تعريف بكتاب: الحلول المثلى التطبيقية في صناعة البترول – “استعراض” محمد جواد آل السيد ناصر الخضراوي

صدر في 8 يوليو 2023م عن دار سبرنغر (Springer) الألمانية كتاب “الحلول المثلى التطبيقية في صناعة البترول” (Applied Optimization in the petroleum Industry) من تأليف “البروفيسور هشام بن كمال الفارس”. ويقع الكتاب في 278 صفحة، وهو متوفر لدى دار سبرينغر ويمكن اقتناؤه عبر موقع دار النشر ككتاب الكتروني أو كتاب مطبوع.

وتستعرض هذه المقالة تعريفا بالمؤلف وبدار النشر اضافة الى استعراض مختصر لفصول الكتاب. وقد استعنت بالمنشورات على موقع دار سبرينغر بالتعريف الشامل والكامل بالكتاب وبالمؤلف، حيث اشتمل التعريف بالكتاب ملخصا لكل فصل، قمت بترجمته باختصار لتعم الفائدة للقارئ العزيز.

تعريف بالمؤلف:

المؤلف: البروفيسور هشام بن كمال الفارس. ولد البروفيسور هشام بن كمال بن محمد الفارس في مدينة القطيف في عام 1379هـ (1960م)، وهو غني عن التعريف وله انجازات متميزة ومشاركات علمية متعددة. وهو حاليا عضو في مجلس الشورى في المملكة العربية السعودية حيث تم اختياره في أكتوبر 2020.

حصل البروفيسور الفارس على بكالوريوس العلوم في الهندسة الكهربائية والحاسب الآلي من جامعة كاليفورنيا في مدينة سانتا باربرا عام 1982 م. كما حصل على درجة الماجستير في الهندسة الصناعية من جامعة بيتسبرغ عام 1984م. ونال درجة الدكتوراه في الهندسة الصناعية من جامعة ولاية أريزونا بمدينة تمبي عام 1991م.

وفي عام 1984م، التحق البروفيسور الفارس بقسم هندسة النظم في جامعة الملك فهد للبترول والمعادن كمحاضر، وأصبح أستاذًا متفرغًا في عام 2004م، ورئيسًا للقسم في عام 2015م حتى يناير 2021م، أي بعد ثلاثة أشهر من تعيينه عضوا في مجلس الشورى.

وأمضى البروفيسور الفارس إجازة تفرغ لمدة عام كامل في 1999-2000م، بالإضافة إلى خمسة فصول صيفية، حيث عمل في شركة أرامكو السعودية. كما أمضى فصل الصيف في 2010م كأستاذ زائر في برنامج “فولبرايت” بجامعة كارولينا الشمالية بمدينة شارلوت (الولايات المتحدة الأمريكية). وأمضى فصل الربيع في 2012م كباحث زائر في معهد ماساتشوستس للتقنية. كما أمضى أربعة فصول دراسية صيفية متفرقة كأستاذ زائر في المجلس الثقافي البريطاني في أربع جامعات بريطانية: وارويك في عام 1993م، ونوتنجهام في عام 1998م، ولوبورو في عام 2003م، وإيست أنجليا في عام 2013م.

وقد قام البروفيسور الفارس بتدريس 22 مادة مقررة في جامعة الملك فهد للبترول والمعادن على مستوى البكالوريوس والدراسات العليا، كما أشرف على – أو كان عضوا في – لجان رسائل وامتحانات 39 طالب ماجستير ودكتوراه داخل الجامعة. وشارك كممتحن خارجي لثلاث رسائل ماجستير بجامعة البحرين ولرسالة دكتوراه في تايلند، وقام بتقييم كتابين علميين، وبتحكيم 268 بحثاً وملخصاً مقدماً لمجلات ومؤتمرات علمية.

وتتركز اهتمامات البروفيسور الفارس البحثية في مجالات الإنتاج ومراقبة المخزون والجدولة والصيانة والمحاكاة والتحسين التطبيقي مع التركيز على نمذجة وتحسين أنظمة البتروكيماويات. لديه أكثر من 130 مطبوعة، بما في ذلك 61 ورقة بحثية و 4 فصول في كتب. ولديه أيضا 3 براءات اختراع أمريكية وأكثر من 3300 اقتباس من خلال “غوغل سكولار” (Google Scholar).

والبروفيسور الفارس عضو في هيئة تحرير المجلة العربية للعلوم والهندسة، ومجلة الهندسة الصناعية، والمجلة الدولية للهندسة الصناعية التطبيقية. وخدم كمحرر ضيف (زائر) ^[1] في هيئة التحرير لعدد خاص من المجلة الأوروبية للبحوث التشغيلية. وقد كان عضوا في اللجان العلمية والتنظيمية لـ 35 مؤتمرا علميا.

وحصل البروفيسور الفارس على منحة دراسية من جامعة ولاية أريزونا لطلاب الدراسات العليا من خارج الولاية للعام الدراسي 1986-1987م، اضافة الى منح لـ 12 مشروع بحث ممول و 6 مشاريع استشارية صناعية. كما حصل على جائزة جامعة الملك فهد للبترول والمعادن للتميز في البحث ثلاث مرات، في الأعوام 2003م و 2008م و 2020م، وجائزة المراعي للابتكار العلمي في الهندسة الصناعية في عام 2014م، وجائزة أفضل بحث علمي في مؤتمر علمي عالمي بالصين في 2016م، وجائزة المعلم المتميز من الجمعية العالمية للهندسة الصناعية وإدارة العمليات في 2017م. وقد كان زميلًا في الجمعية الدولية للهندسة الصناعية وإدارة العمليات منذ عام 2020م.

تعريف بالكتاب:

جاء في اهداء الكتاب: “إلى والديّ الأعزّاء، والدي كمال الفارس ووالدتي بتول العوامي، مع أقصى درجات الاحترام والامتنان لحبهما وتوجيههما والدعم والدعاء”.

يوفر الكتاب نماذج وتقنيات التحسين لصناعة حيوية، ويقدم جميع الأمثلة على أساس المشاركة المباشرة في مشاريع حقيقية، ويستخدم أساليب الكشف عن مجريات الأمور إذا كان العثور على الحلول المثلى صعبا.

الكتاب مخصص لطلاب المرحلة الجامعية الأولى وطلاب الدراسات العليا والمعلمين والباحثين في أقسام الهندسة الصناعية والبترولية والكيميائية وأقسام علوم الحاسب الآلي، ومهندسي الصناعات البترولية والبتروكيماوية والنظم الذين يعملون على حل مشكلات التحسين الصناعي. كما أنه مفيد أيضًا لمخططي العمليات والإنتاج ومهندسي المصانع العاملين في مختلف مرافق صناعة البترول.

وله هدفان رئيسيان: (1) إظهار مزايا استخدام تقنيات التحسين لحل المشكلات المعقدة في صناعة البترول، وتشمل تقليل التكلفة والوقت والانبعاثات وزيادة الجودة والسلامة والإنتاجية والربحية؛ (2) مساعدة صناع القرار في الصناعة، والباحثين الأكاديميين على حل مشاكل التحسين الحقيقية.

ويقدم الكتاب العديد من التطبيقات الفعلية واسعة النطاق لنماذج التحسين في صناعة البترول، التي تستند إلى تجربة المؤلف الخاصة مع دراسات الحالة الواقعية والمشاريع التطبيقية لصناعة البترول المحلية، حيث يتم توفير تقنيات الحلول التجريبية البديلة عندما يصعب الحصول على الحلول المثلى. وقد تم التأكيد على أحد الجوانب المهمة في جميع فصول الكتاب، ألا وهي عملية صياغة النموذج لمشكلات تحسين صناعة البترول، التي تتضمن ترجمة الوصف اللفظي لمشكلة تحسين الحياة الواقعية المحددة إلى مجموعة من التعبيرات الرياضية.

ويتناول الكتاب صناعة البترول من وجهة نظر عملية واسعة النطاق وموجهة نحو التطبيق، وتساعد النماذج والتقنيات المقدمة على تحسين الموارد المحدودة في الصناعة من أجل تعظيم الفوائد الاقتصادية، وضمان السلامة التشغيلية، وتقليل التأثير البيئي. ويناقش العديد من التطبيقات الواقعية الهامة للتحسين في صناعة البترول، بدءًا من جدولة وقت الموظفين إلى مزج البنزين. وهي تغطي مجموعة واسعة من الأنشطة ذات الصلة، بما في ذلك الحفر والإنتاج والصيانة والتوزيع.

ويبدأ الكتاب بنظرة عامة تمهيدية عن صناعة البترول ثم نماذج وتقنيات التحسين. ويوضح الجزء الرئيسي منه مجموعة متنوعة من تطبيقات نماذج وتقنيات التحسين في صناعة البترول. ويساعد القراء على إيجاد حلول فعالة قائمة على الحلول المثلى لمشاكلهم العملية في قطاع صناعي كبير ومهم، لا يزال المصدر الرئيسي للطاقة في العالم ومصدر المواد الخام لمجموعة واسعة من الصناعات ومنتجات المستهلكين.

فصول الكتاب العشرة مرتبة حسب تسلسل سلسلة القيمة في صناعة البترول، بدءًا من أنشطة المنبع (الحفر) وانتهاءً بالأنشطة النهائية (تصدير المنتجات المكررة)، حيث يتم وصف محتويات الفصول الفردية بمزيد من التفصيل. وقد قام المؤلف بوضع خلاصة لكل الفصول بشكل رائع ومفيد للقارئ.

الفصل الأول: مقدمة في الصناعات البترولية والبتروكيماوية

يقدم لمحة موجزة عن صناعة البترول وامتدادها الطبيعي والصناعة البتروكيماوية، كما يسلط الضوء على التطبيقات السابقة البارزة للتحسين في هذه الصناعة، مستهدفا تقديم السياق الذي يتم فيه تطبيق نماذج التحسين في هذا المجال الصناعي.

وقد كتب هذا الفصل بالخصوص من وجهة نظر غير فنية، لإفادة القراء الذين ليس لديهم خلفية سابقة في هذا المجال. وغطى تاريخ الصناعات البترولية والبتروكيماوية، ووصف العمليات الرئيسية لصناعة البترول: الاستكشاف والإنتاج (المنبع – Upstream) ومنتصف الطريق^[2] (Midstream) والتكرير (المصب – Downstream)، وتحديد الأنواع الرئيسية من النفط الخام والغاز الطبيعي والمنتجات المكررة. وبالمثل، تم وصف المراحل الرئيسية لصناعة البتروكيماويات، وتصنيف الأنواع الرئيسية للمنتجات البتروكيماوية ومشتقاتها. كما تم شرح العلاقة بين صناعة البترول والصناعة البتروكيماوية في إطار النظام الصناعي البتروكيماوي المتكامل. وأخيرًا، تمت مراجعة وتصنيف الدراسات الاستقصائية السابقة حول تطبيقات التحسين في صناعة البترول، وكان الهدف هو توضيح مزايا تطبيق نماذج التحسين في هذه الصناعة المهمة، مع تحديد فرص البحث والاتجاهات الرئيسية والاتجاهات المستقبلية.

الفصل الثاني: مقدمة في نماذج وتقنيات التحسين

يقدم تعريفا شاملا لنماذج التحسين الرياضية وطرق الحلول، مستهدفا تزويد المبتدئين في هذا المجال بكل ما يحتاجون لمعرفته حول التحسين الرياضي على مستوى تمهيدي. ويتم تقديم مفاهيم التحسين الأساسية، ثم وصف الأنواع المختلفة لنماذج التحسين، والتي تصنف – بناءً على خصائص المشكلة وأساليب الحل – إلى: التحسين غير المقيد، والبرمجة الرياضية، والخوارزميات الإرشادية، والطرق القائمة على المحاكاة. وضمن فئة البرمجة الرياضية، يتم تناول تقنيات: البرمجة الخطية^[3]، وبرمجة العدد الصحيح^[4]، وبرمجة الهدف^[5]، ونماذج الشبكة^[6]، والبرمجة الديناميكية^[7]، والبرمجة العشوائية^[8]، والبرمجة غير الخطية^[9]. وحظيت تغطية البرمجة الخطية بمزيد من التفصيل نظرًا لأهميتها الخاصة ودورها الأساسي في أبحاث العمليات، حيث تم وصف وتوضيح كل من طريقة الرسوم البيانية والخوارزمية البسيطة لحل نماذج البرمجة الخطية من خلال أمثلة تم حلها. ومن الاستدلال الفوقي^[10]، تم وصف الخوارزميات الجينية، التلدين المحاكي، البحث المحظور، تحسين مستعمرة النمل، وتحسين سرب الجسيمات. وأخيرًا، تم تقديم نماذج التحسين القائمة على المحاكاة، ووصف استخدامها في حل مشكلات التحسين المعقدة والديناميكية والعشوائية، وتوفير إرشادات لاختيار نموذج التحسين المناسب لكل مشكلة في الصناعة.

الفصل الثالث: المواقع المثلى لمنصات الحفر المتعددة

يتناول حفر الآبار في حقل نفط بحري باستخدام منصات حفر (Rigs) متعددة، حيث يمكن استخدام كل منها لحفر العديد من الآبار أفقيًا. ولمنصات الحفر أثناء تحريكها بين منصات الانتاج (من منصة انتاج الى أخرى) معدلات تكلفة مختلفة لكل ميل، وكان الهدف هو تحديد المواقع المثلى وتخصيصات الآبار لمنصات الحفر. وبالنظر إلى مواقع (مسافات) الآبار وعدد منصات الحفر وتكاليفها، يتم تقديم نماذج برمجة الرقم الصحيح وخوارزميات الحلول الفعالة لتقليل التكلفة الإجمالية، حيث تكون تكلفة حفر أي بئر هي دالة لمتغيرين: تكلفة منصة الحفر المخصصة والمسافة الأفقية بين البئر ومنصة الحفر. وقد تم تطوير خوارزمية إرشادية من مرحلتين، حيث تؤكد التجارب العددية المكثفة أن الخوارزمية الإرشادية توفر حلولًا شبه مثالية ممتازة.

الفصل الرابع: التحسين القائم على المحاكاة لتكرار فحص صمام معمل التكرير (المصفاة)

يتم في هذا الفصل إنشاء نموذج محاكاة واستخدامه لتحديد سياسة التفتيش المثلى لصمامات التنفيس في مصفاة نفط كبيرة، حيث تعتبر صمامات التنفيس ضرورية لسلامة عمليات المصفاة، وينبغي فحصها بانتظام لضمان استمرار موثوقيتها. ونظرًا لأن عمليات فحص الصمامات باهظة الثمن ومن المحتمل أن تكون عمليات الفحص متلفة، يجب تحقيق التوازن الأمثل بين السلامة والتكلفة. وتحتوي المصفاة النموذجية على آلاف الصمامات من مختلف الأنواع والأحجام والمواصفات وظروف التشغيل. ولذلك، لا يمكن استخدام جدول مشترك لفحص الصمام. وعلاوة على ذلك، يجب أن تؤخذ في الاعتبار الإخفاقات السابقة ونتائج الفحص للصمامات الفردية. كما يجب استخدام سياسة الفحص لتحديد جدول فحص محدد وديناميكي لكل صمام بناءً على خصائصه والفشل السابق وسجل الفحص. ويتم استخدام نموذج المحاكاة لتمثيل نظام المصفاة لفحص الصمامات، والفشل، والإصلاحات بالنظر إلى خصائص الصمامات المتعددة واحتمالات الفشل العشوائية. ويستخدم النموذج لتقييم سياسة فحص الصمام الحالية بالإضافة إلى 16 سياسة بديلة. واقترح النموذج سياسة بديلة لتقليل التكلفة الإجمالية المتوقعة لعمليات التفتيش والإصلاح والفشل.

الفصل الخامس: العمليات وجدولة القوى العاملة لصيانة المصفاة الدورية

يتناول الجدولة المثلى للمهام والموظفين لإجراء الصيانة الدورية لمصفاة نفط كبيرة، حيث تكون الصيانة الدورية (إيقاف التشغيل) هي أكثر أنشطة الصيانة المخطط لها شمولاً، والتي لا يمكن إجراؤها أثناء تشغيل المصفاة. ونظرًا لأن الإغلاق يعني وقف الإنتاج، فإن نماذج التحسين ضرورية لتقليل فترة الإغلاق وخسارة الدخل المرتبطة بها. ويتم تعيين أعمال الصيانة الشاملة لعدة فرق من الفنيين الذين يعملون في وقت واحد على مجموعات فرعية مختلفة من مهام الصيانة. ومدد المهام هي وظائف لأحجام الفريق المعينة، وتخضع أوقات بدء المهام لقيود وقت الوصول والتسلسل (الأسبقية). ويتم تحديد المشكلة من خلال مجموعة مهام الصيانة وخصائصها، والعدد الإجمالي لفنيي الصيانة، ومجموعة أحجام الفريق المقبولة. وقد تمت صياغة نموذج برمجة عدد صحيح لحل مشكلة التحسين هذه التي تهدف إلى تقليل فترة الإغلاق الإجمالية. ويحدد النموذج عدد فرق الصيانة وحجم كل فريق والمهام المخصصة لكل فريق، كما يحدد أيضًا وقت البدء والمدة لكل مهمة. ونظرًا لأن الحل الأمثل للمشكلات الكبيرة صعب، فقد تم تطوير طريقة حل إرشادي واختبارها والتأكد من فعاليتها.

الفصل السادس: الجدولة القائمة على المحاكاة لأطقم صيانة خطوط الأنابيب

في هذا الفصل، يتم استخدام نموذج محاكاة لتحديد جداول العمل المثلى لأيام الإجازة لأطقم صيانة خطوط الأنابيب متعددة التخصصات، التي تقوم بالصيانة الوقائية والإصلاحية لخطوط الأنابيب المستخدمة في نقل النفط والغاز والمنتجات المكررة لمسافات طويلة. وينتمي الفنيون إلى خمسة تخصصات صيانة: تكييف هواء، خدمات رقمية، خدمات كهربائية، خدمات ميكانيكية، وخدمات معادنية. ونظرًا لأن معظم أوامر عمل صيانة خطوط الأنابيب غير مخطط لها وتتطلب تخصصات متعددة، فإن الطلب على كل تخصص هو متغير عشوائي غير محدد. ووفقًا للوائح شركة النفط، يُسمح فقط بثلاثة جداول أيام عطل خيارية لفنيي صيانة خطوط الأنابيب. ولتقليل متوسط وقت إكمال الطلب (وقت الانتظار بالإضافة إلى وقت المعالجة) لكل تخصص، يتم استخدام نموذج محاكاة لتعيين كل فني في أحد جداول أيام العطل الثلاثة المسموح بها. ولأن هذه مشكلة جدولة عشوائية ومعقدة ومتعددة العوامل، يتم استخدام التحسين المستند إلى المحاكاة، حيث يأخذ النموذج جميع العوامل المتفاعلة ذات الصلة في الاعتبار، بما في ذلك متطلبات العمل الاحتمالية ومدد أمر العمل العشوائية. وحدد نموذج المحاكاة التركيبة المثلى لجداول أيام العطل للفنيين المنتمين إلى كل تخصص، ومن المتوقع أن يؤدي التبديل إلى جداول العطل المثلى إلى تقليل متوسط وقت إكمال أمر الصيانة بنسبة 28٪ دون زيادة حجم القوى العاملة أو التكلفة.

الفصل السابع: المزج الأمثل للبنزين في تكرير البترول

يتم في هذا الفصل النظر في مشكلة تحسين مزج البنزين الواقعي لمصفاة النفط الخام متوسطة الحجم، حيث تنتج المصفاة نوعين من البنزين: خاص اوكتان-91 خالي من الرصاص وممتاز اوكتان-95 خالي من الرصاص. ويخضع كلاهما لعدة مواصفات، أهمها يتعلق بأربع خصائص: النسبة المئوية المتبخرة عند 70 درجة مئوية (E70)، ضغط بخار ريد (RVP)، مؤشر قفل البخار (VLI)، ورقم الأوكتان البحثي (RON). وتصنع المصفاة هذين المنتجين عن طريق مزج خمس مواد خام: المعدل (المعاد تكوينه) ^[11]، بينتان وهكسان (C5 / C6)، أيزوميرات^[12]، بيوتان (C4)، و ميثيل ثلاثي بيوتيل إيثر^[13] (MTBE). ولكلا المنتجين أسعار ومواصفات ومتطلبات مختلفة، كما أن المواد الخام الخمسة لها تكاليف ومواصفات مختلفة ومستلزمات متوفرة، وللمصفاة قيود على سعة الإنتاج والتخزين. وكان الهدف هو زيادة إجمالي الربح إلى الحد الأقصى من خلال تحديد كميات المنتجات التي سيتم إنتاجها وكميات المواد الخام التي يجب استخدامها في صنع كل منتج. ونظرًا لأن خصائص المزج هي وظائف غير خطية لخصائص المواد الخام، فقد تمت صياغة نموذج البرمجة غير الخطية لحل هذه المشكلة. الحل المباشر بواسطة البرمجة غير الخطية غير ممكن؛ ومن ثم تستخدم البرمجة الخطية أولاً لحل تقريب خطي للعثور على أفضل حل للبدء، ثم يتم استخدام البرمجة غير الخطية لإيجاد الحل النهائي.

الفصل الثامن: جدولة الموظفين في مواقع عمل صناعة النفط البعيدة

في هذا الفصل، تم تحسين جدولة أيام الإجازة لموظفي المناطق النائية لشركة نفط كبيرة، تستخدم أسطولًا من الطائرات لنقل الموظفين ذهابًا وإيابًا إلى مواقع عملهم البعيدة. وتتطلب كل استراحة من أيام العطلة، بغض النظر عن عدد الموظفين، رحلة ذهابًا وإيابًا لنقل الموظف (الموظفين) إلى مكان سكناهم في المقر الرئيسي للشركة. ويتم تقليل عدد الرحلات باستخدام جدول 10/4 (10 أيام عمل / 4 أيام عطلة)، حيث يحصل كل موظف على 10 أيام عمل متتالية تليها استراحة لمدة 4 أيام متتالية. لذلك، يحصل موظفو المناطق النائية على استراحة واحدة (رحلة) كل أسبوعين بدلاً من عطلة نهاية الأسبوع الأسبوعية المعتادة. وعند تعيين الموظفين لجدول 10/4، يكون لدى الشركة هدفان محددان بالأولوية: الهدف الأساسي هو تقليل تكلفة العمالة عن طريق تقليل حجم القوى العاملة؛ والهدف الثانوي هو تقليل تكلفة النقل عن طريق تقليل عدد أيام الراحة المخصصة. ويخضع كلا الهدفين لقيود على الطلب على العمالة، وتكرار عطلة نهاية الأسبوع، وطول العمل الممتد. ولحل هذه المشكلة، تمت صياغة نموذج برمجة عدد صحيح ثنائي الهدف. وبتطبيق التعداد الدوري والعلاقات الأولية والثنائية، تُستخدم الحدود السفلية لتحديد الحد الأدنى لحجم القوى العاملة وتعيينات أيام الإجازة لخمس حالات محتملة لمشكلة الجدولة هذه.

الفصل التاسع: التخطيط الأمثل لسلسلة توريد التوزيع للمنتجات البترولية المكررة

يتناول هذا الفصل الجدولة والتخطيط الأمثل على المدى الطويل لشبكة سلسلة إمداد التوزيع للمنتجات النفطية المكررة. ويتكون صافي العمل من ثلاث مراحل متتالية (مستويات) تقابل ثلاثة أنواع من المنشآت: مراكز التوريد، أي المصافي ومحطات الاستيراد؛ مراكز التوزيع، أي معامل الكميات الضخمة؛ وأسواق الطلب، أي المدن والبلدات. وتُستخدم الشبكة لنقل منتجين مكررين: البنزين والديزل، باستخدام ثلاث طرق نقل ممكنة: خطوط الأنابيب والشاحنات والسفن. ويجب أن تحدد الخطة قرارات الشبكة الإستراتيجية بشأن تطوير المنشأة (الإنشاء والتوسع)، بالإضافة إلى قرارات النقل التكتيكية بشأن كميات المنتجات السنوية والطرق وأنماط النقل. والهدف هو تقليل مجموع تكلفة نقل المنتج وتكلفة تطوير المنشأة. وتمت صياغة نموذج البرمجة الخطية ذات الأعداد الصحيحة المختلطة مع العديد من المنتجات والفترات الزمنية وأنماط النقل. والنموذج فريد من نوعه لأن تكاليف نقل المواد وتطوير المرافق لها أجزاء ثابتة ومتغيرة. وعلاوة على ذلك، تنطبق الحدود الدنيا على نقل المواد وكميات إضافة السعة. ويتم تطبيق النموذج على شبكة تتكون من 6 مراكز إمداد و 17 مركز توزيع و 20 سوق طلب وأفق تخطيط مدته 5 سنوات. وباستخدام البيانات المقدمة، يتم حل النموذج والحصول على حل شبه مثالي.

الفصل العاشر: تخصيص رصيف لتحميل الناقلات بمحطة تصدير النفط

في هذا الفصل، تم النظر في التخصيص الأمثل للناقلات للأرصفة لمحطة بحرية كبيرة، التي تستخدم من قبل العديد من الشركات المحلية لتصدير منتجاتها النفطية والبتروكيماوية للعملاء الدوليين في جميع أنحاء العالم. وتحتوي المحطة على ثمانية أرصفة، يوفر كل منها مجموعة من المنتجات بمعدلات ضخ متفاوتة (سرعات تحميل). وأعطت كل ناقلة زائرة كميات الطلب لمجموعة محددة من المنتجات، والتي يمكن تحميلها إما من رصيف واحد أو رصيفين. فإذا وصلت ناقلة إلى المحطة ولم يمكن تخصيص رصيف لها على الفور، لأن جميع الأرصفة مشغولة، فإنه يتم دفع غرامة تأخير (تكلفة التأخير) عن كل ساعة تأخير. ومن الواضح أنه يجب تقليل أوقات التأخير الإجمالية لجميع الناقلات من أجل تقليل إجمالي تكلفة التأخير. ولتحقيق هذا الهدف، تمت صياغة نموذج برمجة خطية مختلطة العدد الصحيح (MILP) لتحسين كل من تخصيصات الناقلات للأرصفة وتسلسل الناقلات في كل رصيف. ويحتوي نموذج برمجة خطية مختلطة العدد الصحيح على ميزتين فريدتين: أولاً، يتم النظر في طلبات المنتجات المتعددة من قبل الناقلات وإمدادات المنتجات المتعددة حسب الأرصفة؛ وثانيًا، يمكن تخصيص كل ناقلة ليس فقط لرصيف واحد، ولكن ربما لرصيفين لتحميل مجموعتين من المنتجات.

الناشر:

دار سبرينغر [جزء من “سبرينغر نايتشر” (Springer Nature)] هي ناشر عالمي يخدم ويدعم مجتمع البحث. وتهدف “سبرينغر نايتشر” إلى تعزيز الاكتشاف من خلال نشر علم قوي وثاقب، ودعم تطوير مجالات جديدة للبحث وجعل الأفكار والمعرفة متاحة في جميع أنحاء العالم. وتمتلك دار سبرينغر واحدة من أقوى مجموعات وأرشيفات الكتب الإلكترونية في العلوم والتقنية والطب (Science, Technology and Medicine (STM))، والعلوم الإنسانية والاجتماعية (Humanities & Social Sciences (HSS))، بالإضافة إلى مجموعة شاملة من المجلات والكتب ذات الوصول المفتوح والمختلط تحت بصمة سبرينغر أوبن (SpringerOpen).

الهوامش:

[1] يلعب المحررون الزائرون (Guest editors) دورًا حيويًا في ضمان جودة المنشورات في التجميع، وقيادة عملية المراجعة، والمساعدة في زيادة الوعي بالبحوث الواردة فيها. كما يمكنهم أيضًا المساهمة ببعض أبحاثهم الخاصة في المجموعة.

2] يشير منتصف الطريق (Midstream) إلى نقاط في عملية إنتاج النفط تقع بين المنبع والمصب، وتشمل أنشطتها – على وجه الخصوص – تخزين المنتجات البترولية ومعالجتها ونقلها، وقد تشمل الشركات المتخصصة في تشغيل ناقلات السفن أو خطوط الأنابيب أو مرافق التخزين.

[3] البرمجة الخطية هي تقنية نمذجة رياضية يتم فيها تكبير أو تصغير دالة خطية عند تعرضها لقيود مختلفة. هذه التقنية تكون مفيدة في توجيه القرارات الكمية في تخطيط الأعمال والهندسة الصناعية وفي العلوم الاجتماعية والفيزيائية بدرجة أقل.

[4] برمجة العدد الصحيح هي تحسين رياضي أو برنامج جدوى يتم فيه تقييد بعض أو كل المتغيرات لتكون أعدادًا صحيحة.

[5] برمجة الهدف (GP) هي نوع من اتخاذ القرار متعدد المعايير يسمح لك بتحديد الأهداف وتحديد أولوياتها لكل معيار والعثور على أفضل حل يقلل من الانحرافات عن الأهداف. يعد اتخاذ القرار متعدد المعايير (MCDM) أو تحليل القرار متعدد المعايير (MCDA) مجالًا فرعيًا لبحوث العمليات التي تقيم صراحة معايير متضاربة متعددة في صنع القرار (سواء في الحياة اليومية أو في أماكن مثل الأعمال التجارية والحكومة والطب).

[6] نموذج الشبكة هو نموذج قاعدة بيانات تم تصميمه كطريقة مرنة لتمثيل الكائنات وعلاقاتها. السمة المميزة لها هي أن المخطط، الذي يُنظر إليه على أنه رسم بياني حيث تكون أنواع الكائنات عبارة عن عقد وأنواع العلاقات عبارة عن أقواس، لا يقتصر على كونه تسلسلًا هرميًا أو شبكيًا.

[7] البرمجة الديناميكية هي تقنية في برمجة الكمبيوتر تساعد على حل فئة من المشكلات بكفاءة والتي تحتوي على مشاكل فرعية متداخلة وخاصية البنية التحتية المثلى.

[8] تُستخدم البرمجة العشوائية وهي طريقة شائعة لحل مشكلات التحسين في ظل عدم اليقين، بشكل شائع لمعالجة مشاكل الهندسة الكيميائية، على سبيل المثال، في تخطيط الإنتاج أو توليف العمليات. وتؤثر السيناريوهات، التي تمثل نتائج غير مؤكدة، بشكل كبير على حل البرمجة العشوائية.

[9] تتضمن البرمجة غير الخطية (NP) تصغير أو تعظيم دالة موضوعية غير خطية تخضع لقيود مقيدة أو قيود خطية أو قيود غير خطية، حيث يمكن أن تكون القيود عبارة عن عدم مساواة أو مساواة.

[10] إطار لوغاريثمي عالي المستوى مستقل عن المسألة.

[11] اعادة التكوين (التعديل (الإصلاح) هي عملية يتم فيها تحويل مكون منخفض القيمة يسمى النافثا إلى منتج يحتوي على رقم أوكتان أعلى بكثير ويستخدم لمزج البنزين، ويتم تحقيق ذلك باستخدام محفز يحتوي على البلاتين.

[12] أيزوميرات: ناتج تفاعل الأزمرة، وخاصة البترول عالي الأوكتان الناتج عن أزمرة الألكانات البسيطة.

[13] ميثيل ثلاثي بيوتيل إيثر (MTBE) هو سائل قابل للاشتعال تم استخدامه كمادة مضافة للبنزين الخالي من الرصاص منذ الثمانينيات، حيث يزيد من مستويات الأوكتان والأكسجين في البنزين ويقلل من انبعاثات التلوث.