Problemstellung
Das Volumen des Frachtverkehrs in russischen Häfen vervierfachte sich im Zeitraum von 2000 bis 2016. Das Wachstum des Frachtverkehrs machte den Bau neuer, moderner Terminals notwendig. Eine weitere Herausforderung war in diesem Zusammenhang die Wahl zwischen der Schaffung neuer Terminals und der Modernisierung vorhandener Terminals. Diese Wahl hing weitestgehend von der Qualität der während der Konzeptphase erarbeiteten Lösungen ab, die auch eine Reduktion der für die Anlagenkonstruktion aufzuwendenden Kosten und eine Vermeidung von bedeutenden Materialkosten für den weiteren Betrieb zum Ziel hatten.
Die Verwaltungsgesellschaft des Seehafens Novorossiysk plante einen Ausbau des bestehenden Handelsterminals für eine Steigerung der Kapazität auf 1,2 Millionen Tonnen pro Jahr. Für die Projektumsetzung beauftragte die Gesellschaft die Ingenieursfirma Morstroytechnologiya mit der Planung des Seecontainerterminals.
Simulationsmodell für die Planung eines
Seecontainerterminals (zum Vergrößern anklicken)
Bei der Entwicklung von Simulationsmodellen für Containerterminals müssen die erforderlichen technischen Merkmale des Frachtterminals einschließlich der Kapazität und des Durchsatzes von Lagerhallen und Frachtfronten sowie die spezifischen Merkmale des Terminals (z. B. die durchschnittliche Anzahl der Lagerebenen) ermittelt werden. Diese Parameter werden entsprechend der Menge und der jährlichen Frachtverkehrsstruktur bestimmt.
Früher wurden in der Planungsphase für Seecontainerterminals Analysemethoden verwendet, die jedoch erheblichen Einschränkungen unterliegen. Erstens umfassen sie nur die grundlegenden Wahrscheinlichkeitsverteilungen und definieren am Ausgang nur Durchschnittsindikatoren. Wahrscheinlichkeitsverteilungen beinhalten nicht die Möglichkeit, mit dem Schiffsankunftszeitplan zu arbeiten und sie erlauben nicht die Berücksichtigung zufälliger Faktoren, wie Ausfälle von Ausrüstungsgegenständen, eine lokale Verletzung des Schiffsankunftszeitplans, Verzögerungen innerhalb des Zeitrahmens und schlechte Wetterbedingungen. Zweitens bieten sie keine Werkzeuge an, um die Verteilung von Ressourcen unter Transportvorgängen zu bewerten und somit die optimale Anzahl von Fahrzeugen zu bestimmen. Die Unregelmäßigkeiten im Schiffsankunftszeitplan sowie der Verladungsmenge und der Verladungsanzahl führen daher zu einer ungleichen Verteilung der Fracht innerhalb des Lagers. Wenn die Lager gefüllt sind, erhöht sich die Gesamtzeit der Warenabholung, da Transport und Logistik im Terminal zusätzlichen Anforderungen unterliegen.
Die Simulationsmodellierung eines Containerterminals ermöglicht es Benutzern, diese Unzulänglichkeiten zu vermeiden und genauere und realisierbare Berechnungen durchzuführen. Um ein solches Simulationsmodell zu erstellen, suchte Morstroytechnologiya den Rat von Beratern.
Zunächst mussten die Berater einen qualitativ hochwertigen Güterverkehrsservice mit der effizienten Nutzung der Terminalkapazitäten koordinieren. Hierzu war folgendes erforderlich:
- Eine Bestimmung der technischen Eigenschaften von Objekten innerhalb des Terminals.
- Eine Bestimmung der optimalen lokalen Logistik innerhalb des Terminals.
- Die Einbeziehung der Struktur und des Inhalts des Frachtverkehrs in das Modell.
- Eine Überprüfung der Effizienz der vorgeschlagenen Lösungen.
Zu diesem Zweck verwendeten sie Simulationsmodellierung mit AnyLogic.
Lösung
Bei der Erstellung des Simulationsmodells des Containerhafens wurden folgende Strukturelemente des Terminals angegeben:
- Sea Cargo Front (MGF)
- Railway Cargo Front (ZHF)
- Motor Vehicle Front (AGF)
- Lager
- Einlaufhäfen
- ZHF Pufferzone
Die Berater legten die folgenden Parameter für das Modell fest:
- Die Zeitpläne für die Bewegung externer Fahrzeuge auf den Ladeflächen.
- Struktur des Containerfrachtverkehrs per Schifffahrtsgesellschaft, unterteilt in Importe/Exporte und nach Containertyp.
- Die Parameter für die Intraport-Logistik. Das Modell ermöglichte es den Beratern, die zulässigen Längen von Warteschlangen festzulegen und verschiedene Lagerlayouts, die Menge die Lagerausrüstung, die Arbeitsintensität, den Lagerbereich und die Höhe zu berücksichtigen.
Die Containerterminalsimulation in der AnyLogic Umgebung hatte einen weiteren Vorteil. Es gab zusätzlich die Möglichkeit, Daten über MS-Excel-Tabellen (Access) einzugeben. Hierdurch konnten die Berater nicht nur mit einfachen numerischen Parametern (Bewegungsgeschwindigkeit der Fahrzeuge), sondern auch mit komplexen Datenstrukturen arbeiten (Schiffsankunftszeitplan, Ladungsvolumenverteilung).
Bei der Arbeit mit dem Planungsmodell für Seecontainerterminals konnten die Spezialisten eine Änderung einer Reihe dynamischer Parameter beobachten:
- Export- und Importfrachtverkehrsvolumen
- Containerlagerebenen
- Transportzeit zum Terminal
- Grad der Nutzung technischer Ausrüstungsgegenstände
- Wartezeit für den Transportservice
- Länge der Haupt- und Intraport-Transportwarteschlangen
Die Simulationsergebnisse wurden in drei Formaten präsentiert: Als Grafik, als Text und in Diagrammform, was ein weiterer Vorteil war. Die Verwendung von Zeitdiagrammen und Histogrammen half dabei, die Ergebnisse besser zu visualisieren. Die Ergebnisse können auch in externen Dateien gespeichert werden.
(zum Vergrößern anklicken)
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Ergebnis
Nach dem Ausführen des Modells und der Beobachtung einer Reihe von Experimenten konnten durch die Spezialisten folgende Punkte erreicht werden:
- Mängel des aktuellen Terminallayouts (insbesondere der Effekt eintauchender Container bei einer Lagerung auf mehreren Ebenen) konnten aufgespürt und identifiziert werden.
- Algorithmen zur Beseitigung dieser Mängel (z. B. die optimale Lagerhöhe für verschiedene Speichersysteme) wurden vorgeschlagen.
- Es wurde Klarheit bezüglich einiger technischer Parameter des Terminals geschaffen.
- Es wurde ein Einblick in das Prozessverhalten bei zufälligen und nicht zufälligen Änderungen im Frachtverkehr erreicht.
Eine Simulation, die als Containerhafensimulator fungiert und den realen Prozessen entspricht, ermöglicht es Benutzern, fundierte Entscheidungen über die Platzierung von Objekten innerhalb des Terminals zu treffen. Durch eine Modellausführung kann eine optimale Konfiguration gewählt werden, die die Durchlasskapazität des Terminals erheblich erhöht und somit zu einer Steigerung des Umsatzes und einer Verbesserung der Servicequalität führt.
Da die Simulation des Containerterminals die Erwartungen des Kunden erfüllte und eine Reihe von Aufgaben zur Optimierung der Einrichtung lösen konnte, beschlossen die Spezialisten von Morstroytekhnologiya, ein universelles Modell des Seeterminals zu entwerfen. Es kann als technologische Basis für die Erstellung von Simulationen anderer Terminaltypen (Flüssigkeiten, Schüttgut usw.) verwendet werden. Die Struktur und der Detaillierungsgrad kann je nach den Anforderungen eines bestimmten Projekts variieren.