Operasjonsanalytiske modeller anvendt på komplekse transportsystemer



Like dokumenter
Integrert lager- og flåtestyring for Norsk Hydro

Offshore Logistikkonferansen 2016 Færre folk - smartere løsninger? Fra et forsynings- og logistikk perspektiv

Dimensjonering av landstrøminfrastruktur- ReCharge

Havbrukslogistikk sikre og effektive løsninger med skip fra merd til marked

Reduksjon av drivstoff - mer enn bare ny teknologi

NOx-reduserende tiltak - virkemidler. Tore Søiland, Miljørådgiver Næringslivets NOx-fond

Marin Prosjektering. IMT linjevalg 2012

En studie av produktiviteten og effektiviteten til norske stamnetthavner

Sterk global konkurranse, raske teknologiskift og det grønne skiftet utfordrer dagens løsninger og produksjonsmetoder.

Risiko for oljesøl fra skip i nordområdene

E-navigasjon Juni 2014

Amoniakk karbonfritt drivstoff

Hvis vi erstatter mennesket med automasjon, vil vi da redusere antall ulykker innen maritim shipping?

verktøyskrin Grafisk profil ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet

Kostnadsmodeller for transport og logistikk

Energi- og miljø-optimalisering

Teknologiens plass i et helhetlig perspektiv på sikker og effektiv sjøtransport

LNG som drivstoff til skip

Barentshavkonferansen 2016 Hvordan jobbe sammen? Fra et forsynings- og logistikk perspektiv

LNG som drivstoff til skip

LNG som drivstoff for skip

Vindparktilkopling til offshore installasjonar

Skangass` utvikling av infrastruktur for LNG og forventinger til markedet marin markedet

Commercial Marine. Yrjar Garshol Vice President Marketing. Trusted to deliver excellence

Hvilke grep må tas for å nå målene? Professor Roar Ådland Centre for International Economics and Shipping (SIØS) Norwegian School of Economics (NHH)

HVILKE LØSNINGER HAR POTENSIAL TIL Å MØTE SKIPSFARTENS KLIMAUTFORDRINGER?

Velkommen Rektor Geirmund Oltedal

Verdiskaping i maritim næring. ENON AS MENON Business Economics

verktøyskrin Grafisk profil ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet

e-navigasjon i Nasjonal transportplan

Bruk av brenselceller til fremdrifts- og kraftforsyning i skip

STIG REMØY CEO - Olympic Shipping. Infrastruktur for fremtidig vekst i Kyst-Norge

Status og premisser for videre utvikling av alternative drivstoff

Hvordan har finanskrisen påvirket næringslivets logistikk og transportløsninger?

Ph.d-utdanningen. Harmonisering av krav i Norden

Samarbeid, arbeidsdeling og konsentrasjon (SAK) knyttet til instituttsektoren og UoH - sektoren. Tore Nepstad og Ole Arve Misund

Posisjon: UN/LOCODE: NOTOS

Alternativer for en miljøvennlig utvikling av energisystemet i Norden

Hva har leverandørindustrien behov for fra myndighetene for å utvikle forretningsmodeller? Bjørn Åge Hjøllo Prosjekt ansvarlig NAVTOR A/S

hvem, hvordan v/ Kjersti Høgestøl, Norges Rederiforbund Møte i Sikkerhetsforum

Discrete Optimization Methods in Maritime and Road-based Transportation

Project manager of the MSG6-model (Leading computable general equilibrium model of the Norwegian economy).

Rolls-Royce` globale strategi og maritimsatsingen

Havrommet. 70 % av jordens overflate er hav. Ocean Space Centre. Møre Ocean lab Det Digitale Havrom. Norwegian University of Science and Technology

Nytt strømforbruk. Fra strøm til hydrogen, en ny lagringsmetode

Exploiting global renewable energy growth

Port of Oslo Onshore Power Supply - HVSC. Senior Adviser Per Gisle Rekdal

Derfor er sjøtransport vegen å gå

Introduksjon til operasjonsanalyse

TEMA-dag "Hydrogen. "Hydrogens rolle i framtidens energisystem" for utslippsfri transport" STFK, Statens Hus Trondheim 9.

Samarbeid om forvalting av Havrommet. Per Magne Einang Senterleder Smart Maritime SFI Forum 2016

Overføring av gods fra land til sjø - et håpløst prosjekt? Gunnar Lindberg TØI Haugesund 4. februar 2014

Maritime forskningsprogrammer

Høringskonferanse om Bergen Havn 20 Januar Ole Sævild Managing Director Sea Cargo

Det norske i vekst i Trondheim

Tanker rundt teknologiledelse

Hvordan påvirker fastlandsforbindelser befolkning, bolig og arbeidsmarkedet?

Svoveldirektivet. Bra for miljøet, men hva med sjøtransporten? Hans Kristian Haram April 2013

Kristiansand Havn KF

"Hydrogen for klima, miljø og verdiskaping"

Karbonfangst, transport og lagring

Hvitbok og benchmarkings modell

Drivstoff og utslipp; noen utfordringer fremover

Eldar Eilertsen 1. Desember 2010

Markedet for torsk i EU

Miljøvennlig skipsfart F&U utfordringer

Utgangspunktet. Samarbeid innen logistikk, uten formelle avtaler, mellom miljøene i Molde og Trondheim

Status for maritim miljøteknologi Marked og muligheter. Wärtsilä 28.Aug 2013 WÄRTSILÄ NORWAY ISø

Nyskaping. Kunnskap for en bedre verden

SINTEF ÅLESUND ROLLE I NYSKAPNING OG OMSTILLING

Energiforskningskonferansen 21.mai 2015 Forskningssentre for miljøvennlig energi (FME) Om utlysningen i 2015

Mot et grønnere europeisk energimarked: Hovedeffekter i energimarkedene av Paris-avtalen CICEP CREE modellseminar 28 april 2016 Rolf Golombek

Last ned Operasjonsanalyse; kort og godt - Morten Helbæk. Last ned

Last ned Operasjonsanalyse - Morten Helbæk. Last ned

Gass til industrielt bruk (mineraler)

Base til base transport med LNG og batteri Nytt kombinasjonsfartøy i SUBSEA logistikken - Våt og tørr bulk / ro-ro / heavylift på samme kjøl

Energi, klima og miljø

FREMTIDIG HAVNESTRUKTUR I CONTAINERREDERIERS PERSPEKTIV

Assessment of Urban Forestry Research in the Nordic and Baltic countries. Project Description Form

European supply and demand for Cod and Haddock

E12-regionen og koblinger til omverden MidtSkandia - jubileumsseminar

Framtidens teknologi og transport

Presentasjon for Verdal Formannskap

Depth mld. to main deck. Displacement at maximum draft. Side thruster aft about Side thruster forward, retractable and about

PETROMAKS & Integrerte Operasjoner. Rådgiver Tor-Petter Johnsen, PETROMAKS

Kostnader for ny kraftproduksjon ved ulike teknologier Energiforum EF Bergen

Er tiden moden for offshore vind i Norge? Annette F. Stephansen

TEST AREA TRONDHEIMSFJORDEN. Kay Fjørtoft, SINTEF Ocean

Næringsutvikling/sysselsetting i Energibransjen, Medvirkningsuka klima og energi, ENERGI, TK/STFK, 13.november 2015

Logistical Challenges seen through the Eyes of a Shipowner and Liner Operator

Hva vil utslippsreduksjoner utenfor kvotepliktig sektor koste i det norskeuropeiske BRITA BYE, CREE/CICEP SEMINAR LITTERATURHUSET, 25 APRIL 2019

Hvordan predikere sikkerhet mht. endring

Vekst og verdiskaping. 1. november 2006

Verftskonferansen 2014 Markedsutsiktene for offshore skip subsea

Supply chain management

Innhold. Kina tar naturgass i bruk i stor skala. 23 mai 2012 Det Norske Veritas AS. All rights reserved. - Ambisjoner for sterk og rask vekst

Større og smartere - havbruksteknologi på eksponerte lokaliteter. Verftskonferansen 2015, Ålesund Senterleder EXPOSED, Hans Bjelland

TEKNOLOGI FOR ØKT LØNNSOMHET OG REDUSERTE KLIMAAVTRYKK. Vegar Johansen Adm. dir. SINTEF Ocean AS Klimamarin 2017

Transnova Konferansen 2014

Kostnader og kostnadsoverskridelser i norske vegprosjekt

Transkript:

Operasjonsanalytiske modeller anvendt på komplekse transportsystemer Kjetil Fagerholt 1,2 1 Norwegian University of Science and Technology (NTNU), Trondheim, Norway 2 Norwegian Marine Technology Research Institute (MARINTEK), Trondheim, Norway

Formål Gi en kort innføring i hva operasjonsanalyse kan være og hva det kan brukes til innen maritime transport og logistikk Gjennom bruk av eksempler Presentere forskningsstatus og -trender innen operasjonsanalytiske modeller for maritime transportsystemer* * Denne delen av presentasjonen vil i stor grad være basert på paperet: Christiansen, Fagerholt, Nygreen og Ronen (2012). Ship routing and scheduling in a new millennium. Submitted paper.

Hva er operasjonsanalyse? Fagområde hvor en ser på utvikling og bruk av kvantitative metoder for å løse praktiske planleggingsproblemer Omfatter en rekke disipliner/metoder, slik som f.eks.: Optimering (linear programmering, heltallsprogrammering, ikkelineær programmering, stokastisk programmering, etc...) Simulering, køteori Beslutningsanalyse Etc... Analytisk tilnærming til problemet (inkludert matematisk modellering) er sentralt I denne presentasjonen vil jeg fokusere på optimering!

Eksempel distribusjon av varer

Eksempel distribusjon av varer (forts.) 1 3 4 Mål: Finne en transportplan som minimerer kostnader samtidig som etterspørsel blir tilfredsstilt Restriksjoner/krav: Nettoflyt i nodene (tilbud/etterspørsel) 2 5

Eksempel distribusjon av varer (forts.) 1 3 4 Mål: Finne en transportplan som minimerer kostnader samtidig som etterspørsel blir tilfredsstilt Restriksjoner/krav: Nettoflyt i nodene (tilbud/etterspørsel) Eksempel for node 5: 35 45 54 5 60 2 5 Eksempel for node 2: 12 23 2 40

Eksempel distribusjon av varer (forts.) 1 2 3 4 5 Mål: Finne en transportplan som minimerer kostnader samtidig som etterspørsel blir tilfredsstilt Restriksjoner/krav: Nettoflyt i nodene (tilbud/etterspørsel) Transportkapasitet mellom nodene Eksempel mellom node 1 og 2: 12 12 10

Eksempel distribusjon av varer (forts.) Full modell (med symboler): min 1 10 4 når 40,, 1,2,3,4,5 3 20,, 1,2,3,4,5 0,, 1,2,3,4,5 2 40 80 5 Optimal løsning: z = $49,000 Vareflyt (se figur)

Eksempler på andre, mer komplekse problemer innen maritim transport hvor operasjonsanalyse/optimering kan gi god beslutningsstøtte

Eksempel 1: Ruteplanlegging i bulk shipping Disponerer en flåte med skip, hvor skipene kan ha ulik kapasitet speed fuelforbruk initiell posisjon Laster som må betjenes, hver last angitt med bl.a. laste- og lossehavn tidsvindu (laycan) mengde fraktinntekt Kan være en miks av kontraktslaster (COA) og spotlaster

Eksempel 1 (forts.) Ruteplanlegging i bulk shipping: TurboRouter et optimeringsbasert beslutningsstøtteverktøy for ruteplanlegging i shipping, utviklet ved MARINTEK i samarbeid med NTNU Implementasjon og uttesting hos et mindre norsk rederi viste en økning i profitt på 1-2 mill. USD over en periode på 2-3 uker!!!

Eksempel 2: Offshore supply En flåte med supplyskip betjener et antall offshore plattformer fra en gitt base ved kysten Beslutninger: 1. Optimal (minimum kostnad) flåtesammensetning (antall og størrelse på skip) 2. Tilhørende ukentlige ruteplaner Onshore depot Offshore installation

Eksempel 2: Offshore supply (forts.) Noen av restriksjonene: Hvert av de aktuelle skipene har en gitt kapasitet og speed Hver plattform (med en estimert etterspørsel) må bli betjent et gitt antall ganger per uke Plattformbesøkene må fordeles jevnt utover uka Utvikling av en optimeringsmodell for å finne optimal flåte av supplyskip for å chartre inn, samt tilhørende ukentlige seilingsruter Modell har vært benyttet av Statoil som estimerte besparelser som følge bruk av denne til ca. 3 mill. USD/år

Utvikling av verdensflåten World fleet (beginning of year, in million dwt)* Year Oil Tanker Dry Bulk General Cargo Container Other Total 1980 339 186 116 11 31 683 1985 261 232 106 20 45 664 1990 246 235 103 26 49 659 1995 268 262 104 44 58 736 2000 282 276 101 64 75 798 2005 336 321 92 98 49 896 2010 450 457 108 169 92 1276 *Cargo carrying vessels over 100 gross tons (source: UNCTAD, 2011)

Utvikling handel til sjøs International seaborne trade (millions of tons) Year Oil Main Bulks* Other dry cargo Total (all cargoes) 1980 1871 796 1037 3704 1990 1755 968 1285 4008 2000 2163 1288 2533 5984 2010 2752 2333 3323 8408 *Iron ore, grain, coal, bauxite/alumina, and phosphate (source: UNCTAD, 2011)

Forskningstrender Vi har gjennomgått litteratur for operasjonsanalytiske modeller for maritime transportproblemer Engelsk-språklige peer-review journaler Preskriptive modeller, dvs. hvor løsning foreslås (i motsetning til deskriptive) Vi publiserte en review-artikkel i 2004 Oppdatert versjon i 2012* *Christiansen, Fagerholt, Nygreen og Ronen (2012). Ship routing and scheduling in a new millennium. Submitted paper.

Forskningstrender (forts.) Outlet Ronen (1983) Ronen (1993) Maritime Policy & Management (MPM) Transportation Science (TS) European J. of Oper. Research (EJOR) J. of the Oper. Research Soc. (JORS) Operations Research (OR) Transportation Research Part E (TRE) Naval Research Logistics (NRL) Computers & Oper. Research (COR) Christiansen et al. (2004) Current review Total 1 8 9 6 24 4 7 4 4 19 0 3 7 8 18 2 3 4 7 16 8 4 1 1 14 0 1 0 11 12 4 2 4 0 10 0 0 0 8 8 Interfaces 1 2 3 2 8 Maritime Econ. & Logistics (MEL) 0 0 1 6 7 Other outlets 2 8 22 74 106 Number of new papers 22 38 55 127 242 Number of outlets 8 12 23 48 62 Total references in review * Published in English in refereed journals and edited volumes (edited volumes are counted as a single outlet) 39 43 78 131 na

Forskningstrender (forts.) Research topics and publication year (number of papers) Publication Year Total papers* (all modes) Network Design Size & Mix L I N E R S Routing & Scheduling Deployment Speed Other General 2007-2011 104 10 4 13 8 9 5 3 2002-2006 26 6 1 1 3 1997-2001 28 3 3 3 1992-1996 11 1 1 2 I N D U S T R I A L & T R A M P Size & Routing & Speed MIR LNG OSV DSS Other Mix Scheduling 2007-2011 1 16 7 11 6 5 3 6 2002-2006 4 5 1 6 1997-2001 4 9 2 5 1 1 1992-1996 2 4 1 1 * A paper may address more than one topic

Forskningstrender (forts.) Publications and topics distributed on countries (number of papers 2007-2012) Country Number of papers Main research topics Norway 44 Singapore 14 Bulk ship routing, inventory routing, offshore supply, LNG, speed Container shipping (network design, fleet deployment, speed) US 10 Network design, inventory routing Denmark 5 Container shipping (network design, fleet deployment) Greece 5 Speed (environmental issues), liner shipping Fra Norge er det miljøene ved NTNU, MARINTEK, HIM og SINTEF som er representert

Speedoptimering kan integreres i ruteplanleggingen De fleste matematiske modeller for maritim ruteplanlegging antar at tid og kostnad for å seile mellom to havner er gitt I virkeligheten er denne kostnaden avhengig av valgt seilingshastighet Ship speed Fuel cons. (tons/day) Fuel cost saving ($/day) 14 33.9-13 27.2 2 697 12 21.4 5 016 11 16.5 6 979 Stopford (2009). Panamax vessel; 300 days at sea; 10 000 mile round voyage; Fuel price $400

Speedoptimering (forts.) Fuelforbruk (og kostnad) for et skip er en ikke-lineær (konveks) funksjon av hastighet 0,45 Fuel consumption (MT per nm) 0,4 0,35 0,3 0,25 Fixed service speed 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0 5 10 15 20 25 Speed (knots) v min v max Å bestemme optimal seilingshastighet på hver seilingsleg kan gi andre (og bedre) ruteplaner

Illustrative løsninger for et (lite) planleggingsproblem A real life tramp shipping case (6 ships,16 contractual cargoes and 2 spot cargoes) a) Fixed speed (17 knots) Cargoes served 16 Revenue ($) 16.102.500 Profit ($) 7.434.789 Fuel costs ($) ($300/MT) 5.830.661 kg CO 2 /ton*nm 0.0273 b) Fixed speed (17 knots) + a posteriori speed optimization 16 11 % reduction 16.102.500 8.081.186 5.184.264 0.0243 c) Fixed speed (20 knots) 18 19.072.500 5.532.848 10.188.202 0.0396 37 % reduction d) Fixed speed (20 knots) + a posteriori speed optimization 18 19.072.500 9.392.685 6.328.365 0.0246 4.3 % reduction e) Variable speed (14-20 knots) 18 19.072.500 9.664.560 6.056.490 0.0235

Effekt av redusert fuelforbruk Fuelforbruket fra shipping har økt med 50% i løpet av de siste 10 årene Totalt fuelforbruk i shipping var på 277 mill. tonn i 2007 (IMO) 1% reduksjon i fuelforbruk vil gi: Kostnadsreduksjoner > 1.2 mrd. USD (med en pris på 450 USD/tonn) Reduksjon i CO2 utslipp på 10.5 mill. tonn Speedoptimering kan bidra til å redusere fuelforbruk og miljøutslipp Stor økning i forskning på speedoptimering i løpet av de siste årene

Konklusjoner Forskningsinnsatsen på operasjonsanalytiske modeller i maritim transportplanlegging har økt kraftig de siste årene Norge er i forskningsfronten Det har spesielt vært en økning i forskning innen Containershipping (nettverksdesign) Speedoptimering Mer spesialiserte problemer som bl.a. LNG shipping og offshore supply Fortsatt stort gap mellom forskning og industripraksis!