Die Herausforderung
von William Birch, Kate Mick und Neal Hennegan (Shell E&P Company) und Glen Wirth (Simio LLC)
Vorgestellt auf der Wintersimulationskonferenz 2015
Einleitung
Shell Gulf of Mexico (GoM) Logistics transportiert jeden Monat mehr als 50.000 Tonnen Material und Ausrüstung mit über 40 Offshore-Versorgungsschiffen zu Offshore-Anlagen. Die Transporte werden in Fahrten unterteilt, die das Beladen des Schiffes, die Überfahrt zu den Offshore-Anlagen, das Umladen der Materialien vor der Küste, die Rückkehr in den Hafen, das Entladen und möglicherweise die Tankreinigung umfassen. Die Offshore-Anlagen liegen zwischen 30 und mehr als 300 Meilen vor der Küste. In einem typischen Monat plant Shell über 200 Fahrten mit mehr als 9.000 verfolgten Sendungen, wobei eine Sendung eine einfache Palette mit Chemikalien bis hin zu 20.000 Fuß Rohrmaterial sein kann. Die eingesetzten Offshore-Versorgungsschiffe gibt es in verschiedenen Größen und Konfigurationen. Die Schiffe sind zwischen 100 und über 350 Fuß lang und haben eine Ladekapazität von 500 bis 6.000 Tonnen. Die offenen Hinterdeckflächen reichen von 20' x 80' bis 65' x 260'. Die Lagerflächen unter Deck variieren in Bezug auf Kapazität und Art der Lagerung. Viele Schiffe sind sowohl für die Beförderung von flüssigem als auch von trockenem Massengut ausgelegt.
Problem
Die Herausforderung liegt in der Größe und Komplexität. Der herkömmliche Prozess dreht sich um Versandanfragen, in denen Materialien und Ausrüstungen angegeben werden, die in den nächsten 5-10 Tagen versandt werden müssen. Die Anfragen enthalten die Abhol- und Lieferorte, Beschreibungen, Mengen, Abmessungen, Gewichte und zeitliche Beschränkungen. (Offshore-Einrichtungen haben begrenzte Lagerkapazitäten und planen sorgfältig, wann das Material auf See angeliefert und abgeholt wird.) Manchmal kann die Basis an Land die Nachfrage nach Sendungen mit regelmäßig geplanten "Milk Runs" befriedigen, die zu jedem Offshore-Standort in regelmäßigen Abständen fahren, aber in den meisten Fällen ist die Nachfrage nach Fracht nicht regelmäßig und muss durch die Planung von Reisen befriedigt werden, um die Abhol- und Lieferbeschränkungen des Offshore-Standorts zu erfüllen. Die manuelle Planung und Disposition von Transporten erwies sich aufgrund der häufigen Verschiebung von Lieferfenstern, der großen Anzahl von Sendungen, der Schwankungen der Transitzeiten und des Wetters sowie der Überlastung der Hafenanlagen als schwierig. Eine Untersuchung der "unproduktiven" Schiffszeit brachte eine bedeutende Möglichkeit zur Verbesserung der Effektivität des Dispositionsprozesses ans Licht.
Die Lösung
Lösung
Die Lösung, die nach dem Vorbild von Optimierungssystemen für den Landtransport entwickelt wurde, besteht aus drei primären Tools - einem für den Echtzeitstatus der Schiffe, einem weiteren für aktuelle Bedarfsanfragen und schließlich einem Planungssystem.Aufgrund der Variabilität des Wetters, der zulässigen Lieferzeiten, der Be- und Entladezeiten, des Schiffsverkehrs und der wechselnden geografischen Standorte der schwimmenden Bohrinseln wurde klar, dass das Planungswerkzeug auf einem räumlich bewussten, diskreten Ereignissimulator aufbauen und in der Lage sein sollte, die Risiken eines gegebenen Zeitplans zu bewerten. Diese Herausforderungen, gepaart mit dem Wert der 3D-Visualisierung und intelligenter Objekte bei der Modellentwicklung, führten Shell zu Simio.
Das Modell
Zu Beginn des Modells wurde eine Karte der GoM-Region in das Modell eingefügt und an den Maßstab des Modells angepasst. Die Häfen, Slips und Offshore-Anlagen wurden dann automatisch auf der Grundlage ihrer Breiten- und Längengrade auf der Karte platziert.
Shell operiert von zwei primären Hafenstandorten (Fourchon, LA und Galveston, TX) in der GoM-Region aus, von denen die meisten Schiffsladungen ausgehen. Jeder Hafen verfügt über eine Reihe von Lade-, Lösch- und Tankreinigungsslips. Für jeden Slip werden Informationen über die Kapazitäten der Slips, die Schiffskapazität, die Rangfolge der Auswahl sowie die Lade- und Löschzeiten konfiguriert.
Offshore-Bohrinseln sind die Abnehmer der Nachfrage. Die Definition der Bohrinseln ist ähnlich wie die der Slips mit der Kapazität der Slips und den Lade- und Löschzeiten. Die Fahrtdauer der Schiffe wird auf der Grundlage der Entfernung zwischen dem Hafen und den Bohrinseln und der Fahrgeschwindigkeit des Schiffes bestimmt, die je nach Wetter und Standort variieren kann.
Die Größe des Schiffes bestimmt die Anzahl der Schiffe, die in einen bestimmten Slip oder Liegeplatz passen. Für jedes Schiff werden diskrete Kapazitäten (Fläche und Gewicht) für Ladung über Deck und volumenbasierte Kapazitäten für Ladung unter Deck (Treibstoff, Wasser, trockenes Schüttgut und flüssige Ladung) konfiguriert. Zusätzliche Datenelemente wie maximale Nutzlasten, Tagessätze, Reisegeschwindigkeiten, Lade- und Löschzeiten werden definiert.
Allgemeiner Prozessablauf
Der Transportbedarf wird aus einer oder mehreren externen Dateien in das Modell eingelesen. Die Daten enthalten Informationen darüber, wo und wann das Material für die Lieferung zur Verfügung stehen wird. Frachtart, Priorität, Menge, Mengeneinheit sowie die Zeit, zu der der Bedarf am Zielort sein muss, sind ebenfalls im Auftragsbedarf enthalten.
Wenn eine Bedarfsposition zur Abholung bereitsteht, wird mithilfe der Schiffsauswahllogik bestimmt, wann die Position abgeholt wird und mit welchem Schiff. Die Schiffsauswahllogik wählt zunächst die wichtigsten zu liefernden Materialien aus und wählt dann das beste Schiff für die Lieferung des Materials auf der Grundlage eines Kostenmodells aus. Bei der Ermittlung der Kosten wird eine Reihe von Faktoren berücksichtigt, darunter Kosten für verspätete Lieferung, Kosten für wetterbedingte Ausfallzeiten, Kosten für "ungenutzte Kapazität", Tankreinigungskosten, Slip-Nutzung und Tagesnutzungskosten.
Sobald der Bedarf und das Schiff für eine Reise bestimmt wurden, fährt das Schiff zu dem/den vorgesehenen Liegeplatz(en). Bei der Ankunft an jedem Liegeplatz durchläuft das Schiff verschiedene Phasen, in denen die Liegezeit, die Ladezeiten und die Abfahrtszeiten modelliert werden. Wenn auf der Reise zusätzlicher Bedarf an einem anderen Liegeplatz geladen werden soll, fährt das Schiff zu dem alternativen Liegeplatz, sobald dieser verfügbar ist.
Sobald der gesamte Bedarf auf das Schiff geladen ist, verlässt das Schiff den Hafen. Der Zielort des Schiffes wird auf der Grundlage des kritischsten Bedarfspostens auf dem Schiff bestimmt. Die Geschwindigkeit, mit der das Schiff fährt, hängt von den Wetterbedingungen ab und davon, ob das Schiff im wirtschaftlichen Modus oder im Modus der maximalen Reisegeschwindigkeit fährt.
Bei Erreichen der Bohrinsel geht das Schiff in den Offshore-Bereitschaftsmodus oder in die "Pufferzeit". Die Pufferzeit ist eine Möglichkeit, geplante "Schwankungen" im Lieferplan des Schiffes zu berücksichtigen und wird mit den Bedarfspositionen eingegeben. Nach dieser Verzögerung ergreift das Schiff den Kran der Bohrinsel, um mit dem Entladen zu beginnen.
Sobald der Kran beschlagnahmt ist, richtet das Schiff eine dynamische Positionierung ein, um mit dem Entladen zu beginnen. Sobald die gesamte Ladung entladen ist, prüft das Modell, ob noch Rückfracht geladen werden kann. Das Schiff legt dann ab und bestimmt sein nächstes Ziel. Das nächste Ziel kann entweder eine andere Plattform oder ein Hafen sein.
Die geschäftlichen Auswirkungen
Outputs und Berichte
Die Ergebnisse des Simio-Tools sind sowohl vielfältig als auch umfassend. Zusammenfassende Statistiken ermöglichen es dem Benutzer, die Qualität eines Zeitplans auf der Grundlage von Metriken, die den Betrieb steuern, schnell zu beurteilen. Gantt-Diagramme zeigen visuell die Details jeder Plattform, jedes Slips, jedes Schiffes und jedes Bedarfspostens an und ermöglichen es dem Benutzer, den Zeitplan aus verschiedenen Perspektiven zu betrachten. Exportierbare Dashboards und detaillierte Berichte ermöglichen eine einfache Interpretation und Analyse von Einschränkungen. Alle Ausgaben sind anpassbar, so dass der Benutzer auf sich ändernde Geschäftsziele reagieren kann. Wenn der Zeitplan fertiggestellt ist, wird er auf einem Webportal veröffentlicht, wo er von einer Reihe von Benutzern innerhalb und außerhalb von Shell eingesehen werden kann. Das daraus resultierende Maß an Transparenz fördert das Vertrauen in die Planer und die Fähigkeit der Logistik, in einem komplexen und dynamischen Umfeld zu liefern.