فصل پنجم
نتیجه گیری و پیشنهادات

نتیجه گیری :
بررسی نتایج مطالعه حاضر نشان داد که قرار دادن فوری ایمپلنت در ساکت کشیده شده دندان می تواند از تحلیل عمودی و افقی استخوان آلوئل جلوگیری نماید. همچنین تحلیل نسج نرم لثه متعاقب ایمپلنت فوری در مقایسه با ترمیم طبیعی ساکت کمتر است.
پیشنهادات :
پیشنهاد می گردد مطالعاتی با حجم بیشتر بیماران و نیز زمان Follow up طولانی مدت تر و نیز مطالعات هیستولوژیک جهت روشن تر شدن پروسه ترمیم بعد از ایمپلنت فوری انجام گیرد.
References :
Arauj M, Lindeh J. The edentolous alveolar ridge. In : Lindhe J, Lang NP, Karring T. Clinical periodontology and implant dentistry, 5th ed. : Black Well; 2008. P: 62-5.
Klokvold RP. Localized bone Augmentation and Implant Site Development.In: Newman MG, Takel HH, Klokkevold PR. Caranza's clinical periodontology, 10th ed. Philadelphia: W.B Saunders; 2008. P: 1141-45.
Hanmerle CH, Araujo M, Lindhe J. Timing of Implant placement.In: Lindhe J, Lang NP, Karring TH. Clinical periodontology and implant dentistry, 5th ed. :Black Well; 2008. P. 1054-61.
Botticelli D, Breglundh T, Lindhe J. Hard tissue alterations following immediate implant placement in extraction sites. J Clin Periodontol. 2004; 31(10): 820-8.
Araujo MG, Lindhe J. Dimensional ridge alteration following tooth extraction. An experimental study in dog. J Clin Periodontol. 2005; 32(2): 212-8.
Araujo M, Wennstrom J, Lindhe J. Modeling of buccal and bone walls of fresh extraction sites following implant in stallation. Journal Clinical Oral Implant Restorative. 2006; 17(4): 606-14.
Lindhe J, Araujo M, Wennstrom J. Modeling of the buccal and lingual bone walls of fresh extraction sites. Clin Oral Implantes. 2006; 17(6): 606-14.
Gher ME, Quintero G, Assad D, Manaco E, Richardson AC. Bone grafing and guided bone regeneration for immediate dental implants. J Periodontol. 1994; 65(9): 881-91.
Rosenquist B, Grenthe B. Immediate placement into extraction sockets : implant survial. Int J Oral Maxillo Fac. 1994; 11(2): 205-9.
Chaushn G, Schwartz-A-- D. The ways and where fores of immediate placement of implants into fresh extraction sites : a literature review. J Periodontal. 1997; 68(10): 915-23.
Schwartz-Ard D. Chaushn G. Placement of implants into fresh extraction sites : 4 to 7 years retrospective evaluation of 95 immediate implant. J Periodontol. 1997; 68(11): 1110-6.
Grunder V. Stability of the mucosal topography aroud single-tooth implants and adjacent teeth. Int J Periodontal Restorative Dent. 2000; 20(1): 11-17.
Rosenquist B, Ahmed M. The immediate replacement of teeth by dental implants using homologus bone membrans to seal the sockets : Clinical and --iographic findings. Clin Oral Implant Res. 2000; 11(6): 57-82.
Schultes G, Gagol A. Histologic evaluation of immediate versus delayed placement of implant after tooth extraction. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radio Endodo. 2001; 92(1): 17-22.
Nowzari H, Schincoglla GP. Surgical treatment planning for the single-unit implant in easthetic areas. J Periodontol 2000-2001; 27(4): 162-82.
Schropp L, Wenzel, Kostopoulos L, Karring. Bone healing and soft tissue contour changes following single-tooth extraction: A Clinical and Radiographic 12-month prospective study. Int J Periodontal Restorative Dent. 2003; 33: 313-23.
Chen ST, Wilson TG, Hammerle CH. Immediate or early placement of implants following tooth extraction. Review of biologic basic, clinical procedures and outcomes. Int J Oral Maxillo Fac Implant. 2004; 19 suppl: 12-25.
Covani U, Bortolaia C, Barone A, Sbordone L. Bucco-lingual crestal bone changes after immediate and delayed implant placement. J Periodontol. 2004; 75(12): 1605-12.
Becker W, Sennerby L, Bedrossian E, Becker BE, Lucchini JP. Implant stability measurements for implants placed at the time of extraction : a cohort, prospective clinical trial. J Periodontol. 2005; 76(3): 391-7.
Maurico G, Lang J, Lindhe J. Ridge alterations following implant placement in fresh extraction sockets : An experimental study in the dog. J Clin Periodontol. 2005; 32(6): 654-52.
Wegenberg B, Froum SJ. Aretrospective study of 1925 consecutively placed immediate implants from 1988 to 2004. Int J Oral Maxillo fac Implants. 2006; 21(1): 71-80.
Quirynen M, Van Assache N, Botticelli D, Berglundh T. How does the timing of implant placement to extraction affect outcome. Int J Oral Maxillo Fac Implants. 2008; 23(1): 59-60.
De Rouck T, Colly K, Cosyn J. Immediate single-tooth implants in the anterior maxilla : a 1-year case cohort study on hard and soft tissue response. J Clin Periodontol. 2008; 35(7): 649-57.
Chen ST, Daby IB, Reynolds EC, Clement JG. Immediate implant placement post extraction without flap elevation. J Periodontol. 2009; 80(1): 163-72.
Heinemann F, Baurauel C, Hasan L, Gedrango T. Influence of the implant cervical topography on the crestal bone resorption and immediate implant survival. J Physiol Pharmacol. 2009; 60 suppl: 99-105.
Chen ST, Buser D. Clinical and easthetic out comes of implants placed in postextraotion sites. Int J Oral Maxillo Fac Implants. 2009; 24(Suppl): 186-217.
Vignoletti F, De Sanctis M, Berglundh T, Abrahamsoon L, Sanz M. Early healing of implants placed into fresh extraction sockets. An experimental study in the beagle dog. J Clin Periodontol. 2009; 36(12): 1059-66.
Cordaro L, Torsello F, Ro Ccuzzo M. Clinical out come of submerged implants placed in fresh extraction sockets. Clin Oral Implants Res. 2009; 20(12): 1307-13.
Lindhe J, Tomasi C, Sanz M, Cecchinato D. Bone dimensional variations at implant placed fresh extraction sockets : A multilevel multivariate analysis. Clin Oral Impalnt Research. 2010; 21(1):30-6.
Deng F, Zhang H, Shao H, He Q,, Zhang P. A comparsion of clinical out comes for implants placed in fresh extraction sockets versus heald sites in periodontally compromised patients : A 1-year follow up report : Int J Oral Maxillo Fac Implants. 2010; 25(5): 1036-40.
Caneva M, Botticelli D, Salata LA, Scombatti SL, et al. Collagen membranes at immediate implants : a histomorphometric study in dogs. CLin Oral Implants Res. 2010; 21(9): 89-17.
Huynh Ba G, Pietursson BE, Sanz M, Cechinato D, Ferrus J, et al. Analysis of the socket bone wall dimensions in upper maxilla in relation to immediate implant placement. Clin Oral Implant Res. 2010; 21(1): 37-42.
Esposito M, Grusovin MG, Polyzos IP, Felice P, Worthington HV. Timing of implant placement after tooth extraction : immediate, immediate-delayed or delayed implants? A cochrane sys--eic review. Eur J Oral Implantol. 2010; 3(3): 186-205.
Koh Ru, Oh TJ, Rudeck I, Neiva GF, Misch CE, et al. Hard and soft tissue changes following crestal and subcrestal immediate implant placement. J Periodontol. 2011; 2(6): 87-96.
Paolantonio M, Dolci M, Scarano A, Archivio D, Placido G, Tumini V, et al.Immediate implantation in fresh extraction sockets.A controlled clinical and histological study in man. J Periodontol. 2001 vov ; 72 (11): 156-71
Abstract :
Introduction :
Immediate implantation in single-root teeth posses some benefits, specially bone preservation. The aim of this study was to evaluate the ridge changes after immediate implantation in comparison with tooth extraction and natural dental socket healing.
Method and Material :
For this study 21 patient with hopeless single- root tooth were selected. After impression and cast making, the patients were divided into 2 goups; test group and contral group.
12 dental socket were in each groups. In tooth groups the extraction was atroumatic. Measurments include horizontal (Bucco-lingual dimention at 1mm, 3mm and 7mm at mid portion from the line connecting two adjacent cejs) and vertical dimentions (vertical distance from the line connecting two adjacent cejs at 8 paints : mid-buccal, mid-palatal, Mieial, Distal, Disto buccal, Disto palatal, Mesio buccal and Mesiopalatal). In test group, dental socket were left for natural heading.
4 mouths after the operation, in both of them the flap was reflected and like the first, the measuments were done. Soft tissue measurmends were similar to hard tissue measumends and by using the cast and stents, were done and recorded.
Results :
Vertical changes of soft tisues were measured in all the points. These changes in test group were less than control group and this difference head significant relationship in all points exept in mid-Buccal point.
2604770206375000Horizontal dimention changes of soft tissue in 1,3 and 7mm at mid portion from the line connecting two adjacent cejs, in test group, also were less than control group. Vertical changes of hard tissue measured in all the points, in test group were less than control group. These changes were significant in mid-Buccal and mid-Palatal points.
Horizontal changes of hard tissue in 1,3 and 7mm at mid portion from the line connecting two adjacent CEJ , in test group also were less than control group, however in point of 7mm this change was not significant.
Conclusion :
According to the results of this study, we can conclude thatn immediate implantation in the socket of early extracted tooth, is effective for reducing the actual vertical and horizontal bone changes and horizontal and vertical of soft tissue.
Key words :
Immediate implant- tooth extraction- dimensional changes of Alveolar ridge.
2147570480822000

Mashhad University of Medical Science
Faculty of Dentistry
Title :
Dimensional changes of hard and soft tissue after immediate implantation in comparison with conventional tooth extraction

user8323

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.