PUERTOS PCP: SIMULACIÓN DE LA CONEXIÓN BARCO-FONDEO PARA REDUCIR LOS COSTOS DE DEMORA – PARTE 1

Varios investigadores han centrado su trabajo en el estudio de la aplicación de técnicas de modelado sofisticadas a un entorno portuario y las complejas relaciones entre los costos y los niveles de servicio que eventualmente pueden surgir. Concretamente en relación con el funcionamiento de la conexión buque-ancla (SBL). enlace barco-atracadero), se puede argumentar que cualquiera que sea el tipo de carga manipulada en los puertos, los armadores no valoran la gestión de las colas debido a la congestión en los atraques (Dasgupta y Ghosh, 2000). De hecho, los armadores que no reciben ciertas garantías de disponibilidad de atraque pueden buscar puertos alternativos para mantener altos niveles de productividad (Luo y Grigalunas, 2003). Como consecuencia directa, los puertos se vieron obligados a considerar la calidad del servicio ofrecido y también los costos totales de estadía (permanecer demasiado tiempo).

Si las autoridades portuarias pueden planificar y controlar diariamente la operación de SBL en el corto plazo, dadas las características de los buques y los segmentos de mercado que atienden en el mediano/largo plazo, podrán planificar adecuadamente las inversiones futuras en la expansión de amarraderos y también estarán mejor preparados para hacer frente a la creciente competencia (Ho y Ho, 2006). En este contexto, la simulación de operaciones portuarias puede ser una opción para abordar estos temas, ya que contribuye a evaluar el desempeño portuario y generar diferentes escenarios para ayudar en la toma de decisiones (Duinkerken et al., 2006).

El concepto de simulación no es nuevo. La simulación como herramienta de investigación se remonta a la década de 1960 y se ha aplicado a diferentes áreas de la investigación logística, como el diseño y operación de sistemas de transporte, la diseño y manejo de materiales de almacén y determinación de políticas de pedidos para sistemas de inventario (Casaca, 2005).

Hay un número creciente de estudios que se ocupan de la planificación SBL (Imai et al., 2001 y 2005). SBL se refiere a la interfaz entre las partes de tierra y agua. Tradicionalmente, el problema de planificación de SBL comprende la asignación de los barcos que llegan a las posiciones de amarre, así como la programación de las grúas de muelle, que juegan un papel importante en la gestión de las operaciones portuarias (Meisel y Bierwirth, 2008). Los modelos de simulación se han utilizado ampliamente en la planificación y el análisis de problemas SBL (Dragovic et al., 2005).

En este trabajo, nos enfocamos en el análisis de las estadísticas de espera de barcos y en los costos totales de estadía bajo diferentes normas de asignación de atraque y prioridades de cola, a través de modelos de simulación desarrollados en el software Arena. El modelo se alimenta con datos de un estudio de caso confidencial sobre un puerto privado brasileño, en el estado de São Paulo. Los resultados se analizan en términos de la combinación más adecuada de normas de asignación de atraques y prioridades de colas para un conjunto dado de niveles críticos de tiempos de espera en las colas (después de los cuales se incurre en costos por exceder la estadía) y diferentes coeficientes de costos de estadía entre barcos grandes y pequeños.

REVISION DE LITERATURA

Casaca (2005) presentó una estructura integral de las operaciones de la industria portuaria, describiendo en detalle sus tres subsistemas principales: la interfaz del lado del buque o área de atraque, el patio de contenedores y las puertas de acceso vial y ferroviario. Su marco deja en claro que las operaciones portuarias son complejas por naturaleza y por lo tanto requieren técnicas de modelado sofisticadas como simulación, algoritmos genéricos y programación no lineal para ayudar a las autoridades portuarias en diferentes aspectos de la toma de decisiones. La estructura presentada por Casaca también es útil para mapear y organizar la investigación encontrada en la literatura según sus principales motivadores, la técnica de modelado adoptada, el subsistema estudiado y las principales decisiones tratadas.

Por ejemplo, dado que la mayoría de las compañías navieras han comenzado a operar grandes buques portacontenedores en los últimos años, varios autores han utilizado la simulación para analizar su impacto en el patio de contenedores en diferentes situaciones. Chang (2005) dividió una terminal de contenedores en tres subsistemas de manera similar a Casaca y modeló diferentes patrones de operación que involucran operaciones de amarre, para probar posibles escenarios de colas en el patio de contenedores. De manera similar, Tu y Chang (2006) usaron software de simulación para construir diferentes modelos de operaciones de atraque y examinaron posibles escenarios en el patio de contenedores. Ambas encuestas encontraron que las operaciones al costado del barco podrían ser en gran parte responsables de las demoras en el patio de contenedores.

En cuanto a las puertas, Parola y Sciomachen (2005) presentaron un modelo de simulación de eventos discretos para analizar cómo enfrentar el impacto del crecimiento del tráfico marítimo sobre la infraestructura en tierra. Más precisamente, los autores estudiaron el impacto del nivel de saturación en las líneas ferroviarias y en el nivel de congestión en las puertas de acceso de camiones. A su vez, Kim et al. (2003) sugirió un modelo de programación dinámica para llegadas de camiones. También se compararon varias reglas secuenciales mediante simulación. Los autores encontraron que la regla del tiempo de procesamiento más corto mostró un alto nivel de desempeño en varias situaciones.

Los sistemas de manejo de contenedores y transporte entre terminales también pueden ser objeto de análisis. Por ejemplo, Duinkerken et al. (2006) presentó una comparación entre tres sistemas de transporte para el transporte terrestre de contenedores entre terminales. Ottjes et al. (2006) propusieron un modelo genérico de simulación para el diseño y evaluación de sistemas multiterminales para el manejo de contenedores. En ambos estudios, los experimentos realizados permitieron comprender mejor la importancia de las diferentes características de los sistemas de transporte y su interacción con los equipos de manipulación.

Sin embargo, independientemente de la naturaleza del subsistema portuario analizado y de la técnica de modelado empleada, una cosa está clara: la competitividad de un puerto se mide especialmente en términos de un adecuado nivel de servicio ofrecido a los armadores o usuarios (Legato y Mazza , 2001). Por lo tanto, un objetivo central para las autoridades portuarias es reducir el tiempo de espera de los buques, desde el momento en que llegan al puerto hasta el momento de la salida, a través de una mejor gestión de los recursos corrientes, lo que sin duda requiere una gran inversión de capital y un largo período de recuperación. (Ho y Ho, 2006). En este sentido, se considera necesaria una consideración más atenta de la interfaz barco-lado, y más particularmente de la SBL. Este enlace no solo es responsable de una parte sustancial de la inversión requerida para construir un puerto, sino también del tiempo total de espera en la cola hasta el inicio de las operaciones de (des)carga.

La operación SBL se ha denominado de diversas formas como sistema de planificación de atraque (Legato y Mazza, 2001), planificación de asignación de atraque (Nishimura et al., 2001), problema de asignación de atraque (Meisel y Bierwirth, 2008) y operaciones de grúas de fondeo (Canonaco et al. ., 2008). En términos generales, la tarea principal de la operación SBL es asignar un número limitado de atracaderos entre los buques entrantes. Elegir amarrar una embarcación en lugar de otra en un fondeadero específico puede resultar en una distancia muy larga desde el punto donde se encuentran sus contenedores en el patio, generando efectos cruzados en términos de demoras, no solo en las operaciones del patio de contenedores, sino también en la cola de acoplamiento (Meisel y Bierwirth, 2008).

Otra característica común de la operación SBL es la necesidad de abordar las limitaciones de recursos y las limitaciones físicas. El número limitado de atracaderos y grúas de muelle restringe la capacidad de servicio de los puertos y terminales, lo que a menudo conduce a una disyuntiva entre las inversiones en activos fijos y los costos totales por exceder la estadía. En estos casos, el uso de la simulación como herramienta de planificación ha sido cada vez más importante para encontrar un equilibrio entre las prioridades de cola y la posibilidad de posponer estas inversiones.

Dragovic et al. (2005), quienes informaron sobre varios modelos de simulación diferentes en relación con las operaciones portuarias, examinaron en particular el impacto de introducir prioridad, para ciertas clases de buques, en el desempeño de SBL. Uno de sus modelos de simulación indicó que asignar prioridad a los barcos más pequeños conduciría a una mejora en los parámetros operativos clave, como el número promedio de barcos en la cola y el tiempo promedio que un barco pasa en la cola. Se puede ver fácilmente el papel crucial que juega el tiempo de espera en la reducción del tiempo total de espera de los barcos desde el momento en que llegan al puerto hasta el momento de la partida. El camino hacia un entorno portuario ágil debe pasar por algunos aspectos fundamentales de la gestión de operaciones (Casaca, 2005), como por ejemplo, un estudio detallado de las reglas de prioridad de colas y asignación de atraques.

Como destacan Asperen et al. (2003), se espera que las reglas de prioridad reduzcan los costos de espera para los barcos de alta prioridad. En su estudio, se consideró un esquema simple con dos clases de prioridad, alta y baja, en el que los barcos grandes tenían prioridad alta y los barcos pequeños tenían prioridad baja. La aplicación de reglas de prioridad ha reducido el porcentaje de barcos de alta prioridad y ha aumentado el porcentaje de barcos de baja prioridad que tienen que esperar. Sin embargo, la cuestión de si los costos totales de estadía se reducen al aplicar las reglas de prioridad, o en qué medida, depende de cuánto más caro sea un barco inactivo de alta prioridad que un barco de baja prioridad.

Esto queda por probar y, según Dragovic et al., dado que el costo es una medida esencial para elegir estrategias alternativas al problema de SBL, se necesita más investigación para incorporar un análisis de costos a fin de identificar la combinación más adecuada de asignación de amarres. normas y prioridades de cola en un contexto dado.

En este trabajo, consideramos el estudio de caso de simulación en un puerto de contenedores privado brasileño como un punto de partida para abordar estos problemas. Como el puerto es relativamente pequeño, con solo dos atracaderos, se han realizado algunas simplificaciones en el modelo SBL para aumentar el enfoque en adaptarse a diferentes normas de asignación de atracaderos y prioridades de fila.

Se analizan diferentes niveles críticos de tiempos de espera en colas y penalizaciones por exceder la estadía en una operación en la que se considera que la elección de atracar un buque en lugar de otro en un fondeadero determinado no tiene incidencia en la distancia en relación con el punto de ubicación de su contenedores en el patio. Otra simplificación se relaciona con el número de ascensores y grúas de muelle: su impacto en la operación se considera integrado en los tiempos promedio de procesamiento de cada buque, independientemente del atraque utilizado. Finalmente, también se consideró que el resto de recursos del puerto, además del alcance de la operación SBL modelada en Arena, no afectan el tiempo de espera de cada buque.

OBJETIVOS

Con base en la revisión de la literatura, se definieron las siguientes preguntas para este estudio de simulación. El primero se refiere a la cuantificación de los impactos de la asignación de puestos de atraque y las prioridades de cola en el tiempo que un barco pasa en la cola. Se da de la siguiente manera:

1 – ¿Cuál es el impacto de las diferentes reglas de asignación de amarres y prioridades de colas en los tiempos de espera para el sistema portuario en su conjunto y para cada uno de los barcos que visitan periódicamente el puerto?

En este estudio, se consideraron cuatro normas diferentes de asignación de amarres:

• Amarres exclusivos por tipo de barco. Es decir, dependiendo del tamaño de la nave, un atracadero atiende exclusivamente a naves pequeñas y el otro a naves grandes;
• Una sola fila envía los barcos al primer atracadero disponible. En este caso, cuando todos los atracaderos atienden a ambos tipos de buques (pequeños y grandes), se mantienen en una sola fila antes de dirigirse al primer atracadero disponible;
• Barcos asignados al fondeadero con el menor tamaño de cola. De acuerdo con este estándar, los barcos entran en la cola con el tamaño más pequeño en un momento dado, lo que implica que todos los amarres atienden a todo tipo de barcos. A diferencia de la última regla, no existe una cola única que detenga a los barcos hasta que haya un puesto de atraque disponible;
• Barcos asignados al fondeadero con el menor tiempo de cola. Regla similar a la anterior, con la salvedad de que los barcos ingresan a la cola con el menor tiempo esperado para comenzar a atracar en un momento dado, en base a la suma del tiempo esperado para el procesamiento de los barcos que ya están esperando en la cola .

En cuanto a las prioridades de cola, se consideraron ocho disciplinas diferentes dentro de cada norma de asignación de amarres (Hansen, 1972; Silberholz et al., 1991). Se considera que estas disciplinas deciden, en el momento en que un puesto de atraque está disponible, qué barco en la cola será atendido a continuación. Estos se dan a continuación:

• Mayor tiempo de procesamiento.De acuerdo con esta prioridad, el barco con el tiempo de procesamiento más largo, cuando hay un puesto de atraque disponible, se sirve primero. Esta prioridad es lo contrario de Menor tiempo de procesamiento;
• Mayor número de arribos de barcos por año.De acuerdo con esta prioridad, se atiende en primer lugar al buque con mayor número de visitas programadas al año. Esta prioridad es lo contrario de Menor número de llegadas de barcos por año;
• PEPS(primero en entrar, primero en salir) y UEPS (Último en entrar, primero en salir), dos disciplinas clásicas y bien conocidas de colas (ver, por ejemplo, Nahmias, 2001);
• Nave más grande.De acuerdo con esta prioridad, el barco más grande recibe el servicio primero cuando un puesto de atraque está vacío. Esta prioridad es lo contrario de Tamaño de barco más pequeño.

Las posibles alternativas para el funcionamiento de SBL se ilustran en la Figura 1 a través de diferentes diagramas de flujo. Estos fueron modelados en Arena 8.0, una herramienta de simulación bien establecida para eventos discretos (Chung, 2004). Básicamente indican la misma secuencia de actividades y decisiones, difiriendo solo en los factores que se prueban. En términos generales, el cuidado del buque comienza con su llegada a puerto. Según la congestión y la prioridad asignada al barco entrante, es posible que deba esperar hasta que haya un puesto de atraque disponible. Después del atraque, los contenedores se descargan y/o cargan en el barco. Finalmente, cuando se completa el servicio, el barco sale del puerto.

(1) Atracaderos exclusivos por tamaño de embarcación

(2) Despliega barcos en el primer puesto de atraque disponible

(3/4) Barcos destinados a un fondeadero de menor tamaño o tiempo de cola (Q1 y Q2)

Figura 1: Diagramas de flujo

Referencias

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