Modello di ottimizzazione basato sulla simulazione del tempo di transito delle navi nei canali

Abstract

Lo scopo di questa tesi consiste nel fornire una panoramica generale sulla storia, l'uso e i cambiamenti del canale marittimo nel tempo, con una valutazione più approfondita del Canale di Panama, e nello sviluppare un modello di ottimizzazione basato sulla simulazione del transito delle navi all'interno di queste infrastrutture. I canali marittimi hanno contribuito in gran parte alla riduzione del tempo di percorrenza delle navi, offrendo percorsi più brevi, avendo quindi un calo dei costi di viaggio, e collegamenti strategici ma, poiché sono caratterizzati da una capacità limitata, la loro gestione è una questione delicata. Infatti, il tempo di percorrenza può ancora essere influenzato da un'organizzazione non performante dei transiti nei canali. Per affrontare questo problema, nel primo capitolo vengono fornite informazioni sui canali marittimi, sulla loro struttura e sulle attrezzature. Il secondo capitolo analizza poi il Canale di Panama, dalla storia ai cambiamenti strutturali e alle questioni, fino all'impatto economico. Dopo una prima descrizione di base, che motiva la rilevanza dei canali nel trasporto marittimo e la necessità della loro pianificazione ottimizzata del transito, i seguenti capitoli, che rappresentano il nucleo di questo lavoro, forniscono un sistema ad eventi discreti, implementato mediante ExtendSim, volto ad ottimizzare il tempo di percorrenza. In questo quadro, il modello proposto si concentra sulla rappresentazione dei transiti delle navi all'interno di un canale a due vie caratterizzato da segmenti in cui la larghezza dell'infrastruttura si riduce e impedisce il transito di due navi alla volta se le dimensioni non fossero compatibili. Pertanto, questo ha l'obiettivo principale di fornire una pianificazione ottimizzata del transito delle navi, in base alle loro dimensioni e tempi di arrivo, fornendo la migliore selezione di ingresso per ridurre al minimo i tempi di attesa delle navi e, di conseguenza, il tempo totale di traffico.

The aim of this thesis consists of giving a general overview about the maritime canal’s history, use, and changes over time, with a deeper evaluation of the Panama Canal. - and developing a simulation-based optimization model for the vessels transit inside these infrastructures. The maritime canals have largely helped to the reduction of the travel time of vessels, providing shorter routes, having therefore a diminishment in the voyage costs, and strategic connections but, since they are characterized by a limited capacity, their management is a delicate matter which must be very efficient. In fact, travel time, crucial factor in the shipping industry (being related to the costs for the navigation company), can still be affected by a non-performing organization of the canals transits. To tackle this problem, information regarding the maritime canals, their structure and equipment, are provided in the first chapter. Then, the second chapter analyzes the Panama Canal under different aspect, from the history to structural changes and issues, to the economic impact. After an initial background description, that motivate the relevance of canals in maritime transport and the need of their optimized transit scheduling, the following chapters, which represent the core of this work, provide a Discrete Event System (DES) simulation model, implemented by means of ExtendSim, aimed at evaluating and optimizing the travel time. In this framework, the proposed model focuses on representing the ships transits inside a two-way canal characterized by segments where the width of the infrastructure reduces and forbids the transit of two vessels at a time if the relevant sizes are not compatible. Therefore, this has the main objective to provide an optimized scheduling of vessel transit, based on their size and arrival times, providing the best entrance sorting to minimize the waiting times of vessels inside sections and, consequently, the total traffic time.