Optimizing Container Loading and Unloading through Dual-Cycling and Dockyard Rehandle Reduction Using a Hybrid Genetic Algorithm
यह शोध पत्र एक हाइब्रिड जेनेटिक एल्गोरिदम (QCDC-DR-GA) प्रस्तावित करता है जो कंटेनर हैंडलिंग को समग्र रूप से अनुकूलित करने के लिए क्वे क्रेन डुअल-साइक्लिंग को डॉकयार्ड रीहैंडल न्यूनीकरण के साथ एकीकृत करता है, जो मौजूदा पृथक विधियों की तुलना में बड़े जहाजों के लिए कुल परिचालन समय में 15-20% की कमी प्रदर्शित करता है।
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बंदरगाह वे हलचल भरे प्रवेश द्वार हैं जहाँ दुनिया का सामान जहाजों से जमीन पर और वापस आता है। इस संचालन के केंद्र में विशाल क्रेनें होती हैं जो जहाजों से भारी कंटेनरों को उठाकर डॉक पर रखती हैं, या इसके विपरीत। दशकों तक, इन क्रेनों के काम करने का मानक तरीका एक सरल, क्रमिक प्रक्रिया थी: क्रेन जहाज के एक हिस्से को पूरी तरह से खाली करती, खाली होकर वापस डॉक पर आती, और उसके बाद ही जहाज पर नए कंटेनर लोड करना शुरू करती। इस पद्धति को सिंगल साइक्लिंग कहा जाता था, जिसका अर्थ था कि क्रेन बिना कोई भार ढोए आने-जाने में काफी समय और ईंधन बर्बाद करती थी। एक अधिक कुशल दृष्टिकोण, जिसे ड्यूल साइक्लिंग कहा जाता है, क्रेन को एक कंटेनर अनलोड करने के लिए उठाने और साथ ही दूसरे कंटेनर को लोड करने की तैयारी करने की अनुमति देता है, ताकि उसे कभी भी खाली यात्रा न करनी पड़े। हालांकि, इसे सुचारू रूप से चलाने के लिए सावधानीपूर्वक योजना की आवश्यकता होती है। यदि क्रेन इन कुशल ड्यूल मूव्स को अधिकतम करने के लिए एक विशिष्ट क्रम में कंटेनरों को अनलोड करती है, तो वह अनजाने में डॉक पर अव्यवस्था पैदा कर सकती है। अगला कंटेनर लोड करने के लिए, श्रमिकों को आवश्यक बॉक्स को खोजने के लिए अन्य बक्सों के ढेर को खोदना पड़ सकता है, जो कि एक समय लेने वाली प्रक्रिया है जिसे रीहैंडलिंगिंग कहा जाता है। लंबे समय तक, पोर्ट योजनाकारों ने इन दो चुनौतियों—क्रेन कैसे चलती है और डॉक पर कंटेनरों को कैसे रखा जाता है—को एक के बाद एक हल किए जाने वाले अलग-अलग समस्याओं के रूप में माना।
बांग्लादेश और संयुक्त राज्य अमेरिका के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इन समस्याओं को एक साथ हल करने का एक नया तरीका विकसित किया है। उन्होंने एक कंप्यूटर एल्गोरिदम बनाया है जो न केवल क्रेन के शेड्यूल या डॉक के लेआउट को अलग-थलग देखता है, बल्कि उन्हें एक एकल, परस्पर जुड़े हुए पहेली के रूप में मानता है। शोधकर्ताओं ने महसूस किया कि जिस क्रम में क्रेन जहाज को अनलोड करती है, वह सीधे तौर पर यह निर्धारित करता है कि डॉक से किन कंटेनरों की आवश्यकता है और किस क्रम में। यदि डॉक उस विशिष्ट अनुक्रम के अनुरूप व्यवस्थित नहीं है, तो क्रेन को प्रतीक्षा करनी पड़ती है या अतिरिक्त कंटेनरों को हिलाना पड़ता है, जिससे कुशल ड्यूल साइक्लिंग से बचा गया समय व्यर्थ हो जाता है। इसका परीक्षण करने के लिए, टीम ने एक हाइब्रिड जेनेटिक एल्गोरिदम बनाया, जो एक प्रकार का कंप्यूटर प्रोग्राम है जो प्राकृतिक चयन से प्रेरित है और कई पीढ़ियों में बेहतर समाधान विकसित करता है। निर्देशों की एक एकल सूची के बजाय, उनका प्रोग्राम एक दो-स्तरीय दृष्टिकोण का उपयोग करता है: एक भाग जहाज को अनलोड करने के क्रम को प्रबंधित करता है, जबकि दूसरा भाग डॉक पर कंटेनरों की व्यवस्था को प्रबंधित करता है। ये दोनों भाग एक साथ विकसित होते हैं, लगातार एक ऐसा संयोजन खोजने के लिए तालमेल बिठाते हैं जहाँ क्रेन कुशलता से चलती है और डॉक पर न्यूनतम खुदाई की आवश्यकता होती है।
शोधकर्ताओं ने छह अलग-अलग जहाज के आकारों (छोटे जहाजों से लेकर विशाल अल्ट्रा-लार्ज कंटेनर जहाजों तक) के सिमुलेशन का उपयोग करके अपनी विधि का चार मौजूदा रणनीतियों के विरुद्ध परीक्षण किया। हर परिदृश्य में, उनके नए एल्गोरिदम ने पुराने तरीकों को पछाड़ दिया। मौजूदा सर्वोत्तम तकनीकों की तुलना में, नए दृष्टिकोण ने जहाज को लोड और अनलोड करने में लगने वाले कुल समय को 30.1 प्रतिशत तक कम कर दिया, जिसमें सबसे बड़े जहाजों के लिए औसतन लगभग 20 प्रतिशत का सुधार देखा गया। सांख्यिकीय परीक्षणों ने पुष्टि की कि ये सुधार संयोगवश नहीं थे, बल्कि नए तरीके का वास्तविक परिणाम थे। अध्ययन ने दिखाया कि क्रेन के शेड्यूल और डॉक के लेआउट को अलग-अलग अनुकूलित करने का प्रयास उप-इष्टतम (suboptimal) परिणाम देता है; दोनों निर्णय एक-दूसरे से इतने गहराई से जुड़े हैं कि उन्हें स्वतंत्र रूप से नहीं संभाला जा सकता। उन्हें एक साथ हल करके, एल्गोरिदम ने ऐसे शेड्यूल खोजे जो काफी तेज़ थे और जिनमें बहुत कम अनावश्यक कंटेनर मूवमेंट की आवश्यकता पड़ी।
यह कार्य सुझाव देता है कि बंदरगाह नया बुनियादी ढांचा बनाए बिना या महंगी नई मशीनरी खरीदे बिना बहुत अधिक कुशल बन सकते हैं। समाधान पूरी तरह से बेहतर योजना और सॉफ्टवेयर पर निर्भर है। शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया है कि क्रेन की अनलोडिंग लय (rhythm) से मेल खाने के लिए डॉक पर कंटेनरों को रखने के तरीके को पुनर्गठित करके, बंदरगाह जहाजों के टर्मिनल पर प्रतीक्षा करने के समय को काफी कम कर सकते हैं। यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण है क्योंकि जहाज आकार में बढ़ते जा रहे हैं, जिनमें दसियों हजार कंटेनर होते हैं। एल्गोरिदम जहाज को प्रबंधनीय खंडों में तोड़कर, प्रत्येक खंड के लिए पहेली को हल करके और फिर परिणामों को जोड़कर कार्य करता है। निष्कर्ष बताते हैं कि यह एकीकृत दृष्टिकोण बंदरगाहों को परिचालन लागत और ईंधन में लाखों डॉलर बचाने में सक्षम होगा, साथ ही वस्तुओं के वैश्विक प्रवाह को भी तेज करेगा। अध्ययन का निष्कर्ष है कि बंदरगाह दक्षता का भविष्य अलग-थलग सुधारों में नहीं, बल्कि उन एल्गोरिदम में निहित है जो जहाज, क्रेन और डॉक के बीच के जटिल नृत्य को एक एकल, एकीकृत प्रणाली के रूप में समझते हैं।
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