gestÃo de terminais portuÁrios1

Mestrado em Gestão Portuária (2009) Manuel Casaca

GESTÃO DE TERMINAIS PORTUÁRIOS

1

Gestão de Terminais de Contentores – Abordagem pelo Controlo Orientado para o Mercado


Índice

Índice.....................................................................................................................................................2Índice de Ilustrações............................................................................................................................3Índice de Quadros................................................................................................................................31. INTRODUÇÃO...............................................................................................................................42. O CONTEXTO DO ESTUDO.......................................................................................................43. GESTÃO DO TERMINAL DE CONTENTORES......................................................................74. AGENTES INTELIGENTES E SIMULAÇÃO BASEADA EM MULTI-AGENTES..........104.1. O AGENTE INTELIGENTE: O QUE É?.............................................................................104.2. SIMULAÇÃO BASEADA NOS MULTI-AGENTES...........................................................11

5. CONTROLO BASEADO NO MERCADO................................................................................126. PLANEAMENTO DO TC COM O SISTEMA MULTI-AGENTE.........................................127. BENEFÍCIOS DO SMA...............................................................................................................168. CONCLUSÕES.............................................................................................................................16REFERÊNCIAS.................................................................................................................................17ANEXO...............................................................................................................................................19

Gestão de Terminais de Contentores : Abordagem pelo Controlo Orientado pelo Mercado Controlo 2


Índice de Ilustrações

Ilustração 1– Subsistemas de um TC.....................................................................................9Ilustração 2 - Direcção do fluxo de receitas durante a carga e a descarga de um navio......13Ilustração 3 – O Agente Parque tem um custo para receber um contentor..........................14Ilustração 4 – O agente cais tem custos para disponibilizar os contentores a carregar no navio.....................................................................................................................................15Ilustração 5 – O agente parque tem um custo para receber os contentores..........................15Ilustração 6 – O agente portaria tem custos para despachar um contentor do terminal.......15

Índice de Quadros

Quadro 1 - Frota Mundial de Contentores................................................................................5Quadro 2 - Tráfego Mundial de Contentores até 2024 (milhões de TEU)...............................5Quadro 3 - Ranking dos 20 maiores portos de contentores......................................................6Quadro 4 - Listagem de simulações informáticas usadas nos terminais portuários...............19



1. INTRODUÇÃO

Os portos marítimos são nodos importantes no transporte internacional. A transferência de mercadorias de um modo de transporte para outro diferente tem sido a função prioritária dos portos, e, mais especificamente, dos terminais portuários. “Portos são algo mais que meros cais. Mais de 90% das cargas internacionais são movimentadas através dos portos”, (Winklemans, 2002). Na sua tendência crescente, a contentorização tornou-se o método dominador mundial para transportar carga unitizada com enormes benefícios mas com efeitos adversos tais como, a necessidade de aumento de espaços portuários e os congestionamentos (Branch, 2007). Neste âmbito, este trabalho versará essencialmente sobre portos e terminais dedicados a contentores.

As necessidades de aumentar a produtividade, de acelerar as trocas de informação e de minimizar o tempo de estadia do navio no terminal (turn-over), são somente alguns dos muitos factores críticos que pressionam constantemente a posição nodal de um porto no sistema logístico e na cadeia de abastecimento. A movimentação de carga contentorizada cresceu exponencialmente mas os portos não acompanharam esse crescimento. Em 1998, estimava-se que seriam necessários 200 terminais de contentores para acomodar o crescimento previsto. A existência de muitos estrangulamentos em termos de movimentação de carga e de informação, traduz-se numa baixa de produtividade. Mas, aumentar a produtividade dum terminal portuário através da sua expansão física levanta grandes problemas (Notteboom e Winklemans 2002).

Os programas informáticos de gestão mais comuns (i.e. NAVIS SPARCS TOS1 – nos portos de Djibouti e de Vancouver e COSMOS NV. – porto de Antuérpia) foram concebidos para funções específicas e normalmente não cobrem todo o sistema operacional dum terminal. Assim, a utilização de um sistema multi-agente2 (SMA) orientado pelo mercado fornecerá controlo sobre os diversos subsistemas de um terminal de contentores, descentralizando para os agentes locais, as tarefas de resolver problemas. A complexidade de encontrar soluções causada pela multiplicidade de inputs, outputs, actores, características próprias e influências externas, pode ser resolvida pelo SMA.

O principal objectivo deste trabalho é encontrar uma ferramenta de gestão dos terminais de contentores, capaz de resolver de modo integrado e dinâmico, os problemas complexos com os gestores se deparam. Para atingir este objectivo propõe-se a seguinte estrutura. A Secção dois descreve o panorama actual da contentorização. A Secção três é dedicada à gestão dos Terminais de Contentores (TC). Na Secção quatro serão apresentadas as noções de agentes e dos sistemas multi-agentes. A Secção cinco faz a descrição de uma abordagem de simulação orientada pelo mercado. A Secção seis descreve o planeamento dum TC baseado na abordagem de orientação pelo mercado e a Secção sete, compila as conclusões deste trabalho.

2. O CONTEXTO DO ESTUDO

O transporte marítimo de mercadorias atingiu em 2008, 7,9 mil milhões de toneladas das quais 17% correspondem a carga contentorizada segundo a Fearnleys citada pelo Institute of Shipping and Logistics (2009a). O Quadro 1 representa a evolução da carga contentorizada em milhões de TEUs desde 2000 e a respectiva previsão até 2024.

1 SPARCS TOS - Synchronous Planning And Real time Control System Terminal Operating System2 “agente é um sistema de computador capaz de actuar com independência a mando do seu utilizador ou proprietário; um sistema multi-agente consiste num número de agentes que interagem uns com os outros através da troca de mensagens” - Wooldridge, M., An Introduction to Multi Agent Systems. West Sussex, England: John Wiley and Sons Ltd, 2002.



Quadro 1 - Tráfego Mundial de Contentores até 2024 (milhões de TEU)

Fonte: Institute of Shipping and Logistics (2009a)

Para o transporte deste tipo de mercadorias, a frota mundial de contentores tem vindo a aumentar. O Quadro 2 representa a evolução da frota mundial de navios contentores, em número de navios e em número de TEUs desde 2000 até 2008. No início de 2009 a frota mundial de navios contentores celulares era de 4.639 navios com capacidade para 12,1 milhões de TEUs. O aumento da frota de contentores durante 2008 representa 9,1 % de toda a frota mundial de contentores celulares activa no início de 2009 Institute of Shipping and Logistics (2009b). Segundo a MDS Transmodal, em Fevereiro de 2009, 15 operadores de contentores controlavam aproximadamente 77% do total da capacidade global de TEU, sendo a MAERSK-LINE o principal com 16,5% (2 milhões de TEU e 541 navios).

Quadro 2 - Frota Mundial de Contentores

Fonte: Institute of Shipping and Logistics (2009a)

A recente tendência, confirmada pela consulta da carteira de novas construções, aponta para o aumento das dimensões dos navios. O Emma Maersk, segundo a AXS-Alphaliner (2009), possui capacidade para 15.212 TEUs, se atendermos unicamente ao espaço. Em breve chegarão os porta-contentores de 18.000 TEU que passarão a ser designados por Malaccamax e terão 24 filas de contentores acima do convés e 22 filas abaixo deste. Mas a evolução dos navios porta-contentores não ficará por aqui uma vez que a STX Shipbuilding, grupo Sul Coreano, anunciou em 28 de Maio de 2008 que será o primeiro estaleiro a apresentar planos para um navio com capacidade para 22.000 TEU, com 460 metros de comprimento e 60 metros de boca (Transport Information Group, 2008).

Os portos e terminais estão igualmente conscientes dos problemas oriundos do crescimento do tráfego dos contentores. Se consultarmos o Quadro 3, verificamos que Singapura apresentou em Gestão de Terminais de Contentores : Abordagem pelo Controlo Orientado pelo Mercado Controlo 5


2008 um total de 29,9 milhões de TEUs manipulados, seguido de perto por Xangai com 28,0 milhões de TEUs. Este crescimento levou à expansão dos terminais de contentores como por exemplo o Terminal Antwerp Gateway na Deurganckdok3 no porto de Antuérpia, o projecto Maasvlakt2 no porto de Roterdão e de tantos outros localizados na zona geográfica Le Havre - Hamburgo.

Quadro 3 - Ranking dos 20 maiores portos de contentores

Fonte: ISL Port Data Base 2009

A movimentação de contentores dentro do terminal é um dos principais problemas dos operadores de TCs. A observação dos terminais de contentores a nível mundial revela que eles estão perto do seu limite de capacidade, o que segundo Ilmer (2006) levará ao congestionamento do tráfego e do porto, pois para este autor o congestionamento ocorre quando o terminal/porto alcançar mais de 70% de ocupação.

As autoridades governamentais tais como a Alfândega e a Sanidade podem ainda atrasar a chegada dos contentores ao seu destino com as suas inspecções. Por outro lado, os operadores de terminais tentam reduzir ou estabilizar o preço por tonelada/unidade equivalente de vinte pés (TON/TEU) manipulado e maximizar os seus lucros. O seu objectivo é usar eficientemente os meios disponíveis durante o tempo de operação do navio ao cais. A repercussão nos custos associados ao congestionamento portuário afecta um número de actores relacionados com os TCs. Seguem-se alguns exemplos de como o congestionamento portuário pode afectar os grandes stakeholders4 num porto:

Operadores de transporte marítimo: atrasos de navios, custos extraordinários, falha nas ligações feeder, etc.

Terminais: mão-de-obra suplementar, congestionamento de parque, reposicionamento de carga.

Modos ferro e rodoviário: tempo de espera, perda de negócio. Carregadores: tempos de trânsito mais longos e maiores níveis de inventário.

Sem dúvida alguma, a expansão do terminal é uma maneira de lidar com o problema dos congestionamentos e engarrafamentos que limitam o rendimento dum terminal. Infelizmente,

3 Este terminal de maré é uma joint-venture entre a DP World (42.5%), a Zim Ports (20%), a Cosco Pacific (20%), a Terminal Link/CMA-CGM (10%) e Duisport (7.5%), operado pela DP World.4 Stakeholders – agentes interessados.



muitos portos estão inseridos nas cidades, especialmente na Europa, e não possuem espaço para expandir e/ou não possuem fundos para novas infra-estruturas. Segundo Winklemans (2002), o desenvolvimento portuário, em particular a gestão de terminais, passará pelo software, e não pelo hardware, pois Winklemans considera este como factor determinante nas futuras tendências de competição intra-portuária. Os TCs devem ser considerados centros logísticos que actuam como elos no sistema de transporte global e não como pontos passivos do interface entre o mar e a terra para intercâmbio intermodal. É aqui que o conceito tecnológico de agente deverá ser capaz de aumentar a capacidade e o desempenho do TC sem recorrer a grandes investimentos na expansão física e em equipamentos.

A situação descrita, que tanto afecta os TC, não só na Europa mas em todo o mundo, leva os gestores destes terminais a procurar métodos alternativos para solucionar os problemas que enfraquecem a sua produtividade. Este trabalho revela alguns estudos feitos nesse sentido.

3. GESTÃO DO TERMINAL DE CONTENTORES

Os termos portos e terminais são muitas vezes usados em trabalhos sem que se faça a distinção entre eles. Um porto pode ser considerado como um local dotado de instalações adequadas para apoiar a navegação onde se realizam operações de carga, descarga e armazenamento de mercadorias e embarque e desembarque de passageiros, constituindo um elo entre o transporte aquático e o terrestre. Um terminal é uma parte de um porto, especializada na manipulação de uma (ou várias) variedade(s) de mercadorias, por exemplo, veículos, contentores, madeira, passageira, etc. A actual conjuntura reflecte uma mudança nas estruturas institucionais onde as autoridades portuárias concessionam determinadas infra-estruturas a entidades operadoras que actuam independente e competitivamente dentro da área do porto.

O principal objectivo do gestor de um TC é desenvolver estratégias que melhorem a satisfação dos seus clientes e a sua posição competitiva. As principais funções da gestão dum TC são: o planeamento e o controlo das operações. Normalmente a gestão dum TC é mais virada para a experiência adquirida no dia-a-dia do que para a teoria, tornando-se um tanto conservadora quanto à adopção de novas ideias ou tecnologias. Esta situação pode interferir na escolha de uma linha marítima em escalar um determinado terminal. Assim, é imperativo que ela consiga satisfazer os seus clientes, minimizando o tempo que o navio permanece atracado no terminal. Para encurtar esse tempo, os gestores dos TCs esforçam-se para aumentar a produtividade dos movimentos de gruas em TEUs/hora, que consideram como indicador de produtividade.

O aumento significativo da complexidade das operações dos TCs requer uma boa gestão de alocação dos meios, mas também a sequência e o momento das operações. Tradicionalmente, a gestão dum TC é fragmentada, e as diferentes tarefas dentro do terminal são efectuadas por actores diferentes deparando-se com dificuldades de coordenação.Eis alguns problemas que a gestão dum TC normalmente enfrenta, suportado por diversos artigos de autores como Rebollo et al. (2001), Gambardella et al. (2001) e Frankel (1987):

Falta de planeamento Delegação insuficiente Planeamento ad hoc Fraco discernimento das operações do terminal Falta de controlo global

A organização dum TC afecta a sua eficiência e a sua produtividade final (Cullinane et al. 2002), onde a estrutura organizacional mais comum é a unidade de comando, e as decisões são tomadas por uma única pessoa (gestor) ou um grupo de pessoas (Valentine e Gray, 2002). O Gestão de Terminais de Contentores : Abordagem pelo Controlo Orientado pelo Mercado Controlo 7


desenvolvimento de departamentos especializados conduziu ao aparecimento de especialistas em planeamento tais como, planeamento de navios, planeamento de terminais e planeamento de meios. Para a tomada de decisões, a gestão dos terminais precisa possuir um conhecimento dos requisitos dos seus clientes tais como:

Rendimento: um rápido turn-around5, Confiança: rendimento esperado, Custo: deve ser competitivo e previsível, Qualidade: sem perdas ou avarias durante as operações, e Flexibilidade: capacidade dos operadores dos TCs de arranjar soluções, i.e., adaptação

aos horários dos navios e satisfação de outros requisitos do cliente.

Adicionalmente, os gestores dos terminais devem ter pleno conhecimento da disponibilidade dos seus meios, custos operacionais, e outras limitações, tais como horários, orçamentos, regulamentos e os objectivos (Frankel, 1987). O objectivo principal para a maioria dos TCs é a liderança nos preços e a competitividade. Alguns procuram conseguir a liderança nos preços através da melhoria da produtividade, uma vez que os custos do terminal são importantes no custo total da mercadoria. Segundo Frankel, os custos portuários podem exceder os 50% dos custos totais onde 55% destes estão relacionados com um fraco turn-around e baixos ritmos de manipulação da carga. A Ilustração 1 representa a concepção dum TC. Na construção do modelo seleccionaram-se diversas operações de quatro subsistemas: (1) Navio-cais, (2) Ciclo de Transferência (3) Parqueamento e (4) Entrega/Recepção. Apesar de distintos os subsistemas trabalham em conjunto e a eficácia de um afecta a eficiência do próximo. Os dois subsistemas constantemente conectados com o congestionamento e estrangulamentos são (2) Ciclo de Transferência e (4) área de Entrega/Recepção. Os parágrafos que se seguem apresentam uma descrição dos subsistemas mencionados.

Subsistema navio-cais: movimento dos contentores do navio para o cais. Os operadores do terminal tentam minimizar os efeitos resultantes da improdutiva e dispendiosa movimentação de contentores no terminal. O número de pórticos usados na operação varia dependendo das dimensões do navio e do volume de contentores a serem manipulados. Um terminal moderno utiliza 5 pórticos para cerca de 500 metros de cais. O planeamento do navio é, normalmente, apresentado 24 horas antes da chegada do navio; o transportador fornece os manifestos e listas dos contentores a carregar e descarregar.

a. Subsistema Planeamento do cais: o objectivo do planeamento do cais tem em consideração a avaliação do congestionamento e os custos pretendendo-se optimizar a capacidade do terminal enquanto se minimizam os custos, (Frankel, 1987) [9]. Por cada navio previsto para o TC é-lhe afectado um posto. As características deste posto são o comprimento, a profundidade, o equipamento (gruas), a capacidade de manuseio e os meios.

Subsistema Ciclo de Transferência: movimentação bidireccional de contentores do cais para um terrapleno de armazenamento ou de despacho, de um terrapleno para outro e da portaria para o terrapleno. A informação relevante sobre o contentor tal como o número, peso, número do selo e outras, são gravadas juntamente com a sua localização num sistema informático central. Dependendo das operações são usados camiões, tractores de parque, cavalos mecânicos (straddle carriers), empilhadores frontais, empilhadores telescópicos (reach stackers), veículos guiados automaticamente (automated guided vehicles ou AGV), etc. O tipo de transporte utilizado está relacionado com o layout do parque, operações do terminal e método de empilhamento. Na movimentação de um contentor, por exemplo um contentores de exportação, este é retirado do

5 Turn-around – tempo de passagem portuária.



seu posicionamento físico e levando para junto do pórtico que o carregará no navio, enquanto o sistema informático central assinalará esse local como livre.

Subsistema parqueamento, ou armazenagem: são as áreas para onde os contentores são transportados e depois estivados/empilhados. Existe basicamente 3 tipos de armazenamento: estadia curta, estadia longa e contentores especializados (frio, refrigerados, vazios, granel líquido, materiais perigosos, ou de dimensões não padronizadas. São usados, normalmente, straddle carriers e grua de pórticos montados sobre rodas ou sobre carris.

Subsistema entrega/recepção: é a movimentação do contentor entre o parque e a portaria e vice-versa conforme o contentor é de importação ou exportação. A portaria (que inclui uma zona tampão/buffer) é o interface do TC com outros meios de transporte tais como o rodo e o ferroviário. A gestão da portaria regista a informação dos contentores e possibilita que um contentor possa ser devidamente posicionado antes da atracação do navio ou um que contentor de importação possa ser despachado antes da chegada do camião ou do comboio. O controlo do acesso ao terminal é importante pois ele afecta os outros sistemas do TC. Os dados recolhidos são, por exemplo: número do contentor, peso, porto de destino, número da International Maritime Organization (IMO) se contiver cargas perigosas, refrigeração, carregador, operador de linha, número do selo, etc.; estes dados são usados para determinar o seu local de armazenagem e, mais tarde, para o carregar.

Ilustração 1: Subsistemas de um TC

Fonte: Adaptado de Henesey et al. (2006) e (http://www.atsysusa.com/Welcome_files/flyover-filtered.jpg)

Os fluxos dos contentores, representados pelas setas, são limitados pela capacidade dos subsistemas que podem causar engarrafamentos. Os diâmetros de cada subsistema estão relacionados com a sua capacidade típica. Da análise da figura conclui-se que os maiores constrangimentos acontecem nos subsistemas (2) Ciclo de Transferência e (4) Entrega/Recepção. O seu conjunto determina a capacidade de todo o terminal. Contudo, o desempenho do terminal depende de um enorme número de factores que afectam individualmente os subsistemas e não unicamente da prestação das gruas de cais às quais muitos gestores dão demasiada importância. Para além disso, a interacção dos subsistemas pode afectar o desempenho total. Por exemplo, um pré-parqueamento mais junto ao cais de contentores a carregar num navio, pode optimizar a operação das gruas, mas pode também causar congestionamento no sistema de transferência e provocar um aumento do tráfego junto da área de parqueamento.



Para além do movimento tradicional de um TC entre o cais e a portaria, não podemos ignorar as operações de transbordo e a sua tendência para aumentar. Os transbordos têm origem em constrangimentos físicos e económicos, por exemplo, os grandes navios requerem mais espaço, maiores profundidades e os custos são maiores. À medida que as dimensões dos navios aumentam, e em concordância com as estratégias dos operadores de transporte marítimo tais como o serviço feeder, as escalas dos grandes e dispendiosos navios ocorrem num menor número de portos, de modo a que eles permaneçam mais tempo no mar gerando receitas (De Monie, 2005). Muitos operadores de transporte fazem serviço para determinadas regiões geográficas fixando-se em um ou dois portos-hub; a partir destes os contentores são transbordados para navios menores os quais os levam para outros portos na região. Esta estratégia conduz a um acréscimo de contentores que passam por um terminal. As pesquisas indicam que para movimentos superiores a 50.000 TEUs/ano, o terminal necessita um sistema de informação para a sua gestão (Jeffery, 1999).

Os estudos feitos sobre a gestão de terminais tratam normalmente os subsistemas isoladamente e muito poucas focalizam o TC como um sistema global. A concepção de ferramentas de gestão dos TC capazes de avaliar e identificar os factores que determinem a sua produtividade deve passar pelo desenvolvimento de estratégias mais sólidas e por melhores práticas de gestão. O uso de técnicas combinadas de optimização tem tido pouco sucesso na análise e aumento da produtividade dos TCs (Hayuth e Fleming, 1997). A complexidade do TC exige frequentemente modelos complexos (combinatórios e não lineares), por isso os modelos resultantes ou são muito difíceis ou demoram muito tempo para resolver problemas. Estas razões levam ao uso do planeamento individual. A desvantagem deste método é que só fornece resultados aproximados e requer a intervenção da experiência humana dos homens do planeamento, os quais podem ser difíceis de encontrar ou de substituir.

4. AGENTES INTELIGENTES E SIMULAÇÃO BASEADA EM MULTI-AGENTES

A inteligência artificial (IA) é um campo da ciência que se iniciou formalmente em 1956 nos Estados Unidos durante a conferência de Dartmouth, New Hampshire [15] e o seu objectivo principal pode ser entendido como substituir os humanos por máquinas ou software. Desde meados até ao final da década de setenta a Inteligência Artificial Distribuída (IAD)6 tem vindo a evoluir conduzindo à introdução da tecnologia de agentes inteligentes, nos anos 90, para resolver problemas de maneira distributiva e autónoma.

4.1. O AGENTE INTELIGENTE: O QUE É?

Na última década registou-se um crescente interesse por concepção de softwares baseados nos sistemas multi-agentes, isto é, uma série de técnicas com um compromisso comum no qual se descrevem sistemas em termos de agregação orientada por objectivos, interactivas e autónomas, existente num ambiente compartilhado. Por outras palavras, dado um determinado sistema, denomina-se agente, cada uma de suas entidades ditas activas. Este conjunto de agentes forma uma sociedade. As entidades passivas serão designadas pelo termo ambiente. Um agente recebe informações e raciocina sobre o ambiente, sobre outros agentes e decide que acções devem realizar e que objectivos devem seguir. Um agente é uma entidade activa, ou seja, capaz de controlar suas acções, diferentemente das noções estáticas tais como módulos, conjunto de regras e bases de conhecimentos. Denomina-se interacção entre agentes ou entre agente/ambiente uma troca de informações, que pode ser realizada de forma directa (comunicação explícita) ou de

6 A Inteligência Artificial Distribuída, com um enfoque diferente da Inteligência Artificial tradicional, tenta dividir um problema em problemas pequenos e mais simples.


http://pt.wikipedia.org/wiki/Sociedade


modo indirecto (emissão de sinais através do ambiente). Uma organização define todas as restrições aplicadas aos agentes pertencentes a uma determinada sociedade, ou seja, os meios através dos quais o projectista do sistema pode garantir que cada agente desejará e realizará a resolução dos problemas propostos.

Não existe uma definição para agente que seja aceite por toda a comunidade de IAD. Uma possível definição segundo Wooldridge (2002)

“um agente é um sistema de computador capaz de realizar acções independentes a mando do seu utilizador ou proprietário e um sistema multi-agente consiste num número de agentes que interagem entre si, essencialmente trocando mensagens”.

De uma forma mais completa Ferber e Gasser (1991) apresentam a seguinte definição:

“denomina-se agente uma entidade real ou abstracta que é capaz de agir sobre ela mesma e sobre o seu ambiente, que dispõe de uma representação parcial deste ambiente que, num universo multi-agente, pode comunicar-se com outros agentes, e cujo comportamento é consequência de suas observações, de seu conhecimento e das interacções com outros agentes”.

Num SMA, os diversos agentes interagem na realização de um objectivo ou tarefa de forma coordenada que pode assumir ambas as formas: cooperativa e competitiva. É esta interacção entre os diversos agentes do sistema que fornece um modo interessante de resolver os problemas.

4.2. SIMULAÇÃO BASEADA NOS MULTI-AGENTES

A simulação baseada em multi-agentes difere das outras simulações em computador porque as suas entradas simuladas são modeladas e implementadas como se fossem agentes. Tal como as outras micro técnicas de simulação, a SMA procura modelar o comportamento específico de indivíduos específicos. A modelação, neste tipo de abordagem, simula as mudanças para a totalidade da população usando a média das características (Henesey et al., 2003). Nas macro-simulações, o conjunto das escolhas individuais é tratado como uma estrutura que pode ser caracterizada por um número de variáveis enquanto nas micro-simulações, a estrutura provém da interacção entre as escolhas individuais. Nas suas pesquisas Parunak et al. (1998) fazendo a comparação entre estas duas abordagens e como resultado da análise dos seus pontos fortes e fracos, concluíra, que,

“…a simulação baseada em agentes é mais apropriada para situações caracterizadas para um grande grau de localização e distribuição dominada por uma decisão discreta”.

Assim, dadas as características dum TC, a simulação baseada nos multi-agentes parece a mais apropriada para simular um TC.

5. CONTROLO BASEADO NO MERCADO

Para a introdução nas simulações multi-agentes de um controlo baseado no mercado recorre-se à teoria económica do leilão7 (Gluz e Ciccari, 2003), onde os custos gerais do sistema são

7 Podem considerar-se dois tipos de protocolos para leilões experimentais, leilão inglês e leilão holandês. Estes protocolos descrevem trocas de mensagens em leilões, ou seja, um agente oferece um produto por um preço enquanto que outros agentes envolvidos na conversação fazem suas ofertas. A diferença entre os dois é que no leilão inglês, o preço do produto é mínimo e vai aumentado conforme as ofertas, enquanto que no leilão holandês, o preço do produto é máximo, caindo gradativamente até um agente adquiri-lo.


http://pt.wikipedia.org/wiki/Organiza%C3%A7%C3%A3o


minimizados, as ofertas dos agentes são feitas em concordância com o seu real valor e o leilão oferece um contrato especial de curta duração que ignora as implicações a longo prazo. Esta teoria tem tido grande relevo na IA. O controlo baseado no mercado é visto como um paradigma para controlar sistemas complexos difíceis de controlar ou de manter. Neste trabalho, o TC é considerado um sistema complexo e difícil de ser estruturado quantitativamente. As propriedades principais deste complexo sistema consistem nas seguintes noções abordadas por Gosh e Lee (2000).1. Entidade: é definida no TC com os meios (gantry cranes, straddle carrier, camiões e navios);

tem um comportamento consistente sem desvios, i.e. o straddle carrier não troca o seu papel com uma gantry crane.

2. Comportamento assíncrono das entidades: as diferentes entidades do TC, tais como gantry cranes, straddle carrier, camiões e navios, encontram-se configurados com um comportamento único descrito em termos de funcionalidade e temporização.

3. Interacção assíncrona entre as entidades: nem todos os meios do TC possuem a informação necessária para desempenhar uma tarefa, por isso, a partilha da informação é necessária para desempenhar trabalhos, i.e. o straddle carrier não consegue carregar um contentor num navio, só o pórtico pode fazê-lo, assim como o pórtico não conseguirá circular pelo parque como o straddle carrier.

4. Execuções concorrentes das entidades: é a movimentação simultânea de camiões, comboios e navios atracando e largando o TC, com um número variável de contentores.

5. Conectividade entre as entidades: é a partilha de dados e informação entre os meios do CT.

Segundo Bredin et al. (1998) o controlo baseado no mercado provou ser uma ferramenta apropriada para a gestão de meios complexos e aplicações de alocação de tarefas. Nos sistemas baseado no mercado, dão-se aos agentes, metas individuais, e, através da sua interacção com os outros agentes no leilão, consegue-se um controlo do sistema do TC. Uma vez que o TC “é o proprietário” dos agentes, não existe qualquer ameaça à segurança causada por uma acção “egoísta” dos agentes ou por qualquer comportamento ‘ganancioso’. Para que o mercado possa funcionar, assumimos que os agentes não oferecerão mais do que podem e respeitarão os seus acordos. Pretende-se que os agentes ajam benevolentemente, que não enganem ou mintam, mas que comprem ou vendam quando puderem. Os agentes no sistema do TC vêem os meios, i.e. o tempo e os contentores, como bens que podem ser comprados ou vendidos. Os protocolos do leilão a serem considerados na aplicação para os vários meios dentro do TC, são uma rede de contrato de mercado (Clearwater, 1996), onde cada tarefa é um pedido de oferta e é transmitida para todos os agentes de meios (entidades). As entidades fazem as ofertas de acordo com os seus custos (baseados na posição, tempo e custos de operação) para executar a sua tarefa.

6. PLANEAMENTO DO TC COM O SISTEMA MULTI-AGENTE

Henesey et al. (2006) sugerem a seguinte abordagem para um sistema baseado no mercado, na afectação e despacho de contentores num TC. O sistema tem a função principal de criar ordens de trabalho, afectação de contentores no parque e planeamento de atracação. O sistema usa os conceitos agente e multi-agente no mapeamento das funcionalidades do terminal. O sistema usa o método do leilão onde os agentes têm a liberdade de oferecer e aumentar as suas ofertas até que outro agente não consiga cobrir a oferta. O valor de leilão dependerá do valor que cada agente propuser para a actividade. O valor a utilizar é o respectivo valor de leilão (Weiss, 1999), onde a oferta de cada agente dependerá das suas preferências e do valor que os outros agentes propuseram para a realização da tarefa. A Ilustração 2 exemplifica o fluxo principal de meios de um modo transversal no sistema, assim como quatro tipos diferentes de agentes globais do sistema:

O agente navioGestão de Terminais de Contentores : Abordagem pelo Controlo Orientado pelo Mercado Controlo 12


O agente cais O agente parque O agente portaria

Ilustração 2 - Direcção do fluxo de receitas durante a carga e a descarga de um navio

Fonte: Autor

O agente navio é iniciado mediante o planeamento da chegada do navio. O agente, antes da decisão final da localização do navio, interagirá com os agentes cais para decidir onde se conseguirá minimizar os custos de atracação. O agente gera receitas da descarga/venda de contentores para o terminal e gera despesas na carga/compra de contentores.

O agente cais é responsável pela afectação de meios numa parte do cais que está dinamicamente em mudança. A pedido, calculará o preço corrente da atracação dum navio com uma determinada carga manifestada (listagem dos contentores). O agente de cais calcula o preço pedindo cotações aos recursos gruas, transporte de contentores e parqueamento de contentores.

O agente parque é responsável pela mudança dinâmica do espaço de armazenagem no terminal. Ao pedido de armazenagem de contentores, responderá com uma oferta resultante do cálculo do valor de um determinado contentor (ex: já existem contentores no local de parqueamento afectado com igual destino, há espaço disponível e é permitido o armazenamento do contentor nesse espaço?). Outros factores com impacto na oferta do agente são as despesas relacionadas com o transporte do contentor e a necessidade da utilização de transtainer para posicionar o contentor. O agente, durante a sequência da carga, pedirá receitas para o despacho dos contentores das áreas de parqueamento. O agente pedirá igualmente receitas para o despacho dos contentores para a portaria.

O agente portaria é a envolvente lógica do portão físico. O agente portaria afecta contentores ao parqueamento do terminal atribuindo os contentores aos agentes parque e requer informação dos contentores parqueados quando despacha contentores para o transporte terrestre.

Para além dos agentes mencionados existem três outros tipos de agentes que são usados pelos agentes globais como agentes úteis:

o agente grua o agente transtainer o agente transporte

O agente grua é o mapeamento de uma grua (normalmente um pórtico de cais) para a carga ou a descarga do navio. O agente preocupa-se com a optimização da utilização da grua tentando minimizar o número de deslocações em relação ao tempo máximo de utilização. Este agente é unilateral nos leilões nos quais ele só vende os seus serviços, e os seus custos basear-se-ão nos seus custos operacionais.

O agente transtainer é o mapeamento de uma grua usada para o movimento dos contentores no parque. Este agente preocupa-se essencialmente com a optimização do posicionamento dos



contentores dentro de um espaço atribuído. Normalmente usará a teoria de fila de espera, algoritmos de empilhamento e outras técnicas existentes para o posicionamento dos contentores de modo a minimizar as manipulações subsequentes.

O agente transporte é o mapeamento de um veículo de transporte. O seu objectivo é optimizar tanto quanto possível a utilização do veículo quer para posicionamento quer para despacho. A sua função de utilização é o grau de ocupação em relação à distância a percorrer. O agente transporte é unilateral e no leilão só vende os seus serviços sem nunca comprar.

A arquitectura do sistema suporta essencialmente as seguintes actividades: Afectação dos contentores que dão entrada no parque Despacho dos contentores do parque para os navios Alocação ao parque dos contentores descarregados dum navio Despacho dos contentores do parque para o transporte terrestre Reafectação dos contentores após a decisão final do cais de acostagem

Ilustração 3 – O Agente Parque tem um custo para receber um contentor

Fonte: Autor

Na afectação dos contentores que dão entrada no parque (ver Ilustração 3), o agente portaria, ao receber um contentor, iniciará um leilão e pedirá ofertas sobre esse contentor aos agentes do parque. O agente do parque tem que ter em consideração o custo e a disponibilidade dos transtainers e do transporte assim como a possibilidade de mais tarde vender este contentor por um preço mais alto. O agente portaria entrega o contentor ao agente de parque com a melhor oferta.

No despacho dos contentores do parque para os navios (ver Ilustração 4) um agente navio fará um pedido de cotação para o preço de carregar um lote de contentores num determinado posto de atracação. O agente de cais correspondente calculará o preço pedindo cotações ao agente de parque. Os agentes parque indicarão um preço assim como a disponibilidade (dependendo dos transtainers) se o contentor estiver estivado na sua área. O agente cais pedirá então o preço do transporte e das gruas. Dependendo da disponibilidade da listagem “a carregar”, usa-se a sequência correcta dos contentores para calcular o preço, senão a disponibilidade, a distância e a ocupação determinarão o preço. A decisão final sobre qual o cais a ser ocupado pelo navio dependerá do preço mais baixo oferecido por um agente cais.

Ilustração 4 – O agente cais tem custos para disponibilizar os contentores a carregar no navio



Fonte: Autor

Na alocação ao parque dos contentores descarregados dum navio (ver Ilustração 5) o agente navio faz o pedido ao agente cais para descarregar um contentor. O agente cais inicia um leilão e pede aos agentes parque preços para o contentor especificado. O agente cais pedirá também os serviços dos agentes grua para descarregar o contentor do navio. Os agentes grua venderão o seu serviço ao cais baseando-se nos custos operacionais, e assim a grua gerará receita.

Ilustração 5 – O agente parque tem um custo para receber os contentores

Fonte: Autor

Ilustração 6 – O agente portaria tem custos para despachar um contentor do terminal

Fonte: Autor

No despacho dos contentores do parque para o transporte terrestre (ver Ilustração 6) o agente portaria pede aos agentes parque um determinado contentor que é lhe é solicitado por um transportador terrestre. Estes consultarão os preços das ofertas e disponibilidades dos agentes transtainers. O agente portaria terá também que iniciar um leilão para receber propostas de preços para o transporte do parque para a portaria.



Na reafectação dos contentores após a decisão final do cais de acostagem o agente navio interagirá continuamente com os agentes cais para calcular o preço corrente da acostagem. Após a decisão final do cais, os agentes parque podem começar a comprar e a vender contentores entre si atendendo ao custo ou ao preço das mudanças mais benéficos.

7. BENEFÍCIOS DO SMA

Perante tão complexa tarefa de coordenar e decidir eficazmente, equacionando uma multiplicidade de entradas, o gestor de terminal terá que recorrer a meios informáticos de suporte. Contudo, estes meios devem estar completamente integrados e devem ser capazes de tomar decisões pelo próprio gestor. É nesta perspectiva que as decisões baseadas nas leis do mercado, mais especificamente, nos leilões, poderão ajudar a optimizar os actos de gestão. O seu dinamismo, com uma resposta imediata aos problemas apresentados, permitirá uma boa gestão. Esta gestão, baseada na optimização dos meios, permitirá aumentar a rentabilidade do terminal, evitando os congestionamentos tão característicos do aumento de tráfego. Sem dívida que, devido ao aumento constante do tráfego de contentores, um terminal acabará por chegar ao seu limite de capacidade e, então, a sua expansão física será inevitável. Julga-se assim, cumprido o principal objectivo deste trabalho. A ferramenta de gestão dos terminais baseada na IA, com controlo orientado pelo mercado, poderá satisfazer as necessidades imediatas dos terminais. Certamente que esta abordagem terá grande desenvolvimento futuro como se poderá depreender pela análise do quadro em anexo a este trabalho.

8. CONCLUSÕES

A produtividade dos TCs está na ordem do dia, e, consequentemente, a investigação sobre o seu planeamento, usando SMA, tem aumentado devido à complexidade dos problemas a resolver. O método apresentado tem demonstrado capacidade para resolvê-los, através dum algoritmo de planeamento inteligente com optimização constante através dum reescalonamento cooperativo dos meios do parque. Assim, o método de orientação pelo mercado é uma das possíveis abordagens para resolver os problemas tão complexos dos TCs. O objectivo principal destes programas de simulação é a optimização da capacidade do terminal a qual será medida por quatro principais indicadores de produtividade: produção (i.e. tráfego), produtividade (ex: movimentos/hora das gruas), utilização (ocupação de cais) e nível de serviço (turn-around). A abordagem exemplificada aos processos do TC, pode ser aplicada a terminais com uma disposição diferente. Um planeamento integrado como o apresentado será de grande utilidade aos gestores do TC quando tiverem que tomar decisões. O aumento da produtividade de um TC não tem que passar necessariamente pela sua expansão física imediata nem é medida unicamente pelos ritmos dos pórticos de cais.

REFERÊNCIAS

AXS-Alphaliner (2009). Emma Maersk – TEU capacity analysis, [WWW] URL:<http://www1.axsliner.com/WWW/research_files/EMMA_MAERSK_capa_estimate.pdf> [Acedido em 2/04/2009].

Branch, A. (2007). Elements of Shipping (Oxon: Routledge).



Bredin, J., Kotz, D. e Rus, D. (1998). Market-based Resource Control for Mobile Agents. In: Proceedings of the 4th International Conference on Autonomous Agents Conference (May 10-13,1998), Minnesota, Mineapolis, pp.197-204.

Clearwater, S. (1996), Market-Based Control: A Paradigm for Distributed Resource Allocation. World Scientific, Singapore, pp.V-VII and 185-188.

Cullinane, K., Song, D. K. e Gray, R. (2002). A stochastic frontier model of the efficiency of major container terminals in Asia: assessing the influence of administrative and ownership structures, Transportation Research Part A: Policy and Practice, 36(8), pp743-762.

Darthmouth Conferences (1956). Wikipedia. [WWW] URL:<http://en.wikipedia.org/wiki/Dartmouth_Conferences> [acedido em 5/10/2009]

De Monie, G. (2005). Environmental Scanning in Ports. In: ITMMA Private Public Partnerships in Ports Seminar, 14-19 Novembro, Antwerp, Belgium.

Ferber, J. e Gasser, L. (1991). Intelligence artificielle distribuée. In: International Workshop on Expert Systems & Their Applications, May 27-31,1991, Avignon. France.

Frankel, E. G. (1987). Port Planning and Development. (New York: John Wiley & Sons).

Gambardella, L. M., Mastrolilli, M., Rizzoli, A. E. e Zaffalon, M. (2001). An optimization methodology for intermodal terminal management, Journal of Intelligent Manufacturing, 12(5-6), pp521-534.

Gluz, J. e Ciccari R. (2003). Linguagem de Comunicação entre agentes: Fundamento, Padrões e Perspectivas . In: Jornadas de Mini-Cursos de Inteligência Artificial, n.3, Ago. 2003. Anais do Congresso da Sociedade Brasileira de Computação. N. 23, Ago. 2003, Campinas, Brasil.

Gosh, S. e Lee, T. (2000). Modeling and Asynchronous Distributed Simulation: Analysing Complex Systems (New York: IEEE Press).

Hayuth, Y. e Fleming, D. K. (1997). Concepts of Strategic Commercial Location: The Case of Container Ports. Maritime Policy and Management, 21(3), pp187-193.

Henesey, L., Notteboom, T. e Davidsson, P. (2003). Agent-based simulation of stakeholders relations: An approach to sustainable port and terminal management. In: Proceedings of the International Association of Maritime Economists Annual Conference, 3-5 Set. 2003, Busan, Korea.

Henesey, J., Wernstedt, F. e Davidsson, P. (2006). Market-Driven Control in Container Terminal Management. Blekinge Institute of Technology, Ronneby, Sweden

Ilmer, M. (2006). Beating congestion by building capacity: An overview of new container terminal developments in Northern Europe, Port Technology International, PT28-06/2.

Institute of Shipping and Logistics (2009a). Shipping Statistics and Market Review, 53(1 e 2).

Institute of Shipping and Logistics (2009b). Shipping Statistics and Market Review, 53(5 e 6).



Jeffery, K. (1999). Recent Developments in Information Technology for Container Terminals. In: Cargo Systems Report (London: IIR Publications).

MDS Transmodal (2009). AXS-Alphaliner: operated fleets as per 28 March 2009, [WWW] URL:<http://www.infoline.isl.org/index.php?module=Downloads&func=prep_hand_out&lid=587 9> [Acedido em 28/03/2009].

Notteboom, T. e Winklemans, W. (2002). Stakeholder Relations Management in Ports: dealing with the interplay of forces among stakeholders in a changing competitive environment In: Proceedings of the 2002 Annual Conference of the IAME International Association of Maritime Economists, 12-15 Nov. 2002, Cidade do Panama, Panama.

Parunak, D., Savit R. e Riolo, R., (1998). Agent-Based Modeling vs. Equation-Based Modeling: A Case Study and Users' Guide, In: J.S. Sichman, R. Conte, e N. Gilbert (eds), Multi-Agent Systems and Agent-Based Simulation, Springer Verlag, Berlin, Germany.

Rebollo, M., Julian, V., Carrascosa, C. e Botti, V. (2001). A MAS Approach for Port Container Terminal Management. In: Proceedings of the 3rd Iberoamerican Workshop on DAI-MAS, Atibaia 2001, São Paulo, Brasil.

Transport Information Group (2008). Transport Expertise Association, [WWW] URL:<http://en.transport-expertise.org/index.php/2008/06/13/stx-shipbuilding-will-conceive-a-22000-teus-ship/> [Acedido em 31/03/2009].

Valentine, V. F. e Gray, R. (2002). An organisational approach to port efficiency. In: Proceedings of the 2002 Annual Conference of the IAME International Association of Maritime Economists, 12-15 Nov. 2002, Cidade do Panama, Panama.

Weiss, G. (1999). Multiagents Systems: A modern Approach to Distributed Artificial Intelligence, pp.211-214. Cambridge, Massachusetts: MIT Press.

Winklemans, W. (2002). Port Competitiveness (Antwerp: De Boeck Ltd).

Wooldridge, M. (2002). An Introduction to Multi Agent Systems (West Sussex: John Wiley and Sons Ltd.).

ANEXO

Os conceitos abordados neste trabalho estão na origem do desenvolvimento de diversas aplicações relacionadas com a solução de problemas complexos. Um trabalho recente, desenvolvido por Lawrence Henesey do Instituto Tecnológico de Blekinge, Suécia, o SIMPORT (SIMulated container PORT), é um simulador flexível no com o layout de um terminal de contentores da Índia, onde estão representados as operações marítimas e de parque onde é usada a abordagem multi-agente. O Quadro que se segue lista uma série de aplicações de simulação concebidas para terminais portuários.



Quadro 4 - Listagem de simulações informáticas usadas nos terminais portuários

Fonte: Agostino G. G. Bruzzone, Department of Production Engineering, University of Genoa


gestÃo de terminais portuÁrios1

Documents