پایان نامه - مقاله - تحقیق

در سال های اخیر زنجیره تأمین به عنوان موضوعی جذاب برای مدیران و صاحبان صنایع مبدل گردیده و حیات و ممات سازمانها و بنگاههای اقتصادی در گرو فعالیت در قالب زنجیره های در هم تنیده تعریف شده است. از طرفی در محیط پر رقابت امروزی، سرعت بالای تغییر و تحولات بر عدم اطمینان و ابهام حاکم بر تصمیم گیری ها تا حدی افزوده است که سطح بالای عدم اطمینان در زنجیره تأمین، توانایی آن را در پیش بینی شرایط آینده با مشکل مواجه می کند. لذا به منظور برنامه ریزی بهتر و صحیح تر باید به برنامه ریزی قابل اتکا در فضای عدم اطمینان و ابهام پرداخته شود. از جمله رویکردهای جدید و مطمئن رویکرد برنامه ریزی استوار می باشد. در این پژوهش، با در نظر گرفتن شرکت ملی پخش فراورده های نفتی ایران به عنوان یک مطالعه موردی، عملیات انتقال فراورده در این سازمان از مبادی تأمین تا نواحی مصرف به صورت یک زنجیره تأمین در نظر گرفته شده و با در نظر گرفتن عدم قطعیت در تقاضای موجود برای فراورده ها از مدلسازی ریاضی استوار به صورت دو هدفه و با اهداف کاهش هزینه حمل و همچنین کاهش تعداد بارگیری ها استفاده شده است. سپس با توجه به حجم بالای محاسبات و اطلاعات مسئله و عدم امکان استفاده از روشهای حل دقیق، از الگوریتم فرا ابتکاری NS-GAII برای حل مدل پیشنهادی استفاده شده است.

1-2- بیان مسئله

در دنیای رقابتی کنونی مدیریت زنجیره تامین[1]، یکی از مسائل اساسی پیش روی بنگاههای اقتصادی است که تمامی فعالیتهای سازمان را به منظور تولید محصولات و ارائه خدمات مورد نیاز مشتریان تحت تأثیر قرار می­دهد. از این رو توجه به فرصت­ها و تهدیدات موجود در عرصه تجارت و ارزیابی توان سازمان در رویارویی با شرایط عدم اطمینان در این عرصه از اهمیت انکار ناپذیری برخوردار است. در این جریان میزان تولید، فرایند انتقال و عرضه بسیار حایز اهمیت می­باشد. از عوامل مهم بقا در محیط پر رقابت امروزی، كاهش هزینه­های حمل، نگهداری و سایر هزینه ها در این چرخه خواهد بود، همچنین میزان دریافت بهینه از تأمین­کنندگان می­تواند به شكل قابل ملاحظه­ای هزینه­های خرید را كاهش و قابلیت رقابت­پذیری در دنیای استراتژیک کنونی را افزایش دهد. زنجیره تأمین بر تمام فعالیت‌هاى مرتبط با جریان و تبدیل کالاها از مرحله ماده خام (استخراج ) تا تحویل به مصرف کننده نهایى و نیز جریان‌هاى اطلاعاتى مرتبط با آنها مشتمل مى‌شود.

علاوه بر این، یکی از مباحث بسیار مهم در زنجیره تأمین، مبحث عدم قطعیت است. عدم قطعیت (اطمینان) برمبنای نظریه گالبریت[2] به تفاوت بین مقدار اطلاعات مورد نیاز برای اجرای یک وظیفه و مقدار اطلاعات واقعاً در­ دسترس اطلاق می­شود. در فرآیند تصمیم برنامه­ریزی زنجیره های تأمین عدم اطمینان فاکتوری اساسی است که می­تواند بر اثر بخشی پیکره­ بندی و هماهنگی زنجیره تأمین موثر باشد

بسیاری از صاحب­نظران به عدم قطعیت در طراحی زنجیره تأمین را به عنوان یک مبحث باز اشاره کرده اند. سولر[3] بیان می­کند که اغلب تکنیک­های بکار گرفته شده برای طراحی زنجیره تأمین برای مسائل زنجیره تأمینی به کار گرفته شده­اند که تقاضا، هزینه ها، زمان انتظار، و سایر پارامتر­های ورودی آنها کاملاً شناخته شده هستند، در حالی­که سناریو­های زنجیره­تأمین در دنیای واقعی احتمالاً با داده­های تصادفی متأثر از نوسانات تقاضا، داده­های گمشده[4](عدم وجود داده)، و… شناخته می­شوند. چنین مسائلی نیازمند بکارگیری تکنیک­های بهینه­سازی پیچیده­تری هستند که داده­های تصادفی را مدنظر قرار داده و پس از آن به صورت واقع ­بینانه­تری به مسائل تولید و شبکه توزیع در دنیای واقعی بنگرند تا  بتوانند تصمیمات موثرتری اتخاد کنند

در این پژوهش با توسعه یک مدل ریاضی جدید بر اساس الگوی زنجیره تأمین و مسئله حمل و نقل به مطالعه موردی شركت ملی پخش فراورده های نفتی ایران پرداخته شده است. در اینجا با در نظر گرفتن فراورده های نفتی اصلی تولیدی در کشور شامل بنزین، نفت سفید، نفت گاز و نفت کوره و در نظر گرفتن چرخه ی تولید و مصرف آنها که شامل مبادی تأمین، انبارهای واسطه و نواحی مصرف می باشد مسئله تعریف می شود. مبادی تأمین شامل نه پالایشگاه نفت آبادان، اصفهان، اراک، بندرعباس، تبریز، تهران، شیراز، کرمانشاه، لاوان و همچنین دو پایانه ی واردات در شمال و جنوب کشور، می شوند. انبارهای واسطه مشتمل بر 85 انبار اصلی می باشد که در سرتاسر کشور قابلیت دریافت و ذخیره سازی فراورده ها از پالایشگاهها و پایانه های ورودی و همچنین انبارهای دیگر و سپس ارسال آنها به نواحی مصرف را دارند. نواحی مصرف لایه ی نهایی زنجیره و مراکزی جهت تحویل فراورده ها به متقاضیان می باشند. طبق تقسیم بندی های شرکت ملی پخش فراورده های نفتی ایران، 229 ناحیه مصرف در کشور جهت توزیع فراورده های نفتی وجود دارد. مد نظر قرار دادن وسایل مختلف حمل و نقل فراورده ها یکی دیگر از ویژگی های مدل پیشنهادی می باشد، چهار نوع روش حمل مختلف، شامل حمل جاده ای به وسیله ی تانکرهای سوخت رسان (در ظرفیت های متفاوت)، حمل از طریق خط ریلی کشور، حمل از طریق خطوط لوله و همچنین حمل از طریق کشتی های سوخت رسان می باشد که این روشها با ظرفیت های متفاوت، هزینه های متفاوت و بسته به زیرساخت های موجود قابل استفاده می باشند. هدف نهایی مدل پیشنهادی کمینه کردن هزینه های انتقال فراورده های نفتی برای شرکت ملی پخش فراورده های نفتی ایران می باشد، هدف دیگر با توجه به استراتژی های جدید شركت ملی پخش در ایجاد امكان توزیع مستقیم فراورده ها با كمترین تعداد بارگیری جهت داشتن امنیت بیشتر در این بارگیری ها و حفظ اصول تعریف شده در سیستمهای بهداشت، ایمنی و محیط زیست می باشد.  با مد نظر قرار دادن استواری[5] ساختار، مدل پیشنهادی سعی در حل یک مسئله واقعی با ابعاد بسیار بزرگ می کند، که مسلماً روشهای حل دقیق از قبیل شاخه و کران و غیره از حل آن عاجز می باشند. در این پژوهش سپس برای حل مدل از یک روش متاهیوریستیک (NS-GAII) استفاده شده است و بدین ترتیب مسئله ی نقل و انتقال فراورده های نفتی در کشور با در نظر گرفتن متغیر بودن تقاضا و امکان وجود عدم تخمین درست در رابطه با داده های موجود با کامل ترین دیدگاه مرتفع می شود.

پس از انقلاب صنعتی و افزایش رقابت بین تولید­کنندگان و بالا رفتن انتظارات مشتریان نیاز به تحول عظیم در سیستم­های تولیدی احساس شد. در کنار این مساله بوجود آمدن مسائلی چون کاهش زمان راه­اندازی، افزایش حجم تولید، افزایش تنوع قطعات، کاهش هزینه سرمایه­گذاری در ابزار و تجهیزات، کاهش فضای مورد نیاز، کنترل سراسری بهتر و موارد بسیار دیگر، ابعاد جدیدی را در بازار رقابت تولید­کنندگان بوجود آورد که استراتژی تکنولوژی گروهی[1]یكی از راهبردهای طراحی شده برای پاسخ­گویی به این نیازها می­باشد.

 تکنولوژی گروهی یك تکنیک تولیدی است که طی آن قطعات با خصوصیت­های یكسان در یك گروه قرار می­گیرند و مجموعه­ای از ماشین­آلات نیز که برای تولید آنها به کار برده می­شوند به طور مناسبی طبقه­بندی شده و در یك واحد استقرار می­یابند. تولید سلولی[2] یكی از کاربردهای اولیه قواعد تکنولوژی گروهی برای ساخت و تولید می­­باشد که بر مبنای آن هر سلول متشكل از تعدادی ماشین­آلات و تجهیزات تولیدی، قادر به پردازش گروهی از قطعات تحت عنوان خانواده قطعات[3] که دارای فرآیندهای تولیدی مشابه هستند، می­باشد. با ظهور اتوماسیون[4] و سیستم­های یكپارچه کامپیوتری[5]، سیستم­های تولیدی به تدریج مسیر خود را در جهت افزایش انعطاف­پذیری تغییر دادند که سیستم­­های تولید سلولی نیز از این قاعده مستثنی نبودند. سیستم­های تولید انعطاف­پذیر[6] به علت داشتن قابلیت­های بالا در زمینه­های مختلف، به سرعت توانستند جایگزین سیستم­های تولید قبلی شوند. معایبی از قبیل خاص منظوره بودن سلول­ها و نیز تنوع تولید پایین در آنها صاحبان صنایع را بر آن داشت تا با ایجاد اتوماسیون در سلول­ها و افزایش انعطاف­پذیری آن­ها، به قابلیت­های توامان سیستم­های تولید سلولی و سیستم­های تولید انعطاف­پذیر دست یابند. این نوع سیستم­های تولیدی که تحت عنوان سلول­های تولیدی انعطاف­پذیر[7] از آن نامبرده می­شود تا حدودی از اصول اولیه تکنولوژی گروهی (که طراحی سلول­ها براساس آن است) فاصله می­گیرند زیرا اصل متمایز بودن گروه­ها (سلول­ها) در این نوع سیستم­ها کم­رنگ می باشد. بدین معنی که به علت اتوماسیون، سلول­ها قادر به تولید انواع مختلفی از قطعات (خانواده قطعات) می­باشند.

شرکت­ها و موسساتی که به فروش کالاها یا خدمات اشتغال دارند، اغلب با مسئله­ی فروش ظرفیت محدودی از یک کالای خاص در یک افق زمانی محدود روبرو هستند. چنانچه در بازار مشتریان متنوعی وجود داشته باشند که حاضر به پرداخت قیمت­های مختلف در قبال محصول دریافتی باشند، اغلب این امکان وجود دارد که با تنوع بخشیدن به محصول ، اقسام گوناگونی از مشتریان را هدف فروش قرار دهد. بدین ترتیب محصول را با قیمت­های متفاوتی به فروش رساند و به ازای یک محصول در یک زمان خاص یا ارائه­ی خدمات با کیفیتی بالاتر ، وجه بیشتری را از مشتری دریافت کرد. بدین منظور باید نخست درباره­ی نحوه­ی قیمت­گذاری و نیز تعداد محصولات تخصیص یافته به هریک از انواع مشتریان تصمیم گیری کرد. چگونگی انجام این تصمیم گیری­ها، موضوع بحث “مدیریت درآمد” است.

مدیریت درآمد را می­توان بدین صورت تعریف کرد: هنر بیشینه سازی سود حاصله از ظرفیت محدودی از محصولات، در یک افق زمانی محدود، از طریق فروش هر محصول به مشتری مناسب در زمان مناسب و به قیمت مناسب. این مقوله، فعالیت­های نظیر متمایزسازی قیمت ورد کردن برخی از مشتریان در انتظار مراجعه­ی مشتریان سودده تر را شامل می گردد.

در طول دهه گذشته در بسیاری از صنایع، مدیریت درآمد تبدیل به ابزاری حیاتی در بهبود و افزایش سطح سوددهی شرکت­ها شده است. یک شرکت ممکن است سود بسیاری را از دست بدهد فقط به این دلیل که قیمت­های تعیین شده از سوی او برای محصولاتش هم­راستا و هماهنگ با تقاضا نباشد. حجم بسیار زیادی از تحقیقات انجام شده بر یافتن استراتژی بهینه در قیمت­گذاری پویا و تخصیص موجودی با هدف حداکثر کردن سود، تمرکز داشته است. شرکت­های هواپیمایی جزء اولین شرکت­هایی بودند که این گونه استراتژی­های پویا را در عمل پیاده کردند.در این پژوهش یک مسئله توام تولید سلولی – قیمت گذاری توسعه داده شده است. که با تعیین قیمت برای هر کالا در هر رده به منظور حداکثر کردن درآمد با تعیین میزان تولید هر کالا در هر دوره تاثیر آن را بر شکل سلول و نحوه تخصیص قطعات به سلول­ها بررسی می­شود.

در طول سالیان بسیاری، در اکثر سازمان­ها و شرکت­ها، تمامی تمرکز مدیریت، بر فعالیت­های تولیدی بوده و به موضوع نگهداری و تعمیرات (نت)[1]، به چشم یک سربار و مزاحم، نگریسته شده و این نگرش، باعث شده است که فعالیت­های نت، نادیده گرفته شود؛ امّا، در سال­های اخیر، سیاست­های سازمانی و نیازمندی­های کسب و کار، باعث شده تا مدیران، به موضوع نگهداری و تعمیرات، بیشتر توجه کنند. یکی از دلایل اصلی این توجه، آن است که هزینه­های نت در سازمان­ها به یکی از هزینه­های اصلی، تبدیل شده است. فراوانی بسیار زیاد هزینه­های بخش نت در کارخانه­ها، این توان بالقوه را برای مدیریت ایجاد كرده است تا با توجه به مقوله نت، جلوی بسیاری از این هزینه­ها گرفته شود.

از طرفی، جهانی شدن بازار و رشد سریع توانایی گردش اطلاعات، موجب افزایش رقابت جهانی شده است که در نتیجه، برای رقابت

 موفقیت‌آمیز در محیط تجاری رقابتی و آشفته امروزی، سازمان‌ها به عنوان ابزاری برای تأمین سود رقابتی و بقا، روی رضایت مشتریان از طریق افزایش تأکید بر کیفیت محصولات و خدماتشان، متمرکز شده‌اند که لازمه­ی این امر، بهره‌گیری از روش­های نوین نگهداری و تعمیرات در صنایع مختلف است.

همچنین، مدیران، امروزه برای بقا در مواجهه با مسائل محیطی باید با پیچیدگی، تنوع و تغییرات روزافزون دست و پنجه نرم کنند. متدولوژی پویایی­های سیستم در نتیجه تلاش­های انجام شده برای بررسی و رفع موضوعات پویا و مرتبط با سیاست­های بلند مدت که هم در بخش عمومی و هم بخش خصوصی رواج دارد؛ شکل گرفت. پویایی­های سیستم، متدولوژی مطالعه و مدیریت سیستم­های بازخوردی پیچیده مانند سیستم­های موجود در حوزه کسب و کار و سایر سیستم­های اجتماعی است [6].

در این پایان­نامه، یک سیستم نگهداری و تعمیرات به همراه اجزای آن، به طور جامع در راستای پایایی با روش پویایی سیستم، مدل­سازی شده و با استفاده از مطالعات شبیه­سازی، نتایج کنترلی آن با کمک نمودار کنترل CUSUM، مورد تجزیه و تحلیل قرار می­گیرد.

• تعریف موضوع

در عصر حاضر، یکی از بنیان­های اساسی در صنعت و تولید، بدون شک، تجهیزات و ماشین­آلات است. از طرفی، افزایش بهره­وری و کارآیی تولید و دستیابی به استانداردهای جهانی، حفظ و نگهداری از سرمایه­های ملی، رقابت در صحنه­های تولید و حضور فعال­تر در بازارهای داخلی و جهانی، بدون افزایش زمان قابلیت استفاده و بهره­برداری از تجهیزات و ماشین­آلات و سیستم­های تولید و همچنین، کاهش هزینه­های تعمیراتی و زمان از کارافتادگی میسر نخواهد بود. بنابراین، برخورداری از نظام نگهداری و تعمیرات مناسب از مباحث مهم هر صنعت است. تحقق و عمل به نت موجب تداوم خطوط تولید، كاهش هزینه‌ها، مصرف قطعات یدكی، انرژی و نیز افزایش عمر مفید ماشین‌آلات و كارایی‏ آنها خواهد شد. از علائم فقدان نت، كارایی‏ كم و سوددهی پایین است. نگهداری و تعمیرات مانند سایر تجارت‌ها و سازمان‌ها، نه تنها اهداف مناسب را برای سطوح مختلف اجرا بلکه، روش­های معمول را نیز برای دستیابی به این اهداف مشخص می‌كند [1].

امروزه، بسیاری از مسائل و مشکلات جوامع بشری و سیستم­های اقتصادی و اجتماعی ناشی از جزءنگری است. بر طبق تعریف، سیستم عبارت است از مجموعه­ای از عناصر که بر روی یکدیگر تعامل دارند. مشکل از جایی شروع می­شود که سیستم به عوامل اول تجزیه می­شود و با تمرکز بر جزئیات، در پی حل مشکل سیستم برآمده می­شود. غافل از این نکته، که سیستم تجزیه شده فقط مجموعه­ای از عناصر تفکیک شده است و خاصیت سیستم اولیه را که همان تعامل اجزا است، ندارد. اینجاست که لزوم نگاه کل­گرایانه به سیستم مشخص می­شود. تفکر سیستمی، مجموعه مطالبی در مورد روش تفکر بر مبنای درک روابط علّت و معلولی مابین پدیده های اطراف است. به کمک این تفکر، درک بسیاری از وقایع اطراف، ساده­تر و آگاهانه می­شود. روش پویایی سیستم، از نوع مدل­های شبیه­سازی است كه در این مدل­ها، وضعیت فعلی سیستم با توجه به روندها و رفتارهای گذشته، مدل می­شود تا درك بهتری از رفتار سیستم واقعی حاصل شود [6].

1-1- تعریف پلاستیک ها:
واژه پلاستیک دارای ریشه یونانی و مشتق از واژه  Plastikos به معنی “شکل‌دادن یا جای‌دادن درون قالب برای قالبگیری” می‌باشد. انجمن صنعت پلاستیک SPI یک توضیح بسیار دقیق‌تر و مشخص‌‌تر به صورت زیر را ارائه نموده است:
پلاستیکها گروهی از مواد بوده که به طور کامل یا در بخشی از ساختار شیمیایی خود شامل ترکیباتی از کربن با اکسیژن، نیتروژن و هیدروژن و یا سایر عناصر آلی و معدنی می‌باشند. این مواد و در حالت نهایی خود، به حالت جامد تبدیل می‌شوند. در چند مرحله از فرایند ساخت و تولید خود نیز، شکل مایع به خود گرفته و درنتیجه قادر به تشکیل اجسامی سه‌بعدی در شکل‌های گوناگون می‌باشند. فرآیند شکل‌دادن آنها با استفاده از حرارت و فشار می‌باشد.
در حقیقت پلاستیک‌ها موادی جامد و پایدار با منشاء نفت و گاز بوده که امروزه جایگزین بسیار مناسبی برای چوب و فلز و شیشه وسرامیک‌ها می‌باشند. پلاستیک‌ها بخشی از خانواده‌ای بزرگتر از مواد به نام پلیمرها هستند.
2-1- پلیمرها
ساختار پلیمرها متشکل از مولکول‌های بزرگی بوده که از به هم چسبیدن تعداد زیادی مولکول کوچکتر تشکیل یافته‌اند. این مولکول‌های کوچکتر را مونومر و عمل اتصال و پیوند آنها را پلیمر شدن یا جایگیری مونومرها monomer insertion می‌گویند.
 چنانچه واحدهای سازندۀ یک پلیمر (مونومر) از یک نوع باشند، آن را هموپلیمر (homopolymer) و اگر مونومرهای تشکیل دهندۀ یک پلیمر متفاوت باشند به آن کوپلیمر (copolymer) گفته می‌شود.

شکل 1-1 کهرباAmber) ). به شیره فسیل شده درخت گفته می‌شود که معمولاً به خاطر رنگ زیبایش دارای ارزش است. معمولاً ازاین ماده برای ساخت اشیاء تزئینی و جواهر استفاده می‌شود.
1-2-1- دسته بندی پلیمرها
در مهمترین تقسیم بندی پلیمرها به دو گروه تقسیم می‌شوند:
الف) پلیمرهای طبیعی: که حاصل فعل و انفعالات طبیعی هستند. مانند نشاسته، سلولز، کائوچوی طبیعی‌ (لاتکس)، پروتئین‌ها (مانند نخ ابریشم) و انواع صمغ‌ها و رزین‌های طبیعی مثل کهربا(شکل1-1)، سقز،کتیرا، مواد نفتی مثل قیر یا پلی‌ساکارید‌ها مثل قند.
ب)پلیمرهای مصنوعی (سنتزی): یعنی ترکیباتی که توسط انسان به وجود آمده است. مثل الاستومرها، پلاستیک و الیاف مصنوعی، پوشش‌ها و چسب‌ها و …
3-1- انواع پلاستیک ها
پلاستیك‌ها به دو گروه عمده گرماسخت یا ترموست (Thermoset) و گرمانرم یا ترموپلاست (Thermoplastic) تقسیم می‌شوند. پلاستیك‌های ترموست یا گرماسخت با واكنش شمیایی و عملیات حرارتی یا شیمیایی سخت شده، به شكل دائمی درآمده و نمی‌توان آنها را مجددا” نرم نمود. ترموست‌ها دارای سختی بالا، سفتی، مقاومت در برابر حرارت و حلال­های شیمیایی و مقاومت الکتریکی بالایی هستند. ترموست‌ها بر خلاف ترموپلاست‌ها از لحاظ شیمیایی پایدار نبوده و فعالند و با گذشت زمان در آنها اتصالات عرضی ایجاد می‌شود. معمولا به ترموست ها مواد افزودنی از جمله : خاک اره، خاک رس، خاک چینی و الیاف پنبه اضافه می‌کنند. ترموست ها معمولا شکننده هستند اما لاستیک با آنکه یک ترموست می باشد به علت وجود اتصالات عرضی در مولکول های زنجیره ای که به آن “ولگانیزه” می‌گویند و عامل ایجاد اتصال آن گوگرد است؛ شکننده نبوده و توانایی حرکت داشته و کاملا ارتجاعی است. در حقیقت مهمترین خصوصیات آن قابلیت کشش، انعطاف پذیری و برگشت به حالت اولیه می‌باشد برای تهیۀ لاستیک مخلوطی از کائوچو (طبیعی یا مصنوعی) را با گوگرد حرارت داده تا گوگرد در محل اتصال‌های دو گانه با کائوچو ترکیب شده و خواص ویژه و بسیار مهمی را در کائوچو ایجاد می‌کند؛ مانند: مقاومت به حرارت، مقاومت در برابر عوامل جوی و شیمیایی و سایش و خاصیت ارتجاعی. همچنین علاوه بر گوگرد که مهمترین افزودنی است، نرم کننده (پارافین) و دانه های رنگین (پیگمنت) و تقویت کننده (دوده) و پرکننده ها مثل پودر تالک را هم به لاستیک اضافه می‌کنند.
 پلاستیكهای ترموپلاست یا گرمانرم موادی بوده كه در هنگام سردسازی، سخت شده و با حرارت دادن دوباره می‌توان آنها را نرم و قالب‌گیری نمود.
4-1- اصلاح خواص در پلاستیک‌ها
 از قابلیت‌های دیگر پلاستیک‌ها این است که می توان خواص آنها را بهبود بخشید. این عمل با استفاده از افزودنی‌ها و انجام عملیات حرارتی امکان‌پذیر می‌باشد.
1-5-1- افزودنی ها
 به كمك مواد افزودنی، ‌عمر مواد و قطعات، افزایش یافته، ویژگی‌های فیزیكی و مكانیكی آنها اصلاح شده، فرآیند آنها به میزان قابل توجه آسان گردیده، افت کیفیت آنها كنترل شده، و از آسیب‌پذیری مواد در برابر امواج گوناگون جلوگیری به عمل می‌آید. همچنین می‌توان به نسبت موارد مورد نیاز،‌ آنها را به الكتریسیته و حرارت، رسانا یا نارسانا نمود و آنها را از حملات میكروبیولوژیكی مصون داشت. این مواد عبارت از پایداركننده‌ها، پركننده‌ها، رنگدانه‌ها، مواد رهاكننده از قالب، مواد ضد میكروب، مواد اصلاح كننده ضربه پذیری، كمك فرایندها، مواد ضد الكتریسیته ساكن، مواد ضد آتش و دود، پراكسیدهای آلی، ضد اكسیدكننده‌ها، نرم كننده‌ها، مواد اسفنجی كننده، مواد فعال كننده سطحی، پایدار كننده‌ها بوده که هرکدام جهت ایجاد خصوصیات مطلوب به پلاستیکها اضافه می‌شود.
2-5-1- عملیات حرارتی
یکی دیگر از روش‌های بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی پلاستیک‌ها، استفاده از عملیات حرارتی می‌باشد. در عملیات قالب‌گیری، ماشینكاری، پرداخت‌كاری و دیگر عملیات تولیدی كه بر روی پلاستیك‌ها و كامپوزیت‌ها انجام می‌شود، تنش‌های داخلی در آنها به وجود می‌آید. استفاده از مواد شیمیایی(مثل چسب­ها) در این عملیات نیز باعث حساس شدن و ترك خوردن قطعات خواهد‌شد.
سرد شدن سریع قطعات پلاستیكی قالب‌گیری شده پس از خروج از قالب یا پس از انجام عملیات بازپخت (در تولید قطعات از مواد ترموست) نیز در آنها تنش‌های داخلی به وجود می‌آورد. زیرا پس از اتمام این عملیات هنوز واكنش‌های شیمیایی پلیمریزاسیون ادامه دارد. قطعات كامپوزیتی را معمولا” پس از فرم دادن، درون قالب با جیگ مخصوص قرار می‌دهند تا كلیه عملیات بازپخت بر روی آنها انجام شده و واكنش‌های شیمیایی درون آنها به اتمام برسد و با محیط هم دما شوند.
3-5-1- لزوم انجام عملیات حرارتی روی پلاستیک‌ها
برای رفع تنش‌های داخلی بوجودآمده در  قطعات پلاستیكی و كامپوزیتی، می‌توان از  عملیات حرارتی استفاده نمود. برای این منظور قطعه را با استفاده از یک سیکل زمانی و دمایی مشخص گرم و سپس سرد می‌نمایند. روند سرد کردن مواد نیز دارای اهمیت زیادی بوده و باید ماده را با یک سیکل مشخص به آرامی سرد نمود. قطعات ماشینكاری شده پلاستیكی و جوشکاری شده معمولا قبل از مونتاژ یا استفاده نهایی، نیاز به انجام عملیات حرارتی دارند زیرا در عملیات قالب‌گیری، ماشینكاری،پرداخت‌كاری و دیگر عملیات تولیدی نظیر جوشکاری هات‌پلیت كه بر روی پلاستیك‌ها و كامپوزیت‌ها انجام می‌شود، امکان ایجاد تنش‌های داخلی وجود دارد. سرد شدن سریع قطعات پلاستیكی قالب‌گیری شده پس از خروج از قالب یا پس از انجام عملیات بازپخت نیز در آنها تنش‌های داخلی به وجود می‌آورد، به این دلیل که پس از اتمام این عملیات هنوز واكنش‌های شیمیایی پلیمریزاسیون ادامه دارد. آنیلینگ علاوه بر بهبود خواص مکانیکی می‌تواند باعث بهبود خواص ظاهری قطعات یا الیاف نیز شود .
بنابراین یکی از مهمترین نتایج انجام عملیات حرارتی، از میان بردن تنش‌های پسماند است. در مواردی هدف از آنیل‌کردن قطعات، رفع تنشهای پسماند (برای رسیدن به پایداری ابعاد و عمر بیشتر قطعه) و گاهی نیز با اینکه به علل دیگر عملیات‌حرارتی آنیل انجام می‌شود. به عنوان مثال پلیمر به کار رفته در پوشش صفحات خورشیدی آنیل شده تا با از بین‌بردن پدیده‌ای به‌نام شکست مضاعف (Birefringence)، نور بیشتری از خود عبور داده و راندمان آن بالاتر رود. یا اینکه در صنعت نساجی نیز با انجام عملیات‌حرارتی، و از میان بردن شکست مضاعف، الیاف با کیفیت ظاهری بهتر و شفاف‌تر تولید شده و از چروکیدگی انقباضی (Shrinkage) الیاف کاسته می‌شود.
با کمک عملیات حرارتی می‌توان به خواص مکانیکی بهتر مثلا چقرمگی بیشتر و مقاومت به ضربه بالاتر دست یافت که البته سیکل عملیات وابسته به نوع ماده بوده و باید به طور دقیق انتخاب شود. زیرادر غیر این صورت امکان ایجاد نتیجه برعکس وجود دارد. انتخاب دمای بالا – بیش از چیزی که مورد نیاز است- باعث افت کیفیت پلاستیک بر اثر از هم پاشیده شدن ساختار آن و اکسیداسیون (دگر‌شوی) شده که معمولا” سیکل حرارتی بهینه برای رسیدن به این منظور توسط شرکت تولید‌کننده پلاستیک به صورت کاتالوگ عرضه شده که می‌توان از آن برای رسیدن به نتیجه بهتر استفاده کرد.  
به عنوان مثال، ترموپلاستیک پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) که یکی از ترموپلاستیک‌های پر‌مصرف بوده، به دلیل خواص آب‌بندی خوب، پایداری شیمیایی و عملکرد مناسب در دماهای زیر صفر و در عین حال قیمت ارزان، گزینه مناسبی برای تهیه ظروف آب و دیگر نوشیدنی‌ها می‌باشد.ولی مشکلی که این ماده دارد مقاومت به ضربه کم آن بوده که برای رفع آن هم می‌توان از مواد افزودنی و کوپلیمر کردن آن استفاده نموده و هم از عملیات‌حرارتی استفاده نمود. در صنعت به این منظور از کوره‌های خاصی استفاده می‌نمایند که می‌توان آنها را بسته به روش گرمایش و تعداد بطری در ساعت دسته‌بندی کرد. (شکل‌های 1-2و 1-3). شکل 1-2 کوره­هایی ساخت شرکت Radiant Energy Systems,Inc را نشان می­دهد که قادر به آنیلینگ بطری­های پلاستیکی با نرخ ۱۴۰ بطری در ساعت می­باشند. الف:استفاده از اشعه فروسرخ  و ب:استفاده از هوای داغ.
شکل1-3 نیز کوره­های دیگری ساخت همین شرکت را نشان می­دهد که الف: از تابش فروسرخ برای آنیلینگ بطری­های پنج گالنی و ب: از هوای داغ برای آنیلینگ استفاده میکند و مخصوص بطری‌های آب از جنس پلی‌کربنات که با روش قالب‌گیری دمشی ساخته شده‌اند.

‌ای بر لوله ورتکس
لوله ورتکس[1] که بعضاً با نام‌هایی چون لوله ورتکس رنک–هیلش یا لوله رنک-هیلش شناخته می‌شود اختراع مبتکرانه ایست که ایده آن توسط دو دانشمند فرانسوی و آلمانی به نام‌های جورجس جوزف رنک[2] و ردلف هیلش[3] به طور مستقل در خلال سال‌های جنگ جهانی دوم در اروپا مطرح شد[1].
لوله ورتکس یک وسیله ساده مکانیکی است که فاقد قسمت‌های متحرک بوده و یکی از تجهیزات مورد استفاده در سیستم تبرید می‌باشد، که در آن یک سیال پرفشار از طریق نازل‌های ورودی وارد لوله ورتکس شده و به دو جریان با دمای کمتر، و بیشتر از دمای ورودی منشعب می‌شود، (بدون هیچ‌گونه واکنش شیمیایی یا دخالت منبع خارجی انرژی ) بدین صورت می‌توان دماهای تا 40- درجه سانتی‌گراد را ایجاد کرد. لوله ورتکس شامل بخش‌هایی از قبیل یک یا چند نازل ورودی یک محفظه ورتکس[4] یک اوریفیس در انتهای سرد[5] شیر کنترل در انتهای گرم[6] و یک لوله می‌باشد (شکل1-1). وقتی سیال پرفشار بصورت مماس توسط نازل‌های ورودی به محفظه ورتکس تزریق می‌شود، یک جریان چرخشی در محفظه ورتکس ایجاد می‌شود. وقتی چرخش جریان سیال به سمت مرکز محفظه ورتکس ادامه پیدا می‌کند، سیال منبسط و سرد می‌شود. در محفظه ورتکس بخشی از سیال به سمت خروجی گرم می‌چرخد و بخش دیگر سیال مستقیماً در خروجی سرد موجود است. بخشی از گاز موجود در لوله ورتکس به خاطر مؤلفه محوری سرعت بر می‌گردد و از انتهای گرم به انتهای سرد حرکت می‌کند. در خروجی گرم سیال با دمای بیشتری خارج می‌شود درحالی‌که در خروجی سرد، سیال دمای کمتری در مقایسه با دمای ورودی دارد[2]. لوله ورتکس در مقایسه با دیگر وسایل موجود در سیکل تبرید مزایایی دارد از قبیل: سادگی، فقدان اجزای متحرک، عدم حضور جریان الکتریسیته، عدم انجام هیچ‌گونه واکنش شیمیایی، نگهداری آسان، تأمین فوری هوای سرد، پایداری عملکرد (به خاطر استفاده از فولاد ضد زنگ و محیط کار تمیز) و تنظیم دما. همچنین وابستگی به گاز فشرده و بازده گرمایی پایین ممکن است برخی از کاربردهای آن را محدود کند.

2-1- برخی از کاربردهای لوله ورتکس
اگرچه با وجود اینکه تا کنون اثبات قاطعانه‌ای در مورد حالت انتقال حرارت در داخل لوله ورتکس صورت نگرفته و علیرغم درک ناقص این پدیده،اخیراً لوله ورتکس، با کاربرد خنک سازهای موضعی در مقیاس‌های کوچک و بصورت تجاری توسعه زیادی یافته‌اند. امروزه تعداد قابل‌توجهی از شرکت‌های تولیدکننده وجود دارند که از تئوری لوله ورتکس بصورت کاربردی و موثر به عنوان یک راه حل در کاربردهای صنعتی بهره می‌گیرند. از جمله این شرکت‌ها می‌توان به Exair و ITW Vortec اشاره کرد که هر دو در ایالات‌متحده مشغول به فعالیت می‌باشند. این شرکت‌ها محصولات خود را بر اساس محدوده مختلفی از کاربردها و بر اساس کیفیت‌های زیر از فن آوری لوله ورتکس عرضه می‌کنند:
– سرمایش پاک
– نگهداری آسان –فقدان اجزای متحرک
– دمای پایدار خروجی
– سرمایش، بدون نیاز به الکتریسیته و مبرد
– قابل‌اطمینان، فشرده و سبک‌وزن
– قیمت ارزان
با وجود اینکه موارد زیادی برای کاربردهای لوله ورتکس، به عنوان خنک ساز و گرماساز موضعی وجود دارند (که در ادامه تشریح خواهد شد) اما همچنان نیز می‌توان ایده‌های مبتکرانه‌ای در مورد کاربردهای لوله ورتکس ارائه داد. در شکل (1-2) یک نمونه از مدل تجاری لوله ورتکس ساخت شرکت Exair نشان داده شده است.
1-2-1- کاربردهای خنک ساز موضعی
لوله‌های ورتکس دارای محدوده وسیعی از کاربردهای خنک ساز موضعی در خطوط تولید ماشین‌آلات و فرآیندها می‌باشند. یک نمونه از آن تفنگ هوای سرد با اساس مغناطیسی می‌باشد که به عنوان جایگزین ماده خنک‌کننده در فرایندهای ماشین‌کاری مورد استفاده قرار می‌گیرد و در شکل (1-3) نشان داده شده است.
برخی دیگر از کاربردهای خنک ساز موضعی شامل موارد زیر می‌شود:
– خنک کردن قالب‌های تزریق پلاستیک
– عملیات رطوبت زدایی گاز
– عملیات آب بندی حرارتی
– خنک کردن کابین کنترل محفظه‌های الکتریکی، که در شکل‌های (1-4) و (1-5) توضیح داده شده است.
– خنک‌سازی لنزهای دوربین‌های عکاسی که در شکل (1-6) نشان داده شده است.
2-2-1- کاربردهای گرما ساز موضعی
با استفاده از هوای گرم خروجی، برخی از کاربردهای گرمایش موضعی شامل موارد زیر می‌شود:
– تنظیمات چسب ها و لحیم ها
– خشک کردن جوهر روی برچسب‌ها و بطری‌ها
3-2-1- تجهیزات آزمایشگاهی لوله ورتکس
تجهیزات آزمایشگاهی برای استفاده در آزمایشگاه ترمودینامیک و مکانیک سیالات به صورت آزمایشگاهی موجود است که توسط شرکت P.A.Hilton Ltd واقع در بریتانیا تولید می‌شود، که یک نمونه از آن در شکل (1-7) مشاهده می‌شود.
4-2-1- تهویه مطبوع شخصی
لوله‌های ورتکس می‌توانند به صورت جلیقه هوا، همان طور که توسط شرکت ITW Vortec به فروش می‌رسند، به منظور توزیع هوای سرد یا گرم در قسمت بالاتنه بدن، مورد استفاده گیرند، که در شکل (1-8) نشان داده شده است.
3-1- نظریه های رایج در مورد لوله ورتکس
قدیمی‌ترین نظریه بکار رفته در مورد لوله ورتکس نخستین بار توسط هیلش پیشنهاد شد. وی پیشنهاد کرد که گرادیان‌های سرعت زاویه‌ای در راستای شعاعی منجر به ایجاد گشتاور اصطکاکی بین لایه‌های مختلف جریان در حال چرخش می‌شوند، که در نتیجه شاهد انتقال انرژی توسط کار برشی، از لایه‌های داخلی به سمت لایه‌های خارجی خواهیم بود. اگر چه این نظریه به صورت کامل حالت انتقال حرارت در داخل لوله را توصیف نمی‌کند.
به منظور تکمیل این نظریه، یک فرضیه از سوی آلبرن و همکاران [6-8] مطرح شد که حاکی از وجود یک میدان جریان ثانویه می‌باشد که در انتقال انرژی در داخل لوله ورتکس نقش دارد که در ادامه به تفصیل در مورد آن بحث خواهد شد.این فرضیه بیان می‌کند که یک میدان جریان سیال اولیه، شامل گردابه های داخلی و خارجی وجود دارد که طول لوله را پوشش می‌دهد، از سوی دیگر یک حلقه جریان ثانویه نیز وجود دارد که گرما را بین این دو جریان گردابی انتقال می‌دهد که به صورت مبرد در یک سیکل ترمودینامیکی باز عمل می‌کند. که در ادامه به ذکر جزئیات آن پرداخته خواهد شد.این نظریه همچنین توسط گائو و همکاران [9] نیز حمایت شد که بر اساس مشاهدات تجربی مطالعاتی در این زمینه به انجام رسانده بودند.
[1] Vortex Tube
[2] Georges Joseph Ranque
[3] Rudolf Hilsch
[4] Vortex Chamber
[5] Cold End Orifice
[6] Hot End Control Valve