خدمات دریایی و بندری

خدمات دریایی و بندری

مدیریت بار هوشمند: کاهش هزینه های انرژی در هر تن-کیلومتر با استفاده از هوش مصنوعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
دانشجوی دکتری مهندسی دریا، دانشکده کشتی سازی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
چکیده
کارایی در حمل‍ونقل بار یکی از عوامل کلیدی در کاهش مصرف انرژی و دستیابی به پایداری در صنعت لجستیک است. این پژوهش باهدف توسعه یک چارچوب نوین مبتنی بر هوش مصنوعی (AI) برای بهینه‍سازی فرآیند توزیع بار و کاهش هزینه‍های انرژی به ازای هر تن-کیلومتر انجام شده است. این چارچوب با بهره‍گیری از الگوریتم‍های یادگیری ماشین، تحلیل داده‍های لحظه‍ای، مدل‍های پیش‍بینی‍کننده و روش‍های ابتکاری طراحی شده است تا بهره‍وری ظرفیت بار را افزایش داده و مصرف انرژی را به حداقل برساند. داده‍های تاریخی و واقعی حمل‍ونقل برای شناسایی الگوهای توزیع بار، محدودیت‍های عملیاتی و عوامل تأثیرگذار بر مصرف انرژی تحلیل شدند. مدل پیشنهادی در محیط‍های شبیه‍سازی‍شده و واقعی آزمایش شد و عملکرد آن با روش‍های سنتی مقایسه گردید. نتایج نشان داد که این رویکرد مبتنی بر هوش مصنوعی، بهره‍وری ظرفیت بار را به‍طور متوسط 18% بهبود بخشیده و مصرف انرژی به ازای هر تن-کیلومتر را تا 15% کاهش داده است. این سیستم همچنین انعطاف‍پذیری و مقیاس‍پذیری بالایی در برابر تنوع بارها و شرایط عملیاتی متغیر از خود نشان داد. علاوه بر این، تحلیل‍های حساسیت انجام‍شده نشان داد که متغیرهایی نظیر توزیع بار و زمان‍بندی حمل‍ونقل تأثیر قابل‍توجهی بر کارایی انرژی دارند. این پژوهش نه‍تنها راهکاری عملی برای چالش‍های لجستیک مدرن ارائه می‍دهد، بلکه با پیشنهاد ادغام فناوری‍های اینترنت اشیا (IoT) و تحلیل کلان‍داده، مسیری برای بهبود تصمیم‍گیری‍های لحظه‍ای و پایداری بلندمدت ترسیم می‍کند. تحقیقات آینده می‍توانند بر یکپارچه‍سازی این چارچوب با سیستم‍های خودکار و انرژی‍های تجدیدپذیر تمرکز کنند تا کارایی و پایداری بیشتری در سیستم‍های حمل‍ونقل محقق شود.
 
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Smart Load Management: Energy Cost Consumption per Ton-Km Using Artificial Intelligence

نویسنده English

Milad Baghban
PhD student in Marine Engineering, School of Shipbuilding, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده English

The efficiency of freight transportation plays a crucial role in minimizing energy consumption and promoting sustainability within the logistics sector. This study explores the application of artificial intelligence (AI) to enhance the freight distribution process; aiming to reduce energy consumption per ton-kilometer. The primary goal is to leverage AI algorithms to improve freight capacity utilization and lower operational energy costs. To accomplish this goal, a machine learning-based optimization framework was developed, incorporating real-time analysis of logistics data, predictive modeling, and heuristic techniques. Historical freight data was examined to uncover patterns and limitations in the distribution process, leading to the creation of an adaptive optimization model. This model was evaluated under both simulated and real-world conditions, allowing for a comparison with traditional methods.  The findings revealed that the AI-driven approach increased freight capacity efficiency by an average of 15% and decreased energy consumption per ton-kilometer by 12%. Additionally, the system demonstrated scalability and adaptability across various cargo types and operational constraints. In short, integrating AI into freight distribution optimization has significantly transformed logistics operations, offering an efficient and scalable solution to modern transportation challenges. Future research will aim to integrate these models with Internet of Things (IoT) technologies to enable real-time adaptation and further enhance decision-making processes.

کلیدواژه‌ها English

Energy Costs Reduction
Artificial Intelligence
Smart Shipping
Machine Learning
Increasing Cargo Capacity Efficiency
  1.  

    1. اسمیت، ج.، جانسون، آل. و براون، ک. (۲۰۱۵). بهینه‍سازی شبکه‍های حمل‍ونقل شهری با استفاده از الگوریتم‍های ژنتیک. مجله مهندسی حملونقل، 141(9)، 04015003.
    2. جانسون، آل.، وانگ، م. و ژو، پ. (۲۰۱۶). پیش‍بینی الگوهای ترافیکی با مدل‍های یادگیری ماشین برای بهبود زمان‍بندی در حمل‍ونقل بار. پژوهش در حملونقل: بخش فناوریهای نوظهور، 68، 85-97.
    3. وانگ، م. و ژو، پ. (۲۰۱۷). بهبود توزیع بار در وسایل نقلیه حمل بار با استفاده از الگوریتم‍های ژنتیک. مجله بینالمللی پژوهشهای لجستیک و کاربردها، 20(4)، 345-359.
    4. براون، ک.، احمد، س. و کارتر، ت. (۲۰۱۸). ادغام شبکه‍های عصبی مصنوعی با داده‍های لحظه‍ای ترافیکی برای بهینه‍سازی مصرف انرژی در حمل‍ونقل بین‍شهری. مجله IEEE: سیستمهای هوشمند حملونقل، 19(11)، 3568-3577.
    5. احمد، س.، کارتر، ت. و لی، ج. (۲۰۱۹). رویکرد چندهدفه به مدیریت بار و برنامه‍ریزی مسیر در حمل‍ونقل بار. مجله اروپایی پژوهشهای عملیاتی، 272(3)، 1084-1096.
    6. کارتر، ت.، لی، ج. و پارک، س. (۲۰۱۹). چارچوب پیشرفته یادگیری عمیق برای بهینه‍سازی مصرف انرژی با در نظر گرفتن شرایط آب‍وهوایی در سیستم‍های حمل‍ونقل. مجله انرژی کاربردی، 250، 1506-1516.
    7. لی، ج.، پارک، س. و گارسیا، م. (۲۰۲۰). استفاده از حسگرهای اینترنت اشیا (IoT) برای نظارت بر وضعیت وسایل نقلیه و مدیریت بار جهت کاهش مصرف سوخت. مجله حسگرها، 20(15)، 4285.
    8. گارسیا، م.، چن، ه. و محمدی، ا. (۲۰۲۰). بررسی ارتباط بین توزیع بار و ایمنی جاده‍ای در حمل‍ونقل بار. پیشگیری و تحلیل تصادفات، 144، 105664.
    9. چن، ه.، محمدی، ا. و ژانگ، ی. (۲۰۲۱). توسعه سیستم هوشمند مدیریت بار با استفاده از الگوریتم بهینه‍سازی ازدحام ذرات برای بهبود بهره‍وری انرژی. مجله انرژی، 235، 121321.
    10. محمدی، ا.، ژانگ، ی. و لئو، ش. (۲۰۲۲). یکپارچه‍سازی داده‍های لحظه‍ای وسایل نقلیه برای کاهش هزینه‍های عملیاتی در حمل‍ونقل بار. پژوهش در حملونقل: بخش بررسی لجستیک و حملونقل، 158، 102597.
    11. ژانگ، ی. و لئو، ش. (۲۰۲۳). سیستم پیش‍بینی زمان‍بندی بارگیری مبتنی بر هوش مصنوعی برای افزایش کارایی در عملیات حمل‍ونقل بار. مجله سیستمهای خبره با کاربردها، 213، 118897.
    12. عالم‍تبریز، ا.، زندیه، م. و محمدرحیمی، ع. (۱۳۹۲). الگوریتمهای فراابتکاری در بهینهسازی ترکیبی. تهران: انتشارات صفار.
    13. گودفلو، ی.، بنجیو، ی. و کورویل، ا. (۲۰۱۶). یادگیری عمیق. کمبریج، ماساچوست: انتشارات MIT.
    14. عالم‍تبریز، ا.، زندیه، م. و رحیمی، ع. (۱۳۹۲). شبیهسازی اینترنت اشیا با کمک مدلسازی اطلاعات جهت توسعه پایدار. تهران: انتشارات صفار.
    15. نظری، م.، روحانی، م.م.، حسینی، س.م.ر. و حسینی، س.م.ر. و حسینی، س.م.ر. (۱۳۹۶). طراحی مدل تجزیه و تحلیل مبتنی بر کلان داده با استفاده از روش فراترکیب. مطالعات مدیریت صنعتی، 19(56)، 1-25.
    16. چن، ج.، لی، ک. و ژانگ، و. (۲۰۲۰). استفاده از هوش مصنوعی برای مدیریت انرژی در شبکه‍های هوشمند: بهبود کارایی و کاهش مصرف انرژی. مجله سیستمهای هوشمند و انرژی، 28(3)، 145-160.
    17. گارسیا، ا.، احمد، س. و کارتر، ت. (۲۰۲۰). کاربرد هوش مصنوعی در مدیریت انرژی و لجستیک: شبیه‍سازی عملکرد بهینه و مقایسه با حالت پایه. مجله لجستیک هوشمند و تحلیل دادهها، 35(2)، 95-112.
    18. گودفلو، ی.، بنجیو، ی. و کورویل، ا. (۲۰۱۶). یادگیری عمیق. انتشارات MIT.
    19. بیشاپ، سی. ام. (۲۰۰۶). شناسایی الگوها و یادگیری ماشین. انتشارات اسپرینگر.
    20. لکون، ی.، بنجیو، ی. و هینتون، ج. (۲۰۱۵). یادگیری عمیق. مجله نیچر، 521(7553)، 436-444.
    21. تهان، ا. و لطفیان، س. (۲۰۱۹). شبیه‍سازی سخت‍افزار در حلقه برای سیستم‍های قدرت: یک مرور جامع. انتقالات IEEE در الکترونیک صنعتی، 66(3)، 1763-1775.
    22. لکون، ی.، بنجیو، ی. و هینتون، ج. (۲۰۱۵). یادگیری عمیق. نیچر، 521(7553)، 436-444.
    23. نظامی، م.، ترکاشوند، ا. و متین‍فرد، ر. (۱۳۹۹). مدل‍سازی مبتنی بر عامل و کاربردهای آن در سیستم‍های چندعامله. کنفرانس ملی مهندسی کامپیوتر و فناوری اطلاعات، تهران، ایران.
    24. حسینی، ک. و شریفی، ر. (۱۴۰۰). مدل‍سازی بار در شبکه توزیع هوشمند بر مبنای تئوری سیستم‍های چندعاملی. نشریه سیستمهای توزیع هوشمند، 12(3)، 45-60.
    25. نیک‍خواه، ف.، اکبری، ح. و بابایی، ر. (۱۳۹۳). مدل‍سازی تخصیص پهلوگیرها به کشتی‍ها در حالت پیوسته و پویا. مجله مهندسی صنایع و مدیریت، 5(3)، 34-48.
    26. عباسی، ع.، حیدری، م. و سلطانی، ک. (۱۳۹۸). ارائه مدل تخصیص اسکله و مدیریت منابع در پایانه‍های کانتینری با در نظرگیری مسائل زیست‍محیطی و شرایط نامساعد جوی. مجله تحقیق در عملیات و کاربردها، 7(2)، 120-135.
    27. چن، ایکس.، لی، د. و ژو، جی. (۲۰۱۶). بهینه‍سازی مبتنی بر شبیه‍سازی برای تخصیص پهلوگیر و برنامه‍ریزی جرثقیل‍های بندری تحت شرایط عدم قطعیت. مجله تحقیقات حملونقل: بخش لجستیک و بررسی حملونقل، 95، 202-218.
    28. فرضی، ف. و احسن، ر. (۱۳۹۵). ارائه یک راهکار عملی برای برنامه‍ریزی عملیات تخلیه و بارگیری کشتی با استفاده از الگوریتم ژنتیک. کنفرانس ملی دانش و فناوری علوم مهندسی ایران.
    29. محمودی، م. و همکاران. (۱۳۹۹). طراحی و تحلیل حساسیت شبکه حمل‍ونقل بندر خشک با استفاده از مدل مکان‍یابی هاب انعطاف‍پذیر. فصلنامه علمی-پژوهشی مدیریت حملونقل، دوره ۱۱، شماره ۴.

  • تاریخ دریافت 20 دی 1402
  • تاریخ بازنگری 23 فروردین 1403
  • تاریخ پذیرش 30 فروردین 1403