مقایسه گمز، لینگو و متلب برای بهینه‌سازی

در دنیای رقابتی امروز که منابع مختلف اعم از مواد اولیه، منابع مالی، منابع انسانی و تجهیزات از جایگاه ویژه‌ای برخوردارند، استفاده از آن‌ها به روشی بهینه و هدف‌مند می‌تواند یک مزیت رقابتی بزرگ برای سازمان‌ها باشد. در مقاله رشته مهندسی صنایع چیست؟ (گرایش‌ها، بازارکار و درآمدها) نیز به این نکته اشاره شد که بهینه‌سازی فرایندها یکی از مسئولیت‌های مهندسین صنایع است. در این راستا تعیین اهداف مورد نظر مانند حداکثرسازی سود و بازدهی یا حداقل‌سازی هزینه و ریسک، و انتخاب نرم‌افزار مناسب برای استفاده در بهینه‌سازی بسیار مهم هستند. در این مقاله به معرفی امکانات و قابلیت‌های نرم‌افزارهای گمز، لینگو و متلب برای بهینه‌سازی و مقایسه جامع آن‌ها برای انتخاب مناسب‌ترین گزینه می‌پردازیم.

معرفی نرم‌افزار گمز

گمز (GAMS) مخفف عبارت General Algebraic Modeling System به معنای سیستم مدل‌سازی جبری عمومی است که یک سیستم مدل‌سازی پیشرفته برای برنامه‌ریزی ریاضی و بهینه‌سازی است. اولین نسخه گمز برای کامپیوتر در سال 1988 منتشر شد و این نرم‌افزار برای فرمول‌بندی و حل مسائل بهینه‌سازی پیچیده، به‌ویژه در اقتصاد، مهندسی و تحقیق در عملیات است. گمز برای استفاده در مسائل بزرگ‌مقیاس مناسب است و ابزارهایی برای حل انواع مختلف مسئله از جمله برنامه‌ریزی خطی (LP)، برنامه‌ریزی عدد صحیح مختلط (MIP)، برنامه‌ریزی غیر خطی (NLP) و برنامه‌ریزی عدد صحیح مختلط غیر خطی (MINLP) را شامل می‌شود.

نرم‌افزار گمز دارای ویژگی‌ها و قابلیت‌های متنوعی می‌باشد که آن را به گزینه‌ای دقیق و مطمئن برای پروژه‌های بهینه‌سازی تبدیل کرده است. قابلیت‌هایی مانند:

• دارا بودن بیش از 30 حل‌کننده (Solver) برای حل انواع مختلف مسائل
• امکان وارد کردن محدودیت‌های احتمال‌دار
• قابلیت فراخوانی در برنامه‌هایی مانند Python و MATLAB
• مکانیزم خودکار عیب‌یابی و تشخیص خطا در داده‌های مسئله

مشاغلی که بیشترین استفاده را از گمز دارند عبارتند از: اقتصاددان‌ها، تحلیل‌گران بازار و دانشمندان علوم داده. همچنین از جمله سازمان‌هایی که از نرم‌افزار گمز استفاده می‌کنند می‌توان این موارد را نام برد: سازمان همکاری و توسعه اقتصادی (OECD)، آزمایشگاه بین‌المللی انرژی‌های تجدیدپذیر (NREL) و سازمان غذا و کشاورزی سازمان ملل متحد (FAO). شما می‌توانید در سایت GAMS.com اطلاعات بیشتری در این مورد دریافت کنید.

کاربرد گمز در بهینه‌سازی

شاید این سوال برای شما مطرح شود که GAMS در سازمان‌های بین‌المللی چگونه می‌تواند مورد استفاده قرار بگیرد؟ برای مثال FAO برای تحلیل سیستماتیک سیاست‌ها و سناریوهای کشاورزی و غذایی در سطح بین‌المللی از نرم‌افزار گمز استفاده می‌کند. از جمله کاربردهای آن، تخصیص بهینه منابع آب، زمین و نهاده‌ها برای بیشینه‌سازی تولید و کمک به دولت‌ها برای تدوین استراتژی‌های بهینه در کشاورزی هستند.

همان‌طور که اشاره شد، نرم‌افزار گمز در طیف گسترده‌ای از سازمان‌های دولتی و خصوصی با ماهیت‌های مختلف مانند مالی، پژوهشی، لجستیکی و ... می‌تواند کاربرد داشته باشد. در دوره آموزش گمز (GAMS) کاربردهای این نرم‌افزار به‌صورت کاربردی تدریس می‌شوند. بعضی از کاربردهای این نرم‌افزار در صنایع گوناگون شامل این موارد هستند:

• مدل‌سازی و بهینه‌سازی شبکه‌ها و جریان‌های انرژی
• تعیین مقادیر بهینه عرضه محصولات و قیمت آن‌ها
• مدل‌سازی شبکه حمل و نقل و بهینه‌سازی آن برای صرف کمترین زمان و انرژی

توابع موجود در گمز

نرم‌افزار گمز دارای توابع و دستورات زیادی می‌باشد که پرکاربردترین آن‌ها را در جدول زیر آورده‌ایم.

معرفی نرم‌افزار لینگو

نرم‌افزار لینگو (Lingo) که در سال 1988 منشر شد، یک ابزار جامع است که برای ساخت و حل انواع مدل‌های برنامه‌ریزی ریاضی از جمله خطی، درجه دوم و تصادفی طراحی شده است. لینگو از زبانی قدرت‌مند و خوانا و محیطی با قابلیت‌های جامع برای طراحی و توسعه مدل‌های بهینه‌سازی استفاده می‌کند. ضمن اینکه این نرم‌افزار روش‌هایی سریع برای مدل‌سازی و حل مسائل بهینه‌سازی به شما ارائه می‌دهد. سایر ویژگی‌های قابل توجه Lingo عبارتند از:

• امکان جمع‌آوری داده‌ها و اطلاعات به‌طور مستقیم از پایگاه داده
• انتخاب خودکار حل‌کننده (Solver) مناسب برای مسئله مورد نظر
• دارای دفترچه راهنمای آنلاین جامع قابلیت‌ها و دستورات
• قابلیت ادغام با زبان‌های C++ و .NET

کاربرد لینگو در بهینه‌سازی

نرم‌افزار لینگو به عنوان یک نرم‌افزار قوی و منعطف شناخته می‌شود که توسط بسیاری از سازمان‌ها از کوچک‌مقیاس تا بزرگ‌مقیاس قابل استفاده است. برای مثال یکی از کاربردهای Lingo در حل مسائل برنامه‌ریزی تخصیص نیروی انسانی در پروژه‌ها می‌باشد. فرض کنید سازمانی دارید که افراد زیادی با مهارت‌های مختلف در آن مشغول به کار هستند. شما می‌خواهید ضمن برآورده شدن نیازهای سازمان، افراد را به شیفت‌های کاری به‌گونه‌ای تخصیص دهید که هزینه کمینه شود. در این مثال می‌توانید به سهولت و در کمترین زمان ممکن از نرم‌افزار لینگو بهره ببرید. سایر کاربردهای مورد استفاده این نرم‌افزار در سازمان‌های صنعتی و خدماتی عبارتند از:

• زمان‌بندی تولید و مدیریت موجودی
• سرمایه‌گذاری و ریسک
• بهینه‌سازی انرژی

توابع موجود در لینگو

مدیران و مهندسین صنایع می‌توانند از توابع موجود در لینگو برای حل مسائل مورد نظر استفاده کنند که در این جدول به آن‌ها اشاره شده است:

معرفی نرم‌افزار متلب

متلب یکی از پرکاربردترین و شناخته‌شده‌ترین نرم‌افزار در رشته‌های مهندسی است. این نرم‌افزار در طیف وسیعی از رشته‌ها مانند مهندسی مکانیک، مهندسی پزشکی، مهندسی شیمی، مهندسی صنایع و ... کاربردهای گوناگونی دارد. برای مثال این نرم‌افزار می‌تواند در یادگیری ماشین، پردازش تصویر، شبکه‌های عصبی، هوش مصنوعی و پردازش سیگنال مورد استفاده قرار بگیرد. MARLAB که برگرفته از دو واژه Matrix و Laboratory است، برای نخستین بار در سال 1984 منتشر شد و یک نرم‌افزار ماتریس‌محور است. جنبه‌ای از متلب که در این مقاله روی آن تمرکز می‌کنیم، بهینه‌سازی است.

کاربرد متلب در بهینه‌سازی

سیستم‌های پیچیده در انواع زمینه‌ها از جمله مهندسی، مالی و حمل و نقل حضور دارند. این سیستم‌ها اغلب شامل متغیرها، محدودیت‌ها و اهداف متعدد هستند که انجام بهینه‌سازی را چالش‌برانگیز می‌کند. متلب به دلیل دارا بودن ابزار Optimization Toolbox می‌تواند در طیف وسیعی از بهینه‌سازی‌های بزرگ و پویا مورد استفاده قرار بگیرد. اگر مشتاقید قابلیت‌های این ابزار را به‌صورت جزئی فرا بگیرید، پیشنهاد ما دوره آموزش جامع بهینه سازی با متلب (MATLAB) است.

از آنجایی که این نرم‌افزار شامل بسیاری از قابلیت‌هاست، در انواع پروژه‌ها می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. اما سوال این است که چرا MATLAB نرم‌افزاری توصیه شده برای پروژه‌های مختلف است؟ از جمله مهم‌ترین دلایل آن می‌توان به دقت بالا در عملکرد، ادغام با پایگاه‌های داده، استخراج نتایج و استقرار مدل در سیستم‌های سازمانی و مقیاس‌پذیری برای داده‌های بزرگ اشاره نمود.

• از جمله کاربردهای متلب برای بهینه‌سازی در صنایع مختلف می‌توان به این مورد اشاره کرد:
• محاسبه مقدار بهینه تولید، زمان‌بندی کار ماشین‌آلات و موجودی انبار
• برنامه‌ریزی بهینه شیفت‌های کاری و تخصیص منابع به پروژه‌ها
• تحلیل ریسک و بازدهی سرمایه‌گذاری‌ها

توابع موجود در متلب

نرم‌افزار MATLAB شامل توابع زیادی است که می‌توان بر اساس نوع مسئله، از تابع مناسب استفاده کرد، برخی از مهم‌ترین این توابع عبارتند از:

مقایسه جامع گمز، لینگو و متلب برای بهینه‌سازی

نرم‌افزارهای گمز، لینگو و متلب دارای ویژگی‌ها و قابلیت‌های فوق‌العاده‌ای هستند که موجب می‌شود به گزینه‌هایی دقیق و مورد اطمینان تبدیل شوند برای مدیران، مهندسین و افرادی که با بهینه‌سازی فرایندها و پروژه‌ها سروکار دارند. اما برای دست‌یابی به بهترین نتیجه باید نیازهای پروژه را به‌طور دقیق معین کنیم، سپس با توجه به قابلیت‌های نرم‌افزارهای معرفی شده، بهترین گزینه را انتخاب کنیم. در جدول زیر مقایسه‌ای جامع از ابعاد گوناگون برای 3 نرم‌افزار گمز؛ لینگو و متلب انجام شده است:

سخت‌افزار مورد نیاز برای نصب گمز، لینگو و متلب

در این جدول حداقل ویژگی‌های سخت افزاری مورد نیاز برای نصب هر کدام از این نرم‌افزارها در سال 2025 را ملاحظه می‌کنید:

جمع‌بندی

در این مقاله به معرفی نرم‌افزارهای گمز، لینگو و متلب برای استفاده در پروژه‌های بهینه‌سازی پرداختیم. همان‌طور که می‌دانید بهینه‌سازی موضوعی است که می‌تواند تاثیرات قابل توجهی بر موفقیت فرایندها و پروژه‌ها در بلندمدت داشته باشد. نکته مهم آن است مسئله را به‌صورت شفاف و از ابعاد مختلف تجزیه و تحلیل کنیم تا بتوانیم استفاده درست و بهینه‌ای از این نرم‌افزارها داشته باشیم. اگر شما نیز علاقه‌مند به یادگیری این‌گونه نرم‌افزارها در حوزه‌های مختلف فنی مهندسی هستید، دوره‌های گروه آموزشی پارس پژوهان را از دست ندهید.

نویسنده: رضا صفایی، کارشناس مدیریت صنعتی.