Σχεδιασμός συστημάτων τερματικών εγκαταστάσεων εμπορευματοκιβωτίων: προσέγγιση με βάση την εξελικτική θεωρία παιγνίων

Abstract

Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή επιχειρεί να συνεισφέρει σε μία από τις ουσιωδέστερες διαδικασίες δράσης της επιστήμης του μηχανικού, που αφορά στον βέλτιστο προγραμματισμό επεμβάσεων σε ένα σύστημα υποδομών. Ο βασικός στόχος που τίθεται αφορά στη θεωρητική και πρακτική διερεύνηση του σχεδιασμού μελλοντικών επενδύσεων σε τερματικές εγκαταστάσεις εμπορευματοκιβωτίων (Ε/Κ) για την αύξηση της πρακτικής χωρητικότητάς τους, διατυπώνοντας μια διαδικασία βέλτιστης διαστασιολόγησης ικανή να χρησιμοποιηθεί στον σχεδίασμά συστημάτων με ιδιαιτερότητες σαν και αυτές των εμπορευματικών μεταφορικών υποδομών. Συγκεκριμένα, η οπτική της διατριβής δεν θεωρεί το υπό ανάλυση σύστημα ως πάγιο (οδηγώντας τη διερεύνηση στην αναζήτηση διαχειριστικών μέτρων, τακτικών ή πολιτικών), αλλά αναγνωρίζει ευκαιρίες περισσότερο δραστικών επεμβάσεων σε αυτό, όπως η περαιτέρω ανάπτυξή του μέσω της προσθήκης/κατασκευής νέων υποδομών. Ο προγραμματισμός μελλοντικών επενδύσεων εδώ αναφέρεται ως σχεδιασμός ανάπτυξης του συστήματος αν και δεν αποκλείονται από τις έγκυρες λύσεις σενάρια μηδενικών επενδύσεων. Η προσέγγιση του βέλτιστου σχεδιασμού συστήματος τερματικών εγκαταστάσεων (ΤΕ) Ε/Κ πραγματοποιείται αναγνωρίζοντας τη θέση τους εντός του φυσικού περιβάλλοντος τους που είναι το ευρύτερο σύστημα της αλυσίδας εξυπηρέτησης της ζήτησης εμπορευματικών ροών. Συνεπώς, το σύστημα των ΤΕ το οποίο επιχειρείται να σχεδιαστεί με βέλτιστο τρόπο θα αναλυθεί ως επάλληλο υπο-σύστημα συμπληρωματικών συστημάτων, το καθένα από τα οποία έχουν διαφορετικά λειτουργικά και επιχειρησιακά χαρακτηριστικά (μέρη, στόχους κ.α.). Το θεωρητικό αναλυτικό υπόβαθρο της διατριβής παρέχεται από την θεωρία παιγνίων καθώς αναγνωρίζεται ο ρόλος πολλαπλών συμμετεχόντων στα συστήματα οι οποίοι αναπτύσσουν συνεργατικούς ή/και ανταγωνιστικούς στόχους. Οι μαθηματικές διατυπώσεις που προτείνονται στοχεύουν στην εκτίμηση σημείων ισορροπιών εναλλακτικών παιγνίων ως λύσεις προβλημάτων μαθηματικού προγραμματισμού. Συγκεκριμένα, η κωδικοποίηση των εναλλακτικών καταστάσεων σχεδιασμού βασίζεται στις τεχνικές του ιεραρχικού μαθηματικού προγραμματισμού και ειδικά του μη-γραμμικού προγραμματισμού με περιορισμούς ισορροπίας (Mathematical Programming with Equilibrium Constraints-MPEC). Οι εναλλακτικές διαμορφώσεις των παιγνίων που προτείνονται στην παρούσα διατριβή, αντιστοιχούν σε εναλλακτικές καταστάσεις σχεδιασμού συστημάτων ΤΕ Ε/Κ. Οι μορφές αυτές αντιστοιχούν στον Κεντρικό Σχεδιασμό, στον Συναλλακτικό Σχεδιασμό και στον Αποκεντρωμένο Σχεδιασμό συστημάτων ΤΕ Ε/Κ. Επιπλέον, οι αλγόριθμοι που αναπτύχθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν για την εκτίμηση των σημείων ισορροπιών των εναλλακτικών παιγνίων, εμπίπτουν στο πεδίο της Τεχνητής Νοημοσύνης, ιδιαίτερα όπως σε αυτές εισάγονται και χρησιμοποιούνται ιδέες της Εξελικτικής Θεωρίας Παιγνίων. Από τα αποτελέσματα που παρουσιάζονται, προκύπτουν συμπεράσματα σχετικά με τις στρατηγικές ανάπτυξης συστημάτων ΤΕ, τόσο σε κάθε αρχιτεκτονική σχεδιασμού, όσο και μεταξύ των αρχιτεκτονικών αυτών. Επιπλέον, από την χρήση των τεχνικών αυτών σε κατάλληλα επιλεγμένο δειγματικό χώρο, προκύπτουν οι δυνατότητες εφαρμογής των προτεινόμενων αλγόριθμων σε ρεαλιστικές καταστάσεις σχεδιασμού συστημάτων ΤΕ Ε/Κ.