Dipartimento di Ingegneria dell Impresa

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1 Dipartimento di Ingegneria dell Impresa Guida alla esercitazione del corso di Logistica Territoriale DIMENSIONAMENTO DI UN TERMINALE MERCI INTERMODALE Anno Accademico

2 SOMMARIO 1. INTRODUZIONE PROGETTAZIONE FUNZIONALE DI UN TERMINALE INTERMODALE FERRO-GOMMA COMPONENTI FUNZIONALI DEL TERMINALE UNITÀ DI CARICO UNITÀ DI MOVIMENTAZIONE DATI DI INPUT LE VARIABILI DI PROGETTO METODO DI PROGETTAZIONE PRIMO DIMENSIONAMENTO DEGLI ELEMENTI DEL TERMINALE DIMENSIONAMENTO DELL AREA DI STOCCAGGIO DIMENSIONAMENTO DEI CARRELLI FRONTALI IMPLEMENTAZIONE E VALIDAZIONE DEL MODELLO DI SIMULAZIONE IL PROCESSO DI SIMULAZIONE IL SOFTWARE DI SIMULAZIONE: SIMPROCESS La definizione di entità e risorse L area di lavoro e le attività Il Diagramma di Flusso IL MODELLO DI SIMULAZIONE DESCRIZIONE DEL MODELLO DI SIMULAZIONE LA VALIDAZIONE DEL MODELLO SIMULAZIONE E DIMENSIONAMENTO FINALE ELABORATI FINALI DA PRODURRE

3 1. INTRODUZIONE La crescita del traffico merci impone l utilizzo di modi di trasporto alternativi a quello stradale (tutto-strada) che, per essere competitivi, devono integrare in modo efficiente ed efficace i diversi modi di trasporto (trasporto intermodale). Al fine di rendere competitivo il trasporto intermodale, è possibile dare valore aggiunto a questo tipo di trasporto attraverso la fornitura di servizi ed attività (principalmente logistiche) non strettamente connesse al trasporto stesso (rottura e consolidamento del carico, groupage, ecc.), che vengono erogati nei terminali di trasporto. Questo ruolo dei terminali di trasporto merci impone la definizione di nuovi metodi di analisi e progettazione funzionale degli schemi distributivi (layout) dei terminali stessi, basati sulla esplicita simulazione dei flussi delle merci in arrivo, in transito ed in partenza, con strumenti propri dell ingegneria dei sistemi di trasporto. In questa guida vengono sinteticamente descritte le caratteristiche principali del trasporto intermodale delle merci mediante unità di carico standardizzate, viene descritta una metodologia di dimensionamento ed analisi funzionale di terminali intermodali ferrogomma che, basandosi sulla microsimulazione, permette di analizzare accuratamente il funzionamento di un terminale intermodale esistente, o di progetto, e permette di ottenere una notevole mole di parametri di funzionamento con i quali è possibile effettuare un accurato dimensionamento di tutti gli elementi costitutivi di un terminale. Questa guida, benché sia ancora una bozza in corso di revisione, è stata redatta con lo scopo di fornire agli allievi del corso di Terminali ed Impianti del Trasporti un supporto di base, da integrare con gli argomenti oggetto delle lezioni, per la redazione della parte esercitativa del corso. 3

4 2. PROGETTAZIONE FUNZIONALE DI UN TERMINALE INTERMODALE FERRO-GOMMA In questo capitolo vengono descritti i criteri principali per la progettazione funzionale di un terminale intermodale ferro-gomma, che è oggetto dell esercitazione che ogni gruppo di allievi dovrà svolgere sotto la supervisione degli assistenti del corso. Di seguito si riportano le caratteristiche dei vari elementi del terminale da progettare, la metodologia di progetto e gli strumenti da utilizzare per il dimensionamento del terminale intermodale Componenti funzionali del terminale In via del tutto schematica, si ipotizza che il terminale da progettare sia composto di tre aree funzionali (Fig. 2.1), costituite dall area ferro; quest area è la parte del terminal intermodale in cui si hanno gli arrivi e le partenze dei treni (modo ferrovia); per l esercitazione si assume che sia presente un binario per il carico/scarico delle UTI di 450 m, di cui 50 m destinati allo stazionamento della locomotiva del treno, quindi non utilizzabili ai fini della movimentazione delle UTI; dall area strada; essa è la parte del terminale in cui si verificano gli arrivi, le partenze e la movimentazione dei veicoli stradali che consegnano/ricevono le UTI che partono/arrivano con il treno e che sostano nell area di stoccaggio; per quest area si assume una forma rettangolare di larghezza pari a 400 m; dall area di stoccaggio; essa è un area adibita alla sosta delle UTI in arrivo/partenza nel terminal sia su ferrovia che su strada; si assume abbia forma rettangolare con il lato contiguo all area ferrovia di lunghezza pari a 400 m e profondità, p, che è una delle variabili di progetto. Nel seguito vengono sinteticamente riportate le dimensioni e le caratteristiche assunte come input per l esercitazione. 4

5 50 m 400 m Area ferro Area stoccaggio Area strada Fig Aree funzionali del terminale intermodale 2.2. Unità di Carico Le unità di carico considerate per l esercitazione sono costituite da container da 20 e 40. Ai fini del dimensionamento, i container da 40 si convertono in 2 container da 20 equivalenti (Twenty Equivalent Unity - TEU). In Fig. 2.2 sono riportate le dimensioni del container da 20 da utilizzare nella fase del dimensionamento del progetto. Container da 20 2,50 6,25 m Fig Dimensioni del container da 20 (TEU). 5

6 2.3. Unità di movimentazione Per la movimentazione delle UTI all interno del terminale, tra tutte le unità di movimentazione disponibili (vedi par. 2.7), nell ambito di questa esercitazione si ipotizza di utilizzare dei carrelli frontali (Fig. 2.3). Ai fini dell esercitazione, si ipotizza che vi siano dei carrelli destinati all area ferro e carrelli destinati all area gomma. I primi scaricano/caricano i container dai/sui treni (modo ferrovia) presenti nell area di stoccaggio. I secondi scaricano/caricano dai/sui camion (modo strada) le UTI che devono essere posizionate/prelevate nella/dalla area di stoccaggio. Si assume che l altezza massima di impilaggio sia di 2 container. Container Fig Carrello frontale Carrello frontale 2.4. Dati di input La capacità del terminale e, quindi, il dimensionamento e le modalità di esercizio dello stesso, devono essere determinate in funzione delle caratteristiche medie e di punta del traffico sia dei veicoli stradali e ferroviari che delle UTI. I dati di input necessari per il dimensionamento sono di seguito riportati: n. medio di treni/giorno; n. medio UTI in arrivo con la ferrovia; n. medio UTI in partenza con la ferrovia; n. medio UTI in arrivo con la strada; n. medio UTI in partenza con la strada; tempo medio sosta della singola UTI nell area di stoccaggio T M ; 6

7 % di UTI da 40 ; altezza massima di impilaggio. Questi input saranno forniti a ciascun gruppo di allievi dagli assistenti del corso durante lo svolgimento dell esercitazione Le variabili di progetto In relazione al layout del terminale ed ai dati di input di cui al par. 2.4, gli elementi che sono oggetto di dimensionamento durante l esercitazione sono: le dimensioni dell area di stoccaggio (profondità); la capacità dell area di stoccaggio (TEU); il numero di carrelli frontali dell area ferro; il numero di carrelli frontali dell area strada Metodo di progettazione La progettazione funzionale di un terminale intermodale ferro-gomma viene fatta con l obiettivo di massimizzare l efficienza dell interscambio tra i modi di trasbordo e di razionalizzare gli spazi disponibili per la movimentazione delle UTI. Ciò si traduce in due obiettivi: il massimo sfruttamento dello spazio disponibile e l utilizzo efficace delle risorse. Nell ambito degli obiettivi di cui sopra, in questa esercitazione si procederà al dimensionamento dell area stoccaggio e del numero di carrelli frontali, utilizzando un traffico di UTI fissato a priori. Il metodo di progettazione consiste in un approccio in tre fasi: Primo dimensionamento degli elementi del terminale 7

8 In questa fase si procede ad un primo dimensionamento di massima dell area di stoccaggio e del numero di carrelli dall area ferro e dell area strada, considerando i valori medi delle caratteristiche del traffico e delle caratteristiche operative dei mezzi. Implementazione e validazione del modello di simulazione In questa fase si implementa e si valida il modello di simulazione del terminale ferrogomma, oltre a verificare i risultati ottenuti dal primo dimensionamento degli elementi del terminale, attraverso una prima simulazione (caso deterministico) in cui le variabili utilizzate per la simulazione dei processi all interno del terminale vengono assunte essere deterministiche. Sulla base di questa prima simulazione vengono effettuate le eventuali correzioni al primo dimensionamento. Simulazione e dimensionamento finale Validato il modello si passa alla fase di simulazione e dimensionamento finale, nella quale (caso stocastico) viene introdotta una aleatorietà nei processi attraverso la definizione di opportune variabili aleatorie, che consentono di verificare il dimensionamento in relazione ad eventuali ritardi, che possono causare perturbazioni nell esercizio delle singole operazioni all interno del terminale e che influenzano l efficienza delle prestazioni globali dello stesso. Dall analisi dei risultati delle simulazioni, in questa fase si procede al dimensionamento finale degli elementi del terminale e vengono calcolati degli indicatori sintetici di prestazione del terminale oggetto di studio. Nei capitoli che seguono vengono descritte in dettaglio le tre fasi di cui sopra. 8

9 3. PRIMO DIMENSIONAMENTO DEGLI ELEMENTI DEL TERMINALE In questo capitolo verranno descritte le attività che consentiranno di effettuare il primo dimensionamento delle variabili di progetto per la progettazione funzionale di un terminale intermodale ferro-gomma. Questa prima fase di dimensionamento si basa su valori deterministici e quindi sui valori medi delle caratteristiche del traffico fornite come dato di input dagli assistenti del corso. In seguito, verranno esplicitate, per ognuna delle variabili di progetto, gli elementi decisionali oggetto del dimensionamento e quindi della simulazione Dimensionamento dell area di stoccaggio Il dimensionamento dell area di stoccaggio è un elemento cruciale nella progettazione di un terminale intermodale. Infatti, il corretto dimensionamento di tale area influenza notevolmente l efficacia e l efficienza del servizio offerto dal terminale in termini di trasporto delle UTI tra le modalità di trasporto coinvolte e, quindi, della attrattività che il trasporto intermodale ha rispetto ai modi alternativi di trasporto delle merci da/per le zone di influenza del terminale stesso. Per procedere con il dimensionamento è utile introdurre i concetti di slot e di stallo. Lo slot è lo spazio fisico in cui è possibile stoccare un UTI. Lo stallo è, invece, l impronta fisica a terra di una UTI in cui è possibile prevedere l allocazione di uno o più slot in funzione delle ipotesi effettuate sulla possibilità di sovrapporre verticalmente più UTI nella stessa porzione di area; quindi, in generale, è possibile che più slot ricadano in uno stesso stallo. L obiettivo del dimensionamento dell area di stoccaggio è quello di calcolare la capacità dell area in termini di stalli utili allo stoccaggio dei container all interno del terminale. Il calcolo del numero di stalli permette poi di calcolare le dimensioni della area (tipicamente larghezza e profondità) da dedicare allo stoccaggio delle UTI. Per l esercitazione si ipotizza un area di stoccaggio rettangolare con il lato utilizzato per il trasbordo pari ad una lunghezza di 400 m (fig. 3.1). 9

10 Il dimensionamento di tale area, quindi, si riduce a determinarne la profondità, indicata con p, per avere una superficie utile a contenere gli stalli necessari per l efficiente smistamento delle UTI che impegnano il terminale intermodale. 50 m 400 m Area ferro p Area stoccaggio Area strada Fig Schema Area Stoccaggio La capacità dell area di stoccaggio, C, deve rispondere alle esigenze di traffico di UTI, calcolato su base annua, tenendo conto di eventuali eterogeneità nelle dimensioni dei container e dei relativi spazi persi per le corsie di manovra delle unità di movimentazione, nonché di quelli guadagnati per effetto dell impilamento delle UTI. Per il calcolo delle capacità C dell area di stoccaggio può essere utilizzato il concetto di traffico equivalente annuo, T e, espresso in termini di TEU e ricavato come segue: T e = k g U ( 1 + c ) dove: k è un coefficiente di sicurezza che tiene conto delle inefficienze intrinseche del terminale, esso viene posto pari a 1.2; g esprime i giorni annui di funzionamento del terminale e si pone pari a 300; 10

11 U è la domanda di stoccaggio giornaliera (ottenuta dalle caratteristiche del traffico, considerando il numero medio di UTI che gravitano sul terminale, movimentate sia su ferro che su strada, oppure stimata attraverso un sistema di modelli di domanda di trasporto); c è la percentuale di container da 40. La capacità dell area di stoccaggio C (in TEU/anno) deve essere, in generale: C T e dove T e è il traffico equivalente annuo, calcolato come sopra, che ai fini del dimensionamento si traduce nell imporre C = T e La capacità C dipende dal numero di slot contenuti nell area di stoccaggio, N S, e dall indice di rotazione media annua degli slot, per cui si può facilmente ricavare il numero di slot. Infatti, si ha: C = N S r dove: r è il tasso di rotazione medio degli slot, calcolato con la seguente relazione: r = g / T M con g numero di giorni di funzionamento del terminale (g = 300); T M tempo medio di stoccaggio dei container. Il numero di slot si può quindi determinare come: N S = C / r È possibile, infine, determinare il numero di stalli N ST dal numero di slot, conoscendo quanti container sono impilabili verticalmente su un singolo stallo e, quindi, quanti slot sono contenuti in uno stallo: N ST = N S / H M dove H M è il numero di container sovrapponibili in ogni stallo. 11

12 La conoscenza del numero di stalli (per l esercitazione si assuma che g e T M siano pari rispettivamente a 300 e a 5 giorni) e della loro dimensione fisica permette, attraverso la definizione di una adeguata strategia di posizionamento degli stessi, di calcolare le dimensioni fisiche dell area di stoccaggio. Una volta calcolato il numero di stalli strettamente necessari, è lasciata all allievo la definizione del layout spaziale in termni di slot necessari e di aree di transito per le unità di movimentazione che operano il prelievo/alloggiamento delle UTI in ciascuno slot. Da questa definizione del layout spaziale ne segue la definizione della profondità p dell area di stoccaggio che porta al dimensionamento della stessa Dimensionamento dei carrelli frontali Il dimensionamento del numero di carrelli frontali utilizzati per le operazioni di carco/scarico delle UTI dai mezzi di trasporto sia ferroviari che stradali, ha l obiettivo di garantire un livello di servizio adeguato alle operazioni di carico/scarico, per minimizzare i tempi di trasbordo delle UTI tra le diverse modalità di trasporto considerate (ferrovia e strada). Il tempo di utilizzo giornaliero dei carrelli frontali e, quindi, il numero di carrelli frontali necessari, dipende da: traffico giornaliero TG i di UTI (espresso in TEU) per l area i (ferro o gomma); tempo medio di servizio, TMS i, con cui il singolo carrello movimenta una UTI nell area i (ferro o gomma). Il tempo di utilizzo giornaliero dei carrelli nell area i, TU i, è quindi pari a: TU i = TMS i TG i. In prima analisi, il tempo medio di servizio, TMS i, può essere posto pari a 15 min. Pertanto, considerando il periodo di funzionamento giornaliero h del terminale intermodale e, quindi, dei carrelli, il numero di carrelli frontali necessari per l area i, N i carr, può essere calcolato come: N i carr = TU i / h 12

13 4. IMPLEMENTAZIONE E VALIDAZIONE DEL MODELLO DI SIMULAZIONE In questo capitolo viene descritto uno strumento di simulazione che può essere implementato per effettuare la verifica della progettazione funzionale descritta nei capitoli precedenti. Nel par 4.1 viene definito il processo di simulazione; nel par. 4.2 viene sinteticamente descritto il software di simulazione (Simprocess); nel par. 4.3 viene definito un diagramma di flusso delle singole attività previste nel modello di simulazione per l esercitazione, al fine di semplificarne l implementazione su Simprocess, per la quale nel par. 4.4 infine viene riportato un esempio Il processo di simulazione Un sistema è un insieme di componenti elementari tra le quali sussistono delle relazioni. I sistemi reali sono caratterizzati da un elevato numero di componenti mutuamente interagenti. Si presenta, quindi, una notevole difficoltà nella descrizione delle interazioni e nella descrizione analitica dei processi di input / output tra i componenti. Spesso, quindi, per descrivere, progettare e gestire i sistemi reali non è appropriato utilizzare modelli analitici o modelli di ottimizzazione. Si ricorre, quindi, all utilizzo di modelli di simulazione, che descrivono il comportamento di un sistema complesso in termini di eventi elementari relativi ai componenti elementari dello stesso. I vantaggi generali di un modello di simulazione possono essere sintetizzati come segue: permettono di simulare il comportamento complessivo del sistema e, quindi, gli effetti prodotti anche da singoli elementi dello stesso; sono caratterizzati da un elevata flessibilità operativa; possono essere utilizzati in fase di verifica dei risultati ottenuti attraverso modelli analitici o di ottimizzazione. Nella progettazione dei terminali intermodali, le soluzioni analitiche in forma chiusa e l utilizzo di modelli di ottimizzazione, propri della ricerca operativa, non sono possibili o presentano comunque un eccessivo grado di complessità per essere di interesse pratico. 13

14 Inoltre, i vantaggi sopraelencati dei modelli di simulazione trovano ampia rispondenza nell ambito dei terminali intermodali di trasporto. Quanto detto giustifica, quindi, e avvalla l ampio utilizzo dei modelli di simulazione come strumento di ausilio nella progettazione di un terminale intermodale per lo scambio delle merci. Prima di descrivere il modello di simulazione utilizzato, ci si soffermerà di seguito sul processo di simulazione in generale. Questo approccio si basa su due idee fondamentali: costruire il modello di simulazione del sistema reale da analizzare; simulare l andamento del sistema in modo da effettuare valutazioni funzionali e prestazionali. Lo schema complessivo di un processo di simulazione si compone delle seguenti fasi: realizzazione del sistema: si definisce lo scopo dello studio, si crea un sistema che rappresenti l oggetto di studio evidenziandone alcune peculiarità di interessede, si definiscono le interazioni del sistema con l esterno; acquisizione dei dati: si identificano, si acquisiscono e si procede alla rappresentazione dei dati; costruzione del modello: si costruisce il modello che meglio rappresenta il sistema ed il suo funzionamento reale; verifica del modello: si verifica che l implementazione del modello nell ambiente di sviluppo scelto sia priva di errori; validazione del modello: si stabilisce se il modello e i dati raccolti rappresentano gli aspetti del sistema che si vogliono prendere in considerazione; sperimentazione: si progettano gli esperimenti, definendo le variazioni nei valori dei parametri del modello e le modifiche nella struttura del modello; analisi dei risultati: si analizzano i risultati degli esperimenti; documentazione: si descrive il problema, il sistema, il modello, gli esperimenti effettuati e i risultati ottenuti; implementazione: si utilizza il modello simulativo come strumento di supporto a decisioni riguardanti modifiche da apportare al sistema esistente e/o alla progettazione di un nuovo sistema. 14

15 Nell ambito della simulazione dei terminali intermodali è di fondamentale importanza la simulazione ad eventi discreti, ovvero la simulazione di sistemi discreti. Un sistema a eventi discreti è un sistema in cui le variabili di stato variano in modo discreto nel tempo. Esempi di sistemi discreti sono i veicoli ad una barriera stradale, le persone ad un check-in aereoportuale, ecc.. Specificare un sistema discreto significa definirne: Entità e loro movimenti; l entità è ogni singola unità del bene che la variabile di stato rappresenta; le entità si possono caratterizzare associando ad esse degli attributi; esse, all interno del sistema, possono nascere, morire, circolare, trasformarsi, dividersi/moltiplicarsi, combinarsi, aggregarsi definitivamente o temporaneamente; Eventi; gli eventi sono gli accadimenti che causano dei cambiamenti dello stato del sistema; Attività; le attività sono le azioni temporali tra due eventi; Risorse; le risorse sono beni che le entità richiedono nel corso delle attività e sono di solito disponibili in quantità limitata; Condizioni per il cambiamento di stato; un cambiamento dello stato del sistema dipende dal movimento di entità nel sistema; non è vero il viceversa. I modelli di simulazione vengono implementati su software di simulazione. L importanza di tali software risiede nel fatto che essi permetto di effettuare alcune stime, tra cui le più comuni riguardano: tempi di arrivo di entità in un dato punto del sistema; numero di entità che passano in un punto; tempo di attraversamento tra due punti; altre statistiche definibili come variabili legati alle precedenti statistiche. 15

16 Per ognuna di queste statistiche si possono determinare i noti parametri statistici come il valore medio, la varianza, i valori di minimo e massimo. Nel paragrafo che segue viene brevemente descrittto il software di simulazione utilizzato per l esercitazione Il software di simulazione: Simprocess In questo paragrafo vengono fornite alcune informazioni riguardo le modalità di funzionamento del software di microsimulazione ad eventi utilizzato in questa esercitazione. Il software Simprocess è prodotto dalla CACI Products Company ed è fornito agli studenti in versione dimostrativa. Questa versione ha delle limitazioni di utilizzo in quanto non è possibile creare modelli di simulazione che superino una determinata dimensione (50 nodi); questo aspetto andrà tenuto in considerazione dagli studenti nella fase di implementazione del modello di simulazione. In figura 4.1 è rappresentata la finestra principale del software; come si può vedere esiste un menù principale, un area di lavoro e un insieme di attività che è possibile combinare tra loro nell area di lavoro al fine di implementare il modello di simulazione. Menù principale Area di lavoro Attività Fig 4.1 L ambiente di lavoro del software Simprocess 16

17 Come è possibile vedere dalla figura 6.1, il software ha una interfaccia molto intuitiva; è disponibile, comunque, una guida in linea ed un manuale dell utente esaustivo, consultabile su file in formato pdf dopo l installazione. Si invitano gli studenti a richiedere il file auto-istallante agli assistenti del corso, previa la fornitura di un adeguato supporto di archiviazione (pen-drive usb, Cd-Rom, ecc.). Il file di installazione ha una dimensione di circa 12 Mb. Nel prosieguo vengono fornite alcune indicazioni sintetiche sulle principali operazioni da compiere per iniziare ad implementare il modello di simulazione del terminale oggetto di studio, per il quale durante le lezioni vengono date le opportune istruzioni per lo svolgimento dell esercitazione La definizione di entità e risorse Il primo passo che occorre compiere per l implementazione del modello di simulazione è la definizione delle entità e delle risorse che costituiscono il modello del sistema oggetto dell esercitazione. Le entità vengono definite attraverso la sottovoce entità presente nel menù Define che si trova nella finestra principale di Simprocess. Le entità che costituiscono il modello di simulazione sono: treni: treni che arrivano al terminale intermodale; autoarticolati: autoarticolati che arrivano al terminale intermodale; UTI ferro: UTI che arrivano/partono al/dal terminale attraverso il treno; UTI gomma: UTI container che arrivano/partono al/dal terminale attraverso i veicoli stradali; segnale: entità fittizia che viene utilizzata nel terminale per le operazioni di sincronizzazione tra diverse attività di carico/scarico UTI. Le entità possono essere attive o passive: nel primo caso sono le entità che si presentano spontaneamente al terminale attraverso delle leggi di arrivo di tipo deterministico o stocastico, nel secondo caso le entità sono prelevate all esterno del sistema (terminale) in determinati istanti di funzionamento dello stesso. 17

18 Le risorse vengono definite attraverso la sottovoce Resource presente nel menù Define che si trova nella finestra principale di Simprocess. Le risorse che verranno definite nel modello di simulazione sono: slot area di stoccaggio: è la risorsa che rappresenta uno slot presente nell area di stoccaggio; tale risorsa sarà dimensionata in accordo con quanto visto nei precedenti capitoli della guida; carrelli area ferro: è la risorsa che rappresenta il carrello frontale utilizzato per il carico/scarico delle UTI nell area ferro e la movimentazione tra questa e l area di stoccaggio; carrelli area gomma: è la risorsa che rappresenta il carrello frontale utilizzato per il carico/scarico delle UTI nell area ferro e la movimentazione tra questa e l area di stoccaggio; binario: rappresenta il binario di trasbordo utilizzabile dai treni per accedere al terminale ed effettuare le operazioni di trasbordo delle UTI L area di lavoro e le attività Le attività in Simprocess rappresentano tutti gli strumenti forniti all analista atti a descrivere le diverse attività che si svolgono nel terminale. Ogni attività riceve in input una o più entità, li processa svolgendo una funzione dipendente dalla tipologia di attività, e fornisce in output una o più entità uguali o anche diverse da quelle ricevute in input. Quindi, le attività vengono poste in sequenza e svolgono una parte delle funzioni utili alla simulazione del funzionamento del terminale; l insieme di tutte le attività permette di simulare il funzionamento del terminale nel suo complesso. Ogni attività è contraddistinta da un tempo di processamento dell entità, che può essere deterministico o stocastico, e può richiedere risorse per svolgere il suo compito. Simprocess possiede molte tipologie di attività; la descrizione esaustiva di ognuna di esse è riportata nel cap. 4 della Guida Utente. A titolo di esempio, nella Fig. 4.2 viene riportata una possibile combinazione di diversi tipi di attività al fine di implementare il modello di simulazione del terminale intermodale completo per l esercitazione. 18

19 Arrivo Treno 1 Attesa No Il binario è libero? 2 Sì Occupazione binario 3 N Scarica containers-ferro con carrelli in parallelo Attesa Carica containers-gomma con carrelli in parallelo N No Esiste carrello- -ferro libero? (N F CARR>0?) 4.1 Liberazione binario 6 Attesa Attesa Sì Uscita Treno 7 No Esiste carrello- -ferro libero? (N F CARR>0?) 5.1 No Esiste slot libero? (NSL>0?) 4.2 Sì Attesa Sì NSL= NSL-1 N F CARR= N F CARR No Esiste Container- -gomma? (N G C>0?) Scarica container-ferro 15 min Sì N G C = N G C -1 N F CARR= N F CARR N F C= N F C+1 N F CARR= N F CARR Carica container-gomma 5.4 NSL= NSL+1 N F CARR= N F CARR Fig. 4.2 Il diagramma di flusso delle attività del terminale ferro-gomma 19

20 Il Diagramma di Flusso Al fine di definire il modello di simulazione da usare nella progettazione del terminale intermodale bisogna, prima di tutto, chiarire il funzionamento del terminale stesso, evidenziando i flussi logici e le interazioni fra i vari elementi. In fig. 4.2 è riportato il diagramma di flusso per il caso di studio in esame. In esso si possono individuare due parti distinte, ma interagenti: una parte corrispondente al subsistema ferroviario, ovvero all arrivo del treno, al carico/scarico dei container su esso e alla sua partenza; un altra corrispondente al sub-sistema stradale, ovvero all arrivo dei camion, al carico/scarico dei container su questi e alla loro partenza. Nel diagramma di flusso, per motivi di sintesi, viene usata la seguente terminologia: container-ferro per indicare i container provenienti dal modo ferrovia e da caricare sul modo strada; container-gomma per indicare i container provenienti dal modo strada e da caricare sul modo ferrovia; carrello-ferro per indicare i carrelli frontali dell area ferrovia; carrello-gomma per indicare i carrelli frontali dell area strada. Tale terminologia viene usata anche nel seguito della relazione. Nel diagramma di flusso vengono utilizzate le seguenti variabili con il relativo significato: N F CARR,numero carrelli-ferro liberi; N G CARR,numero carrelli-gomma liberi; N SL,numero slot disponibili nell area di stoccaggio; N F C, numero container-ferro presenti nell area di stoccaggio; N G C,numero container-gomma presenti nell area di stoccaggio. Si noti come le due parti del diagramma relative al sub-sistema ferroviario e a quello stradale, apparentemente collegate solo attraverso il blocco area di stoccaggio, risultano interagire tramite la condivisione delle variabili N SL, N F C e N G C. Si descrivono ora i passi logici del diagramma di flusso, riferendoci prima al sub-sistema ferroviario e poi a quello stradale. 20

21 SUB-SISTEMA FERROVIARIO 1. Arrivo del treno 2. Se il binario è libero allora si effettua l operazione al passo 3. altrimenti il treno rimane in attesa fin quando il binario di trasbordo non si libera 3. Il treno occupa il binario 4. Il treno viene scaricato con carrelli in parallelo: 4.1 Se esiste un carrello-ferro libero allora si procede al passo 4.2 altrimenti il container-ferro da scaricare rimane in attesa 4.2 Se esiste uno slot libero nell area stoccaggio allora si procede alle operazioni al passo 4.3 altrimenti il container-ferro da scaricare rimane in attesa 4.3 Si occupano uno slot nell area di stoccaggio e un carrello-ferro (aggiornamento delle variabili N SL e N F CARR) 4.4 Si scarica il container-ferro dal treno e si deposita nell area stoccaggio 4.5 Si libera il carrello-ferro e si aumenta il numero di container-ferro nell area di stoccaggio (aggiornamento delle variabili N F C e N F CARR) 5. Il treno viene caricato con carrelli in parallelo 5.1 Se esiste un carrello-ferro libero allora si procede al passo 5.2 altrimenti si rimane in attesa 5.2 Se nell area di stoccaggio esiste un container-gomma allora si effettuano le operazioni al passo 5.3 altrimenti si rimane in attesa 5.3 Si occupa il carrello-ferro e diminuisce il numero di container-gomma nell area di stoccaggio (aggiornamento delle variabili N G C e N F CARR) 5.4 Si carica il container-gomma sul treno 5.5 Si libera un carrello-ferro e si rende disponibile uno slot nell area di stoccaggio (aggiornamento delle variabili N SL e N F CARR) 6. Il treno libera il binario 7. Il treno esce dal sistema 21

22 SUB-SISTEMA STRADALE 1. Arrivo del camion 2. Il camion viene scaricato: 2.1 Se esiste un carrello-gomma libero allora si procede al passo 2.2 altrimenti il camion rimane in attesa 2.2 Se esiste uno slot libero nell area stoccaggio allora le operazioni al passo 2.3 altrimenti il camion rimane in attesa 2.3 Si occupano uno slot nell area di stoccaggio e un carrello-gomma (aggiornamento delle variabili N SL e N G CARR) 2.4 Si scarica il container-gomma dal camion e si deposita nell area di stoccaggio 2.5 Si libera il carrello-gomma e si aumenta il numero di container-gomma nell area di stoccaggio (aggiornamento delle variabili N G C e N G CARR) 3. Il camion viene caricato: 3.1 Se esiste un carrello-gomma libero allora si procede al passo 3.2 altrimenti il camion rimane in attesa 3.2 Se nell area di stoccaggio esiste un container-ferro allora si effettuano le operazioni al passo 3.3 altrimenti il camion rimane in attesa 3.3 Si occupa il carrello-gomma e diminuisce il numero di container-ferro nell area di stoccaggio (aggiornamento delle variabili N F C e N G CARR) 3.4 Si carica il container-ferro sul camion 3.5 Si libera un carrello-gomma e si rende disponibile uno slot nell area di stoccaggio (aggiornamento delle variabili N SL e N G CARR) 4. Il camion esce dal sistema. 22

23 4.3. Il modello di simulazione Al fine di descrivere il modello di simulazione usato per la progettazione del terminale intermodale oggetto di studio, si elencano di seguito le entità e le risorse del modello. Nel modello realizzato sono processate le seguenti entità: Treno; Camion; Container ferro; Containergomma; Segnale. Mentre per le entità Treno, Camion, Container ferro, Container gomma risulta evidente il loro significato reale, si precisa che l entità Segnale è un entità senza alcuna corrispondenza col funzionamento reale del terminale ed è stata introdotta per motivi di simulazione. Le risorse definite nel modello sono: Binario; Slot; Carrello_ferro; Carrello_gomma. Nel modello di simulazione, rappresentato in Fig. 4.3 si sono evidenziati i percorsi effettuati da ciascuna entità dall entrata nel sistema fino all uscita dallo stesso distinguendoli con i colori di seguito riportati: blu Treno; nero Camion; magenta Containe_ ferro; verde Container_gomma; grigio Segnale. Nel paragrafo seguente si procederà ad una descrizione sintetica del modello di simulazione. 23

24 Fig 4.3 Il modello di simulazione implementato in SIMPROCESS 24

25 4.4. Descrizione del modello di simulazione Di seguito si descrivono i singoli nodi del modello di simulazione riportato in fig. 4.3, evidenziandone la tipologia, le entità interessate, le risorse richieste, la funzione e alcune caratteristiche peculiari. Per le informazioni sulle funzionalità delle diverse tipologie di nodi si rimanda al manuale utente del software di simulazione SIMPROCESS o alla sua guida in linea. 1. Arrivo Treni generate Entità generate: Treno Quantità generate: 1 Distribuzione degli interarrivi: deterministica o aleatoria attraverso questo nodo l entità Treno entra nel sistema. 2. Occ_binario get_resource Entità processata: Treno Risorse richieste: Binario Quantità richiesta per ogni entità: 1 l entità Treno richiede la risorsa Binario, nel caso questa sia occupata attende la sua disponibilità nel nodo. 3. Split_treno split Entità processata: Treno l entità Treno viene duplicata avendo in output l entità Treno, che rimane ad occupare il Binario e l entità clone Segnale che subisce vari processi. 4. Treno-cont_ferro transform Entità in entrata: Segnale Entità in uscita: Container ferro Quantità in uscita: 28 per ogni entità in entrata il Segnale viene trasformato in 28 Container ferro da scaricare. 5. Occ_slot get_resource Container ferro Risorse richieste: Slot Quantità richiesta per ogni entità: 1 prima di essere scaricato, ciascun Container ferro richiede la disponibilità di uno Slot 25

26 nell area di stoccaggio, rimanendo in attesa nel caso in cui esso non è disponibile. 6. Scarico_treno delay Container ferro Risorse richieste: Carrello_ferro Quantità richiesta per ogni entità: 1 Distribuzione dei tempi di servizio: deterministica o aleatoria il Container ferro è scaricato dal treno nell area di stoccaggio. 7. Batch batch Container ferro Entità in uscita: Segnale Numero entità contate: 28 attività di contatore dei Container ferro scaricati per segnalare il completamento dello scarico del treno. 8. Sincro_scarico synchronize Entità in entrata: Treno e Segnale Entità in uscita: Treno e Segnale attività di sincronizzazione, che segnala l avvenuto scarico del treno. 9. Unbatch unbatch Segnale Entità in uscita: Container ferro Numero di entità contate: 28 le entità Container ferro precedentemente messe insieme, vengono separate. 10. Stoccaggio delay Container ferro Distribuzione dei tempi di servizio: deterministica o aleatoria le entità Container ferro rimangono nell area di stoccaggio per un determinato periodo. 11. Container_ferro generate Entità generate: Container ferro Quantità generate: 280 Distribuzione degli interarrivi: costante (molto grande) con questo nodo viene effettuata la fase di precarico che sopperisce alla mancanza di Container ferro durante il periodo di transitorio. La generazione di tali Container 26

27 12. Occ_slot4 get_resource Container ferro Risorse richieste: Slot Quantità richiesta per ogni entità: 1 ferro avviene esclusivamente all inizio del periodo di simulazione. i container ferro, provenienti dalla fase di precarico, richiedono la risorsa Slot. 13. Sincro_carico synchronize Entità in entrata: Camion e Container ferro Entità in uscita: Camion e Container ferro attività di sincronizzazione, che avvia il carico dell entità Camion dopo che è stato scaricato. 14. Carico_camion delay Container ferro Risorse richieste: Carrello_gomma Quantità richiesta per ogni entità: 1 Distribuzione dei tempi di servizio: deterministica o aleatoria le entità Container ferro viene caricata sui camion vuoti. 15. Libera Slot free_resource Container ferro Risorse rilasciate: Slot Quantità rilasciate per ogni entità: 1 a carico avvenuto si libera lo Slot nell area di stoccaggio. 16. Sincro_uscita synchronize Entità in entrata: Camion e Container ferro Entità in uscita: Camion e Container ferro attività di sincronizzazione, che segnala il completamento del carico sul camion. 17. Uscita_camion dispose Entità in uscita: Camion l entità Camion esce dal sistema. 18. Fine dispose Entità in uscita: Container ferro è un nodo di uscita fittizio per le entità Container ferro, per questo motivo non viene considerato nelle stistiche. 27

28 19. Arrivo Camion generate Entità generate: Camion Quantità generate: 1 Distribuzione degli interarrivi: deterministica o aleatoria l entità Camion entra nel sistema. 20. Split_camion split Entità processata: Camion l entità Camion viene duplicata avendo in output l entità Camion e l entità clone Segnale. 21. Camion-cont_gomma transform Entità in entrata: Segnale Entità in uscita: Container gomma Quantità in uscita: 1 per ogni entità in entrata il Segnale viene trasformato in 1 Container gomma da scaricare. 22. Occ_slot2 get_resource Container gomma Risorse richieste: Slot Quantità richiesta per ogni entità: 1 prima di essere scaricato, il Container gomma richiede la disponibilità di uno Slot nell area di stoccaggio. L entità rimane in attesa nel caso questo non sia disponibile. 23. Scarico_camion delay Container gomma Risorse richieste: Carrello_gomma Quantità richiesta per ogni entità: 1 Distribuzione dei tempi di servizio: deterministica o aleatoria il Container gomma viene scaricato e collocato nell area di stoccaggio. 24. Sincro_scarico2 synchronize Entità in entrata: Camion e Container gomma Entità in uscita: Camion e Container gomma attività di sincronizzazione, che segnala l avvenuto scarico del camion. 25. Stoccaggio 2 delay Container gomma Distribuzione dei tempi di servizio: deterministica o aleatoria 28

29 il Container gomma rimane in giacenza nell area di stoccaggio per un determinato tempo. 26. Container gomma generate Entità generate: Container gomma Quantità generate: 290 Distribuzione degli interarrivi: costante (molto grande) con questo nodo viene effettuata la fase di precarico che sopperisce alla mancanza di Container gomma durante il periodo di transitorio. 27. Occ_slot3 get_resource Container gomma Risorse richieste: Slot Quantità richiesta per ogni entità: 1 i Container gomma, provenienti dalla fase di precarico, devono risultare nell area di stoccaggio, per questo viene richiesta la risorsa Slot. 28. Batch 3 batch Container gomma Numero entità contate: 28 attività di contatore per segnalare che sono disponibili 28 Container gomma nell area di stoccaggio da caricare sul treno. 29. Sincro_carico2 synchronize Entità in entrata: Treno e Segnale Entità in uscita: Treno e Segnale attività di sincronizzazione, che segnala che può iniziare la fase di carico dei Container gomma sul Treno. 30. Unbatch 2 unbatch Segnale Entità in uscita: Container gomma Numero di entità contate: 28 i Container gomma precedentemente batchati vengono separati. 31. Carico_treno delay Container gomma Risorse richieste: Carrello_ferro Quantità richiesta per ogni entità: 1 Distribuzione dei tempi di servizio: deterministica o aleatoria 29

30 il Container gomma viene caricato sul treno. 32. Libera_slot2 free_resource Container gomma Risorse rilasciate: Slot Quantità rilasciate per ogni entità: 1 dopo che il Container gomma è caricato sul treno, si libera uno Slot nell area di stoccaggio. 33. Batch 2 batch Container gomma Numero entità contate: 28 attività di contatore per segnalare il completamento del carico di 28 Container gomma sul treno. 34. Sincro_uscita 2 synchronize Entità in entrata: Treno e Segnale Entità in uscita: Treno e Segnale attività di sincronizzazione per segnalare che è stato completato il carico sei 28 Container gomma sul Treno. 35. Libera_binario free_resource Treno Risorsa rilasciata: Binario Quantità rigenerata per ogni entità: 1 il Treno è stato caricato ed è pronto ad uscire dal sistema; si libera, quindi, la risorsa Binario. 36. Uscita_treno dispose Entità in uscita: Treno l entità Treno esce dal sistema. 37. Fine2 Entità in uscita: dispose Segnale è un nodo di uscita fittizio per le entità Segnale, per questo motivo non viene considerato nelle statistiche. 30

31 4.5. La validazione del modello Una volta determinata la struttura ed implementato il modello di simulazione, bisogna validarlo, cioè bisogna verificare che il modello descriva adeguatamente la realtà che si prefigge di rappresentare. Per far questo bisogna introdurre all interno del modello le caratteristiche di traffico assegnate e le risorse dimensionate con i metodi analitici descritti nel capitolo 3. Inoltre, bisogna specificare nei relativi nodi i tempi necessari alle operazioni rappresentate (carico/scarico UTI, stoccaggio, ecc.). Tutte le grandezze relative alle caratteristiche del traffico ed ai tempi di esecuzione delle attività nel terminale, in questa fase, vanno considerate deterministiche. Il corretto funzionamento del modello è verificato tramite una simulazione e l analisi delle statistiche di output, in cui le risorse stabilite nel primo dimensionamento devono permettere sicuramente il corretto funzionamento del terminale. Gli indicatori sintetici (statistiche) di funzionamento del terminale per l esercitazione, oggetto di verifica, sono: numero di treno che al massimo hanno occupato il terminale: 2 % di utilizzo media degli slot dell area di stoccaggio: circa l 80% % di utilizzo media dei carrelli frontali lato ferro e lato gomma: minore del 100% La verifica di questi vincoli permette di affermare che il modello è valido e che il primo dimensionamento è corretto. 31

32 5. SIMULAZIONE E DIMENSIONAMENTO FINALE Validato il modello, si può passare alla simulazione del funzionamento reale, introducendo l aleatorietà dei processi. L operazione è compiuta attraverso l utilizzo di una funzione di densità di probabilità di tipo triangolare, rappresentata in figura 5.1. Questa funzione viene utilizzata per gli intertempi di arrivo dei treni, dei veicoli stradali, per descrivere l aleatorietà del carico e dello scarico delle UTI nelle aree ferro e gomma, nonché come legge per descrivere l aleatorietà relativa al tempo di stoccaggio. Fig 5.1 La funzione aleatoria di tipo triangolare La simulazione deve essere compiuta per un intervallo temporale di 6 mesi, alla fine dei quali bisogna analizzare le statistiche di funzionamento. Il corretto funzionamento del terminale è garantito se i seguenti indicatori sono tali che: numero di treno che al massimo hanno occupato il terminale: pari a 2; % di utilizzo media degli slot dell area di stoccaggio: circa l 80%; 32

33 % di utilizzo media dei carrelli frontali lato ferro e lato gomma: minore o uguale all 80%; Nel caso in cui le statistiche non rientrino in quelle di riferimento allora bisognerà modificare le risorse assegnate alle attività critiche con un processo what-if, cioè si determina il nuovo livello di risorsa, si introduce il valore nel modello di simulazione e si effettua una nuova simulazione e verifica degli indicatori di prestazione. Il processo è ripetuto fino a che non si determinano un livello di risorse tale che la simulazione del modello dia un output in termini di indicatori che soddisfano i vincoli posti. 33

34 6. ELABORATI FINALI DA PRODURRE Al termine dell esercitazione, da concludersi entro la fine del corso, ogni gruppo dovrà produrre i seguenti elaborati: 1. Relazione descrittiva delle attività svolte sia su supporto cartaceo che informatico; 2. Copia del modello deterministico (utilizzato per la validazione) su supporto informatico 3. Copia del modello stocastico (utilizzato per la simulazione ed il dimensionamento finale) su supporto informatico. 34