ارائه یک رویکرد برنامه ریزی ریاضی برای بهینه سازی مساله برنامه ریزی کاشت محصولات کشاورزی تحت شرایط عدم قطعیت عدد زی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد لجستیک و زنجیره تامین دانشگاه علم و صنعت ایران

2 استادیار دانشکده صنایع دانشگاه علم و صنعت ایران

3 دانشجوی دکتری مهندسی صنایع صنایع دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

سابقه و هدف: کشاورزی به عنوان یکی از منابع اصلی ثروت در اقتصاد به شمار می‌رود. بنابراین کشورهای در حال توسعه برای برون رفت از بحرانهای اقتصادی و به دلیل نقش به سزایی که این بخش در تامین غذا، رفاه جامعه و در نهایت رشد اقتصاد ملی ایفا می‌کند، آن را سر لوحه برنامه های اقتصادی خود قرار می‌دهند. مدیریت و برنامه‌ریزی در خصوص منابع آب کشاورزی بسیار حیاتی است. در این پژوهش، علاوه بر تولید محصول به جنبه واردات آن هم توجه شده است. هدف این پژوهش بررسی ظرفیت زمین برای کاشت و منابع موجود برای تولید محصول می باشد تا از این طریق بتوان در راستای بهبود شرایط اقتصادی و اجتماعی کشاورزان در کشور گام برداشت.
مواد و روش‌ها: در این پژوهش داده های مورد مطالعه برگرفته از گزارشات مستند از وزارت جهاد کشاورزی و کمیته ملی آبیاری و زهکشی ایران است. در این مطالعه ابتدا یک مدل ریاضی جامع ارائه داده شد که اهدافی نظیر کاهش میزان آب مصرفی، افزایش تولید محصولات استراتژیک و توجه به عوامل اجتماعی همچون اشتغال نیروهای محلی را در نظر گرفته است. در واقع، می‌توان تعیین نمود که چه میزان آب برای تولید چه محصولی بایستی اختصاص یابد تا هم از لحاظ مدیریت جامع منابع آب مفید باشد و هم کشاورزان سود بیشتری داشته باشند. به‌طور عمومی ذات مسائل تصمیم در دنیای واقعی دارای عدم قطعیت می‌باشد و یافتن جواب بهینه و درست بدون توجه به این موضوع موجب تصمیم گیری غیر واقعی خواهد شد. اگر چه رویکرد تصمیم گیری فازی می تواند بسیاری از شرایط غیر قطعی مساله را در نظر بگیرد، اما این رویکرد دارای محدودیتهای کاربردی می باشد و در بعضی از شرایط ممکن است نتواند عدم قطعیت موجود در دنیای واقعی را بخوبی ترسیم نماید. بر همین اساس، مفهوم جدیدی از عدم قطعیت با عنوان عدد زی مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین، برای حل مسئله چند هدفه از یک رویکرد چند هدفه تعاملی استفاده شده است. روش مورد استفاده در این پژوهش برنامه ریزی ریاضی خطی است و با نرم افزار سیپلکس حل شده است.
یافته‌ها: در کشور الگوی کشت محصولات کشاورزی بر مبنای نیاز منطقه‌ای، وضعیت ذخایر آبی و میزان صادرات وجود ندارد و این مسئله نه‌تنها هدر رفت منابع آبی را به دنبال داشته که باعث کاهش بهره‌وری و زیان کشاورزان شده است. بدون تبعیت از برنامه خاصی، نوسان شدید قیمت محصولات کشاورزی در بازار مصرف وجود دارد. با توجه به استراتژیک در نظر گرفته شدن برخی محصولات کشاورزی مانند گندم، یونجه و جو در تحقیق حاضر، میزان تولید این محصولات نسبت سایر محصولات بیشتر است. در 22% از حجم زمین مورد نظر محصولی کاشت نخواهد شد و این امر به عواملی همچون منابع مورد نیاز برای کاشت و همچنین به صرفه بودن کاشت نسبت به واردات آن بستگی دارد.
نتیجه‌گیری: نتایج بدست آمده نشان میدهد که برای مدل، استراتژیک بودن محصولات کشاورزی از اهمیت بالا و میزان تولید آنها از اولویت بیشتری برخوردار است. این پژوهش با توجه به آمار وزارت کشاورزی در سال 1393، 18/61% سهم کل محصولات کشاورزی را پوشش می‌دهد که این رقم در مقایسه با مقالات قبل بسیار رقم چشم‌گیری است. از طرفی تحلیل نتایج بدست آمده بر اساس رویکرد عدد زی بیانگر ارائه یک جواب محافظ کارانه نسبت به سایر روش های رویکرد فازی و قطعی است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A multi objective mathematical modeling for crop planning problem under Z-number uncertainty

نویسندگان [English]

  • Ahmad Ali Abedinpour 1
  • Armin Jabbarzadeh 2
  • mohsen yahyaei 3
1 Iran University of Science and Technology
2 assistant professor- Iran University of Science and Technology
3 Iran University of Science and Technology
چکیده [English]

Background and Objectives: Agriculture is considered as one of the main sources of wealth in the economy. Because of its significant role in providing food, social welfare and economic growth, developing countries should keep it at the forefront of their economic plans to overcome the economic crisis. Management and planning of agricultural water resources are strategically vital. In this research, both cropping and import aspects of the products have been considered. The aim of this research is to study of land capability and existed resources for agriculture production so that it improves the economic and social conditions of the farmers in country.
Materials and Methods: In this study, the data are collected from documented reports of the ministry of agricultural Jihad and the Iranian National Irrigation and Drainage Committee. A comprehensive mathematical model is presented that it aims to reduce the amount of water consumed, increase the production of strategic products, and consider the social factors such as the employment of local laborers. In fact, it is possible to determine how much water can be allocated and which product should be cropped so that both water resource management, and profitability is being guaranteed for farmers. Generally speaking, the nature of decision-making in the real world is uncertain, and finding a solution without regard to this issue will make the decision unrealistic. Fuzzy decision approach can be applied to tackle uncertainty in many problems, but this approach has its practical limitations, and in some circumstances, it may not be able to model the uncertainty accurately. Accordingly, we use a new concept of uncertainty which is called as the Z-number. To optimize multiple objectives, an interactive approach has been applied. The proposed mathematical model is linear one and is solved by Cplex software.
Results: In the country, there are no agricultural cropping patterns based on regional needs, the status of water resources and exports. This matter not only leads to the loss of water resources, but also have a significant impact on farmers' productivity losses and without a specific program, there may be a sharp price fluctuation of agricultural products in markets. Considering the strategic aspects of some agricultural products such as wheat, alfalfa and barley in the presented study, the production rate of these products is higher than other ones. Results show that the products will not be planted in 22% area of the land, and this is because the limitation of resources for planting or the import may be cost-effectiveness rather than planting.
Conclusion: The results show that in the proposed model, the strategic importance of agricultural products directly effects on the amount of production of them. According to the statistics of the Ministry of Agriculture in 2014, 61.18% of the total agricultural products are covered in this research. The obtained results show that decision making based on the Z-number approach provides a conservatism solution rather than fuzzy and deterministic approaches.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Crop planning
  • Uncertainty
  • Z-number
  • Water management
  • Multi-objective programming