RO-RO terminallerinin simülasyon modellemesi yöntemi ile kapasite analizleri
Capacity analysis of the RO-RO terminals by using simulation modelling method
Yazar: EMİN DENİZ ÖZKAN
Danışman: PROF. DR. AYŞE NİL GÜLER ; DOÇ. DR. SELÇUK NAS
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Deniz Ulaştırma İşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Deniz Ulaştırma Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Denizcilik = Marine
Dizin: Ro-Ro taşımacılığı = Ro-Ro transport

Özet:
Ro-Ro kelimesi, Roll-on/Roll-off kelime grubunun kısaltılmış halinden oluşmaktadır. Ro-Ro taşıma sisteminde kendi hareket kabiliyeti olan veya olmayan yükler, rampalar ve köprü bağlantıları aracılığıyla tekerlekler üzerinden gemiye giriş ve gemiden çıkış yapmaktadır. Ro-Ro taşımacılığı nakliyeci firmalara ve sürücülere sağladığı önemli avantajların yanısıra çevreci bir taşıma sistemidir. Ro-Ro taşımacılığında yükleme/boşaltma süresi diğer denizyolu taşıma türlerine göre daha düşüktür ve gemilerin limanda kalış süreleri daha kısa olmaktadır. İntermodal taşımacılığın önemli bir ayağı olan Ro-Ro taşımacılığı özellikle Avrupa'da, "Kısa Mesafeli Denizyolu Taşımacılığı" kavramının gelişmesi ile birlikte etkin şekilde kullanılmaya başlamıştır.

Ro-Ro terminalleri, çekici eşliğinde veya çekicisiz treyler ile servis edilen yüklere veya hem yük hem de yolcu taşıtı/yaya yolcu durumlarında servis verecek şekilde dizayn edilebilmektedirler. Ro-Ro terminallerinin çoğu zaman karşılaştığı bir problem; terminalin, terminale ulaşan yükün kabulü ve işlemini yapacak durumda olmamasıdır. Bu durum esasen; yetersiz terminal girişi sayısına, gümrük kontrol birimlerine, terminaldeki yetersiz park alanına vb. etkenlere bağlı olarak oluşmaktadır.

Ro-Ro işletmecilerinin karşılaştığı en büyük sorunlardan biri, yeterli terminal alanı bulmaktır. Ro-Ro yükleri üst üste istiflenemediğinden dolayı "terminal kapasitesi" faktörü, Ro-Ro terminalleri için hayati önem taşımaktadır ve araçlar için tahsis edilecek alanın hesaplanması gerekmektedir.

Ro-Ro taşımacılığında, yükleme/boşaltma operasyonlarının diğer denizyolu operasyonlarına göre daha hızlı gerçekleşmesine karşın, "terminaller arası mesafe", "gemi kapasitesi" ve "bir yılda terminale gelen tır sayısı" gibi değişkenler Ro-Ro terminal kapasitesini etkileyebilmekte ve terminal kapasitesi yetersizliği meydana gelebilmektedir. Buradan hareketle çalışmada, Ro-Ro terminal operasyonları incelenmiş ve Promodel 2011 simülasyon programı kullanılarak terminal kapasitesini etkileyen ve yukarıda sıralanan değişkenlerin terminal sahasında biriken maksimum tır sayısına olan etkileri incelenmiştir. Sonuç olarak, Ro-Ro terminal kapasitesinin tespitine yönelik teorik bir model ortaya konması hedeflenmiştir. Bu amaç ve hedef doğrultusunda Türkiye'nin önemli Ro-Ro terminalleri olan Pendik ve Çeşme terminalleri incelenmiş, yetkililerle yüzyüze görüşmeler yapılmış ve Çeşme
terminalinde gemi tahliye operasyonları yerinde incelenmiştir. Çalışmada terminal kapasitesi, terminallerde biriken maksimum tır sayısı olarak kabul edilmiş ve taşınan
yük olarak yalnızca 15 m uzunluğundaki tırlar referans alınmıştır.

Çalışmada simülasyon modellemesi yöntemi kullanılmış ve gerçek bir sistemden elde edilen verileri simülasyon programında girdi verisi olarak kullanmak üzere U.N. RO-RO İşletmeleri A.Ş. firmasından 1 yıllık Statement of Facts (olay raporu) verileri  alınmıştır.  Ro-Ro terminal  operasyonlarının  model  kurulumu tamamlandıktan sonra model doğrulama işlemine geçilmiştir. Simülasyon modeli çalıştırılırken, çalışma hızı yavaşlatılarak modelin işleyişi gözlemlenmiş ve istenilen sonuçların bir göstergesi olarak gerekli yerlere sayaçlar konulmuştur. Bu işlem modeldeki hatalar düzeltilene kadar tekrarlanmıştır. Model doğrulama işleminden sonra analiz kısmına geçilmiştir. Terminallere bir yılda gelen tır sayısı, terminaller arası mesafe ve gemi kapasitesi değişkenlerinin terminalde biriken maksimum tır sayısını nasıl etkilediği incelenmiştir. Her bir analizde, değişkenler arttırılarak senaryolar üretilmiştir. Her bir senaryo, bir yıl süresince 20 tekrarda çalıştırılmıştır. Her bir senaryoda, karşılıklı iki terminal olduğundan dolayı, her biri bir yıl süresince çalıştırılan 40 adet simülasyon deneyi çıktısı elde edilmiştir. Elde edilen 40 deney çıktısından terminallerde biriken maksimum tır sayıları belirlenmiş, bu değerlerin güven aralığı hesaplanmıştır. Güven aralığı içerisinde oluşan maksimum değer,
terminallerde biriken maksimum tır sayısı yani terminal kapasitesi olarak kabul edilmiştir.

Simülasyon çıktı analizlerinden çıkarılan sonuçlar şu şekildedir:

-  Yapılan korelasyon analizine göre "bir yılda terminallere gelen tır sayısı" ile "terminalde biriken maksimum tır sayısı" arasında anlamlı, pozitif ve yüksek düzeyde bir ilişki tespit edilmiştir. Ayrıca terminaller arası mesafenin 160 deniz mili, Ro-Ro gemi kapasitesinin 200 tır kabul edildiği ve terminallere yılda 10000 tır gelişinin olduğu bir durumda, 178 tırlık (en az 10680 m 2 'lik) bir terminal kapasitesi gerekmektedir. Yine aynı sabitlerle, terminallere yılda 28000 tır gelişinin olduğu durumda ise, 313 tırlık (en az 18780 m 2 'lik) bir terminal kapasitesi gerekmektedir. SPSS 20 programında, terminallerde
biriken maksimum tır sayılarının güven aralığı üst ve alt değerlerinin "eğri uygunluğu" analizi yapılmıştır. Bu analiz sonucunda, güven aralığı üst ve alt değerlerinin üssel bir dağılım gösterdiği tespit edilmiştir.

-  Yapılan korelasyon analizine göre "terminaller arası mesafe" ile "terminalde biriken maksimum tır sayısı" arasında anlamlı, pozitif ve yüksek düzeyde bir ilişki tespit edilmiştir. Ayrıca bir yılda terminallere gelen tır sayısının 20000, Ro-Ro gemi kapasitesinin 200 tır kabul edildiği ve terminaller arası mesafenin 80 deniz mili olduğu durumda, 278 tırlık (en az 16680 m 2 'lik) bir terminal kapasitesi gerekmektedir. Yine aynı sabitlerle, terminaller arası mesafenin 1120 deniz mili olduğu durumda ise, 355 tırlık (en az 21300 m 2 'lik) bir terminal kapasitesi gerekmektedir. SPSS 20 programında, terminallerde biriken maksimum tır sayılarının güven aralığı üst ve alt değerlerinin "eğri uygunluğu" analizi yapılmıştır. Bu analiz sonucunda, güven aralığı üst ve alt değerlerinin polinomiyal bir dağılım gösterdiği tespit edilmiştir.

-  Yapılan korelasyon analizine göre "Ro-Ro gemi kapasitesi" ile "terminalde biriken maksimum tır sayısı" arasında anlamlı, pozitif ve yüksek düzeyde bir ilişki tespit edilmiştir. Ayrıca bir yılda terminallere gelen tır sayısının 20000, terminaller arası mesafenin 160 deniz mili kabul edildiği ve Ro-Ro gemi kapasitesinin 80 tır olduğu durumda, 245 tırlık (en az 14700 m 2 'lik) bir terminal kapasitesi gerekmektedir. Yine aynı sabitlerle, Ro-Ro gemi kapasitesinin 240 tır olduğu durumda ise, 275 tırlık (en az 16500 m 2 'lik) bir terminal kapasitesi gerekmektedir. SPSS 20 programında, terminallerde biriken maksimum tır sayılarının güven aralığı üst ve alt değerlerinin "eğri uygunluğu" analizi yapılmıştır. Bu analiz sonucunda, güven aralığı üst ve alt değerlerinin üssel bir dağılım gösterdiği tespit edilmiştir.

Korelasyon analizi sonuçlarına göre; Pearson korelasyon katsayısı diğer değişkenlere göre daha büyük olan (r = 0,959) "bir yılda terminallere gelen tır sayısı" değişkeninin, terminal kapasitesini en çok etkileyen değişken olduğu sonucuna varılmıştır.

Abstract:
The abbreviation of "Ro-Ro" consists of shortened form of word group of Roll-on/Roll-off. In Ro-Ro transport system, the cargoes which have or have not mobility is loaded into and discharged from the ship on the wheels through the ship ramps and linkspans. Especially in the international road transport, the Ro-Ro transport which is an important alternative to the road transport has many advantages with regards to transport companies, drivers and the environment. In terms of transport companies, the Ro-Ro transport reduces costs, eliminates the traffic problem and the congestions at the border crossings, shortens distances and reduces the depreciation of the vehicles. The performance of the drivers is increased as a result of the resting and the risk of the accident is reduced. In addition, as a result of lower emission releasing to the atmosphere it can be said that the Ro-Ro transport is an environment-friendly transport system.

The Ro-Ro transport which is an important part of the intermodal transport has begun to be used effectively with the development of "Short Sea Shipping" concept in Europe. When compared with the road transport, Short Sea Shipping can be rival to the road transport in terms of cost and time. This situation is true especially when Ro-Ro or Ro-Pax ships and motorways of the sea routes which link two ports are used.

In general, a Ro-Ro ship is a ship that enables loading and discharging automobiles, lorries, semi-trailers, roll-trailers, semi-treyler trucks etc. through bow ramps, stern
ramps or side ramps. Ro-Ro ships are divided into three classes: Ro-Ro ships, PCC (Pure Car Carrier) ships and PCTC (Pure Car and Truck Carrier) ships. PCC ships are designed to carry automobiles and similar light cargoes as efficient as possible. PCTC ships are designed to carry both automobiles and semi-trailer trucks. Ro-Ro ships are designed especially to carry heavy/high cargoes, the cargoes that are not carried by containers and automobiles as well.

There are different variations of Ro-Ro ships in terms of cargo type that carried: Ro-Pax (Roll on-Roll off and Passenger) ships, Con-Ro (Container and Ro-Ro) ships, Ro-Lo (Roll on/off – Lift on/off) ships, train ferries and LMSR (Large, Medium-Speed Roll-on/Roll-off) ships. Ro-Pax ships are used generally in Short Sea Shipping and these type of ships can carry vehicles, wheeled cargoes and also passengers. Con-Ro ships are multi-purpose ships that are mixture of container and Ro-Ro ships. They can carry vehicles and wheeled cargoes in their holds and also containers above their holds at the same time. In Ro-Lo ships, vehicles and wheeled cargoes are carried in decks which allocated for vehicles. Other cargoes are carried in seperate decks and they are loaded/unloaded by cranes. Train ferries which have rails on their decks are designed to carry trains.

Ro-Ro terminals can be designed for cargoes that have towing unit or have not towing unit and for both cargoes and passengers. It is a problem faced by most of the time in the Ro-Ro terminals that the terminal can not receive the arriving cargoes. This situation basically occurs depending on inadequate number of terminal gates, parking space and customs control units.

Carried cargoes in the Ro-Ro transport are automobiles, lorries, buses, wheeled cargoes, heavy and high cargoes, the cargoes that are not carried by containers etc. In the Ro-Ro transport, some of cargo carriers which are designed for the cargoes that have not its own wheels or have not its own towing unit are roll-trailer (mafi-trailer), semi-trailer, semi-trailer truck (towing unit + semi-trailer/trailer), terminal tractor (tugmaster) etc.
 
According to IMO, the difficulties encountered during the loading process in Ro-Ro operations are stowage of cargo on deck, the variety of vehicles and cargo carried, the design of trailers and containers, securing the cargo within the unit, the lack of transverse bulkheads, arrangement of the best loading conditions, stability and rolling periods.

One of the biggest problems encountered by Ro-Ro operators is finding an adequate terminal area. The terminal capacity factor is of vital importance for Ro-Ro terminals since Ro-Ro cargoes is not suitable for stacking. The area to be allocated for vehicles must be calculated.

Although loading and unloading operations in Ro-Ro operations are faster than other types of maritime operations, some variables such as "distance between terminals", "ship capacity", "frequency of vehicles that arrived to the terminal" can affect the Ro-Ro terminal capacity and inadequacy of terminal capacity may occur. From this point of view in this thesis, Ro-Ro terminal operations were studied and it was analyzed that how variables
listed above have an impact on the maximum number of semi-trailer trucks accumulated in the terminal area. As a result, it was aimed to producing a theoretical model for determination of the Ro-Ro terminal capacity. For this purpose, Pendik and Çeşme Ro-Ro terminals which are major Ro-Ro terminals of Turkey were observed. The face to face interviews have been done with the terminal authorities and a discharging operation was observed in Çeşme Ro-Ro terminal. In this thesis, terminal capacity was accepted as the maximum number of semi-trailer trucks accumulated in the terminals and only semi-trailer trucks that have length of 15 meter were taken into account as carried cargoes.

In this thesis, "Promodel 2011" simulation program was used. Promodel 2011 enables scenario simulation and has the capability of a good animation. Through these opportunities of the program, researchers who engaged in modelling can see interactions between different sub-processes and they are able to understand the working of these processes.

In this thesis, simulation modelling method was used and an annual data (Statement of Facts) were taken from U.N. RO-RO İşletmeleri A.Ş. for using in the simulation program. After the model setup of Ro-Ro terminal operations, model verification process has been done. While running the simulation model, functioning of the model was monitored by slowing down its operation speed and counters were put on the required places as an indicator of desired results. This process was repeated several times until the model errors were fixed. The analysis was done after the model verification process. It is examined that how variables of the frequency of vehicles that arrived to the terminal, the distance between terminals and ship capacity affect the maximum number of semi-trailer trucks accumulated in the terminals. In each analysis, the scenarios were produced by increasing of the variables. Each scenario was run 20 times for one year. In each scenario, 40 outputs of simulation experiments were obtained since there was two terminals. The maximum numbers of semi-trailer trucks accumulated in the terminals was determined from 40 outputs. The confidence interval of the maximum numbers was calculated. The maximum value in the confidence interval has been considered as the maximum number of semi-trailer trucks accumulated in the terminals in other words the terminal capacity.

The conclusions of simulation output analysis are as follows:

-  According to the results of the correlation analysis meaningful, positive and high level of correlation was determined between the frequency of vehicles that arrived to the terminal in a year and the maximum number of semi-trailer trucks accumulated in the terminals. In addition, in the case of the distance between terminals is 160 nautical mile, Ro-Ro ship capacity is 200 semi-trailer trucks and the frequency of vehicles that arrived to the terminal in a year is 10000 semi-trailer trucks, the terminal capacity for 178 semi-trailer trucks (at least 10680 square meters of terminal area) is needed for a Ro-Ro
terminal. Once again with the same constants, in the case of the frequency of vehicles that arrived to the terminal in a year is 28000 semi-trailer trucks, the terminal capacity for 313 semi-trailer trucks (at least 18780 square meters of terminal area) is needed for a Ro-Ro terminal. The curve fit analysis of confidence interval values of the maximum number of semi-trailer trucks accumulated in the terminals was done in SPSS 20. As a result of this
analysis, it was determined that confidence interval values show an exponential distribution.

-  According to the results of the correlation analysis meaningful, positive and high level of correlation was determined between the distance between terminals and the maximum number of semi-trailer trucks accumulated in the terminals. In addition, in the case of the frequency of vehicles that arrived to the terminal in a year is 20000 semi-trailer trucks, Ro-Ro ship capacity is 200 semi-trailer trucks and the distance between terminals is 80 nautical mile, the terminal capacity for 278 semi-trailer trucks (at least 16680 square meters of terminal area) is needed for a Ro-Ro terminal. Once again with the same constants, in the case of the distance between terminals is 1120 nautical mile, the terminal capacity for 355 semi-trailer trucks (at least 21300 square meters of terminal area) is needed for a Ro-Ro terminal. The curve fit analysis of confidence interval values of the maximum number of semi-trailer trucks accumulated in the terminals was done in SPSS 20. As a result of this analysis, it was determined that confidence interval values show a polynomial distribution.

-  According to the results of the correlation analysis meaningful, positive and high level of correlation was determined between Ro-Ro ship capacity and the maximum number of semi-trailer trucks accumulated in the terminals. In addition, in the case of the frequency of vehicles that arrived to the terminal in a year is 20000 semi-trailer trucks, the distance between terminals is 160 nautical mile and Ro-Ro ship capacity is 80 semi-trailer trucks, the terminal capacity for 245 semi-trailer trucks (at least 14700 square meters of terminal
area) is needed for a Ro-Ro terminal. Once again with the same constants, in the case of Ro-Ro ship capacity is 240 semi-trailer trucks, the terminal capacity for 275 semi-trailer trucks (at least 16500 square meters of terminal area) is needed for a Ro-Ro terminal. The curve fit analysis of confidence interval values of the maximum number of semi-trailer trucks accumulated in the terminals was done in SPSS 20. As a result of this analysis, it was determined that confidence interval values show an exponential distribution. 

According to the results of the correlation analysis, the variable of "the frequency of vehicles that arrived to the terminal in a year" which its pearson coefficient of correlation (r = 0,959) is bigger than pearson coefficient of correlation of other variables is the variable that affects the terminal capacity the most.