دانلود رایگان ترجمه مقاله بهینه سازی تعمیر و نگهداری پل با برنامه نویسی دینامیکی تصادفی – ASCE 2007

بهینه سازی نگه داری شبکه پل با استفاده از برنامه نویسی تصادفی پویا

Bridge Network Maintenance Optimization Using Stochastic Dynamic Programming

 مقدمه
برنامه ریزی تعمیر و نگه داری پل به عنوان بخشی از مدیریت سیاست عمومی با یک چالش بزرگ برای تعدیل سرمایه های محدود موجود و نیاز های روز افزون به نگه داری پل، تعمیر و فعالیت های احیایی پل مواجه شده است.( هینمن 2002، داس 1999، شفرد 2005، برویلر و ادلی 2005). این خود یک فرصت عالی را برای استفاده از روش های برنامه نویسی ریاضی پیشرفته در این زمینه ارایه می کند( جیانگ و سینا 1980، میت و ماندات 2002). در حقیقت، برنامه ریزی تعمیر و نگه داری پل یک مسئله بهینه سازی موقت است که در آن تصمیمات نگه داری و اقدامات مربوطه لحظه به لحظه در طی طول عمر مفید یک پل اتخاذ می شوند. این بر اساس آثار ایمنی، اقتصادی و سیاسی است( ویتل 1982). خصوصیات برنامه ریزی تعمیر و نگه داری پل شامل موارد زیر هستند: 1- اقدامات حاضر تنها بر تصمیمات آینده تاثیر دارند یعنی هر گونه اقدام انجام شده در گذشته قابل برگشت نیست 2- یک سیاست نگه داری پل که شامل تصمیمات فعلی و تصمیمات نگه داری آتی در آینده می باشند تنها از طریق دانش و اطلاعات فعلی اجرا می شوند اگرچه دانش و اطلاعات در خصوص برنامه ریزی تعمیر و نگه داری پل با افزایش زمان افزایش می یابند 3- معادلات بهینه سازی معمولا تکراری هستند یعنی سیاست نگه داری بهینه که متشکل از تصمیمات نگه داری متوالی هستند را می توان در مراحل مختلف پیاده سازی کرد و از این روی انتخاب اقدامات نگه داری در هر مرحله بستگی به شرایط پل و ایمنی آن در انتهای مرحله قبلی دارد و این مربوط به اقدامات اتخاذ شده در شروع مرحله قبلی است. هزینه تصمیم نگه داری در هر بخش تابعی از اقدامات نگه داری انتخاب شده، زمان کاربرد و هزینه های عملیاتی در طی این مرحله است و 4- اثرات تصمیمات نکه داری و اقدامات مر بوط غیر قطعی می باشند حتی اگر پیش بینی های منطقی حاصل شوند.
رویکرد تصادفی یا مینیم ماکزیمم باید برای یافتن راه حل هایی برای معادلات بهینگی استفاده می شوند و 5- به طور کلی، برنامه ریزی تعمیر و نگه داری پل دارای اهداف مختلفی است که باید از نظر تصمیم گیران مختلف بهینه سازی شوند. اهداف مختلف برنامه ریزی تعمیر و نگه داری پل شامل موارد زیر هستند 1- حفظ شرایط مجاز و ملزومات ایمنی 2- کمینه سازی هزینه های نگه داری چرخه عمر و 3- بیشینه سازی نسبت سود به هزینه. تصمیم گیران مختلف ممکن است شامل نماینده های محلی، ایالتی، فدرالی، پیمان کاران، عرضه کننده های مواد حفاظتی، سیاست مداران و غیره باشند. هدف نهایی برنامه ریزی تعمیر و نگه داری پل یافتن بهترین راهبرد و برنامه های عملیاتی می باشد که از نظر فنی قابل اجرا عهستند و توس طرفین درگیر به صورت بهینه در نظر گرفته میشوند. این می تواند از طریق سیستم های پشتیبان تصمیم گیری حاصل شود که دانش و درک بهتری در خصوص شرایط دنیای واقعی با شناسایی اهداف و تضاد های ممکن ارایه می کند و به این ترتیب همه روش های جایکزین را بررسی کرده و در نهایت طرح های منطقی را ارایه می کند. در نتیحه، برنامه نویسی پویای تصادفی برای مسئله بهینه سازی چند منظوره را می توان برای برنامه ریزی تعمیر و نگه داری پل بهینه برای هر دو شبکه های پل و پل های فردی استفاده کرد.
این مقاله یک برنامه نویسی پویای تصادفی را برای بهینه سازی چند منظوره برنامه ریزی تعمیر و نگه داری پل ارایه می کند که در بر گیرنده گروهی از پل ها با عمر مفید مختلف و عوامل اهمیت اطمینان پذیری می باشد. ملزومات تدوین اهداف مختلف شامل موارد زیر هستند 1- شاخص های وضعیت خمه پل ها در یک شبکه بزرگ راهی باید در هر زمان در طی طول عمر مفید کم تر از شاخص وضعیت مجاز ماکزیمم باشد 2- شاخص های ایمنی همه پل ها در شبکه بزرگ راه باید در هر زمان در طول عمر مفید بیش از حداقل شاخص مجاز ایمنی باشد3- برنامه های نگه داری پل بهینه شناسایی شده باید دارای هزینه چرخه عمر حداقل باشند 4- هزینه های کل اقدامات نگه داری در هر سال باید پایین تر از بودجه سالانه تعریف شده باشد. این مسئله بهینه سازی چند منظوره پیچیده در این مطالعه با استفاده از رویکرد برنامه نویسی پویا حل می شود. مسئله فاز 1 متشکل از شناسایی طرح های نگه داری بهینه برای پل های فردی می باشد که دارای هزینه نگه داری چرخه عمر حداقل است اگرچه هر دو نیاز های ایمنی و شرایط برای دوره عمر مفید هدف براورده شده باشد. این مسئله با استفاده از الگوریتم بهینه سازی برنامه ریزی پویا همراه با شبیه سازی مونته کارلو حل می شود. مسئله فاز دو، تخصیص منطقی بودجه نگه داری سالانه محدود می باشد به طوری که برنامه های نگه داری بهینه شناسایی شده برای پل های منفرد را می توان تعداد زیادی از پل ها اجرا کرد. فرمول تک منظوره بر گرفته از تئوری مطلوبیت چند شاخصه با تخصیص وزن از عوامل اهمیت پایایی توسعه می یابد. این با الگوریتم برنامه نویسی دو دویی حل می شود. هدف نهایی این مطالعه، از حیث یافته های کارامد ترین مجموعه از اقدامات نگه داری به کار برده شده برای همه پل ها در یک شبکه بزرگ راه حاصل می شود.
در این مقاله، وضعیت پل و پروفیل ایمنی به طور مختصر مرور می شود. اثرات چهار اقدام حفظ و نگه داری مختلف( یعنی تعمیر بتون، حفاظت کاتدی، تیمار سیلان و باز سازی) در پروفیل های ایمنی و شرایط پل بحث می شوند. این چهار اقدام و عملیات نگه داری شامل هر دو روش های مگه داری پیش گیرانه و تعقیبی با داده های هزینه واقعی است. سپس، برنامه کامپیوتر برای سیستم مدیریت پل توسعه یافته در دانشگاه کلردادو موسوم به BMS-DP استفاده شد که از الگوریتم بهینه ساز یdp همراه با شبیه سازی های مونته کارلو استفاده می شود. BMS-DP را می توان برای شناسایی همه طرح های نگه داری عملی و ممکن برای پل های منفرد در شبکه بزرگ راه بر اساس ملزومات ایمنی و شرایط ا استفاده کرد. در این مطالعه، طرح های نکه داری و تعمیر برای پل های فردی در شبکه بزرگ راه به صورت طرح های ممکن تعریف می شوند. شبیه سازی های مونته کارلو در روش DP تلفیق شده و ایجاد طرح های نگه داری بهینه برای پل های فردی می کند. متغیر های تصادفی مورد استفاده در شبیه سازی های مونته کارلو شامل نرخ تنزیل، هزینه های نگه داری برای هر یک از چهار عملیات نگه داری و اثرات چهار عملیات بر روی پروفیل ایمنی و شرایط پل است. در انتهای فاز 1، توزیعات احتمال زمان های استعمال برای هر یک از جهار عملیات برای هر یک از پل های منفرد در شبکه بزرگ راه بدست می اید. فاز 2 با تدوین مسئله برنامه نویسی دو دویی شروع می شود که مرتبط با توزیع تصادفی زمان های استعمال حاصله در فاز 1 می باشد و تخصیص وزنی از RIF و بودجه سالانه نگه داری پل نیز در نظر گرفته می شود.مسئله بهینه سازی در فاز 2، بیشینه سازی مجموع احتمالات منفی است که هر یک از چهار عملیات نگه داری به هر یک از پل های منفرد در شبکه بزرگ راه در یک سال خاص تحت محدودیت بودجه نگه داری در همان سال استفاده می شود. در نتیجه، کارایی تخصیص بودجه های نگه داری محدودد در یک سال خاص با استفاده از نتایج مسئله بهینه سازی فاز 2 ارزیابی می شود. در نتیجه، هدف نهایی برنامه ریزی نگه داری شبکه پل از حیث یافتن مناسب ترین ترکیب از چهار عملیات نگه داری در پل های منفرد در یک سال معین به هدف خود رسیده است.در نهایت یک مصال عددی برای روشن تر شدن مطلب ارایه می شود.