Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η θεωρητική, η μαθηματική παρουσίαση και επίλυση ενός επαναλαμβανόμενου και πολύπλοκου προβλήματος βελτιστοποίησης προγραμματισμού προσόρμισης πλοίων για φορτοεκφόρτωση φορτίου.
Λειτουργικές- επιχειρησιακές αποφάσεις για δραστηριότητες προγραμματισμού για αγκυροβόλιο πλοίων καθορίζονται σε καθημερινή βάση και έχουν ισχυρό αντίκτυπο στο συνολικό κόστος της αλυσίδας εφοδιασμού. Στην πράξη, οι πραγματικοί χρόνοι άφιξης και οι χρόνοι χειρισμού των σκαφών αποκλίνουν από τις αναμενόμενες ή εκτιμώμενες τιμές τους, γεγονός που μπορεί να διαταράξει το αρχικό σχέδιο προγραμματισμού προσόρμισης και πιθανώς να το καταστήσει ανέφικτο.
Η πρόκληση είναι να αναπτυχθεί ένα βέλτιστο πρόγραμμα χαμηλού κόστους με υψηλό επίπεδο αξιοπιστίας.
Στη δική μας μελέτη περίπτωσης, περιγράφουμε αρχικώς και αναλύουμε τις μεθόδους υπολογισμού και προγραμματισμού προσόρμισης πλοίων που χρησιμοποιούνται από τον σταθμό εμπορευματοκιβωτίων Πειραιά. Ο Σταθμός Εμπορευματοκιβωτίων Πειραιά διαθέτει 2 προβλήτες με 10 συνολικά θέσεις για προσόρμιση. Φυσικοί και εξωγενείς παράγοντες λειτουργούν ως περιορισμοί στην εύκολη διατύπωση και λύση του προβλήματος. Σκοπός είναι μέσω του προγραμματισμού του ελλιμενισμού και δεδομένου των φυσικών περιορισμών (διαστάσεις πλοίου, χωρητικότητα σε φορτίο, βυθίσματα πλοίων, διαστάσεις προβλήτας λιμανιού κ.α ) να γίνεται η καλύτερη αντιστοίχιση πλοίου – προβλήτας αλλά και εν συνεχεία γερανογεφυρών ώστε να ελαχιστοποιείται ο χρόνος φορτοεκφόρτωσης του φορτίου.
Ξεκινώντας στο κεφάλαιο Πρώτο, επιδιώκεται μια σύνδεση της ναυτιλίας και της Επιχειρησιακής Έρευνας (ΕΕ) με σκοπό την καλύτερη κατανόηση της αλληλεξάρτησης που υπάρχει, τονίζοντας τα σημεία που η ΕΕ καθίσταται ιδιαιτέρως βοηθητική. Στα επόμενα δύο κεφάλαια, γίνεται μία σύντομη παρουσίαση των λειτουργιών ενός τερματικού σταθμού εμπορευματοκιβωτίων καθώς και των τύπων πλοίων μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων αλλά και των ειδών εμπορευματοκιβωτίων.
Στο κεφάλαιο Τέσσερα, δίνεται ο ορισμός του προς εξέταση προβλήματος, του προβλήματος κατανομής θέσης σε προβλήτα –Berth Allocation Problem και παρουσιάζεται το βιβλιογραφικό υπόβαθρο και οι μελέτες που έχουν γίνει σχετικά καθώς και οι συνήθεις μέθοδοι επίλυσης τους. Συνηθέστερα χρησιμοποιούνται οι ευρετικές μέθοδοι επίλυσης προβλημάτων βελτιστοποίησης (Heuristic optimization), διαδικασία η οποία παρόλα τα γρήγορα αποτελέσματα που παράγει, διακρίνεται από την χρήση αντισταθμιστικών παραγόντων οδηγώντας πολλές φορές σε αποτελέσματα ανακριβή και ανεπαρκή με άμεσο αποτέλεσμα η απόφαση που θα ληφθεί να μην είναι η βέλτιστη ή η καλύτερη.
Στο κεφάλαιο Πέντε, παρουσιάζεται η μεθοδολογία πίσω από τον προγραμματισμό προσόρμισης που χρησιμοποιείται από το τερματικό λιμένος Πειραιώς. Οι δύο πιο διαδεδομένες μορφές προγραμματισμού για θέση σε προβλήτα είναι η μέθοδος First Come First Served καθώς και τα Rendezvous για τα πλοία μεγάλης χωρητικότητας εμπορευματοκιβωτίων (mother vessels).
Στο κεφάλαιο Έξι, παρουσιάζουμε το πρόβλημα της κατανομής των πλοίων αρχικά ως πρόβλημα αντιστοίχισης και στην συνέχεια ως πρόβλημα ακέραιου προγραμματισμού. Στην πρώτη συνθήκη, άμεσος στόχος είναι η βελτιστοποίηση της κατανομής θέσης στα εισερχόμενα πλοία βάσει των αριθμών των εμπορευματοκιβωτίων που έχουν να φορτοεκφορτώσουν ενώ στην δεύτερη συνθήκη είναι η ελαχιστοποίηση του συνολικού χρόνου παραμονής των πλοίων στο λιμάνι βάσει αρχικά της εκτιμώμενης ώρας άφιξης τους και ύστερα των εμπορευματοκιβωτίων που έχουν να φορτοεκφορτώσουν.
Καταλήγουμε με τα συμπεράσματα της έρευνας / μελέτης που πραγματοποιήθηκε στην παρούσα εργασία καθώς και οι προτάσεις για μελλοντική έρευνα και περαιτέρω διερεύνηση του προβλήματος.
The aim of this thesis is the theoretical, the mathematical presentation and solution of a complex and repetitive problem of optimizing ship’s berthing schedule for loading and unloading cargo operations.
Operational decisions for ship berth planning activities are established on a daily basis and have a strong impact on the overall costs of the supply chain. In practice, actual arrival times and vessel handling times deviate from their expected or estimated values, which may disrupt the initial landing planning plan and possibly make it unfeasible.
The challenge is to develop a cost-optimal program with a high level of reliability.
In our own case study, we initially describe and analyze the methods of calculating and planning the accommodation of ships used by the Piraeus Container Terminal. Piraeus Container station has 2 piers with a total of 10 berths for landing. Physical factors act as constraints on the easy formulation and solution of the problem. The aim is to optimize ship-pier pairing, given the physical constraints (ship dimensions, cargo capacity, depths, port pier dimensions, etc.), and to minimize the time of loading and unloading of cargo, by means of port planning.
Starting from Chapter One, a link between shipping and Operational Research (OR) is sought in order to better understand the interdependence that exists, highlighting the points that the OR is becoming particularly helpful. In the following two chapters, a brief presentation is given of the functions of a Piraeus Container Terminal, as well as the types of container ships and the types of container units.
Chapter Four defines the problem to be considered, the problem of Berth Allocation Problem and presents the bibliographical background and the studies that have been done on them as well as the usual methods of solving them. Most commonly used are the Heuristic optimization, a process which despite the rapid results it produces, is distinguished by the use of compensatory factors, often leading to inaccurate and inadequate results, with immediate effect that the decision to be taken is not optimal.
In Chapter Five, the methodology behind the customization programming used by the Piraeus Port terminal is presented. The two most common forms of planning for pier placement are the method of First Come First Served as well as the Rendezvous method for large container ships (Mother vessels).
In Chapter Six, we present the problem of ship allocation first as an assignment problem and then as a problem of integrated planning. In the first method, the immediate aim is to optimize the allocation of berths for incoming vessels based on the numbers of containers same have to load and unload and in the second method to minimize the overall residence time of vessels in port based on their estimated time of arrival and then of containers they have to load and unload.
We conclude with the results of the above research carried out as well as the proposals for future research and further investigation of the problem.
