Simulation von Binnenschifftransporten

Der Binnenschiffsverkehr trägt mehr als 35 Milliarden US-Dollar zum US-BIP bei und schafft mehr als 300.000 Arbeitsplätze in der US-Wirtschaft. Es wird prognostiziert, dass die Wirtschaftstätigkeit in der Binnenschifffahrtslogistik zunehmen wird . Dies ist auf mehrere wesentliche Vorteile des Binnenschifftransports zurückzuführen:

Staureduzierung , Entlastung der Straßen- und Schienensysteme
Kosteneffizient ; günstiges Transportmittel insbesondere für Schüttgüter
Kraftstoffeffizienz und umweltfreundlicher
Höhere Sicherheit (z. B. geringere Sterblichkeit im Vergleich zu anderen Transportarten)

In diesem Artikel erkläre ich, wie Simulation zur Verbesserung der wirtschaftlichen Ergebnisse von Binnenschifftransportsystemen eingesetzt werden kann. Ich stelle kommerzielle und Open-Source-Tools vor und bespreche ein benutzerdefiniertes Simulationsprojekt für den Lastkahntransport, das ich in der Vergangenheit entwickelt habe.

Eigenschaften und Vorteile von Binnenschifftransportsystemen

Binnenschiffstransporte finden auf Flusssystemen statt und bestehen im Wesentlichen aus einem Schlepper und mehreren Lastkähnen , die mit dem Schiff transportiert werden. Boote und Lastkähne werden zwischen Be- und Entladestationen transportiert . Es kann auch Verteilungspunkte geben , an denen Boote, z. B. Binnenschiffe, ausgetauscht, zu größeren Gruppen zusammengefasst oder in kleinere Binnengruppen aufgeteilt werden. Unten ist ein Schnappschuss von Google Maps, aufgenommen vom Ohio River, USA. In den USA werden Binnenschifftransporte vor allem in Louisiana, Texas, Kentucky, Florida und New York eingesetzt. Zum Beispiel am Mississippi. Aber auch in Europa spielen Binnenschifffahrten eine wichtige logistische Rolle in der Industrie. Zum Beispiel am Rhein in Deutschland.

Binnenschiffstransporte werden in erster Linie eingesetzt , um den kosteneffizienten Transport von Massengütern wie Getreide, Kohle, Zement, Erzen, Schrott usw. zu ermöglichen. Nach Angaben der US-amerikanischen National Waterways Foundation entsprechen 15 Lastkähne 216 Eisenbahnwaggons oder 1.050 großen Sattelschleppern.

Simulation von Binnenschifftransporten zur Kosteneinsparung

Die größte Herausforderung bei Binnenschiffstransportsystemen besteht darin, die Anzahl und den Standort der Verteilungspunkte sowie die optimale Anzahl von Schleppern und Lastkähnen festzulegen. Der Investitionsbedarf für einen Lastkahn liegt zwischen 200.000 und 400.000 US-Dollar , wobei der Preis für einen Schlepper viel höher ist . Aufgrund der großen Transportvolumina von Schüttgütern besteht die eigentliche Herausforderung darin, sicherzustellen, dass an den Verladestellen genügend leere Binnenschiffe für die Beladung zur Verfügung stehen und dass diese termingerecht an die Entladestellen geliefert werden.

Kurz gesagt sind die wichtigsten Optimierungshebel für Binnenschifffahrtsbetriebe:

Verteilungspunkte hinsichtlich Menge, Kapazität und Standorten. Für jede Ladestelle fallen feste Einrichtungskosten und jährliche Betriebskosten an. Der Vorteil von Verteilungspunkten besteht beispielsweise darin, dass kleinere Binnenschiffsgruppen zu größeren Gruppen zusammengefasst werden können, wodurch die Schlepperauslastung und der Durchsatz pro Schlepper erhöht werden.
Anzahl Schlepper. Je höher die Anzahl der Schlepper, desto höher die mögliche Schifffahrtsfrequenz. Je weniger Boote vorhanden sind, desto höher ist die durchschnittliche Anzahl an Binnenschiffen pro Schlepper.
Anzahl der Lastkähne. Je mehr Leerschiffe im System vorhanden sind, desto einfacher lässt sich sicherstellen, dass an den verschiedenen Verladestellen ausreichend Leerschiffe zur Verfügung stehen.
Leiten Sie Richtlinien und Strategien ab, die über Arbeitszuweisungen entscheiden, und weisen Sie Schlepper den Lastkähnen und deren Zielorten zu.
Routing-Strategien entscheiden über die Routenführung von Binnenschiffsgruppen durch Verteilungspunkte und entscheiden darüber, welche Binnenschiffsgruppen aufgeteilt, neu gruppiert oder zusammengeführt werden sollen.

Ein dynamisches Simulationsmodell für diskrete Ereignisse kann alle diese Optimierungshebel einbeziehen und gleichzeitig Systemverhalten und -dynamik korrekt widerspiegeln – wie z. B. Lade- und Produktionspläne für Ladepunkte sowie Auftragslieferpläne und Nachfragemuster für Entladestationen und Materialflüsse.

Simulationswerkzeuge für Binnenschifftransportsysteme

Es gibt viele Werkzeuge, die für die Simulationsmodellierung von Binnenschifftransportsystemen verwendet werden können. Ein beliebtes kommerzielles Tool mit einer breiten Benutzergruppe ist AnyLogic . Allerdings verfügt AnyLogic nicht über eine spezielle Bibliothek zur Simulation des Binnenschifftransports. Es ist möglich, benutzerdefinierte Bibliotheken mit AnyLogic zu modellieren, und mit diesem Ansatz ist es möglich, eine benutzerdefinierte Binnenschifftransportsimulationsbibliothek zu implementieren. Diese Bibliothek kann dann auf bestimmte Binnenschifftransportsysteme angewendet werden.

Das Gleiche ist jedoch auch mit kostenlosen Tools möglich . Zum Beispiel SimPy und Salabim in Python oder JaamSim . JaamSim verfügt über ein Drag-and-Grop-Toolbox-Modellierungsframework mit Warteschlangen, Routings, Ereignisbehandlung usw. Mit diesem Ansatz ist es möglich, eine Binnenschifftransportprozesssimulation ohne Programmieraufwand zu implementieren. Die Verwendung von SimPy oder Salabim erfordert hingegen Programmier- und objektorientierte Programmiererfahrung in Python. Dadurch werden diese Tools komplexer, aber auch umfassender und flexibler.

Anwendungsbeispiel einer Fallstudie in SimPy

Ich habe in SimPy ein Simulationsmodell für den Binnenschifftransport entwickelt . Es ist im SCDA-Shop erhältlich. Eine ausführliche Beschreibung finden Sie über den untenstehenden Link.

Link : Binnenschifftransport-Simulationsmodell in SimPy

Das Simulationsmodell implementiert eine Fallstudie zum Mississippi River, in der Lastkähne von einer Ladestation zu einer Entladestation transportiert werden. Der Betrieb der Be- und Entladestationen erfolgt mit definierten Bearbeitungsgeschwindigkeiten und -dauern. Das Simulationsmodell verfolgt die Position von Booten und Lastkähnen auf dem Fluss und meldet den Durchsatz an Be- und Entladestationen sowie die Gesamtauslastung der Lastkähne. Die folgenden Grafiken fassen einen von vielen Simulationen zusammen, die ich im Rahmen einer Sensitivitätsanalyse durchgeführt habe. Die Sensitivitätsanalyse führte die Flusssimulation mit einer unterschiedlichen Anzahl von Schleppern und Lastkähnen durch.

Die Farblegende zeigt die Schlepper- ID- Nummern, z. B. Rot ist der Schlepper mit der ID Nr. 3.

Abschließende Bemerkungen und zugehöriger Inhalt

In diesem Artikel habe ich Binnenschifftransportsysteme vorgestellt und ihre Eigenschaften und Vorteile für die US-amerikanische und globale Wirtschaft hervorgehoben. Simulation ist ein hilfreiches Werkzeug, das die Wirtschaftlichkeit von Binnenschifftransportsystemen verbessern kann. Ein Simulationsmodell kann das gesamte Flusssystem und Binnenschifftransportsystem korrekt widerspiegeln und verschiedene Strategien für die Routenführung und Abfertigung von Binnenschiffen testen und vergleichen sowie die Gesamtsystemleistung bei unterschiedlichen Binnenschiff- und Schlepperkapazitäten vergleichen.

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