El desafío
por Martin M. Franklin, Kevin R. Hanson
Tal y como se presentó en la Winter Simulation Conference 2019
El modelado y la simulación fueron clave para resolver un problema prominente en la industria del petróleo y el gas; cómo mitigar las interrupciones por paradas en un solo oleoducto y mantener a los clientes abastecidos con las mínimas interrupciones necesarias para mantener altos niveles de servicio. El cliente inició varios proyectos de ampliación para añadir capacidad de almacenamiento a una estación de bombeo existente. Surgió la preocupación de que la demanda futura superara la capacidad. El cliente estaba interesado en identificar el número, tamaño y disposición óptimos de los tanques de la nueva terminal para obtener el uso más rentable del capital en beneficio de su cliente final. Entre los beneficios que se esperaban de la nueva terminal se incluían mejoras en la capacidad de recibir entradas de la línea principal a la terminal a pesar de la variabilidad en el envío de lotes a los clientes finales y, a la inversa, en el caso de que se produjeran alteraciones en la línea principal, proporcionar consistencia y previsibilidad en las entregas de lotes a sus clientes finales.
Introducción
El cliente poseía y explotaba un sistema de oleoductos en Canadá y Estados Unidos y, en el marco de una ampliación de la capacidad del oleoducto, estaba evaluando las necesidades de almacenamiento en línea. Era necesario considerar y analizar una serie de configuraciones y tamaños diferentes de tanques de almacenamiento y, mediante el empleo de modelado y simulación avanzados, se hizo posible una toma de decisiones informada y reconocida como la mejor práctica. Más concretamente, se deseaba un modelo que tuviera en cuenta varias entradas y salidas secuenciadas por lotes de la línea principal, de manera que el primero en entrar fuera el primero en salir (FIFO), el mantenimiento programado y las ralentizaciones o fallos aleatorios del servicio, tanto aguas arriba como aguas abajo de la terminal.
Este documento y la presentación que lo acompaña ofrecen una visión general del sistema que se está modelando, una demostración del modelo desarrollado y comparte algunas de las mejores prácticas y enfoques aplicados para representar el gemelo digital de la terminal.
Planteamiento del problema
El objetivo de este estudio de simulación era evaluar el rendimiento de una terminal en línea propuesta para el futuro. Se requería un análisis de la capacidad de almacenamiento intermedio para determinar si el equipo de tanques propuesto satisfaría las futuras demandas de entrega de producción. Se trataba de identificar las limitaciones de capacidad y las soluciones económicamente viables para mitigar el impacto de las perturbaciones aguas arriba y aguas abajo. El modelo de simulación también servía como gemelo digital, con el que el cliente podía probar diferentes cargas de programación de lotes y reglas y métodos de funcionamiento de uso de los tanques.
La solución
Metodología
No se especificaron los paquetes de software de simulación preferidos por el cliente, pero teniendo en cuenta el breve plazo disponible, el deseo del cliente de utilizar el modelo a largo plazo y el resultado de la fase inicial de especificación del diseño funcional, se seleccionó el software Simio.
La especificación inicial del diseño funcional proporcionó una descripción detallada del sistema e identificó el modelo y los supuestos del proyecto para todas las partes implicadas. Además, las entradas y salidas del modelo, junto con el enfoque de modelado, se desarrollaron, revisaron, perfeccionaron y aprobaron desde el principio como parte de esta fase de especificación, para garantizar que el desarrollo del modelo pudiera ejecutarse rápidamente sin retrasos inesperados.
MOSIMTEC implementó una combinación de objetos lógicos de flujo discreto (por lotes) y continuo para representar los productos presentes en las distintas etapas del oleoducto y las instalaciones de almacenamiento previstas. La demanda del sistema o, en este caso, los lotes de productos procedentes del suministro del oleoducto ascendente, se diseñaron para que se basaran en programas de entrada deterministas definidos por el usuario o en eventos aleatorios. La infraestructura del sistema, es decir, los depósitos y las conexiones, se diseñó para que fuera configurable en cuanto al número de depósitos desplegados y la capacidad correspondiente.
El modelo se diseñó para tener en cuenta la variabilidad prevista de los caudales en los distintos nodos del sistema, en función del mantenimiento planificado y no planificado, así como la variabilidad debida a la selección lateral y a los cambios de caudal entre lotes. Los resultados del modelo mostraban el estado actual del sistema y ponían de manifiesto los cuellos de botella en términos de utilización del almacenamiento y bloqueo del flujo.
Con el fin de apoyar la verificación y validación, así como el análisis detallado de causa y efecto, se configuraron registros detallados para informar de los eventos de flujo de productos a través del sistema, así como de los cambios en el estado del sistema.
Impacto en la empresa
Conclusión
MOSIMTEC, en colaboración con el cliente, fue capaz tanto de visualizar como de analizar estadísticamente el flujo planificado de la terminal y, más concretamente, de cuantificar con un alto grado de certeza las ganancias de rendimiento y los impactos esperados para diferentes configuraciones de diseño y funcionamiento. En comparación con los cálculos estáticos tradicionales, el modelo de simulación dinámica fue capaz de representar mejor la combinación única de eventos y los impactos resultantes. Más concretamente, la variabilidad intermitente y aleatoria del caudal dentro del complejo sistema, en términos de extensión y momento del suceso, no habría podido representarse con precisión en un cálculo estático.
El nivel de comprensión que proporcionó el modelo facilitó la profundidad de análisis necesaria para justificar plenamente el caso de negocio de aumento de capacidad, de forma que el cliente pudo comprender plenamente las condiciones en las que debían operar tanto el suministro como la entrega, dadas las decisiones de ingeniería que estaban tomando en última instancia.
El cliente pudo utilizar los resultados del análisis de escenarios del modelo para avanzar con confianza en la formulación de recomendaciones sobre las necesidades de tanques y las filosofías operativas para alcanzar los niveles de servicio deseados. El modelo también sirve como base sólida para su uso futuro como gemelo digital para la integración en términos de apoyo a la toma de decisiones operativas y mitigación de riesgos.