Fragment rozprawy doktorskiej: Wybór strategii dostaw i magazynowania materiałów budowlanych z zastosowaniem algorytmów genetycznych autorstwa Michała Krzemińskiego 5.3. Program komputerowy sterowania zapasami z zastosowaniem algorytmów genetycznych 5.3.1. Wprowadzenie Program komputerowy Algorytm Genetyczny Sterowania Dostawami i Magazynowaniem Materiałów Budowlanych (AGSDiMMB) został napisany w obiektowym języku programowania Java. Algorytm programu w postaci schematycznej został przedstawiony na rys 5.13. Rys 5.13. Schemat programu komputerowego AGSDiMMB.
Opis poszczególnych bloków algorytmu znajduje się w rozdziale: 5.3.2. Instrukcja obsługi programu. 5.3.2. Instrukcja obsługi programu AGSDiMMB 5.3.2.1. Instalacja programu AGSDiMMB Program AGSDiMMB pracuje w każdym środowisku w którym zostało zaimplementowane środowisko uruchomieniowe Javy( Java Runtime Environment w skrócie JRE). Oznacza to tyle że aby uruchomić program należy najpierw zainicjować środowisko Javy poprzez instalację JRE 6 update 14 lub nowszy [14\. Inicjator środowiska Javy można pobrać za darmo ze strony firmy SUN Mikrosystem (http://www.java.com/pl/download/) twórcy języka programowania Java. Program nie wymaga instalacji. Należy jednak pamiętać o tym aby plik agdsimmb.jar był umieszczony w tym samym katalogu co katalog PLIKI. Jest to konieczne ponieważ w katalogu dane znajdują się niezbędne informacje dotyczące normatywów składowania dla materiałów budowlanych. 5.3.2.2. Uruchomienie programu AGSDiMMG Program AGSDiMMB uruchamia się poprzez dwukrotne kliknięcie na ikonę programu. Po wykonaniu tej operacji zostanie uruchomiona KLASA GŁOWNA której zadaniem jest uruchamianie kolejno wszystkich klas. Dodatkowo klasa główna odpowiadać będzie za określoną jako tysiąc ilość przejść pętli głównej. Jako pierwsza zostanie uruchomiona KLASA OKNO WPROWADZANIA DANYCH. Na ekranie pokaże się pierwsze z okien wprowadzania danych. Na rys. 5.14 zaprezentowano zdjęcie z ekranu na którym to okno jest widoczne.
Rys. 5.14. Pierwsze okno wprowadzania danych. 5.3.2.3. Wprowadzanie danych do programu AGSDiMMB Wybór rodzaju składowiska Pierwszą daną jaką należy wprowadzić jest wybranie z listy rodzaju składowanego materiału. Na górze ekranu znajduje się napis Wybierz z listy rodzaj składowanego materiału a obok niego tzw. ComboBox, czyli rozwijana lista, z której należy wybrać rodzaj materiału dla jakiego prowadzona będzie optymalizacja strategii dostaw i magazynowania materiałów budowlanych. Operacja ta uruchamia blok KLASA WCZYTYWANIA DANYCH MATERIAŁOWYCH Z PLIKU. Do wyboru użytkownik otrzyma jedną z trzech możliwości, czyli składowiska otwarte, składowiska zadaszone oraz składowiska zamknięte. Należy kliknąć lewym klawiszem myszy na opcji która nas interesuje w danym momencie, aby uzyskać dostęp do opcji należy uprzednio kliknąć lewym klawiszem na mały trójkącik znajdujący się po prawej stronie pola ComboBox [13]. W przykładzie prezentowanym na rysunku zostały wybrane składowiska otwarte.
Wybór materiału Drugą informację jaka należy wprowadzić do programu jest wybranie rodzaju konkretnego materiału jaki będzie składowany. Na górze ekranu z prawej strony obok napisu :wybierz materiał z listy znajduje się kolejna lista z której należy wybrać konkretny materiał. Trójkąt po prawej stronie rozwija listę natomiast wyboru dokonujemy poprzez kliknięcie lewym klawiszem myszy na wybrany materiał. Dobrym udogodnieniem wpływającym na obsługę programu jest fakt że listę konkretnych materiałów każdy użytkownik może rozbudowywać w prosty sposób. Jest to możliwe ponieważ listy zostały zamieszczone w plikach tekstowych znajdujących się w katalogu PLIKI. Pliki te można edytować w każdym edytorze tekstu, należy jednak pamiętać że bardzo waży jest prawidłowy zapis. Nazwę każdego nowego materiału należy wprowadzać w nowym wierszu, a dane dotyczące normatywów powierzchni składowania i jednostki w jakiej mierzony jest materiał należy rozdzielać średnikami, na rys. 5.15 zaprezentowano plik tekstowy zawierający listę materiałów budowlanych składowanych na składowiskach otwartych. Rys. 5.15. Wprowadzanie nowego rodzaju materiału do bazy materiałów. Wprowadzanie harmonogramu zużycia Kolejnym etapem jest wprowadzanie danych dotyczących harmonogramu zużycia materiału budowlanego. Aby wprowadzić te dane należy kliknąć lewym klawiszem myszy Wprowadź harmonogram zużycia materiału. Zostaje uruchomiona KLASA OKNO
WPROWADZANIA HARMONOGRAMU ZUŻYCIA Program automatycznie skieruje użytkownika do nowego okna, które znajduje się na rys. 5.16. Rys. 5.16. Okno wprowadzania harmonogramu zużycia materiału. Możliwe są dwa sposoby wprowadzania harmonogramu zużycia materiałów. Zanim jednak przejdziemy do opisu tych dwóch metod należy zaznaczyć że w każdym przypadku należy najpierw wybrać jednostkę czasową na jakiej opisany jest harmonogram. Do wyboru mamy pięć jednostek czasowych: dzień, tydzień, miesiąc, kwartał i rok. Wyboru jednostki dokonujemy przy użyciu lewego klawisza myszy, a wybieramy z rozwijanej listy znajdującej się po prawej stronie napisu Wybierz rodzaj jednostki czasowej. Następnie można przejść do wprowadzania danych dotyczących wielkości zużycia w poszczególnych jednostkach czasowych. Pierwszy sposób to wprowadzanie ręczne. Najpierw podajemy ilość jednostek czasowych w okienku znajdującym się po prawej stronie napisu Podaj ilość jednostek czasowych. Wpisana liczbę zatwierdzamy klawiszem enter. Wpisanie tej wartości spowoduje automatyczne wygenerowanie tabeli o zakładanej długości równej długości
rozpatrywanego horyzontu czasowego. Operacja ta wykonywana jest przez blok KLASA MODEL TABELI HARMONOGRAMU. Przykładowa tabela dla 10 dni została pokazana na rysunku 5.17. Rys. 5.17. Tabela wprowadzania harmonogramu zużycia materiału. Dane dotyczące wielkości zużycia wprowadzamy do prawej kolumny Wielkość zużycia Aby wprowadzić dane należy dwukrotnie kliknąć na komórce prawym klawiszem myszy a następnie wpisać wymaganą wartość, aby zatwierdzić należy nacisnąć przycisk enter. Dane można w każdej chwili modyfikować powtarzając te samą operację. Na ekranie wyświetlane jest jednorazowo pięć wierszy, aby przewijać tabelę harmonogramu należy używać suwaka który znajduje się po prawej stronie tabeli. W tabeli wszystkie wiersze zostały automatycznie wypełnione wartością 0.0, w ten sam sposób należy zaznaczać jednostki czasowe wolne od zużycia czyli na przykład soboty, niedziele, święta wolne od pracy lub inne dni w których nie przewiduje się zużycia. Ważnym jest aby w przypadku gdy wielkość zużycia nie może być określona przez liczbę całkowitą, jako rozdzielacz liczb ułamkowych stosować znak kropki Po wprowadzeniu harmonogramu zużycia istnieje możliwość zapisania go w pliku. Aby to zrobić należy kliknąć lewym klawiszem myszy na przycisk Zapisz harmonogram w, zostaniemy skierowani to okna zapisywania harmonogramu. Zapisywanie wygląda tak samo jak zapisywanie każdego innego pliku w środowisku Windows. Tak zapisany harmonogram można ponownie wczytać. Na przykład przy kolejnym uruchomieniu programu. Jest to drugi sposób wczytywania harmonogramu zużycia i aby to zrobić należy kliknąć lewym klawiszem myszy na przycisk Z pliku. Dalsza część jest również taka sama jak w przypadku wczytywania dowolnego innego np. dokumentu w środowisku Windows, należy jednak pamiętać o wyborze jednostki zużycia ponieważ program
automatycznie wybiera jako jednostkę dzień. Kiedy wszystkie dane dotyczące harmonogramu zużycia zostaną wczytane należy nacisnąć przycisk Gotowe [73] lewym klawiszem myszy. Ta operacja skieruje użytkownika z powrotem do okna początkowego znajdującego się na rysunku 5.14. Równocześnie zostanie w programie uruchomiona kolejna KLASA HARMONOGRAM ZYŻYCIA Wprowadzanie kosztów Aby wprowadzić koszty związane ze składowaniem i dostawami materiałów budowlanych należy kliknąć lewym klawiszem myszy na przycisku Wprowadź koszty zapasów Po naciśnięciu przycisku automatyczne zostanie otwarte nowe okno, które znajduje się na rysunku 5.18 oraz zostanie uruchomiona KLASA OKNA WPROWADZANIA KOSZTÓW MIO. Rys. 5.18. Okno wprowadzania kosztów magazynowania i obsługi.
Domyślną jednostką w jakiej należy wprowadzać koszty jest złotówka na metr kwadratowy powierzchni placu składowego. Jeżeli dysponujemy danymi w innej postaci należy je najpierw przeliczyć. Wprowadzanie danych polega na dwukrotnym kliknięciu w pole w które chcemy wprowadzić konkretną wartość a następnie na wpisaniu tej wartości i zatwierdzeniem klawiszem enter. Tak samo jak w przypadku liczb ułamkowych w harmonogramie zużycia jako rozdzielacza należy używać kropki. Kiedy zostaną wprowadzone wszystkie wartości należy kliknąć również lewym przyciskiem myszy na przyciski Następne >> znajdujący się w prawym dolnym rogu okna. Po wykonaniu tej operacji program automatycznie otworzy kolejne okno i uruchomi kolejny blok KLASA OKNO WPROWADZANIA KOSZTÓW UZiTD Należy w nim wprowadzić resztę danych dotyczących kosztów magazynowania. Okno to znajduje się na rysunku 5.19. Rys. 5.19. Okno wprowadzania kosztów tworzenia dostaw i utrzymania zapasów. Wypełnianie kolejnych pól tekstowych przebiega tak samo jak w przypadku wypełniania pól w poprzednim oknie. U góry po lewej stronie znajdują się cztery pola tekstowe do których należy wpisać dane dotyczące kosztów tworzenia dostaw, także u góry
ale po prawej stronie można wpisać dane dotyczące wysokości rabatów jakie można uzyskiwać przy zamówieniu większej partii materiału. Użytkownik ma możliwość wprowadzenia wartości dla dwóch progów rabatowych. Koszt utrzymania zapasów należy wprowadzać do okienek znajdujących się w dolnej części programu po lewej stronie. W przypadku wypełniania tej części okna należy najpierw podać dostępną na placu wielkość powierzchni magazynowej. Wielkość ta podawana jest w metrach. Jest to taka część powierzchni magazynowej jaka z założenia zostaje przeznaczona i zarezerwowana dla danego materiału. Następnie należy podać wielkość kosztów jakie zostaną poniesione ze względu na zarezerwowanie tej powierzchni. Wiadomo że poza powierzchnią magazynową znajdującą się w obrębie placu składowego istnieje również możliwość wynajęcia dodatkowej powierzchni magazynowej na terenie znajdującym się niedaleko placu Budowu. Taki podnajęty teren także można traktować jako teren placu składowego. Dzierżawa terenu wiąże się jednak z poniesieniem dodatkowych kosztów można przyjąć że koszty te będą zależne od wielkości powierzchni jaką podnajmujemy. W programie podajemy przedziałowo że za każde następne x metrów płacimy określona kwotę. Kiedy określone zostaną już wszystkie koszty związane z zapasami należy powrócić do głównego okna wprowadzania. Aby to zrobić należy nacisnąć lewym klawiszem myszy przyciski Gotowe. Kiedy przyciski zostanie przyciśnięty program automatycznie skieruje nas do okna wprowadzania danych. Zostanie również uruchomiona KLASA KOSZTÓW ZAPASÓW Wybór sposobu prowadzenia obliczeń Program może wykonywać obliczenia w sposób deterministyczny lub probabilistyczny. Aby wybrać sposób deterministyczny należy zaznaczyć używając lewego klawisza myszy kółko znajdujące się po lewej stronie napisu Deterministyczny. Jeżeli natomiast zaznaczone zostanie kółko znajdujące się po prawej obok napisu Probabilistyczny obliczenia zostaną wykonane z uwzględnieniem czynników losowych. Jeżeli wybrana zostanie druga opcja należy także podać zakładaną pewność z jaką chcielibyśmy uzyskać wyniki obliczeń. Pewność należy wprowadzić w procentach w polu tekstowym znajdującym się po prawej stronie napisu Wymagana pewność. Dane te są przekazane do bloku KLASA FUNKCJA PRZYSTOSOWANIA. Na rysunku 5.20 pokazano fragment okna wprowadzania danych gdzie użytkownik dokonuje wyboru sposobu wykonywania obliczeń.
Rys. 5.20. Sposób wykonywania obliczeń. W rozpatrywanym przykładzie wybrano probabilistyczny sposób prowadzenia obliczeń. Wymaganą pewność poprawności wyników ustawiono na poziomie 70 %. Wybór sposobu zatrzymania algorytmu W programie przewidziano dwa sposoby zakończenia pracy pętli algorytmu. Oba wybierane są poprzez kliknięcie lewym przyciskiem myszy na kółko znajdujące się po lewej stronie napisu oznaczającego jedną z opcji. Jeżeli wybierzemy opcje z osiągnięciem pełnej zbieżności program będzie liczył tak długo aż osiągnie zbieżność czyli do momentu w którym wszystkie osobniki populacji będą takie same. Drugim sposobem jaki jest dostępny do wyboru jest wpisanie do okna tekstowego znajdującego się po prawej stronie napisu Liczba interacji zakładanej liczby interacji. Jeżeli wybierzemy tą opcję program wykona zakładaną liczbę przejść pełnej pętli i na tym skończy wybierając najlepszy chromosom. Dane wprowadzone w tej klasie zostaną przekazane do bloku WARUNEK ZATRZYMANIA. Na rysunku 5.21 pokazano fragment okna wprowadzania danych gdzie użytkownik dokonuje wyboru sposobu zatrzymania obliczeń. Rys. 5.21. Sposób wykonywania obliczeń. W rozpatrywanym przykładzie wybrano zatrzymanie działania pętli poprzez osiągnięcie zakładanej z góry liczby interacji wynoszącej 100. 5.3.2.4. Wykonanie obliczeń oraz wyniki Aby uruchomić wykonywanie obliczeń w należy nacisnąć przyciski Wykonaj obliczenia znajdujący się w dole ekranu. Uruchomienie obliczeń spowoduje uruchomienie
KLASY GENERATOR CHROMOSOMÓW Klasa ta wygeneruję populację rodzicielską. Dane niezbędne do opracowania populacji zostaną pozyskane ze wcześniej uruchomionej klasy zawierającej dane na temat harmonogramu zużycia. Kolejnym etapem jest określenie wartości funkcji przystosowania poszczególnych osobników. Jest to pierwszy z etapów pętli głównej programu. Za wyznaczenie wartości tej funkcji odpowiada KLASA FUNKCJA PRZYSTOSOWANIA. Kolejną operacją jaką wykonuje program jest wyznaczenie najlepszego chromosomu. Za te operację odpowiedzialna jest KLASA NAJLEPSZE CHROMOSOMY Następnie wykonywane są kolejne trzy operacje. Dokładny opis sposobu wykonywania tych operacji został przedstawiony w opisie działania algorytmu, rozdziały 4.2. i 4.3. Kolejnym blokiem kończącym pętlę główna programu jest blok WARUNEK ZATRZYMANIA Dane do tego bloku zostają przekazane z KLASY OKNO WPROWADZANIA DANYCH. Jeżeli zadziała warunek zatrzymania następuję automatyczne uruchomienie dwóch klas odpowiedzialnych za opracowanie wyników końcowych. Klasy te to: KLASA MODEL TABELI WYNIKÓW i KLASA OKNO WYNIKÓW. Druga z wymienionych klas powoduje włączenie się okna wyników na ekranie komputera, znajdującego się na rysunku 5.22. Rys. 5.22. Okno wyników.
W oknie w formie tabelarycznej zostanie przedstawiona optymalna polityka dostaw i magazynowania materiałów oraz łączny koszt związany z tym rozwiązaniem. Program umożliwia także zapisywanie wyników obliczeń w pliku. Aby to zrobić należy nacisnąć przycisk Zapisz wyniki w znajdujący się w lewym dolnym rogu okna. Istnieje także możliwość powrotu do początku programu w celu wykonania nowych obliczeń, a także możliwość zakończenia prac w programie. Obie te funkcje dostępne są dzięki użyciu przycisków znajdujących się w prawym dolnym rogu okna 5.3.3. Podsumowanie Program komputerowy AGSDiMMB jest programem umożliwiającym obliczenia w których sprawdzana są nawet miliony różnych możliwych rozwiązań. Ilości możliwych rozwiązań przeglądane przez program w przypadkach długich horyzontów czasowych nie są równe wielkości permutacji zbioru możliwych rozwiązań, mogą to być jednak wartości o porównywalnych rzędach wielkości [34]. Program komputerowy jest więc narzędziem niezbędnym w przypadku w którym chcemy stosować techniki obliczeniowe oparte na algorytmach genetycznych. Program posiada także możliwość zapisywania zarówno harmonogramu zużycia jak i wyników obliczeń. Możliwość zapamiętania harmonogramu zużycia powoduję że wykonanie ponownych obliczeń spowodowanych zmianami kosztów zapasów nie stanowi większych problemów które mogły by być powodowane pracochłonnym sposobem wprowadzania harmonogramu zużycia. Zapisywanie wyników jest natomiast ważnym elementem programu ponieważ wyniki zapisywane w postaci pliku *.txt [25] łatwo jest przekazywać do innych działów w przedsiębiorstwie. Program zostanie przetestowany na podstawie danych które w sposób jednoznaczny potwierdzą działanie sposobu oprogramowania algorytmów z rozdziałów 5.1. i 5.2. Badanie sprawdzające wykonane zostaną w rozdziale 6.2. Przykłady sprawdzające poprawność działania programu. Wybrane klasy programu znajdują się w załączniku nr 4 do pracy.