O desafio
por Martin M. Franklin, Kevin R. Hanson
Conforme apresentado na Conferência de Simulação de Inverno de 2019
A modelagem e a simulação foram fundamentais para resolver um problema proeminente no setor de petróleo e gás: como mitigar a interrupção de paradas em um único oleoduto e manter os clientes abastecidos com o mínimo de interrupções necessárias para manter altos níveis de serviço. O cliente iniciou vários projetos de expansão para adicionar capacidade de armazenamento a uma estação de bombeamento existente. Surgiu a preocupação de que a demanda futura excedesse a capacidade. O cliente estava interessado em identificar o número, o tamanho e a disposição ideais dos tanques no novo terminal, a fim de obter o uso mais econômico do capital para obter ganhos operacionais para seu cliente final. Esperava-se que os benefícios do novo terminal incluíssem melhorias na capacidade de receber insumos da linha principal para o terminal, apesar da variabilidade no envio de lotes para os clientes finais e, por outro lado, no caso de transtornos no upstream, proporcionando consistência e previsibilidade de entregas de lotes para seus clientes finais.
Introdução
O cliente possuía e operava um sistema de oleoduto no Canadá e nos Estados Unidos e, como parte de um caso de negócios de expansão da capacidade do oleoduto, estava avaliando os requisitos de armazenamento em linha. Uma série de configurações e tamanhos diferentes de tanques de armazenamento precisava ser considerada e analisada e, com o emprego de modelagem e simulação avançadas, a tomada de decisão informada foi possível e reconhecida como prática recomendada. Mais especificamente, era necessário um modelo que considerasse várias entradas e saídas sequenciadas de lotes da linha principal em uma maneira de primeiro a entrar, primeiro a sair (FIFO), manutenção programada e lentidão de serviço aleatória ou eventos de falha a montante ou a jusante do terminal.
Este documento e a apresentação que o acompanha fornecem uma visão geral do sistema que está sendo modelado, uma demonstração do modelo desenvolvido e compartilha algumas das melhores práticas e abordagens aplicadas na representação do gêmeo digital do terminal.
Declaração do problema
O objetivo deste estudo de simulação foi avaliar o desempenho de um terminal em linha proposto para o futuro. Foi necessária uma análise da capacidade de buffering para determinar se o equipamento de tancagem proposto atenderia às demandas futuras de entrega de produção. A identificação das restrições de capacidade, bem como as soluções financeiramente viáveis para mitigar o impacto dos transtornos a montante e a jusante, foram de interesse. O modelo de simulação também serviu como um gêmeo digital, com o qual o cliente pôde testar diferentes cargas de programação de lotes e regras e métodos operacionais de uso de tanques.
A solução
Metodologia
Os pacotes de software de simulação preferidos do cliente não foram especificados, mas com base no curto prazo disponível, no desejo do cliente de operar o modelo a longo prazo e no resultado da fase inicial de especificação do projeto funcional, o software Simio foi selecionado.
A especificação inicial do projeto funcional forneceu uma descrição detalhada do sistema e identificou o modelo e as premissas do projeto para todas as partes interessadas envolvidas. Além disso, as entradas e saídas do modelo, juntamente com a abordagem de modelagem, foram desenvolvidas, revisadas, refinadas e aprovadas logo no início, como parte dessa fase de especificação, para garantir que o desenvolvimento do modelo pudesse ser executado rapidamente, sem atrasos inesperados.
O MOSIMTEC implementou uma combinação de lógica de objeto de fluxo discreto (lote) e contínuo para representar os produtos presentes em vários estágios ao longo do oleoduto e da instalação de armazenamento planejada. A demanda do sistema ou, nesse caso, os lotes de produtos provenientes do abastecimento do oleoduto a montante, foram projetados para se basearem em programações de entrada determinísticas definidas pelo usuário ou eventos aleatórios. A infraestrutura do sistema, ou seja, tanques e conexões, foi projetada para ser configurável em termos de número implantado e capacidade relacionada.
O modelo foi projetado para permitir a variabilidade esperada nas taxas de fluxo em diferentes nós do sistema, considerando a manutenção planejada e não planejada, bem como a variabilidade devido à seleção lateral e às mudanças de fluxo entre os lotes. Os resultados do modelo visualizaram o status atual do sistema e destacaram os gargalos do sistema em termos de utilização de armazenamento e bloqueio de fluxo.
Para dar suporte à verificação e à validação, bem como à análise detalhada de causa e efeito, foram configurados registros detalhados para relatar eventos de fluxo de produtos pelo sistema, bem como alterações no status do sistema.
O impacto nos negócios
Conclusão
A MOSIMTEC, em colaboração com o cliente, foi capaz de visualizar e analisar estatisticamente o fluxo planejado do terminal e, mais especificamente, quantificar com alto grau de certeza os ganhos e impactos esperados no desempenho para diferentes configurações de projeto e operação. O modelo de simulação dinâmica foi mais capaz de representar a combinação exclusiva de eventos e os impactos resultantes, ao contrário dos cálculos estáticos tradicionais. Mais especificamente, a variabilidade intermitente e aleatória do fluxo dentro do sistema complexo, em termos de extensão e tempo do evento, não poderia ser representada com precisão em um cálculo estático.
O nível de percepção que o modelo proporcionou facilitou a profundidade da análise necessária para justificar totalmente o caso de negócios de aumento de capacidade, de modo que o cliente conseguiu entender totalmente os termos sob os quais o fornecimento e a entrega precisavam operar, considerando as decisões de engenharia que estavam tomando.
O cliente pôde usar o resultado da análise do cenário do modelo para avançar com confiança nas recomendações de requisitos de tanques e filosofias operacionais para atingir os níveis de serviço desejados. O modelo também serve como uma linha de base sólida para fins futuros como um gêmeo digital para integração em termos de suporte a decisões operacionais e mitigação de riscos.