Antes de apresentar um passo a passo do processo de negociação do SMA benevolente, é apresentado, na Figura 61, a carta de Gantt da solução ótima global. Essa solução foi encontrada pela PLIM para um cenário com três navios, dois píeres, cinco tanques, um oleoduto e uma refinaria – detalhes do cenário na Tabela 5 e Tabela 6. Tal solução é apresentada porque o SMA benevolente a atingiu, e os passos do processamento serão apresentados na seqüência.
Figura 61: Solução ótima global para o cenário com três navios
Na carta apresentada na Figura 61, o P-1 não é exibido, uma vez que seu custo de atracagem é muito alto ($5,0314/hora enquanto o P-2 possui um custo de $2,5157/hora), por isso ele não foi utilizado no cenário.
No eixo Y é possível visualizar todos os recursos disponíveis no sistema (com exceção do P-2 e da refinaria, esta última ligada ao duto, e por esse motivo, ao enviar óleo pelo oleoduto, está se enviando óleo para a refinaria).
No eixo X tem-se o horizonte de planejamento. Na legenda, é possível visualizar as texturas que representam o descarregamento de cada classe de óleo no duto e também o descarregamento de óleo do navio para os tanques.
Como existem três navios no cenário, a simulação foi dividida em cinco passos: o primeiro é o processo inicial de enviar para a refinaria o inventário dos tanques que iniciaram a simulação decantados. Do segundo ao quarto passo são apresentados, respectivamente, a alocação dos três navios existentes no cenário. O quinto e último passo é responsável por finalizar a simulação, enviando para a refinaria o inventário restante nos tanques do porto.
1º Passo
Para o processo de negociação no SMA benevolente, o primeiro passo é realizar o descarregamento dos tanques que estão decantados no início da simulação, dessa maneira, o SMA benevolente classifica os tanques decantados pela nobreza e então, cada tanque decantado seqüencialmente realiza o leilão pelo oleoduto. O resultado desse leilão é apresentado na Figura 62.
Figura 62: Descarregamento dos tanques decantados no início da simulação
Como na solução ótima global encontrada pelo modelo original, os tanques 4 e 5 iniciam a simulação decantados, e como o TQ3241 possui maior nobreza que o TQ3243, o mesmo é descarregado no oleoduto primeiro. O descarregamento acontece para todo o inventário do tanque, uma vez que o custo de interface no oleoduto independe da quantidade
de óleo que será transferida, além disso, descarregar totalmente os tanques permite o recebimento de uma grande quantidade de óleo posterior dos navios.
2º Passo
Após o descarregamento dos tanques decantados, é inserido no sistema o primeiro navio – Front Brea, o qual possui um inventário de 106.000 m3 de óleo tipo oc-05. Esse navio chega ao porto na hora zero e pode permanecer no porto sem custo de sobre-estadia até a hora 48. A Figura 63 representa o intervalo permitido de utilização do navio pelo P-2.
Figura 63: Intervalo permitido de utilização do navio pelo P-2
Com a chegada do navio, o mesmo faz um cfp – call for proposal - para todos os píeres do sistema. Para evitar a redundância na explicação, será apresentado apenas o processo de leilão realizado pelo P-2, pois o mesmo possui um custo baixo de atracagem, tornando ele o píer mais barato e, conseqüentemente, o píer que será escolhido pelo navio Front Brea. O processo de leilão do P-1 é idêntico ao que será apresentado.
O P-2, após receber o cpf do navio, inicia o leilão para selecionar os tanques que irão receber o inventário do Front Brea.
Ao receber o cpf do píer, os tanques respondem com uma proposta. No cenário apresentado, todos os tanques podem receber o óleo cru tipo oc-05, por esse motivo todos enviam para o píer sua agenda de disponibilidade (em verde na Figura 64). Como pode ser observado, à direita da agenda é apresentado o número com a ordem de nobreza dos tanques, o número um representa o tanque mais nobre, o número cinco representa o menos nobre.
Figura 64: Agenda de disponibilidade dos tanques para o recebimento do óleo tipo oc-05
Ao receber todas as propostas dos tanques, o P-2 seleciona a proposta do tanque mais lucrativo (TQ3241), e verifica qual a quantidade máxima de óleo que esse tanque pode receber. Na situação, o TQ3241 pode receber 62.375m3 de óleo - Figura 65, capacidade essa insuficiente para o descarregamento total do navio, por esse motivo, o P-2 deve selecionar outros tanques para receber a quantidade restante – 43.625m3.
Figura 65: Escolha do TQ3241 como sendo o tanque mais lucrativo, mesmo este recebendo parcialmente o inventário do Front Brea
Para a escolha do segundo tanque no SMA benevolente, já não se leva em consideração apenas a nobreza do tanque e sim a lucratividade. Para calcular a lucratividade considera-se a quantidade de óleo que o tanque pode receber multiplicado pela nobreza do
tanque, diminuído dos custos de utilização do píer, que depende do tempo que o navio permanece atracado. O custo do píer é adicionado para forçar que os descarregamentos fiquem próximos uns dos outros no horizonte de planejamento.
Inicialmente o P-2 tenta alocar o novo descarregamento no segundo tanque antes do primeiro descarregamento (descarregamento do TQ3241). Se não for possível é feita uma tentativa para descarregá-lo após o primeiro descarregamento, esse comportamento visa reduzir o horizonte de planejamento.
O segundo tanque mais nobre – o TQ3243 – também não pode receber todo o inventário restante - 43.625m3 pois o mesmo já possui um inventário inicial, por esse motivo o tanque pode receber do navio apenas 37.980m3. Dessa maneira, houve a necessidade do píer selecionar um terceiro tanque para receber o inventário restante – 5.639m3, inventário esse alocado no terceiro tanque mais nobre – TQ3234. Como pode ser observado, o primeiro tanque selecionado – TQ3241 – tem a função de ser a referência para os demais tanques, sendo que o TQ3243 e o TQ3234 receberão o inventário do navio antes do TQ3241, o que resultará em uma diminuição significativa do horizonte de planejamento.
A Figura 66 apresenta a alocação do inventário restante do navio no TQ3243 e no TQ3234.
Figura 66: Alocação de todo o inventário do navio Front Brea nos tanques TQ3234, TQ3241 e TQ3243
Após o P-2 formatar sua proposta, a mesma é enviada ao navio, indicando a hora inicial para atracagem (leva-se em consideração o tempo de entrada no píer), a hora para desatracar no píer (considera-se o tempo para sair do píer) e o lucro que o navio irá gerar no sistema se atracado no P-2. Esse lucro é calculado pela quantidade de óleo descarregado em
cada tanque multiplicado pela nobreza de cada óleo. Desse valor é reduzido o custo de utilização do píer pelo navio e o custo de sobre-estadia (no exemplo apresentado não foi necessário sobre-estadia). A alocação do navio após o leilão é apresentado na Figura 67.
Figura 67: Alocação do primeiro navio no porto
Após o navio Front Brea escolher a melhor proposta enviada pelos píeres, o mesmo envia uma mensagem de accept-proposal para o píer que ganhou o leilão – P-2, que por sua vez envia um accept-proposal a todos os tanques selecionados para receber o inventário do navio. Cada tanque inicia então o processo de decantação para na seqüência iniciar um terceiro leilão, o leilão para escolha do oleoduto.
A ordem do leilão é dada pela ordem de término da decantação. Nesse exemplo, o TQ3234 foi o primeiro tanque a concluir sua decantação, logo ele será o primeiro tanque a realizar o leilão pelo oleoduto, seguido do TQ3243 e do TQ3241. Como um dos objetivos da alocação é diminuir o horizonte de planejamento, os recursos são alocados seqüencialmente, não havendo intervalos entre uma alocação e outra, como pode ser observado na Figura 68. Na abordagem cooperativa, foi mudada a política de descarregamento dos tanques. No SMA auto-interessado os tanques esperavam chegar a sua capacidade máxima para descarregar, no benevolente, o tanque é descarregado quando sua capacidade ultrapassar a metade da capacidade máxima. O objetivo é disponibilizar espaço de armazenamento nos tanques de maneira precoce.
Figura 68: Decantação e descarregamento dos tanques utilizados pelo Front Brea
Após alocar o primeiro navio no sistema, e atualizar a agenda de cada agente, as alocações apresentadas na Figura 68 se transformam em restrições pesadas, logo as mesmas não podem ser modificadas ao longo da simulação.
3º Passo
Na seqüência, é iniciada a alocação do segundo navio - Pedreiras, o qual chega no porto na hora 12 e pode permanecer sem custo de sobre-estadia até a hora 60. O navio chega carregado com dois tipos de óleo: 38.000m3 de óleo tipo oc-08, e 20.000m3 de óleo tipo oc-27.
Como o P-2 está sendo utilizado pelo Front Brea até o período de 23 horas, o mesmo só poderá gerar uma agenda para o Pedreiras após a saída do porto do Front Brea. Inicialmente o P-2 inicia o leilão com o objetivo de encontrar tanques para receber os 38.000m3 de óleo tipo oc-08. Como no cenário só o TQ3239 e o TQ3241 conseguem receber esse tipo de óleo, os mesmos enviam como proposta sua agenda livre e a nobreza do tanque, os outros tanques enviam uma mensagem de refuse ao cpf do píer. A Figura 69 apresenta a chegada do Pedreiras no sistema, bem como as propostas enviadas pelos tanques TQ3237 e TQ3239 para receberem o inventário do navio.
Figura 69: Chegada do navio Pedreiras ao sistema, bem como as propostas do TQ3237 e TQ3239 para receberem o inventário do Pedreiras
O P-2 seleciona o TQ3239 para receber o inventário do navio, sendo que o início do recebimento se dá após o Pedreiras atracar no píer. Como o Pedreiras pode entrar no píer às 23 horas e leva duas horas para atracar, o mesmo pode iniciar o descarregamento de seu inventário no tanque na hora 25, conforme apresentado na Figura 70.
Figura 70: Recebimento de um dos tipos de óleo transportados pelo Pedreiras
Na seqüência, o P-2 inicia um novo leilão para selecionar os tanques que receberam os 20.000m3 de óleo tipo oc-27, esse óleo só pode ser recebido pelo TQ3237, conforme apresentado na Figura 71. Esse é o único tanque que responde com uma proposta o cpf do píer, os demais tanques respondem a cpf com mensagem de refuse.
Figura 71: Alocação da segunda parte do inventário no TQ3237
Com a agenda livre enviada pelo TQ3237, o píer vai alocar a segunda parte do inventário o mais próximo possível do descarregamento do primeiro inventário, minimizando com isso o custo de utilização do píer pelo navio. Como não é possível descarregar a segunda parte do inventário antes do tanque TQ3239, o mesmo será descarregado na seqüência.
Após o píer montar sua proposta, o mesmo responde ao cfp do navio, enviando a hora inicial e a hora final da alocação do navio no píer e o lucro do sistema se o navio atracar nele. O navio seleciona a melhor proposta e envia o accept-proposal. Ao receber a mensagem, o P-2 avisa todos os tanques envolvidos no leilão, que agendarão suas decantações e iniciarão os leilões pelos oleodutos, sendo que o tanque que concluir primeiro a decantação terá direito de ser o primeiro tanque a fazer o leilão pelo oleoduto, conforme apresentado na Figura 72.
Figura 72: Decantação e o descarregamento dos tanques que recebam o inventário do Pedreiras
4º Passo
No quarto passo, o último navio é inserido no sistema – navio Rebouças, o mesmo chega ao porto na hora de número 24, onde pode permanecer sem sobre-estadia até a hora 72. O navio está carregado com 30.000 m3 de óleo tipo oc-38. Na Figura 73 é possível visualizar a chegada do navio Rebouças.
Figura 73: Chegada do navio Rebouças, bem como sua alocação no P-2
Com a chegada do novo navio, o P-2 solicita aos tanques propostas o recebimento do inventário dele. Dos cinco tanques do SMA, apenas dois podem receber o óleo do Rebouças,
respondendo ao cfp com propostas, os outros três respondem com mensagens de refuse. Desses dois tanques, o que apresenta maior nobreza é o TQ3243, que por ter sido utilizado no início da simulação, só tem sua agenda livre após a hora 55 do horizonte, conforme Figura 74.
Figura 74: Proposta dos tanques 1 e 5 ao call for proposal feito pelo P-2
Logo, o inventário do navio é alocado ao TQ3243 assim que o mesmo termina seu descarregamento no oleoduto, conforme Figura 75.
O píer formata uma proposta para devolver ao navio, nessa proposta é adicionado ao tempo de descarregamento o tempo para entrada e saída do navio no píer. Essas informações são enviadas ao navio como resposta ao cpf.
O navio, por sua vez, seleciona a melhor proposta enviada pelos píeres, enviando um
accept-proposal ao píer ganhador, que envia uma mensagem para o TQ3243, o qual agenda a
decantação e realiza o leilão para selecionar um oleoduto para descarregar, conforme apresentado na Figura 76.
Figura 76: Processo de decantação e descarregamento do TQ3243
5º Passo
O quinto passo não se aplica ao cenário atual, mas é utilizado quando ao final da simulação ainda existem tanques que não estão vazios, assim esses tanques agendam a decantação e na seqüência iniciam o leilão pelo oleoduto para enviar seu inventário para a refinaria. Para o leilão, o tanque que concluiu sua decantação primeiro terá o direito de iniciar o leilão.
científicas, devido à complexidade advinda da distribuição dos elementos, à ausência de informações globais em todos os elementos da cadeia e ao caráter dinâmico inerente às redes. A necessidade de planejar e otimizar processos neste contexto produziu modelos matemáticos e de simulação de granularidades variadas. Assim, o objetivo da dissertação é propor e avaliar o desempenho de um sistema multiagente de simulação para auxiliar a tomada de decisão na alocação de petróleo em complexos portuários. Nesta cadeia, navios, píeres, tanques, oleodutos e refinarias são modelados como agentes e negociam como alocar carregamentos de óleo cru existentes nos navios. Os resultados obtidos são comparados com os resultados gerados por modelos matemáticos de otimização, mais precisamente, programação linear inteira mista, capazes de encontrar soluções próximas da solução ótima para um dado cenário, e também comparados com a solução ótima do cenário obtida através da execução exaustiva de um dos modelos matemáticos. Nas comparações, o sistema multiagente proposto encontrou resultados próximos (inferior à 2% para menor) da melhor solução para os cenários estudados em um tempo de processamento muito menor. Em cenários com vários navios e tanques, o sistema multiagente encontrou soluções em segundos, enquanto o modelo de otimização matemática apresentou problemas com o uso de memória antes de encontrar a solução ótima. Isto evidencia a utilidade do modelo de simulação no auxílio à tomada de decisões logísticas de descarregamento, armazenamento e transporte de petróleo em portos, pois possibilita a reprogramação online frente a problemas como a impossibilidade de atracagem ou atrasos na chegada de navios. O simulador demonstra-se estável frente a inclusão de novos elementos no modelo de simulação, aumentando de forma linear o número de mensagens trocadas entre os agentes.
PALAVRAS-CHAVE
Cadeia de Suprimentos;Sistemas Multiagentes; Simulação; otimização Matemática
ÁREA/SUB-ÁREA DE CONHECIMENTO 1.03.02.02 – 6 Modelos Analíticos e de Simulação
ano 2008 Nº: 491