Cargo shipping and scheduling optimization for crude oil transportation

Abstract

This thesis aims to apply mathematical techniques to facilitate decision making for shipping companies providing crude oil transportation. Focus is given on the development of a mathematical model solving a challenging problem for the shipping industry with practical operational constraints and characteristics. In particular we study a cargo shipping and scheduling problem for crude oil transportation taking into consideration time window constraints and operational synchronization constraints. At first, we examine the significance of crude oil transportation worldwide. To do so, the largest importers of crude oil worldwide are considered. Next, we review research on ship routing and scheduling and related problems during the new millennium and present main methods for solving them. From the Literature review it is revealed that the routing and scheduling problems for shipping companies are of great importance. Our research studies a routing and scheduling problem in which a maritime company needs to transport crude oil between three loading ports and nine discharge ports. Capacity and time window constraints are considered. The problem is formulated as a Mixed Integer Linear Programming Model and Open-solver is used to obtain the optimal solution.

Αυτή η διατριβή στοχεύει στην εφαρμογή μαθηματικών τεχνικών για τη διευκόλυνση της λήψης αποφάσεων για ναυτιλιακές εταιρείες που παρέχουν μεταφορά αργού πετρελαίου. Έμφαση δίνεται στην ανάπτυξη ενός μαθηματικού μοντέλου που επιλύει ένα δύσκολο πρόβλημα για τη ναυτιλιακή βιομηχανία με πρακτικούς λειτουργικούς περιορισμούς και χαρακτηριστικά. Συγκεκριμένα, μελετάμε ένα πρόβλημα δρομολόγησης φορτίου και προγραμματισμού για τη μεταφορά αργού πετρελαίου λαμβάνοντας υπόψη τους περιορισμούς χρονικών παραθύρων και τους περιορισμούς λειτουργικού συγχρονισμού. Αρχικά, εξετάζουμε τη σημασία της μεταφοράς αργού πετρελαίου παγκοσμίως. Για να γίνει αυτό, εξετάζονται οι μεγαλύτεροι εισαγωγείς αργού πετρελαίου παγκοσμίως. Στη συνέχεια, μελετάται η βιβλιογραφία σχετικά με τα προβλήματα δρομολόγησηςκαι προγραμματισμού πλοίων καθώς και εκδοχές αυτώνκαι παρουσιάζουμε τις κύριες μεθόδους για την επίλυσή τους. Από την ανασκόπηση της βιβλιογραφίας αποκαλύπτεται ότι τα προβλήματα δρομολόγησης και προγραμματισμού για τις ναυτιλιακές εταιρείες έχουν μεγάλη σημασία. Ως αποτέλεσμα, η έρευνά μας επικεντρώνεται σε ένα πρόβλημα δρομολόγησης και προγραμματισμού στο οποίο μια ναυτιλιακή εταιρεία έχει την υποχρέωση να μεταφέρει αργό πετρέλαιο μεταξύ τριών λιμένων φόρτωσης και εννέα λιμένων εκφόρτωσης. Το πρόβλημα διατυπώνεται ως μοντέλο Ακέραιου Γραμμικού Προγραμματισμού και ο Open-solver χρησιμοποιείται για να βρεθέι η βέλτιστη λύση.