• No results found

companies that operate offshore. 

 

2. Problem statement  

As we have already mentioned, supply vessel planning on tactical level implies construction  of  circular  weekly  vessel  sailing  plans  valid  for  a  certain  time  period.  As  it  can  be  seen  on  example in Figure B-1 in the appendix of this thesis, this plan consists of individual schedules  for  all  vessels,  which  in  turn  are  represented  by  sequences  of  voyages  built  to  satisfy  installations’  requests  and  characterized  by  the  assigned  scheduled  arrival,  discharge  and  departure times. Voyages consist of visits to installations and a supply base. A connection and  corresponding to it sailing between any pair of locations we will understand as a leg.  

The process  of  constructing and afterwards performing of these vessel  sailing plans is  additionally  complicated  by  a  number  of  factors,  such  as  presence  of  working  hours  at  the  installations and the base, limitations on voyage durations (they are usually up to 2 or 3 days  in practice), necessity to provide a spread of visits to installations, departures from the supply  base to installations, limited capacities of a supply base and installations.  

Moreover whilst constructing these sailing plans, weather uncertainty, which influence  both sailing and service durations, should be taken into account; the last is currently done by  means  of  having  slacks  for  voyages  incorporated  into  their  durations.  However,  adding  inaccurate slacks to durations of voyages might either lead to increase of idle time of vessels,  in case slacks  are too  large or lead  to  lowered service level  in  case these  slacks are smaller  than  needed.  Moreover  adding  slacks  only  to  the  beginning  or  end  of  a  voyage  might  still  remain actual the problem of not fitting of working hours at the installations and the supply  base as a result of weather uncertainty, which in turn means that it could be beneficial to add  smaller  slacks  to  each  leg  of  the  voyage  and  thus  assign  in  a  more  accurate  way  arrival,  discharge  and  departure  time  of  vessels  at  installations  and  supply  bases  so  as  to  achieve  a  better  level  of  utilization  of  robust  schedules.  This  means  a  proper  statistical  analysis  of  voyage  durations  and/or  durations  of  legs  of  this  voyage  taking  weather  uncertainty  into  account.  This  is  also  important  for  building  balanced  schedules  with  respect  to  weather  changes.  Supply  vessel  sailing  plans  based  on  a  proper  combination  of  robust  voyages  satisfying all of the relevant constraints are considered as robust.  

assumptions might (or might not) influence execution of weekly sailing plans in reality. The  problem addressed in this work is to develop a tool able to simulate weekly sailing plans for  typical  winter  and  summer  periods,  evaluate  their  performance  and  suggest  a  posteriori  improvements of weekly sailing plans. 

Starting  from  the  following  section  of  this  thesis  we  will  use  a  simple  term  schedule  meaning by that a vessel sailing plan (see the definitions in the ongoing section). 

 

2.1 General definitions  

In what follows the next definitions will be used: 

Offshore Installation  (oil  platform,  offshore  platform,  oil  rig  or  just  installation)  is  a  large  construction  located  off  the  shore,  which  has  the  facilities  to  drill  wells,  extract  and  process oil and natural gas, and temporarily store product until it can be brought to the shore  for refining and marketing. They also might have limited working hours (time windows). 

Service Request for an Offshore Installation is a number of visits to the installation  within a time horizon (week) in order to satisfy its demand. 

Supply Vessel (PSV,  vessel)  is  a  vehicle  (ship)  designed  for  servicing  offshore  oil  installations. They range from 20 to 100 meters in length and accomplish a variety of tasks,  among which the primary task is transportation of cargo, goods and/or personnel to and from  offshore oil installations and other offshore structures. 

Voyage of a Vessel is  an  ordered  set  of  visits  to  offshore  installations  starting  and  ending at a supply base mapped by a set {location, times (arrival, discharge, departure)}. 

Vessel Weekly Schedule is  a  set  of  consecutive  voyages  assigned  to  a  vessel  to  be  completed on a weekly time horizon. 

Weekly supply vessels sailing plan is a set of vessels’ weekly schedules. 

Schedule  (supply  vessels  plan  in  general)  is  an  ordered  set  of  visits  to  offshore  installations and supply bases mapped by a set {location, times (arrival, discharge, departure),  vessel} during a given time horizon. 

Significant Wave Height  (SWH)  is  the  mean  wave  height  (trough  to  crest)  of  the  highest third of the waves. 

Wave Direction (WD)  is  the  direction  from  where  the  wave  originates  in  either  cardinal directions or in azimuth degrees.  

We also introduce the following definitions: 

Evaluate a Schedule  means  to  estimate  a  set  of  key  robustness  factors  (parameters)  like service level, average tardiness, maximal tardiness of an individual installation, average  deviation  from  scheduled  times,  fuel  costs  etc.,  and  their  aggregated  measure  in  order  to  address quality of a schedule in terms of robustness versus fuel consumption.   

Weather Uncertainty (for  the  addressed  case)  is  stochasticity  induced  by  changes  of  wave directions and significant wave heights over time. Weather uncertainty, thus, consists of  two components: wave height uncertainty and wave direction uncertainty. These factors lead  to lengthening of voyages, inability to perform planned visits at estimated time and etc. 

A Posteriori Improvement of a Schedule is a set of modifications of a schedule being  evaluated (e.g. utilization of slacks between voyages, rerouting of voyages, swapping voyages  between  vessels  and  etc.)  so  as  to  improve  its  quality  in  terms  of  robustness  versus  fuel  consumption. 

 

2.2 Problems and objectives of the research

Thus,  with  respect  to  problem  definition  above  the  research  problem  is  divided  into  the  following set of sub problems to be resolved: 

 Formulation and substantiation of criteria for evaluation of schedule robustness 

 Statistical data analysis for weather modelling  

 Development and implementation of a simulation model for schedules’ evaluation  

 Evaluation of given schedules with respect to a set of chosen criteria  

 Development  and implementation  of an integrated  simulation-optimization tool  for a  posteriori schedules’  improvement 

Basing  on  the  issues  and  problems  stated  above,  we  can  formulate  objectives  of  the  research:  

1. Generate  weather  data  by  means  of  estimating  the  parameters  of  the  appropriate  stochastic  processes  and/or  distributions  and  clustering  weather  conditions  according  to  some  parameters  and  simulation  of  them.  Note  that  there  are  two  types  of  weather uncertainty: 

a. Wave height uncertainty, its  geographical  and  seasonal  clustering  and  impact  on vessel speed and sailing duration times. SWH might be considered by means of stochastic  processes and/or probability distributions of wave height. 

b. Wave direction uncertainty, its  geographical  and  seasonal  clustering  and  impact  on  vessel  speed  and  sailing  duration  times.  WD  might  be  considered  by  means  of  stochastic processes and/or probability distributions of wave direction. 

2. Build an event based simulation model for emulating supply vessel schedules  having the modeled weather incorporated. 

3. Suggest key parameters for evaluation of quality of schedules. Possible service  parameters: 

a. Service level for the whole schedule; 

b. Service level for any subset of installations from the schedule; 

c. Service level for the voyages of vessels; 

d. Tardiness of arrival, discharge and departure times of the whole schedule; 

e. Deviations of arrival, discharge and departure times from those scheduled; 

f.       Number of missed visits; 

g. Number of not performed voyages; 

h. Number of not performed weekly schedules; 

i.       Fuel consumptions and fuel costs; 

4. Suggest  and  substantiate  an  aggregation  criterion  and/or  ranking  criterion  based on the key parameters above in order to have an aggregated evaluation measure for the  schedules.  

5. Evaluate robustness of schedules.  

6. Suggest  and  implement  approaches  for  improvements  of  the  given  schedules  (a posteriori). Possible  ways to do that are listed below: 

a. By means of utilizing slacks between voyages; 

b. By means of swapping voyages between the vessels; 

c. By means of speed adjustments with respect to the forecasted weather; 

d. By means of a combination of the improvements above. 

           

2.3 Data sources

Primary Data

It  seems  to  be  quite  obvious  that  in  the  very  case  of  our  research  not  so  many  sources  of  primary data will most likely be used. However among them the following types of data and  sources might be highlighted: 

1. Information about: 

- what are the main restrictions, limitations and constraints for weekly vessel schedules  to be taken into account; 

- technical rules for service; 

- supply base policy for supply vessel departures; 

2. Expert estimates analysis for: 

- service times distributions at the installations and/or supply bases; 

- changes of service time at the installation with respect to weather;  

 

Secondary Data

It  seems  to  be  rather  clear  that  most  of  the  data  used  in  this  kind  of  research  should  be  secondary data, provided by real oil companies, weather institutions and etc. Ideally such data  as those represented below is needed for successful research: 

1. Vessel configurations: 

 sizes and capacities; 

 economic speed and speed limits; 

 deadweights; 

 fuel consumptions; 

 fuel costs; 

 emissions of greenhouse gases. 

2. Supply bases configuration: 

 service times for each vessel; 

 opening and closing hours; 

 geographical locations. 

3. Installations data 

 set of installations and their geographical positions; 

 requests; 

 service durations. 

4. Weather data 

 time series for significant wave heights on a given grid of points; 

 time series for wave directions on a given grid of points; 

 

 It  is  quite  clear  that  getting  all  these  data  might  well  be  a  very  difficult  job.  Hence,  once  the  situation  is  thoroughly  studied,  relevant  models  built;  these  models  will  be  first  tested on small samples of modeled data. Once models prove to be working well on modeled  data, real world data should be addressed; in case the samples are not large enough statistical  data analysis and/or simulation may be addressed to generate additional inputs. In case some  data is impossible to get either models should be adjusted or modeled data should be used to  make relevant stubs.  

 

3. Methodology and literature review