ارزیابی عملکرد سازمان بر مبنای رویکرد ترکیبی DEA و شبکه عصبی

هدف از این پژوهش ارزیابی عملکرد پالایشگاه های کشور با مدل ترکیبی تحلیل پوششی داده ها DEA و شبکه های عصبی مصنوعی ANN بصورت کامل و جامع و با منابع جدید می باشد

چکیده :
کارایی و رتبه بندی زیرمجموعه های یک صنعت کاری ضروری است ، و لازم است حداقل سالی یکبار عملکرد آنها را برپایه اصول علمی مورد ارزیابی قرار داد.صنعت نفت و گاز به عنوان یکی از اساسی ترین صنایع ایران از حساس ترین و مهمترین منابع درآمد دولت به شمار میرود .بدیهی است وجود کارایی در این صنعت عایدات دولت را چندین برابر مینماید و این مهم جز با ارزیابی دقیق و صحیح واحدها ی تحت پوشش میسر نمیشود .

از آنجایی که تحلیل پوششی داده ها کارایی متفاوتی در طول زمان ارائه میدهد و به هیچ پیش فرض اولیه ای درباره مرز کارایی نیاز ندارد لذا در میان تمام روشهای ارزیابی عملکرد ، DEA در سازماندهی و تحلیل داده ها بهترین روش است .بنابراین با جمع آوری اطلاعات ورودی و خروجی 6 پالایشگاه کشور کارایی آن ها را محاسبه کرده و واحدهای کارا و ناکارا شناسایی شدند اما DEA قادر به تفکیک کارایی همه ی پالایشگاه ها ازیکدیگرنیست . دلیل این موضوع کمبود تعداد واحدهای تصمیم گیرنده (6 پالایشگاه ) نسبت به تعداد ورودی و خروجی ها( 4 ورودی و 4 خروجی ). لذا DEA قادر به رتبه بندی کامل واحدها نیست، بنابراین از تلفیق تحلیل پوششی داده ها و شبکه عصبی مصنوعی به منظور اندازه گیری عملکرد واحدها ی تصمیم گیرنده استفاده شده است به نحوی که مشکل مذکور برطرف گردد. و در آخر مقایسه ای بین نتایج حاصل از این دو روش صورت گرفته است .

کلمات کلیدی :
کارایی ، ارزیابی عملکرد ، تحلیل پوششی داده ها ، شبکه عصبی ، پالایشگاه

مقدمه
اندازه گیری کارایی به خاطر اهمیت آن در ارزیابی عملکرد یک شرکت یا سازمان همواره مورد توجه محققین قرار داشته است . در سال 1957 فارل با استفاده از روشی مانند اندازه گیری کارایی در مباحث مهندسی اقدام به اندازه گیری کارایی برای یک واحد تولیدی نمود .موردی که فارل برای اندازه گیری کارایی مد نظر قرار داده بود شامل یک ورودی و یک خروجی بود . مطالعه فارل شامل اندازه گیری "کارایی های فنی " و " تخصیصی " و " مشتق تابع تولید کارا " بود . فارل مدل خود را برای تخمین کارایی بخش کشاورزی آمریکا نسبت به سایر کشورها مورد استفاده قرار داد. با این وجود او در ارائه روشی که در برگیرنده ورودی ها و خروجی های متعدد باشد ، موفق نبود .]1[

"چارنز " ، " کوپر " ، " رودز " دیدگاه فارل را توسعه داده و مدلی را ارائه کردند که توانایی اندازه گیری کارایی با چندین ورودی و چندین خروجی را داشت . این مدل تحت عنوان " تحلیل پوششی داده ها " نام گرفت و ایتدا در رساله دکتری " ادوارد رودز " و به راهنمایی " کوپر " تحت عنوان " ارزیابی پیشرفت تحصیلی دانش آموزان مدارس ملی آمریکا " در سال 1976 در دانشگاه کارنگی مورد استفاده قرار گرفت و در سال 1978 در مقاله ای تحت عنوان " اندازه گیری کارایی واحدهای تصمیم گیرنده " ارائه شد .

از آنجا که این مدل توسط " چارنز " ، " کوپر " و " رودز " ارائه گردید به مدل CCR که از حروف اول نام سه فرد فوق تشکیل شده است معروف گردید . هدف در این مدل اندازه گیری و مقایسه کارایی نسبی واحدهای سازمانی مانند مدارس ، بیمارستان ها ، شعب بانک ، شهرداری ها و . که دارای چندین ورودی و خروجی شبیه بهم باشند .]2[ کاربرد گاز طبیعی به عنوان سوخت حرارتی تنها قسمتی از موارد متنوع کارایی این ماده گرانقدر به شمار می رود .اهمیت اصلی و واقعی گاز طبیعی با توجه با ارزش افزوده فراوان و قابلیت تبدیل به هزاران نوع کالای با ارزش اقتصادی در بخش صنعت و پتروشیمی ظاهر می شود .
نیاز روزافزون به گاز برای تامین انرژی و سوخت و همینطور ارز حاصل از فروش و صادرات برای سرمایه گذاری و راه اندازی صنایع مادر و زیربنایی کشور ، اندیشه تمرکز بخشیدن فعالیت های مرتبط با صنعت گاز را تقویت کرده و در این رابطه طبق اساسنامه قانونی ، شرکت ملی گاز ایران به عنوان یکی از چهار شرکت وابسته به وزارت نفت ایران با سرمایه اولیه 25 میلیارد ریال در سال 1344 هجری شمسی تأسیس گردید .

در این میان پالایشگاه های گاز نقش بسیار مهمی در فرآیند تصفیه گاز ، تولید محصولات جانبی ، تأمین گاز کشور و درآمد حاصل از فروش و صادرات آن به عهده دارند . ظرفيت پالايش و نم زدائي گاز طبيعي ايران با برخورداري از متوسط رشد سالانه 9 درصدي در دهه اخير در سال 1391 به 428 ميليون متر مكعب در روز رسیده است . با توجه به تمركز قابل ملاحظه ميادين گاز كشور در مناطق جنوبي امكانات پالايشي و نم زدائي كشور نيز عمدتا در اين ناحيه مستقر مي باشند. پالايشگاه بيد بلند با ظرفيت 22.5 ميليون متر مكعب در روز پالايشگاه فجر با ظرفيت 110 ميليون متر مكعب در روز و پالايشگاه سرخون با ظرفيت 7.1 ميليون متر مكعب ظرفيت نم زدائي در مناطق جنوبي و پالايشگاه شهيد هاشمي نژاد با ظرفيت 44.5 ميليون متر مكعب در روز در شمال شرق كشور از جمله مهمترين تاسيسات پالايشي كشور به شمار مي روند.بدیهی است که ایجاد یک نظام کارا و استفاده بهینه از منابع باعث جلوگیری از هرز رفت مبالغ عظیمی از منابع مادی و معنوی می گردد به طوری که می تواند با درصد کمی افزایش در کارایی صرفه جویی زیادی حاصل گردد.لذا مطالعه سطح بهره وری پالایشگاه های گاز کشور کاملا ضروری است .برای رسیدن به این هدف لازم است ابتدا عملکرد پالایشگاه های گاز مورد ارزیابی و تحلیل قرار گرفته و سپس پالایشگاههایی که کارا نیستند مشخص و علل عدم کارایی آن ها را تعیین و نسبت به رفع آن اقدام نمود .

به عنوان یک اصل عملکرد هر واحد سازمانی و یا سازمان تا آنجا که میسر است باید اندازه گیری شود . وجود و یا عدم وجود نظام ارزیابی عملکرد موثر و کارآمد با مرگ سازمان رابطه ی مستقیم دارد و فقدان آن را به عنوان بیماری سازمانی قلمداد نموده اند . بدون اندازه گیری ، مبنایی برای قضاوت و اظهارنظر و ارزیابی وجود نخواهد داشت آن چه را که نتوان ارزیابی نمود نمیتوان به خوبی اداره کرد . هر سازمانی برای اعمال مدیریت صحیح باید از الگوهای علمی ارزیابی عملکرد بهره گیرد تا بتواند میزان تلاش و نتایج حاصل از کارکرد خود را مورد سنجش قرار دهد . تنوع وظایف سازمانی اعم از وظایف عمومی و اختصاصی به پیچیدگی ارزیابی آن ها می افزاید و استفاده از ابزارهای کارامد علمی را برای محقق ساختن یک ارزیابی واقعی از هر دو بعد عملکردی و سیاست گذاری اجتناب ناپذیر می کند . یکی از ابزار های کارامد که این مهم را محقق ساخته تحلیل پوششی داده هاست که چهارچوب نظام ارزیابی عملکرد با استحکامی را در خود تدارک می بیند .
لذا در نظر است مقایسه ای بین عملکرد پالایشگاه های گاز کشور انجام گیرد و از میان آن ها پالایشگاه های با کارایی بالاتر را انتخاب نمود . مضافاٌ این که می توان آن ها را به عنوان واحدهای کارا و ناکارا دسته بندی کرد و در صورت امکان برای واحدهای ناکارا راه حل مناسب ارائه نمود .]15[

فهرست مطالب

فصل اول کلیات تحقیق 1
1-1- مقدمه 2
1-2- تعریف مسأله 4
1-3- اهداف اساسی از انجام تحقیق 6
1-4- ضرورت انجام تحقیق 6
1-5- فرضیات تحقیق 7
1-6- جامعه آماری 7
1-7- قلمرو تحقیق 7
1-8- مراحل انجام تحقیق : 8

فصل دوم مرور ادبیات و بررسی پیشینه ی تحقیق 7
2-1- مقدمه 8
2-2- تعاریف کارایی 8
2-3- روش هاي اندازه گیري کارایی فنی 9
2-3-1- روش هاي پارامتري 9
2-3-2- روش هاي نا پارامتري 10
2-4- مقایسۀ رگرسیون وتحلیل پوششی داده ها 10
2-5- مفاهیم کارایی 11
2-6- استفاده ازنسبت دراندازه گیري کارایی 12
2-7- انواع مدل هاي پایه اي (کلاسیک) تحلیل پوششی داده ها : 13
2-7-1- مدل CCR : 14
2-7-2- مدل BCC 21
2-7-3- مدل جمعی ( SBM= Slack Based Model ) 25
2-8- رتبه بندي واحد هاي کارا 26
2-9- روش اندرسون – پیترسون 27
2-10- شبکه های عصبی مصنوعی ( ANNs ) 29
2-10-1- مقدمه 29
2-10-2- شبکه عصبی 30
2-10-3- معرفی شبکه عصبی مصنوعی 31
2-10-4- تاریخچه شبکه‌های عصبی مصنوعی 32
2-10-5- چرا از شبکه‌های عصبی استفاده می‌کنیم؟ 33
2-10-7- ساختار شبکه‌های عصبی 36
2-10-8- تقسیم بندی شبکه‌های عصبی 37
2-10-9- کاربرد شبکه‌های عصبی 38
2-10-10- معایب شبکه‌های عصبی 39
2-10-11- مسائل مناسب برای یادگیری شبکه های عصبی 39
2-11- یادگیری یک پرسپترون 40
2-11-1- آموزش پرسپترون 43
2-11-2- الگوریتم یادگیری پرسپترون 43
2-12- مقایسه آموزش یکجا و افزایشی 44
2-13- شبکه های چند لایه 45
2-14- الگوریتم Back propagation 46
2-15- شبکه های عصبی چند لایه پیش خور 50
2-16- انواع شبکه های عصبی : 53
2-16-1- شبکه عصبی پرسپترون 53
2-16-2- شبکه همينگ 55
2-16-3- شبکه هاپفيلد 57
2-16-4- شبکه عصبی خود سازمانده مدل کوهنن 58
2-16-5- شبکه عصبی تأ خير زمانی 59
2-17- مدل ترکیبی شبکه های عصبی مصنوعی و تحلیل پوششی داده ها (NEURO/DEA ) 60
2-17-1- مقدمه 61
2-17-2- الگوریتم تحلیل کارایی 64
2-17-3- نرمال سازی داده ها 64
2-18- مفاهیم کارایی ، بهره وری و اثربخشی 68
2-19- مروری بر مطالعات انجام شده 70

فصل سوم روش تحقیق 62
3-1- مقدمه 63
3-2- روش تحقیق 63
3-3- جامعه آماری 64
3-4- شیوه گردآوری اطلاعات 65
3-5- مراحل انجام تحقیق 66
3-6- شیوه نرمال سازی 67
3-7- ارزیابی و تحلیل کارایی فنی پالایشگاه های گاز کشور با رویکرد تحلیل پوششی داده ها (DEA ) 67
3-7-1- مدل سازی ریاضی 68
3-7-2- مدل مضربی CCR ورودی محور 69
3-7-3- روش اندرسون – پیترسون بر ای رتبه بندی واحدهای کارا 70
3-8- دلایل استفاده از مدل مضربی CCR ورودی محور در مقایسه با مدل BCC 70
3-9- روش تحقیق مورد استفاده در تحلیل کارایی با مدل های ترکیبی Neuro/DEA 72
3-9-1- مدل مورد استفاده در تحقیق 72
3-9-2- روش به کار گرفته شده در مدل های ترکیبی Neuro/DEA1 و Neuro/DEA2 جهت ارزیابی واحد ها 74

فصل چهارم نتایج و تفسیر آن ها 71
4-1- مقدمه 72
4-2- نرمالیز کردن داده ها 73
4-3- الگوریتم پس انتشار 79
4-4- شبکه پیش سو 81
4-5- جمع آوری داده ها : Neuro – DEA 81
4-6- نرمال سازی داده ها Neuro /DEA 82
4-7- داده های آموزش 84
4-8- داده های تست 84
4-9- عملیات آموزش 86
4-10- نمایش نمودارها 89

فصل پنجم نتیجه گیری و پیشنهادات 87
5-1- محدودیت های انجام تحقیق 88
5-2- نتیجه گیری 88
5-3- تحقیقات آتی 89
منابع و مراجع 90
منابع فارسی 91
منابع انگلیسی 93

فهرست اشکال

شکل 1-1- مقایسه رگرسیون و DEA 9
شکل 2-1- پرسپترون تک لایه 29
شکل 2-2- پرسپترون 30
شکل 2-3- توابعی که پرسپترون قادر به یادگیری آن ها می باشد .30
شکل 2-4- مقایسه آموزش افزایشی و یکجا .32
شکل 2-5- منحنی یادگیری 35
شکل 2-6- نمودار خطا .36
شکل 2-7- شرط پایان الگوریتم BP 36
شکل 2-8- پرسپترون تک لایه 39
شکل 2-9- پرسپترون تک لایه .39
شکل 2-10- شبکه همینگ .40
شکل 2-11- شبکه هاپفیلد 41
شکل 2-12- شبکه کوهنن.42
شکل 2-13- ساختار نرون در شبکه TDNN 43
شکل 2-14- الگوریتم تحلیل کارایی .48
شکل 2-15- شبکه پرسپترون سه لایه .70
شکل 3-1- ورودی و خروجی های پالایشگاه ها .78
شکل 4-1- تابع سیگموئیدی 84
شکل 4-2- مقایسه خروجی های شبیه سازی شده 85
شکل 4-3- مقایسه خروجی ها با داده های تست .86
شکل 4-4- مقایسه کارایی مدل DEA و ANN 86

فهرست جدول

جدول 2-1- مدل جمعی 20
جدول 3-1- معرفی پالایشگاه ها .65
جدول 3-2- مشخصه های متغیرهای تصمیم .66
جدول 3-3- مشخصه های متغیرهای تصمیم 66
جدول 3-4- مشخصه های متغیرهای تصمیم 66
جدول 4-1- اطلاعات ورودی و خروجی سال 93 72
جدول 4-2- اطلاعات ورودی و خروجی سال 92.73
جدول 4-3- داده های نرمال شده سال 93 74
جدول 4-4- داده های نرمال شده سال 92 74
جدول 4-5- کارایی واحدها در سال 92 و 93 75
جدول 4-6- کارایی AP در سال 9275
جدول 4-7- کارایی AP در سال 9375
جدول4-8- ورودی ANN در سال 9279
جدول4-9- ورودی ANN در سال 9379
جدول 4-10- نرمال سازی داده ها 79
جدول 4-11- داده های نرمال شده 80
جدول 4-12- اندیس های مربوط به آموزش 81
جدول 4-13- اندیس های مربوط به تست .81
جدول 4-14- داده های ورودی و خروجی آموزش .81
جدول 4-15- داده های ورودی و خروجی تست .82
جدول 4-16- ارزیابی شبکه آموزش دیده 82
جدول 4-17- صحت فرایند آموزش .83
جدول 4-18- خروجی شبیه سازی شده و واقعی برای تست .83
جدول 4-19- میانگین مربعات خطا 83
جدول 4-20- میانگین مقایسه کارایی خروجی ANN و DEA سال 92 .85
جدول 4-21- میانگین مقایسه کارایی خروجی ANN و DEA سال 93 .85