Il modello di simulazione

Come si può immaginare il terminal descritto prevede una complessità di gestione molto elevata dati sia significativo numero di decisioni operative da prendere che la complessità delle stesse via via che il numero di treni al giorno lavorati aumenta. Ogni decisione può comportare lo svolgimento di molteplici operazioni e quindi l’inizio di un flusso sia fisico che di informazioni difficilmente gestibile da parte degli operatori. Se ne deduce che una visione completa che comprenda le diverse opzioni di pianificazione dell'impianto, allocazione delle risorse e delle attrezzature, operazioni di load/unload dai vari vettori (treni/automezzi da/per la banchina) risulta quasi impossibile se non attraverso strumenti di supporto che permettano un utilizzo rapido e semplice del flusso di informazioni provenienti dal sistema.

Il modello di simulazione consente di rappresentare i diversi fenomeni e le interazioni in modo naturale, dando la possibilità di studiare e prevedere gli effetti di decisioni o variazioni degli input (ad es. flussi in ingresso, numero di risorse a disposizione, ecc.) in modo affidabile. Le tecniche di simulazione permettono, quindi, di ottenere quanto desiderato consentendo un migliore utilizzo delle informazioni disponibili e facilitando il raggiungimento di obiettivi strategici, tattici ed operativi. La simulazione, infatti, può servire per supportare le scelte progettuali dei terminal, aiutare il miglioramento delle prestazioni complessive dello stesso, favorire una più elevata efficienza della movimentazione intermodale, una migliore gestione della capacità di stoccaggio e una maggiore sicurezza del trasporto.

La simulazione permette, quindi, di interpretare il funzionamento di un sistema reale, attraverso la creazione e l’interazione con un modello virtuale, al fine di valutarne le performance. In questo modo facilita l’abbattimento dei costi di investimento e di gestione tramite la progettazione ed il dimensionamento delle risorse.
I principali processi che devono essere implementati e simulati dal modello riguardano l’arrivo dei containers, l’arrivo dei treni, la movimentazione dei containers all’interno del terminal. Al termine della simulazione il modello dovrà restituire degli output opportuni che permettano la valutazione delle prestazioni del sistema.

Il modello è relativo ai seguenti processi, di cui si riporta solo a titolo esemplificativo una schermata aggregate delle logiche sottostanti:

Arrivo stocastico dei containers (da banchina tramite camion): un modulo Create genera l’arrivo dei containers al terminal assegnandogli automaticamente una destinazione. Per ogni container in arrivo da banchina il modello di simulazione del terminal deve:

- Accettare l’ITU

- Cercare nel database la prima posizione libera su un treno

- Assegnare una risorsa (carroponte) e un’area di buffer a ogni ITU compatibile con la sua destinazione e la sua posizione sul treno

- Movimentare la ITU nella posizione assegnata

- Rilasciare la risorsa impegnata

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Arrivo dei treni: un modulo Create genera l’arrivo dei treni al terminale che arrivano secondo una certa schedula impostabile in input. Inoltre viene creata una tabella che include un record per ogni postazione del treno. La configurazione dei vagoni è stocastica e ogni treno ha un numero variabile di containers da scaricare. (Trattandosi di terminal portuale il treno sarà per lo più scaricato interamente)

Per ogni treno il modello di simulazione del terminal deve:

- Accettare il treno

- Riconoscere le ITU da scaricare

- Determinare l’area nella quale tali ITU devono essere immagazzinate

- Allocare le risorse (carri trasferitori e torrette) per le operazioni di carico e scarico;

- Effettuare carico e scarico

- Consentire al treno di ripartire alla fine dell’operazione di carico dello stesso

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Movimentazione containers: il modello di simulazione include tutti i dispositivi atti alla movimentazione (carroponte, carri trasferitori, torrette,…). Le principali macro-operazioni svolte da questi dispositivi sono:

- Ricerca di una ITU su un treno;

- Scaricamento della ITU da un vagone di un treno in un’area di buffer specifica, determinata dalla sua destinazione

- Ricerca di una ITU nelle aree di buffer

- Caricamento di una ITU su un treno in partenza

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Le “infrastrutture” modellate sono:

- Baie di stoccaggio

- Carroponti

- Carri trasferitori e torrette

 

Input del modello di simulazione e sistema di supervisione e controllo

Il modello di simulazione è stato implementato in modo da rendere semplice e flessibile l’analisi di scenario e l’interfacciamento del simulatore con il sistema di supervisione e controllo. I dati principali di input, provenienti dal sistema di supervisione e controllo, vengono caricati in automatico da file .xls nel modello di simulazione del terminal tramite routine vba. Per effettuare il run di un nuovo scenario l’utente dovrà semplicemente aggiornare i dati di input nel simulatore tramite la routine.

I principali input del modello di simulazione sono:

  • Parametri dei treni: orario di arrivo dei treni, numero di vagoni per treno, configurazione dei vagoni, etc. (informazione derivante dal sistema di supervisione)
  • Parametri dei camion in arrivo da banchina: orario di arrivo dei camion, destinazione della ITU trasportata dal camion, etc. (informazione derivante dal sistema di supervisione)
  • Stato dei dispositivi di movimentazione: attivo, in manutenzione, in failure, etc. (informazione derivante dal sistema di supervisione)
  • Parametri e numero dei dispositivi di movimentazione: tempi di movimentazione per ogni dispositivo atto a questa operazione e numero dei dispositivi presenti nel terminal

Output del modello di simulazione

Parametro fondamentale nella valutazione delle performance del terminal è il tempo di permanenza del treno nel terminal per fasi di carico/scarico (dal momento del suo ingresso al momento della sua ripartenza). In fase di dimensionamento si è fissato come obiettivo primario quello di scaricare/caricare un treno in circa 45 minuti. Questo consente al terminale di poter ricevere nell’arco di una giornata un notevole numero di treni, e conseguentemente di movimentare un elevato numero di containers.

Gli output raccolti dal modello di simulazione sono fondamentalmente di tre tipi:

  • KPIs relativi alla produttività del terminal
  • KPIs relativi alla saturazione/utilizzazione di tutte le risorse di movimentazione
  • KPIs relativi al tempo di permanenza del treno nel terminal per le operazioni di carico/scarico

KPI

Gli output principali forniti dal modello di simulazione del terminal sono i seguenti:

  • NumberOfSmallItuLoaded : numero di containers piccoli (20’) caricati su treno nell’arco di un anno
  • NumberOfSmallItuUnLoaded : numero di containers piccoli (20’) scaricati da treno nell’arco di un anno
  • NumberOfBigItuLoaded : numero di containers grandi (40’ / 45’) caricati su treno nell’arco di un anno
  • NumberOfBigItuUnLoaded : numero di containers grandi (40’ / 45’) scaricati da treno nell’arco di un anno
  • TotNumberOfLoadedITU : numero totale di containers caricati nell’arco di un anno
  • TotNumberOfUnLoadedITU : numero totale di containers scaricati nell’arco di un anno
  • OptimumNumberOfTowers : numero ottimo di torrette di sollevamento necessarie
  • OptimumNumberOfLoadShuttles : numero ottimo di carri trasferitori necessari lato carico
  • OptimumNumberOfUnLoadShuttles : numero ottimo di carri trasferitori necessari lato scarico
  • OptimumNumberOfCranesPerSide : numero ottimo di carroponte necessari per lato treno
  • TowersUtilization : percentuale di utilizzazione delle torrette di sollevamento
  • LoadShuttlesUtilization : percentuale di utilizzazione dei carri trasferitori lato carico treno
  • UnloadShuttlesUtilization : percentuale di utilizzazione dei carri trasferitori lato scarico treno
  • CranesUtilization : percentuale di utilizzazione dei carroponti
  • TrainInTerminalTime (minutes) : tempo medio di sosta del treno nel terminal per le operazioni di carico/scarico

Gli scenari simulati

Al fine di valutare al meglio le prestazioni dell’impianto Metrocargo del porto di Civitavecchia nella sua operatività è stato implementato un modello di simulazione del terminal.
Il simulatore del terminal è dedicato alla rappresentazione del comportamento dinamico dei diversi elementi del terminal e, in particolare, delle operazioni di carico/scarico dei treni e dell’operatività del terminal.

Sono stati analizzati diversi scenari per valutare il tempo di sosta del treno all’interno del terminal (tempo necessario per lo scarico/carico treno), in funzione delle dimensioni dell’impianto (numero di navette) e dei volumi movimentati.

Nell’implementare il simulatore sono state fatte le seguenti ipotesi:

  1. La movimentazione dei container da e per la banchina avviene tramite Trailer semplici
  2. I carri ferroviari sono da 60 TEU (con tutte le possibili combinazioni di carico)
  3. Logica di scarico e ricarico: nel momento in cui una postazione del treno viene scaricata è immediatamente effettuato il carico dall’altro lato del treno (per minimizzare i movimenti delle torrette)
  4. Il tempo medio di sosta del treno nel terminal deve essere pari a circa 45 minuti
  5. Sul lato carico sono previste tre file di stoccaggio con 66 posti TEU ciascuna
  6. Sul lato scarico sono previste due file di stoccaggio con 66 posti TEU ciascuna
  7. I volumi movimentati saranno compresi tra i 50.000 e i 700.000 TEU/anno
  8. Tale volume è ipotizzato essere ripartito nel modo seguente:
  • 50% import
  • 50% export

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Gli scenari simulati per l’analisi delle performance dell’impianto in funzione dei flussi movimentati sono i seguenti:

- Scenario 1: flussi pari a 50000 TEU/anno

- Scenario 2: flussi pari a 100000 TEU/anno

- Scenario 3: flussi pari a 200000 TEU/anno

- Scenario 4: flussi pari a 300000 TEU/anno

- Scenario 5: flussi pari a 700000 TEU/anno

Per ciascuno dei precedenti scenari sono stati fatti poi n altri run (scenari) per individuare il numero ottimo di risorse per tipo di sistema di movimentazione, cioè il numero minimo di torrette/carri trasferitori/ carroponti che permette di contenere il tempo medio di permanenza del treno all’incirca sui 45 minuti.

Analisi del tempo di permanenza del treno in funzione dei volumi movimentati e del tipo di moduli

Con modulo si intende l’insieme di una risorsa di sollevamento (formata da quattro torrette) , di un carro trasferitore (navetta) lato carico treno e di un carro trasferitore (navetta) lato scarico treno.

Nelle tabelle seguenti sono sintetizzati gli output dei diversi scenari:

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Dai risultati della simulazione si evince che, affinché il tempo medio di scarico e ricarico del treno nel terminal sia intorno ai 45 minuti, sono necessari:

2 moduli nel caso di volumi movimentati pari a 50000 TEU/anno

- 3 moduli nel caso di volumi movimentati pari a 100000 TEU/anno

- 4 moduli nel caso di volumi movimentati pari a 200000 TEU/anno

- 5 moduli nel caso di volumi movimentati pari a 300000 TEU/anno

- 7 moduli nel caso di volumi movimentati pari a 700000 TEU/anno

Il diverso numero di moduli impatta quindi sulle scelte economiche. Una volta individuato il numero ottimo di moduli per ciascun flusso merci è stato effettuato il run dello scenario ottimo.
I risultati sono sintetizzati nella seguente tabella utili da utilizzarsi nelle analisi dei business plan per l’eventuale introduzione delle attrezzature oggetto del progetto di ricerca.

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