APLICACIÓN DE LA SIMULACIÓN EN LA PLANIFICACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE … · 2014-10-08 · La...
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APLICACIÓN DE LA SIMULACIÓN EN LA PLANIFICACIÓN Y EXPLOTACIÓN DE TERMINALES PORTUARIAS DE CONTENEDORES Iñaki Yarza Fernández Jefe de Proyectos de I+D+i, Fundación Valenciaport, España Rafael Sapiña García Director de Navieras y Operadoras, Fundación Valenciaport, España Ana María Martín Soberón Jefe de Proyectos de I+D+i, Fundación Valenciaport, España Arturo Monfort Mulinas Director de I+D+i, Fundación Valenciaport, España Noemí Monterde Higuero Jefe de Proyectos de I+D+i, Fundación Valenciaport, España David Calduch Verduch Jefe de Proyectos de I+D+i, Fundación Valenciaport, España RESUMEN La simulación es el proceso de diseñar un modelo que imita el comportamiento de un sistema real y llevar a cabo experiencias con él. Permite dar respuesta a preguntas del tipo ¿qué pasaría si?, lo que facilita la evaluación de diferentes alternativas de solución sin la necesidad de emplear recursos físicos, reduciendo costes de experimentación por prueba y error, y proporcionando información sobre el sistema estudiado. El proceso de simulación empieza por el estudio del sistema real, en este caso la terminal portuaria de contenedores (TPC), para su posterior modelización mediante distribuciones de probabilidad referentes a llegadas de buques, tiempos de servicio, promedio de movimientos por hora de equipos y manipuladores, llegadas de camiones y ferrocarril, etc. La implementación del sistema en un lenguaje de programación y su posterior calibración y validación permite la representación del sistema y la posterior experimentación mediante la definición de escenarios que incorporan las innovaciones a evaluar y condicionan el nivel de detalle de formulación del modelo. La presente ponencia introduce la simulación de procesos y destaca el papel fundamental que juega la simulación en la evaluación de alternativas de planificación y explotación de TPCs para la resolución de cuellos de botellas en la operativa, y repasa la metodología de simulación señalando la importancia del manejo de datos de calidad y de un correcto nivel de detalle para garantizar la fiabilidad de los resultados. 1. INTRODUCCIÓN A LA SIMULACIÓN DE PROCESOS Según la definición más formal, “la simulación es el proceso de diseñar un modelo de un
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APLICACIÓN DE LA SIMULACIÓN EN LA PLANIFICACIÓN Y
EXPLOTACIÓN DE TERMINALES PORTUARIAS DE CONTENEDORES
Iñaki Yarza Fernández
Jefe de Proyectos de I+D+i, Fundación Valenciaport, España
Rafael Sapiña García
Director de Navieras y Operadoras, Fundación Valenciaport, España
Ana María Martín Soberón
Jefe de Proyectos de I+D+i, Fundación Valenciaport, España
Arturo Monfort Mulinas
Director de I+D+i, Fundación Valenciaport, España
Noemí Monterde Higuero
Jefe de Proyectos de I+D+i, Fundación Valenciaport, España
David Calduch Verduch
Jefe de Proyectos de I+D+i, Fundación Valenciaport, España
RESUMEN
La simulación es el proceso de diseñar un modelo que imita el comportamiento de un
sistema real y llevar a cabo experiencias con él. Permite dar respuesta a preguntas del tipo
¿qué pasaría si?, lo que facilita la evaluación de diferentes alternativas de solución sin la
necesidad de emplear recursos físicos, reduciendo costes de experimentación por prueba y
error, y proporcionando información sobre el sistema estudiado.
El proceso de simulación empieza por el estudio del sistema real, en este caso la terminal
portuaria de contenedores (TPC), para su posterior modelización mediante distribuciones
de probabilidad referentes a llegadas de buques, tiempos de servicio, promedio de
movimientos por hora de equipos y manipuladores, llegadas de camiones y ferrocarril, etc.
La implementación del sistema en un lenguaje de programación y su posterior calibración
y validación permite la representación del sistema y la posterior experimentación mediante
la definición de escenarios que incorporan las innovaciones a evaluar y condicionan el
nivel de detalle de formulación del modelo.
La presente ponencia introduce la simulación de procesos y destaca el papel fundamental
que juega la simulación en la evaluación de alternativas de planificación y explotación de
TPCs para la resolución de cuellos de botellas en la operativa, y repasa la metodología de
simulación señalando la importancia del manejo de datos de calidad y de un correcto nivel
de detalle para garantizar la fiabilidad de los resultados.
1. INTRODUCCIÓN A LA SIMULACIÓN DE PROCESOS
Según la definición más formal, “la simulación es el proceso de diseñar un modelo de un
sistema real parametrizable y llevar a término experiencias con él, con la finalidad de
comprender el comportamiento del sistema o evaluar nuevas estrategias –dentro de los
límites impuestos por un cierto criterio o un conjunto de ellos- para el funcionamiento del
sistema” (Shannon y Johannes, 1976).
La simulación actual entendida como una representación simplificada de la realidad que
permite llevar a cabo experimentos sobre un modelo, puede considerarse que tiene sus
orígenes en 1908 con las primeras maquetas que, como muchas de las herramientas
contemporáneas, se desarrollaron con fines militares y de aplicación industrial.
Actualmente, la simulación ha evolucionado hacia la experimentación con modelos de
representación teóricos, fundamentalmente matemáticos, y es una técnica cada vez más
utilizada por múltiples disciplinas (minería, aviación, medicina, enseñanza, etc.), incluida
la portuaria, tanto como herramienta para la evaluación de escenarios y la toma decisiones
como para el entrenamiento y capacitación de los recursos humanos que conducen el
sistema.
2. LA TERMINAL PORTUARIA DE CONTENEDORES
Una terminal portuaria es un intercambiador modal que suele disponer de un área de
almacenamiento en tierra para coordinar los diferentes ritmos de llegadas de la mercancía
vía marítima y terrestre (Monfort et al., 2001). Su misión es la de proporcionar los medios
y la organización necesarios para que el intercambio de dicha mercancía entre los modos
terrestre y marítimo tenga lugar en las mejores condiciones de rapidez, eficiencia,
seguridad, respeto al medio ambiente y economía.
Las terminales de contenedores poseen ciertas características que les confieren la facultad
de alcanzar un grado de sistematización mucho mayor que el de terminales de otros tipos
de mercancía (Monfort et al., 2011b), tales como:
La estandarización del elemento de transporte, el contenedor.
La estandarización en la forma de manipulación de la mercancía.
El altísimo nivel de intercambios que se realizan.
La gran repercusión de la tecnología para la rentabilidad de la terminal.
Como consecuencia de lo anterior, la operativa en terminales de contenedores, respecto a
la manipulación de otra mercancía general, tiene costes de manipulación menores,
disminuye los tiempos de carga y descarga, y por tanto la duración de la escala, mejorando
la productividad del buque y la competitividad de esta.
El alto grado de estandarización de este tipo de terminales favorece la automatización de
los distintos sistemas y subsistemas obteniendo mejores índices de productividad y
reducción de costes de operativa, sin embargo, los altos costes de inversión en
equipamientos hace que en ocasiones la automatización resulte inviable. Es por esto que,
por un lado, la simulación se posiciona como una herramienta clave en el proceso de
planificación y explotación de terminales portuarias de contenedores permitiendo estudiar,
analizar y experimentar, con el fin de optimizar la operativa, y por otro lado, como
herramienta de evaluación de innovaciones tecnológicas.
3. LA SIMULACIÓN DE SISTEMAS
La simulación de sistemas implica la construcción de modelos que se correspondan con la
realidad. El objetivo es averiguar qué pasaría en el sistema real en caso que acontecieran
determinadas hipótesis, sin para ello afectar al sistema real, mediante la inferencia de los
resultados extraídos de la actuación sobre el modelo
Figura 1. Relación entre el sistema y el modelo de una simulación
Un sistema se define como un objeto compuesto cuyas partes se relacionan entre sí
formando una unidad organizada funcionalmente que puede ser aislada del sistema para su
estudio; puede ser material o conceptual.
La simulación se considera conveniente cuando se pueden aplicar las siguientes
condiciones al sistema:
El sistema es susceptible de ser modelado. Esto quiere decir que el proceso se
comprende correctamente, puede ser definido por una relación de flujos y los
tiempos de operación y sus reglas son conocidos;
Existen altos volúmenes de carga en lugares con una escala de capacidad variable;
Se trata de sistemas con un gran número de variables independientes;
La complejidad del sistema es difícil o imposible de definir con una hoja de
cálculo. La simulación permite ver todas las interacciones del sistema y como estas
impactan en todos los aspectos del modelo;
Cuando se requiere de una animación 3D que permite ver la interacción entre los
componentes.
Sistema real
Entradas
Salidas
HIPÓTESISEntradas
Salidas
Correspondencia
Correspondencia
Inferencia
Parámetros ParámetrosModelo de
simulación
3.1. Modelos de simulación
Por otra parte, un modelo es la representación de un objeto, sistema, o idea. La
modelización se define como la abstracción de un sistema con el fin de reproducir su
comportamiento en condiciones normales y ante cualquier modificación de los parámetros
que lo componen.
Atendiendo al modo de representar el sistema estudiado, existen tres tipos de modelos de
simulación:
Modelo físico: consiste en la realización de experimentos sobre un modelo material
semejante a la realidad, a tamaño real o a escala (maqueta);
Modelo analógico: empleado fundamentalmente en electricidad y electrónica,
donde tanto el modelo como el objeto real tienen una misma o igual descripción
matemática;
Modelo matemático: se fundamentan en ecuaciones matemáticas para representar la
realidad, ya sean analíticos o computacionales. Este es el tipo más común de
modelado.
A su vez los modelos matemáticos se puede clasificar en:
Según la dependencia con el tiempo:
o Discretos: este tipo de modelos tiene dos características principales, por un
lado permite configurar objetos o estructura de objetos para imitar el
comportamiento del sistema real, y por otro lado los eventos acontecen a lo
largo de la secuencia de tiempo.
o Continuos: resuelve las ecuaciones diferenciales que describen la evolución
de un sistema utilizando ecuaciones continuas. Se emplean para simular
información u objetos que evolucionan de modo continuo sin saltos de
tiempo.
Según los datos empleados:
o Deterministas: los datos necesarios para alimentar el modelo son
completamente conocidos y determinados.
o Estocásticos: los datos empleados para alimentar el modelo son funciones
de distribución probabilística y por tanto no se conocen exactamente. Así
las soluciones que se obtienen son también de tipo probabilístico.
Según la evolución con el tiempo:
o Estáticos: se entiende por simulación estática la representación de un
sistema para un instante dado y por tanto no reproduce una evolución en el
tiempo.
o Dinámico: un modelo de simulación dinámica representa a un sistema en el
que el tiempo es una variable de interés.
En la mayoría de las TPCs, los procesos se pueden representar mediante flujos de datos de
manera conceptual, las variables operativas cambian en función del tiempo y de la
operativa, su actividad se modeliza con distribuciones de probabilidad referentes a llegadas
de buques, tiempos de servicio, promedio de movimientos por hora de equipos y
manipuladores, llegadas de camiones y ferrocarril, etc. Y son sistemas que evolucionan
drásticamente con el tiempo. Este tipo de simulación es conocida como simulación de
eventos discretos o de procesos discretos y generalmente es necesario el empleo de
herramientas informáticas para su desarrollo.
4. METODOLOGÍA DE SIMULACIÓN
Para realizar con éxito la simulación de un sistema es conveniente que se siga una
estructura de análisis y de obtención de datos ordenada. Generalmente un proceso de
simulación sigue la siguiente estructura:
(1) Análisis del sistema real: Consiste en estudiar el contexto del problema, identificar
los objetivos del proyecto, especificar los índices de medición de la efectividad del
sistema, establecer los objetivos específicos del modelado y definir el sistema que
se va a modelar.
(2) Formulación del modelo: Una vez definidos con exactitud los resultados que se
esperan obtener del estudio, se define y construye el modelo el cual será
implementado en ordenador. En la formulación del modelo es necesario definir
todas las variables que forman parte de él, sus relaciones lógicas y los diagramas de
flujo que describen de forma completa el modelo.
(3) Implementación en el ordenador: Con el modelo definido, el siguiente paso es
decidir el tipo de programa y lenguaje a utilizar, y realizar la implementación del
modelo planteado siguiendo la estructura del diagrama de flujo sin desarrollar más
que el nivel de detalle planteado.
(4) Recolección de datos: Es importante que se definan con claridad y exactitud el tipo
de datos a emplear en cada variable. Los datos son tomados del sistema real con el
objetivo de identificar las funciones de distribución y las variables que definen el
sistema.
(5) Verificación y validación del sistema: El proceso de verificación consiste en
comprobar que el modelo implementado en el ordenador se comporta de acuerdo a
su diseño. Posteriormente es necesario validar el modelo de simulación con el
sistema real. En esta etapa se valoran las diferencias entre el funcionamiento del
simulador y el sistema real. Las formas más comunes de validar un modelo son:
La opinión de expertos sobre los resultados de la simulación.
La exactitud con que se predicen datos históricos.
La exactitud en la predicción del futuro.
La comprobación de falla del modelo de simulación al utilizar datos que
hacen fallar al sistema real.
La aceptación y confianza en el modelo de la persona que hará uso de los
resultados obtenidos con el experimento de simulación.
(6) Experimentación: Una vez se ha concluido en que el modelo de simulación se
corresponde con el sistema real, se plantean escenarios, realizando pequeñas
variaciones en el modelo, con el fin de conocer cómo responde el sistema ante
dichas variaciones.
(7) Interpretación y documentación: En esta etapa de estudio, se interpretan los
resultados obtenidos de la simulación, lo que en definitiva permitirá la toma de
decisiones. Además se deben generar tanto informes de tipo técnico con los
resultados obtenidos en la simulación, como un manual de usuario que facilite la
interpretación del modelo.
Figura 2. Proceso de simulación
4.1. Análisis del sistema y formulación del modelo
A la hora de analizar el sistema o subsistema a estudiar hay que tener muy en cuenta el
objetivo de la simulación, no siendo siempre necesario simular toda la terminal y pudiendo
quedar el ejercicio reducido a un subsistema asilado. El tiempo de modelado crece
exponencialmente con el nivel de abstracción (ver apartado 5.2), y por ello hay que evitar
implementar más de lo que realmente se pretende analizar. De esta forma se ahorran
tiempo y esfuerzo y se evitan interferencias con lo que realmente se está estudiando. Como
ejemplo, si se quiere optimizar la asignación de la línea de atraque, sería suficiente utilizar
un modelo que represente este subsistema e incorpore su interacción con el resto de
subsistemas de la terminal y su integración en las operaciones mediante distribuciones de
tiempos de servicio a buques.
(1)
Análisis del
sistema real
(2)
Formulación del
modelo
(3)
Implementación
del modelo
(4)
Recolección de
datos
(5)
Verificación y
Validación
(6)
Experimentación
(7)
Interpretación y
Documentación
Una vez analizado el sistema y determinado los objetivos de la simulación, se desarrolla la
formulación del modelo. Para ello es necesario definir de forma esquemática o mediante
diagramas de flujo todas las relaciones e interacciones de los diferentes objetos que van a
formar parte del sistema a estudiar. Esta etapa representa una de las partes más importantes
del proceso, ya que condiciona la interacción entre las funciones de distribución y las
variables del modelo y por tanto los resultados finales.
4.2. Análisis de datos de entrada y salida
Los datos numéricos de entrada pueden ser de dos tipos: deterministas, cuando los datos
introducidos son totalmente conocidos, o estocásticos, donde se conoce la función de
distribución pero el dato obtenido es totalmente probabilístico, siendo este caso una de las
principales aplicaciones de la simulación frente a otros métodos.
El empleo de datos estocásticos supone una ventaja, ya que permite obtener datos
numéricos de salida con un rango de soluciones probabilísticas determinando un intervalo
de confianza que depende de la interacción con el resto de funciones y variables.
En consecuencia, para la introducción en el simulador de los datos de entrada y para la
interpretación de los datos de salida del mismo, es necesario llevar a cabo un análisis de las
series de datos que permita, por un lado, la identificación de las funciones de distribución
que mejor describen una variable y, por otro, la caracterización de estas funciones de forma
que se conozcan los valores más representativos del conjunto de datos que representan.
5. APLICACIÓN DE LA SIMULACIÓN A TERMINALES PORTUARIAS DE
CONTENEDORES
La aplicación de la simulación a las TPCs resulta de gran utilidad para la planificación y
explotación de este tipo de instalaciones, en particular para la toma de decisiones referentes
a la implementación de las innovaciones tecnológicas y de gestión disponibles en el
mercado.
Entre las principales aplicaciones que aporta la simulación en el campo de las terminales
marítimas de contenedores, se encuentran:
Análisis de capacidad
Estudios de mejora del rendimiento
Diseño de operaciones y layouts
Apoyo al TOS
Entrenamiento
Independientemente de la aplicación y el subsistema o sistema estudiado es necesario
considerar el nivel de detalle necesario para la consecución de los objetivos de la
simulación. Éste depende principalmente de los objetivos de la simulación y del
subsistema a estudiar.
5.1. La terminal portuaria de contenedores como sistema
Según Monfort et al. (2001 y 2011a), una terminal marítima puede definirse como un
sistema integrado, con conexión física y de información con las redes de transporte
terrestres y marítimas. Para su análisis se considera que está compuesto por cuatro
subsistemas, que se definen de la siguiente manera:
El subsistema de carga y descarga de buques o de línea de atraque es el
encargado de resolver la interfaz marítima, con todos los aspectos de infraestructura
y equipamiento que ello conlleva (muelle, medios de carga y descarga, etc.), y las
relaciones que, con los agentes implicados, son precisas en esta fase.
El subsistema de almacenamiento normalmente ocupa la mayor parte de la
superficie de la terminal y su función es la de depósito temporal de las mercancías,
permitiendo acompasar el ritmo y las prestaciones de los distintos medios de
transporte. La disposición de este subsistema y su extensión condicionan y
dependen del tiempo de estancia, del volumen de tráfico, del equipamiento
principal y de la lógica operacional (sentidos de circulación, alturas operativas,
zonificaciones) que se empleen.
El subsistema de recepción y entrega está integrado por las puertas terrestres para
camión y ferrocarril, en función de cada caso, equipadas con aquellas instalaciones
que se dispongan para facilitar la captación del alto volumen de información que se
adquiere en esa zona, y por los espacios y equipos necesarios para realizar la
operación.
El subsistema de interconexión es el que asegura el transporte de las mercancías
entre los subsistemas anteriores. Más que estar ligado a un espacio físico concreto
–como pudieran ser los viales internos de interconexión–, este subsistema engloba
la solución tecnológica adoptada en cada caso para los movimientos físicos y de
información que se precisan. En función de la tipología de la terminal y del equipo
del subsistema de almacenamiento, se empleará una determinada maquinaria para
cada uno de los movimientos y para el transporte interno de la mercancía.
La morfología de estos subsistemas varía dependiendo de la tipología de la terminal. La
Figura 3 es un ejemplo de layout de una terminal portuaria de contenedores de RTGs, con
sus respectivos subsistemas.
Figura 3: Subsistemas de una terminal de contenedores
5.2. Niveles de abstracción
Normalmente, el esfuerzo necesario para el desarrollo y validación del modelo crece de
forma exponencial con el grado de detalle, pudiendo llegar a ser muy elevado el número de
parámetros que lo caracterizan. A su vez, la obtención precisa de información referente a
ciertos parámetros del sistema para validar y alimentar el modelo puede ser muy difícil o
costosa, tanto en tiempo como en términos económicos. Por otra parte, cuanto más
complejo y detallado es un modelo, mayor es la necesidad de computación, lo que puede
limitar su utilidad si no es posible dar una respuesta en un tiempo aceptable. Por ello
durante el análisis del sistema real es necesario determinar los indicadores necesarios para
ceñir el modelo de simulación a un nivel de abstracción adecuado que permita cumplir los
requisitos de tiempo y necesidades.
En un modelo, el nivel de abstracción no es más que el detalle con el que se reproduce el
comportamiento de un sistema ante un conjunto de experimentos. Por lo tanto, un modelo
está asociado siempre a las respuestas que se pretendan extraer de él.
En el caso de las terminales portuarias de contenedores existe una gran pluralidad de
decisiones operacionales a nivel estratégico, táctico y operativo susceptibles de ser
simuladas que requieren de modelos con distintos niveles de detalle y horizontes
temporales.
A continuación se describen los 5 niveles de abstracción, comenzando por el más general y
abstracto.
5.2.1. Nivel 1 - Operativa de puertas: gestión directa
El nivel 1, supone la abstracción de todos los componentes internos de una TPC. En
consecuencia, la terminal se modela de forma similar a un almacén simple, donde todos los
objetos de un mismo tipo (buques, camiones, contenedores, etc.) se tratan de forma
homogénea.
Figura 4. Nivel 1 de abstracción de simulación de una TPC
5.2.2. Nivel 2 - Operativa de puertas: gestión continua
El nivel 2, añade el detalle de la operativa de puertas tanto marítimas como terrestres. Los
modelos con este nivel de detalle utilizan funciones de distribución continuas que
modelizan el número de movimientos por hora de los equipos y los algoritmos de
asignación de la línea de atraque, del número de grúas y de los equipos de recepción y
entrega.
Figura 5. Nivel 2 de abstracción de simulación de una TPC
5.2.3. Nivel 3 - Comportamiento de patio
En el nivel 3 se modela el patio dividiéndolo en diferentes zonas con estrategias de
almacenamiento y operativa diferentes, reflejando con una mayor fidelidad la gestión de
patio de la TPC por áreas diferenciadas para exportación, importación, vacíos o
transbordos. Las diferentes zonas tienen características propias que hacen que los
parámetros o características de explotación como los tiempos de estancia del contenedor,
sean distintos y deban ser modelados de forma particular.
Figura 6. Nivel 3 de abstracción de simulación de una TPC
5.2.4. Nivel 4 - Operativa a nivel de bloque
El nivel 4, es el siguiente paso en la definición del nivel de detalle en la operación de patio.
En este nivel se tienen en cuenta las características de almacenamiento del patio, lo que
significa que se considera la distribución en planta y las características de los bloques, las
pilas de contenedores y las calles del patio. Sin embargo los contenedores no tienen una
identidad propia diferenciada dentro de un servicio, por lo que ciertas operaciones como
las remociones o el housekeeping se modelan como funciones de eficiencia o mediante un
incremento en los tiempos de servicio.
Figura 7. Nivel 4 de abstracción de simulación de una TPC
5.2.5. Nivel 5 - Operativa TOS
Con el nivel 5 se obtiene el máximo grado de detalle. Cada contenedor tiene todas las
características que permitirían conectar el simulador con el sistema operativo de la terminal
(TOS) e interaccionar con él como si fuese la propia terminal real. Este nivel de detalle
requiere de ciertas funciones que, por lo general, necesitan de la intervención de un
operador o técnico, lo que hace muy complejo la simulación durante largos periodos de
tiempo.
5.3. Indicadores de rendimiento
El nivel de detalle y el horizonte temporal de la simulación objetivo dependen de los
elementos que se quieran analizar y de las respuestas que se pretendan obtener. En función
de los requisitos del nivel de detalle y el horizonte temporal se debe definir un nivel de
abstracción adecuado para el modelo.
Como norma general es conveniente buscar una solución de compromiso entre la
complejidad de un modelo y su finalidad. Por lo que, para satisfacer estos dos aspectos es
necesario tener en cuenta cuáles son los objetivos que se persigue y qué indicadores se
quieren obtener. En la tabla siguiente se definen algunos indicadores de rendimiento que se
pueden obtener atendiendo a los diferentes niveles de abstracción:
Nivel de abstracción Indicadores de rendimiento operacional
Nivel 1 - Operativa de puertas:
gestión discreta
Tiempo de espera en cola de los buques
Ocupación de la línea de atraque
Tiempo de espera en cola de los camiones
Utilización de la puerta de entrada
Nivel 2 - Operativa de puertas:
gestión continua
Utilización de las grúas de muelle
Nivel 3 - Comportamiento de
patio
Tráfico marítimo (volumen)
Productividad anual media de buque atracado
Productividad bruta de grúa de muelle
Productividad media de los vehículos de
interconexión dedicados a la operativa marítima
Utilización de los vehículos de interconexión
dedicados a la operativa marítima
Tráfico terrestre (volumen)
Nivel 4 - Operativa a nivel de
bloque
Productividad de los equipos de patio
Utilización de los equipos de patio
Utilización de patio (total y por zonas)
Utilización del espacio de la terminal
Nivel 5 - Operativa TOS Indicadores a nivel TOS
Tabla 1. Indicadores de rendimiento según el nivel de abstracción del modelo.
*En cada nivel se obtiene los propios de cada nivel más los de los anteriores
6. LA SIMULACIÓN COMO HERRAMIENTA DE PLANIFICACIÓN Y
EXPLOTACIÓN PORTUARIA
La aplicación de la simulación a los puertos y en concreto a las TPCs se basa en sus
beneficios como herramienta de planificación y gestión como método para verificar la
toma de decisiones.
La planificación y explotación portuaria consiste en el proceso de identificación de la
demanda futura de servicios portuarios con el objeto de configurar una oferta de servicios
que resulte viable y sostenible, dando respuesta de manera simultánea a las necesidades de
la terminal mediante la mejora del rendimiento operacional, el incremento de la seguridad
y protección, y la contribución a la sostenibilidad ambiental.
Para la planificación y explotación de una terminal portuaria de contenedores pueden
adoptarse decisiones a tres niveles atendiendo al horizonte temporal:
Nivel estratégico: en el que se sitúan las medidas que conciernen a la localización
y la configuración del layout de una nueva terminal, así como a las decisiones
referentes a los tipos y el número de equipamiento a adquirir.
Nivel táctico: en este nivel se decide sobre el uso del espacio de la terminal, y se
definen unas normas generales de asignación de recursos a las tareas, así como el
trazado de los recorridos de los equipos de transporte horizontal.
Nivel operacional: se refiere a la gestión operativa, es decir a la asignación de
equipos concretos para realizar cada actividad con lo que se generan los planes de
trabajo específicos de cada uno.
Evidentemente los tres niveles se ven influenciados unos por otros. Así, por ejemplo, la
decisión estratégica sobre qué tipo de equipo de patio adquirir condiciona la forma en que
pueden almacenarse los contenedores, y esto último influye en los tiempo de carga de los
medios de transporte terrestre.
En la fase de explotación diaria de una terminal portuaria de contenedores los encargados
de planificar la operativa deben de coordinar los diferentes equipos y recursos humanos de
los distintos subsistemas con el fin de brindar una calidad de servicio apropiada a los
diferentes buques que van llegando y que permita minimizar el coste por parte de la
terminal.
Atendiendo al horizonte temporal en la Figura 8 se clasifican los diferentes cuellos de
botella en el proceso de planificación de la operativa portuaria.
Figura 8. Planificación en terminales de contenedores
6.1. Operaciones de planificación en terminales portuarias de contenedores
Por un lado, en las operaciones de planificación del lado mar (seaside) se encuentran los
problemas encaminados a ofrecer una calidad de servicio de compromiso entre la prioridad
del buque, el número de equipos destinados a la operativa y la productividad del buque.
Atendiendo a las operaciones de planificación de lado mar se encuentran:
Asignación del atraque
Asignación de grúas de muelle
Planificación de las grúas de muelle
La simulación en este aspecto permite evaluar las diferentes alternativas de solución, como
por ejemplo, estudiar qué ocurre si se asigna un atraque más cercano a cierta zona de carga
o descarga para reducir el tiempo del trayecto, o el número de grúas de muelle y de equipos
de interconexión a emplear (dimensionamiento de la mano) para reducir el número de
jornadas o mantener una productividad constante en el buque. Del mismo modo la
simulación permite evaluar la implantación de mejoras en las grúas con el fin de conocer
las ventajas de cada sistema estudiado. De acuerdo con la clasificación de los niveles de
abstracción, se recomienda un Nivel 2 para la evaluación de estos escenarios.
En las operaciones de planificación del patio (yard) la configuración de las pilas de
contenedores resulta vital para determinar la distancia de viaje de los equipos de
interconexión que dan servicio a las grúas de muelle y a los equipos de recepción y
entrega. Igualmente la mayoría de los movimientos no productivos se dan en el subsistema
de almacenamiento. Atendiendo a las operaciones de planificación del patio se encuentran:
Gestión del patio
E
S
T
R
A
T
É
G
I
C
O
O
p
e
r
a
c
i
o
n
a
l
YARD LANDSIDESEASIDE
Layout línea de atraque
Asignación de atraque
Asignación de grúas de muelle
Planificación de grúas de muelle
Planificación de estiba
Planificación de personal
Layoutde patio y tráfico
Gestión de patio
Planificación grúas de patio
LayoutPuertas terrestres
Operaciones hinterland
Localización y selección de equipos
Operaciones de transporte horizontal
Gestión de las operaciones de transporte horizontal
Planificación de las grúas de patio
En el plano estratégico mediante el empleo de modelos de simulación es posible evaluar
diferentes tipos de layouts que permitan optimizar el comportamiento de los equipos de
patio y de interconexión reduciendo el número de interferencias y aumentando la velocidad
de las operaciones. En el plano táctico y operativo la simulación permite evaluar cómo
variará la productividad de buque atracado en función de los equipos y las pilas
seleccionadas en patio. De acuerdo con la clasificación de los niveles de abstracción y en
función de las necesidades se recomienda mínimo un Nivel 3 para la evaluación de estos
escenarios.
Finalmente en las operaciones de planificación del lado tierra (landside) hay que prestar
servicio a los camiones que acceden para la recepción y entrega de un contenedor. Este
aspecto está condicionado por la operativa de mar y por el tipo de operativa (operativa
única o con equipos de apoyo). El empleo de la simulación para el estudio de estos
aspectos permite evaluar la interferencia de los vehículos externos a la terminal con el
equipamiento de patio para determinar una solución óptima que permita ofrecer una
calidad de servicio en el subsistema de recepción y entrega minimizando el impacto en la
operativa del lado mar.
7. CONCLUSIÓN
El sector portuario es un sector tradicional, lo que provoca ciertas reticencias a la
introducción de nuevas herramientas de planificación y gestión. Sin embargo, la falta de
información o de conocimiento sobre un sistema, supone pérdidas de productividad,
desorganización de los medios, reducción de la calidad del servicio percibido por los
clientes y, en consecuencia, aumento de costes.
Conocer cómo responderá un sistema ante determinados cambios, ya sean en la
planificación o en la evaluación de innovaciones tecnológicas, supone una ventaja en la
toma de decisiones estratégicas, tácticas y operativas.
Es por esto que el empleo de herramientas de simulación aplicadas a la planificación y
explotación de terminales portuarias de contenedores permite plantear y analizar las
alternativas de solución de cada una de las etapas de planificación, y valorar innovaciones
tecnológicas, facilitando la selección de la mejor alternativa mediante el estudio de su
implantación sin la necesidad de realizar pruebas con el sistema real, convirtiéndose en una
herramienta que proporciona información al experto y aumenta su nivel de conocimiento
sobre el sistema, contribuyendo de esa forma a la optimización de la operativa portuaria.
8. REFERENCIAS
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estrategia innovadora. Universidad La Laguna. Tenerife.
NAVARRO, J.L; et al. (2009).”Simulador de una terminal de contenedores como ayuda a
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marítimas de contenedores”. Material inédito. Programa de Capacitación del Talento
Humano de HPH División América Latina.
MONFORT, A.; et al. (2001). “Terminales marítimas de contenedores: el desarrollo de la
automatización”. Fundación Instituto Portuario de Estudios y Cooperación de la
Comunidad Valenciana, Valencia.
MONFORT, A.; et al. (2011). “Manual de Capacidad Portuaria: aplicación a terminales
de contenedores”. Fundación Valenciaport, Valencia.
MONFORT, A.; et al (2012). “Innovaciones tecnológicas y de gestión en terminales
portuarias de contenedores”. Fundación Instituto Portuario de Estudios y Cooperación de
la Comunidad Valenciana, Valencia.
SAPIÑA, R.; et al. “Identificación de cuellos de botella y oportunidades de mejora en
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