Ro-Ro gemi operasyonlarında optimizasyon modeli
Optimization model in Ro-Ro vessel operations
Yazar: BERK MERCAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BAYRAM BARIŞ KIZILSAÇ ; PROF. DR. DİLAY ÇELEBİ GONIDIS
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Denizcilik Çalışmaları Ana Bilim Dalı / Denizcilik Çalışmaları Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Denizcilik = Marine
Dizin: Liman planlaması = Port planning ; Modelleme = Modelling ; Optimizasyon = Optimization

Özet:
Ürün taşıması, tahliye ve yükleme yerleri, yük özellikleri ve taşıma maliyetleri gibi farklı kriterler dikkate alınarak hava, deniz, kara ve demiryolu taşımacılığının en uygun araçlarıyla gerçekleştirilmektedir. Taşıma modlarında maliyet bakımından avantaj sağlayan deniz yolu taşımacılığı, diğer taşımacılık yöntemlerinden daha çok tercih edilmektedir. Deniz yolu taşımacılığında büyük miktarda yüklerin tek seferde taşınması sağlanmakta ve büyük miktarda mal ticareti yapmak isteyen müşteriler deniz yolunu tercih etmektedir. Konteyner, araç, dökme yük, genel yük, proje yük ve sıvı yük gibi pek çok ürün grubu deniz yolu taşımacılığı ile müşterilere ulaştırılmaktadır. 
Türkiye boğazlar sayesinde stratejik bir konuma sahiptir. Bu sebeple Türkiye'de deniz yolu taşımacılığı önemli bir sektördür. Türkiye, hem kısa mesafe deniz taşımacılığı hem de uluslararası deniz yolu taşımacılığında sektörel olarak önemli bir yer tutmaktadır. 
Deniz yolu taşımacılığının en hareketli olduğu alanlardan biri olan ve Roll on-Roll off  (Ro-Ro) olarak bilinen araç taşımacılığı, uluslararası sıfır otomobil ihtiyacındaki artış ile beraber yaygınlaşmaktadır. Özellikle son zamanlarda Uzak Doğu ülkelerinin üretimi olan araçların maliyetinin düşük olması ve Avrupa'da talep görmesinden dolayı Ro-Ro taşımacılığına yeni servisler eklenmektedir. 
Ro-Ro yükleri, deniz yolu taşımacılığında pek çok avantaja sahiptir. Yeni otomobiller, otobüsler, kamyonlar, kamyonetler, römorklar, iş makinaları vb. sürülebilir yüklerin deniz yoluyla kolaylıkla taşınması için Ro-Ro gemileri çok katlı otoparklar şeklinde özel olarak tasarlanmıştır. Standart dışı yükler için ayarlanabilir yükseklikli katlara ve yüksek taşıma kapasitesine sahip olması Ro-Ro yüklerinin taşınmasında esneklik sağlamaktadır. Ambar üstü istifleme yapılmadığı için yüklerin seyahat boyunca iklim ve çevre koşullarından kaynaklı hasarlanma riski yoktur. Bu gemiler, diğer tür gemilere göre daha hızlı seyir yapmakta ve limandaki operasyonları da daha hızlı bitmektedir. Ro-Ro gemilerinin kapakları, rıhtım yüksekliğinin uygun olduğu rıhtımlara kolaylıkla açılabilmektedir. Ro-Ro gemilerinin operasyonlarında limanda ekipman vb. makineler kullanılmadığı için yüksek bir başlangıç yatırımı gerektirmemektedir. Ro-Ro sürecinde en yüksek maliyeti ise personel giderleri oluşturmaktadır. 
Müşteri ve acenteler ile sözleşmeler ve maddeler belli olduğunda Ro-Ro operasyonlarına ait süreçler başlamaktadır. İlk adım olarak gemilerle anlaşmalı limanlarda gemi acentesi geminin tahmini varış zamanını (ETA) bildirmektedir. Liman operasyonlarının yönetiminde terminal operasyon sistemi (TOS) üzerinden işlemler yapılmaktadır. Liman planlama ve operasyon departmanları, TOS üzerinden ilgili işlemleri gerçekleştirmekte ve süreçleri takip etmektedir. Liman planlama departmanı, Ro-Ro gemilerinin limandaki tahliye-yükleme sayısının kesinleşmesinin ardından listeleri sisteme girmektedir. Listelerdeki yük türlerine ve adetlere bakılarak, geminin hangi rıhtıma yanaşacağı ve tahliye-yükleme yapılacak araçların hangi sahalara alınacağı belirlenmektedir. Saha planlamada firma bilgilerine ve araçların özel grupaj isteklerine göre planlama yapılmaktadır.
Liman işletmesinde gemi operasyonunu yapacak ekipte; şoför, trafikçi, servis aracı ve şoförleri, park alanı yanaştırıcısı, hasar kontrol ekibi, bağlama ve çözme personelleri ve ekip lideri yer almaktadır. Geminin yanaşması ve kontrollerinin tamamlanmasının ardından operasyon başlatılmaktadır. Yük sabitlemesi yapılan araçların çözülmesi sağlanmaktadır. Trafik görevlileri geminin güvertesine ve liman güzergahına göre yerleştirilmektedir. Sürücüler araçları gemiden liman sahasına veya sahadan gemiye taşımakta, servis araçları ise sürücüleri kaldıkları yerden başladıkları yere geri götürmektedir. Tahliye edilen veya kapıdan limana giren araçlar hasar kontrol ekipleri tarafından kontrol edilip hasar tespit edilmesi halinde müşterilere bilgi verilmektedir. Araçların park etme işlemi yanaştırıcı personel ile gerçekleştirilmekte ve alandan kazanç elde etmek için araç aralarının dar tutulması gerekmektedir. Yanaştırıcı personeller, el işaretleri yardımıyla şoförler ile iletişim kurmakta ve araçları park ettirmektedir. Yanaştırıcı personel sayesinde olası hasarların önüne geçilmektedir. Yüklenecek araçlar, tahliye limanına ve kargo plana uygun olarak yüklendikten sonra, yolculuk sırasında zarar görmemesi için bağlama işlemleri gerçekleştirilmektedir. İşlemler tamamlandıktan sonra gemi kalkışa hazır hale gelmekte ve gerekli izinler alındıktan sonra gemi kalkış yapmaktadır. 
Gemi operasyonları haricinde gemiden gelen araçların çıkışı veya gemiye yüklenecek araçların limana giriş süreçleri bulunmaktadır. Bu operasyonlarda liman kapısı üzerinden araç girişi ve çıkışı olmaktadır. İhracatı gerçekleşen araçların bilgilerinin limana iletilmesi sonucu tırlar limana giriş yapabilmektedir. Gemiden gelip kapıdan çıkacak ithalat araçların ise ödeme ve gümrük işlemlerinin tamamlanmasına müteakip araçlar çıkış yapabilmektedir. Araçları taşıyan tırlar taleplerinin aktif olması halinde ikili çevrim yaparak araç getirip limandan araç çıkartabilmektedir.
Uluslararası Ro-Ro taşımacılığında rakiplerin önüne geçmek için son gelişmeleri takip etmek ve süreç verimliliğini artırmak önemlidir. Ro-Ro yüklerinin elleçlendiği limanlarda süreçleri yönetmek için kullanılan çoğu terminal operasyon sistemi, tahliye ve yüklemeye ilişkin operasyonel ve ticari kayıtların tutulmasından öteye gidememektedir. Optimizasyona yönelik bir çalışma için ciddi bir yazılım yatırımı gerektiğinden liman işletmecileri planlama süreçlerini manuel olarak devam ettirmektedir. Sadece Ro-Ro gibi aynı tip yükleri elleçlemede uzmanlaşmış limanların yanı sıra konteyner, Ro-Ro, genel yük gibi farklı yüklerin elleçlendiği çok amaçlı limanlar da bulunmaktadır. Çok amaçlı limanlar, aynı alan içerisinde her yük tipine göre ayrı bir akış izlenmesi sebebiyle karmaşık bir planlamayı gerektirmektedir. Planlama ve operasyonel kararlarda sadece bu işten sorumlu kişilerin tecrübesinin dayanak alınması süreç ve operasyon verimliliği açısından sürdürülebilir görünmemektedir. 
Bu çalışmada Kocaeli ilinde faaliyet gösteren çok amaçlı bir liman işletmesinin süreçleri incelenmiştir. Kişi inisiyatifine ve tecrübesine dayalı olarak planlanan tahliye ve yükleme operasyonlarından toplanan verilerin matematiksel bir modele dönüştürülmesi ve model çözümünden elde edilen sonuçların doğrulanması amaçlanmaktadır. 
Çalışmanın gerçekleştirildiği liman tesisinde Ro-Ro gemilerinin yanaşabileceği yedi adet rıhtım bulunmaktadır. Ro-Ro gemilerinin hangi rıhtıma yanaşacağı ve gemiden tahliye edilecek ve yüklenecek araçların hangi sahalara alınacağı kararı planlamacı tarafından belirlenir. Gemiden tahliye edilecek ve yüklenecek araçlar için saha planlaması yapılırken operasyon süresi en aza indirilmeye çalışılmaktadır. Tahliye ve yükleme işlemleri sırasında iş makinaları, kamyon, treyler vb. yüklerin sürüş hızı düşük olduğundan gemiye en yakın sahaya planlama yapılması gerekmektedir. Örnek bir gemi verisinden elde edilen bir problemde tahliye edilecek ve yüklenecek on yedi yük grubu bulunmaktadır ve bunlar iş makineleri, aksamlar, otomobiller, römorklar, kamyonlar vb. yük türlerini içermektedir. Modelde, saha kapasiteleri, sahaların rıhtıma uzaklıkları, yük gruplarının elleçlenme hızları ve yan hizmetler göz önünde bulundurularak gerekli kısıtlar oluşturulmuştur. Ro-Ro gemilerinden tahliye edilecek ve yüklenecek araçların ne kadarının hangi sahalara alınacağı ve geminin hangi rıhtıma yanaştırılacağı sorularına General Algebraic Modeling System (GAMS) programında oluşturulan bir tam sayılı programlama modeli ile cevap aranmıştır. Geminin yanaştırılması için yanaşabileceği rıhtımlardan bir tanesinin seçilmesi ve bu problemde ikili bir sistem kurulması gerektiğinden tam sayılı programlama yöntemi kullanılmıştır. 
Modelin çözümünde geminin hangi rıhtıma yanaştırılması gerektiği, araç gruplarının hangi sahalara kaçar adet istiflenmesi gerektiği ve operasyon süresinin kaç saat süreceği sonuçlarına ulaşılmaktadır. GAMS programında çalıştırılan optimizasyon modelinin sonuçları ile manuel planlama verileri karşılaştırıldığında optimizasyon modelinin manuel plana göre 13% daha iyi sonuç verdiği gözlemlenmiştir. Modelden elde edilen sonuçlara bakılarak liman yönetimi, geminin hangi rıhtıma yanaşacağını, dolu olan sahalarda değişiklik yaparak bunun model sonucunda nasıl bir etki yaratabileceği ve sahalara atanan araçların dağılımını değerlendirilebilir ve personel planlaması yapılabilir. Bu model Ro-Ro taşımacılığı yapan limanlarda terminal operasyon sistemleri ile beraber entegre edilerek liman süreçlerine uyarlanabilir ve geliştirilebilir.

Abstract:
Product transportation is carried out with the most appropriate means of airline, maritime, road and railway transportation, taking into account different criteria such as discharging and loading locations, load characteristics and transportation costs. Maritime transportation, which provides cost advantages in transportation modes, is preferred over other transportation methods. In maritime transportation, large amounts of cargo are transported at once, and customers who want to trade large amounts of goods prefer sea transportation. Many product groups such as containers, vehicles, bulk cargo, general cargo, project cargo and liquid cargo are delivered to customers by maritime transportation.
Türkiye has a strategic location thanks to the straits. For this reason, maritime transportation is an important sector in Turkey. Turkey has an important sectoral place in both short sea shipping and international maritime transportation.
Vehicle transportation, known as Roll on-Roll off (Ro-Ro), which is one of the most active areas of maritime transportation, is becoming widespread with the increase in the international need for new automobiles. Especially recently, new services have been added to Ro-Ro transportation due to the low cost of vehicles produced in Far Eastern countries and their demand in Europe.
Ro-Ro cargo has many advantages in maritime transportation. New cars, buses, trucks, vans, trailers, construction equipment, etc. Ro-Ro vessels are specially designed as multi-storey car parks for easy transportation of drivable cargo by sea. Having adjustable height floors and high carrying capacity for non-standard loads provides flexibility in the transportation of Ro-Ro loads. Since there is no stacking on the warehouse, there is no risk of damage to the cargo due to climate and environmental conditions during the voyage. These vessels faster than other types of vessels and their operations in the port are completed faster. The ramps of Ro-Ro vessels can be easily opened to berths where the berth height is suitable. Machines are not required in the port during the operations of Ro-Ro vessels thats why it does not require a high initial investment. The highest cost in the Ro-Ro process is personnel expenses.
Once the contracts and steps with the customers and agencies are determined, the processes of Ro-Ro operations begin. As a first step, the vessel agency at contracted ports informs the vessel's estimated time of arrival (ETA). In the management of port operations, operations are carried out through the terminal operation system (TOS). Port planning and operations departments carry out the relevant operations and follow the processes through TOS. The port planning department enters the lists into the system after the number of discharging and loading of Ro-Ro vessels in the port is finalized. By looking at the cargo types and quantities in the lists, it is determined which berth the vessel will berth at and which yards the vehicles will be discharged and loaded. In yard planning, planning is done according to company information and special groupage requests of the vehicles.
The team that will carry out vessel operations in the port management; driver, traffic attendant, service vehicle and drivers, stower, survey team, lashing and unlashing personnel and team leader. The operation is started after the ship berths and its checks are completed. Load-fixed vehicles are untied. Traffic officers are placed on the ship's deck and according to the port route. Drivers carry the vehicles from the vessel to the port area or from the yard to the vessel, and the shuttle vehicles take the drivers from where they left off to where they started. Vehicles that are discharged or enter the port through the gate are checked by survey teams and if damage is detected, customers are informed. Parking of vehicles is carried out by stower personnel and the spaces between vehicles must be kept narrow in order to save space. Stowers communicate with the drivers with the help of hand signals and park the vehicles. Possible damage is prevented thanks to the docking personnel. After the vehicles to be loaded are loaded to the discharge port and the cargo is loaded in accordance with the plan, lashing operations are carried out to prevent damage during the journey. After the procedures are completed, the vessel becomes ready for departure and takes off after the necessary permissions are obtained.
Apart from vessel operations, there are processes for vehicles coming from the vessel to exit or for vehicles to be loaded onto the vessel to enter the port. In these operations, vehicles enter and exit via the port gate. As a result of the information of the exported vehicles being transmitted to the port, trucks can enter the port. For import vehicles coming from the vessel and leaving the gate, the vehicles can exit after the payment and customs procedures are completed. Trucks carrying vehicles can bring vehicles and take them out of the port by making a dual cycle, if their demand is active.
In order to get ahead of competitors in international Ro-Ro transportation, it is important to follow the latest developments and increase process efficiency. Most terminal operation systems used to manage processes in ports where Ro-Ro cargoes are handled cannot go beyond keeping operational and commercial records regarding discharge and loading. Since a serious software investment is required for optimization work, port planners continue their planning processes manually. In addition to ports that specialize in handling the same type of cargo such as Ro-Ro, there are also multi-purpose ports that handle different cargo such as containers, Ro-Ro and general cargo. Multi-purpose ports require complex planning because a separate flow is monitored for each cargo type within the same area. Relying solely on the experience of the people responsible for this job in planning and operational decisions does not seem sustainable in terms of process and operational efficiency.
In this study, the processes of a multi-purpose port company operating in Kocaeli province were examined. It is aimed to transform the data collected from discharging and loading operations planned based on individual initiative and experience into a mathematical model and to verify the results obtained from the model solution.
There are seven berths where Ro-Ro vessels can berth at the port facility where the study was carried out. The decision on which berths the Ro-Ro vessels will berth and which yards the vehicles to be discharged and loaded from the vessel will be taken is determined by the planner. While yard planning is carried out for the vehicles to be discharged and loaded from the vessel, the operation time is aimed to be minimized. During discharging and loading operations, construction equipment, trucks, trailers, etc. since the driving speed of the loads is low, planning is required for the area closest to the vessel. In a problem obtained from an example vessel data, there are seventeen cargo groups to be discharged and loaded, and these are construction equipment, components, automobiles, trailers, trucks, etc. includes load types. In the model, necessary constraints were created by taking into account the yard capacities, distances of the yards from the berths, handling speeds of cargo groups and ancillary services. The questions of how many of the vehicles to be discharged and loaded from Ro-Ro vessels will be taken to which yards and to which berth the vessel will be berthed have been answered with an integer programming model created in the General Algebraic Modeling System (GAMS) program. Since it is necessary to select one of the berths where the vessel can berth and to establish a binary system in this problem, the integer programming method was used.
In the solution of the model, the results are obtained at which berth the vessel should be berthed, how many vehicle groups should be stacked in which yards and how many hours the operation period will last. When the results of the optimization model run in the GAMS program were compared with the manual planning data, it was observed that the optimization model gave 13% better result than the manual plan. By looking at the results obtained from the model, the port management can evaluate which berth the vessel will berth at, what effect this may have on the result of the model by making changes in the occupied areas, and the distribution of vehicles assigned to the yards and personnel planning can be made. This model can be adapted and improved to port processes by integrating with terminal operation systems in ports that carry out Ro-Ro transportation.