terça-feira, 17 de Outubro de 2017

 
Carga & Mercadorias
10-10-2017

Simulação em operações e no design de terminais de contentores
À medida que a movimentação de contentores continua a crescer a nível mundial, bem como o tamanho dos navios e o número de movimentos que fazem por escala, os terminais são hoje confrontados com mais desafios para conseguirem competir com seus concorrentes. Para acomodar este crescimento, têm sido alargados alguns terminais e continua a construção de novas instalações.



A fase de design de um terminal desencadeia algumas perguntas sobre o layout, a produtividade esperada, as estratégias operacionais de armazenamento, o sistema operativo do terminal e os equipamentos a usar. Uma das principais questões é como podemos reduzir os custos operacionais. A performance de um novo terminal ou o upgrade de instalações já existentes pode ser incrementada recorrendo à simulação e os seus custos operacionais podem também ser reduzidos.

Simulação
Embora a simulação seja cada vez mais utilizada nos terminais de contentores mais avançados, não é ainda tão comum como na indústria automóvel por exemplo, onde nem os mais pequenos investimentos são feitos sem passar por uma grande fase de testes e simulações. Não é de estranhar, sabendo que por cada euro gasto em simulação cerca de dez são salvos.

Mas em que consiste exatamente a simulação? A essência da simulação é fazer um modelo da realidade (futura) dentro do âmbito dos objetivos. Com estes modelos, podem ser realizadas todos os tipos de experiências. Geralmente, a simulação é usada para avaliar o efeito de diferentes alternativas, por exemplo, uma operação com “straddle carriers” versus uma operação com RTG’s e camiões. No entanto, a simulação pode ser aplicada em muitos outros casos.
Em geral, um projeto de simulação é composto por quatro etapas:
1. Especificação e desenvolvimento do modelo
2. Validação do modelo
3. Testes com o modelo
4. Análise dos resultados

Através da animação, podemos visualizar o comportamento do sistema, e as pessoas envolvidas são depois capazes de validar o seu funcionamento mais facilmente.

O desenvolvimento de novos terminais de contentores e o “upgrade” dos existentes
Que “layout”, que tipo de equipamento e quantos devo comprar para ter baixos custos por movimento, um nível de investimento aceitável e ainda assim ser competitivo?
Estas são as principais questões para uma equipa de desenvolvimento de um novo terminal de contentores. No processo de tomada de decisão em torno dessas questões, a simulação pode desempenhar um papel de apoio em relação aos seguintes aspetos:
1. Determine as dimensões do terminal (ex. comprimento do cais, tamanho da área de parqueamento).
2. Determine o tipo de equipamentos de movimentação (equipamento / operação / “layout”).
3. Design do sistema operativo do terminal (TOS).

O primeiro passo é determinar as principais dimensões do terminal. Aqui, aplicamos uma abordagem de fora para dentro, tendo os fluxos de contentores que atravessam o terminal (padrão de chegada dos navios, fluxo de comboios, fluxo de camiões, dwell time) como ponto de partida.

Deste modo, podemos analisar o nível de serviço (tempo de serviço dos navios, produtividade do navio e o número de gruas por navio) sob diferentes configurações do terminal (comprimento e número de pórticos de cais, produtividade por grua).
Normalmente, simulam-se as operações para um período de um ano, criando uma imagem desse serviço nesse intervalo. No decorrer do ano, as variações no armazenamento em parque (efeitos sazonais, picos de movimentação), na ocupação do cais (devido aos atrasos dos navios e na quantidade de movimentos por escala) e a ocupação dos pórticos de cais podem ser facilmente observados, dando uma imagem mais composta do serviço que o terminal irá proporcionar.

Vista como uma entrada importante para o próximo passo (determinação do tipo de equipamentos de movimentação de cargas), o modelo cria uma imagem da movimentação nos picos (na linha de cais, mas também na entrega e receção de contentores por comboio ou camião). Esses picos são importantes para determinar a quantidade de equipamentos necessários para abastecer os pórticos de cais com contentores suficientes durante essas situações de enorme fluxo.

Com base nos resultados, podem ser tomadas decisões sobre o comprimento do cais, o número de pórticos de cais a afetar à operação, a produtividade que as gruas têm que alcançar para realizar uma determinada produtividade contratada (SLA), políticas de armazenamento e as condições de movimentação durante os picos (ver figura 1).



O segundo passo é mais abrangente, no sentido de que existem muitas variáveis envolvidas. A escolha de um determinado sistema de movimentação influencia o layout e o tipo de equipamentos para as várias operações. Basta pensar no número de camiões ou RTG’s/RMG’s, no número de equipamentos para carregar comboios, no número de vias de entrada nas portarias por exemplo, ou nas diferentes estratégias operacionais para gestão do parque de contentores. Estas estratégias são cada vez mais importantes no caso dos terminais automatizados, uma vez que muitas tarefas são orientadas por computadores para equipamentos autónomos.

Numa relação estreita, o TOS deve ser considerado uma peça chave na gestão (passo três), uma vez que apenas um TOS abrangente e que inclua todos os fluxos operacionais, conseguirá fazer uma gestão eficiente dos equipamentos e das tarefas a executar a cada momento.

Um exemplo disto é uma comparação recente realizada entre equipamentos operados manualmente (Shuttle Carriers-SHC), transportadores automáticos (Automated Shuttle Carriers-ALV) e os Lift-AGV (atualmente usados nos dois novos terminais em Roterdão-Maasvlakte 2).

Combinando estes três sistemas com uma área de parqueamento automatizada de alta densidade, operada por ARMG’s (Automated RMG’s), em termos de produtividade estes três sistemas alcançaram o mesmo nível de desempenho (40 mph), mas com diferentes números de equipamentos afetos à operação. No pico da operação, a relação entre SHC, ALV e Lift-AGV foi 2,5 / 3,5 / 4 (por pórtico de cais).



Os equipamentos automatizados são mais sensíveis à complexidade da operação em termos de velocidade operacional. Posteriormente, é necessário comparar o CAPEX (investimento) necessário para cada sistema, bem como o OPEX (Despesas Operacionais). Essas questões são relevantes não só no desenvolvimento de um novo terminal, mas também no upgrade de um terminal já existente ou quando se altera o sistema de movimentação de mercadorias ou ainda o “layout” do terminal.

Muitos terminais, por exemplo, já consideram mudar o seu sistema de movimentação de mercadorias em parque de modo a aumentar a densidade de parqueamento e, portanto, aumentar a capacidade de movimentação do terminal.

À medida que as linhas de navegação solicitam níveis de serviço mais elevados, os terminais precisam de ser projetados de modo a atingir objetivos mais diversificados. A produtividade dos pórticos de cais deve subir, a densidade de parqueamento deve aumentar, os custos operacionais devem diminuir e o serviço de entrega e receção de mercadorias deve ser melhorado.

Para criar sistemas de movimentação que cumpram esses requisitos, o uso da simulação é essencial para separar as soluções boas das potencialmente más, priorizar medidas de melhoria, pois por norma, nem todas as funcionalidades podem ser implementadas e finalmente, criar um teste relativamente barato num ambiente seguro de tentativa-erro para prototipagem e teste de novas soluções para hardware e software. Mas a simulação é útil não apenas para testes. Separa também soluções viáveis das não viáveis e avalia o contributo das soluções para os objetivos gerais, colocando sempre o desempenho completo do sistema - e não o desempenho individual dos componentes - como indicador chave. Além disso, fornece um ambiente onde se pode avaliar de várias maneiras e com diferentes cenários, operações em situações de pico e fora delas e em caso de avaria de equipamentos. No final, isso levará a menos problemas de inicialização do projeto, soluções pensadas e debatidas em ambiente de teste, maior robustez do software, levando assim a uma redução do risco (ver figura 2).



A chave para apoiar essas decisões através da simulação é modelar o equipamento e os procedimentos operacionais com bastante detalhe. Muitas tentativas não espelham a realidade, porque os detalhes que tornam a operação complicada (a sequência de carregamento dos contentores num navio, as regras de movimentação e de atribuição de equipamentos) são deixados de fora.

Devemos ter uma abordagem em que esses aspetos são considerados, de modo que os resultados da simulação estejam próximos da realidade operacional. É essencial uma estreita cooperação entre a equipa de modelação e os operadores do terminal para chegar a um modelo válido. O resultado desses tipos de modelos geralmente consiste em:
– Produtividade de todos os equipamentos (Pórticos de cais, RTG/RMG, etc.).
– Tempos de serviço-Dwell time (por exemplo, de transportadores e comboios).
– Taxas de ocupação do equipamento, mas também das zonas de armazenamento.
– Horas de funcionamento dos equipamentos.
 
Otimização da operação diária
Num terminal cada dia é diferente de todos os outros. Ainda assim, vale a pena explorar as possibilidades de usar diferentes modelos para melhorar as operações do dia a dia.

Com os modelos de simulações mais abrangentes, capazes de retratar procedimentos operacionais reais, de lidar com dados operacionais reais, de seguir o movimento individual de cada contentor no terminal e ainda no processo de tomada de decisão na sua alocação na zona de armazenamento de acordo com o perfil do contentor, surge assim uma ótima oportunidade para aplicar esses modelos na análise e aprendizagem com as operações do passado e aplicar no planeamento futuro.
– As perguntas sobre o uso de equipas e equipamentos, dada uma determinada operação em cais, entregas e receções e movimentos de portaria, podem assim ser respondidas.
– As decisões relativas à preparação antecipada das áreas de parqueamento (housekeeping) podem ser avaliadas na vertente dos custos e na sua contribuição para a produtividade da operação final.
– As mudanças em relação aos procedimentos operacionais, como “pool’s” ou partilha de parte do equipamento, realocação em tempo real de equipamentos e dimensionamento das equipas podem ser quantificadas.
– Estratégias operacionais para operações de parque podem ser definidas, avaliadas e ajustadas, para aumentar a densidade de parqueamento e reduzir a distância de viagem e movimentos desnecessários (shuffles).

O resultado dessas análises pode ser retornado ao TOS, e servir para todos os intervenientes nas operações, desde os gestores, aos coordenadores e operadores. Ao usar dados reais e operações reais (realidade virtual), o valor desses exercícios aumenta consideravelmente, porque torna-se muito mais fácil refletir o resultado nas próximas operações. Alguns estudos recentes estimam aumentos de 15% na produtividade recorrendo à partilha de recursos (pool’s de equipamentos), potenciando deste modo uma redução do custo operacional. Do mesmo modo, uma gestão eficiente de tarefas aliada a estratégias de parqueamento geridas por algoritmos eficientes pode levar a uma redução do uso de equipamentos em 20% em média, atingindo os mesmos níveis de produtividade.

Observações finais
As operações nos terminais de contentores são hoje altamente complexas. A automação veio adicionar ainda mais complexidade a estes processos. As ferramentas de otimização que tratam a operação como um processo determinista são difíceis de aplicar, porque em tempo real a operação por vezes difere muito da situação planeada.

Assim, as ferramentas que consideram explicitamente as dinâmicas de uma operação em tempo real devem ser favorecidas sobre outras. A simulação é uma ferramenta capaz de representar e visualizar as operações nos terminais de contentores - tanto os processos físicos como as políticas de armazenamento e movimentação de equipamentos.

Aplicar as técnicas de simulação faz com que as decisões relativas ao investimento no cais e em gruas, a escolha do sistema de movimentação de contentores e a configuração do sistema de controlo de um terminal sejam mais consistentes e ponderadas.

Em resumo, o uso de software de simulação possibilita a redução do risco de desenvolvimento de um novo terminal e a melhoria dos já existentes. Se a simulação for aplicada, devemos certificar-nos de que as características específicas de uma operação estão representadas nesse modelo e que o mesmo representa fielmente a realidade, caso contrário, o risco de falhar pode estar a um pequeno passo tornando os esforços inúteis.

O que precisamos saber sobre simulação
Como em todos os projetos, devemos DEFINIR OS OBJETIVOS e medi-los.
• A VALIDAÇÃO é a chave para obter resultados com valor;
• A simulação não é a realidade, devemos usar sempre o SENTIDO COMUM na avaliação dos resultados;
• A animação ajuda as pessoas a entender o modelo de simulação e a validar o seu funcionamento. Embora a animação custe tempo e dinheiro, é uma parte essencial do projeto de simulação, devemos por isso fazer USO DA ANIMAÇÃO.
• Como na realidade, os resultados de uma simulação individual diferem de acordo com os eventos aleatórios. NÃO DEVEM SER TIRADAS CONCLUSÕES COM BASE NUMA ÚNICA SIMULAÇÃO.

por Yvo Saanen e Pedro Galveia
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