Selection of a Container Storage Strategy at the Rail-road Intermodal Terminal as a Function of Minimization of the Energy Expenditure of Transshipment Devices and CO2 Emissions

• Autorzy: Jachimowski R. , Szczepański E. , Kłodawski M. , Markowska K. , Dąbrowski J.

Warianty tytułu

PL

Dobór strategii składowania kontenerów w lądowym terminalu intermodalnym w funkcji minimalizacji wydatku energetycznego urządzeń przeładunkowych i emisji CO2

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the problem of containers storage on a storage yard in an rail-road intermodal land and the emission of harmful exhaust gases into the atmosphere. This issue was considered from the point of view of the distance traveled by transshipment devices, the duration of loading work and the resulting energy expenditure and CO₂ emissions. The research was dictated by the current limited number of publications in the area of the distribution of containers on storage yards in rail-road intermodal terminals. The vast majority of the literature is devoted in this field to marine intermodal terminals, which operating characteristics are different from inland terminals. The importance of this problem resulting from the growing turnover of containers transported by rail transport was also pointed out. The systematic increase of this type of transport and the depletion of the intermodal services' operating capability makes it necessary to improve the processes taking place in the storage area. The possibility of improving these processes in addition to the use of computer tools is also realized through the use of modern transshipment devices. Depending on the area of their operation and the scope of their application, these devices use various types of power supply, which affect environmental pollution. In the case of gantry cranes considered in this article, their power supply may come from both combustion engines, hybrids and electric engines. Therefore, from the point of view of minimization of harmful exhaust gases emissions into the atmosphere, in the article, the problem of choosing the device for carrying out transshipment tasks was also taken up. For the purposes of the research, the processes of container handling in the rail-road intermodal terminal have been presented in detail. A review of literature in the field of container storage methods and strategies was carried out. The considered container reloading processes in the wagon-yard relation were modeled in the FlexSim simulation environment. The constructed simulation model was used to develop 5 variants of the distribution of containers on the storage yard as a function of their location on the train. Container deployments on the storage yard were carried out for both random and fixed distribution of containers on the train. In the case of a random arrangement of containers on the train, the tests were carried out for 100 replications. On the basis of simulation tests, the distance covered by the transshipment device (RTG crane) and the time of carrying out the loading tasks in particular variants were determined. Using the crane data provided by the crane manufacturer, the energy expenditure was calculated in individual variants for different power supply methods (combustion engine, hybrid, electric engine). The obtained results allowed the selection of the best strategy for containers storage, taking into account the amount of CO₂ emitted to the atmosphere by transshipment devices.

PL

W artykule przedstawiono problematykę składowania kontenerów na placu składowym w lądowym terminalu intermodalnym i związaną z tym emisją szkodliwych związków spalin do atmosfery. Zagadnienie to rozważano z punktu widzenia dystansu pokonywanego przez urządzenia ładunkowe, czasu trwania prac ładunkowych oraz wynikającego z tego wydatku energetycznego i emisją CO₂. Przeprowadzone badania podyktowane były dotychczasową niewielką liczbą publikacji na temat badania rozmieszczenia kontenerów na placach składowych w lądowych, kolejowo-drogowych terminala intermodalnych. Zdecydowana większość literatury poświęcona jest w tym zakresie morskim terminalom intermodalnym, których charakterystyka pracy różni się od tej w terminalach lądowych. Wskazano także na istotność tego problemu wynikającą z rosnących obrotów kontenerów przewożonych transportem kolejowym. Systematyczny wzrost tych przewozów i wyczerpywanie się zdolności obsługowych terminali intermodalnych powoduje konieczność usprawniania zachodzących tam procesów. Możliwość usprawniania tych procesów oprócz zastosowania narzędzi komputerowych realizowana jest także dzięki wykorzystaniu nowoczesnych urządzeń przeładunkowych. Urządzenia te w zależności od obszaru ich działania i zakresu ich zastosowania wykorzystują różne rodzaje zasilania, które w większym, bądź mniejszym stopniu wpływają na zanieczyszczenia środowiska. W przypadku rozważanych w niniejszym artykule suwnic jezdniowych, zasilanie to pochodzić może zarówno z silników spalinowych, hybrydowych jak i silników elektrycznych. Stąd też z punktu widzenia minimalizacji wielkości emisji szkodliwych związków spalin do atmosfery w artykule podjęto także problematykę wyboru urządzenia do realizacji zadań przeładunkowych. Na potrzeby badań szczegółowo przedstawiono procesy obsługi kontenera w lądowym terminalu intermodalnym. Dokonano przeglądu literatury w zakresie metod i strategii składowania kontenerów. Rozważane procesy przeładunku kontenerów w relacji wagon-plac składowy zamodelowano w środowisku symulacyjnym FlexSim. Zbudowany model symulacyjny posłużył do opracowania 5 wariantów rozmieszczenia kontenerów na placu w funkcji ich rozmieszczenia na pociągu. Badania rozmieszczenia kontenerów na placu składowym wykonywano zarówno dla losowego jak i ustalonego rozmieszczenie kontenerów na pociągu. W przypadku losowego rozmieszczenia kontenerów na pociągu próby wykonywano dla 100 powtórzeń. Na podstawie badań symulacyjnych określono dystans pokonywany przez urządzenie przeładunkowe (suwnicę RTG) oraz czas realizacji prac ładunkowych w poszczególnych wariantach. Wykorzystując podawane przez producenta suwnic dane o wielkości zużywanej przez suwnicę energii obliczono jej wydatek energetyczny w poszczególnych wariantach dla różnych sposobów zasilania (silnik spalinowy, hybrydowy, elektryczny). Uzyskane wyniki pozwoliły na wybór najlepszej spośród rozważanych, strategii składowania kontenerów na placu przy uwzględnieniu wielkości emitowanego przez urządzenia przeładunkowe CO₂ do atmosfery.

Słowa kluczowe

EN

intermodal transport; rail-road intermodal terminal; containers storage strategies; CO2 emission; simulation analysis; FlexSim

PL

transport intermodalny; terminal intermodalny kolejowo-drogowy; strategie składowania kontenerów; emisja CO2; analiza symulacyjna; FlexSim

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2018
• Tom: Tom 20, cz. 2
• Strony: 965--988
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Jachimowski R.

• Warsaw University of Technology

autor

Szczepański E.

• Warsaw University of Technology

autor

Kłodawski M.

• Warsaw University of Technology

autor

Markowska K.

• Silesian University of Technology

autor

Dąbrowski J.

• Koszalin University of Technology

Bibliografia

• 1. Ambroziak, T., Pyza D., Merkisz-Guranowska, A., Jachimowski R. (2014). Ocena wpływu transportu drogowego na degradację środowiska przy różnej strukturze pojazdów. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa.
• 2. Bruzzone, A., Signorile, R. (1998). Simulation and genetic algorithms for ship planning and shipyard layout. Simulation, 71(2), 74-83.
• 3. Central statistical office (2016) - Transport results of operations.
• 4. Chen, L., Lu, Z. (2012). The storage location assignment problem for outbound containers in a maritime terminal. International Journal of Production Economics, 135(1), 73-80.
• 5. CONECRANES Catalog available at www.konecranes.com
• 6. Dekker, R., Voogd, P., Van, Asperen, E. (2006). Advanced methods for container stacking. OR Spectrum, 28, 563-586.
• 7. Europejska Konferencja Ministrów Transportu ECMT
• 8. Geerlings, H., Duin, R. (2011). A new method for assessing CO2-emissions from container terminals: a promising approach applied in Rotterdam, Journal of Cleaner Production, 19(6-7).
• 9. Guldogan, E. (2010). Simulation-based analysis for hierarchical storage assignment policies in a container terminal. Simulation, 87(6), 523-537.
• 10. Huang, J., Ren, Z. (2011). Research on SA-based addressing model of slot in container terminal. Applied Mechanics and Materials, 97-98, 985-989.
• 11. Izdebski, M., Jacyna-Gołda, I., Wasiak, M., Jachimowski, R., Kłodawski, M., Pyza D., Żak, J. (2018). The application of the genetic algorithm to multi-criteria warehouses location problems on the logistics network. Transport, 33(3), 741-750.
• 12. Jacyna, M., Jachimowski, R., Pyza D. (2017). Transport Intermodalny. Projektowanie terminali przeładunkowych. PWN, Warszawa.
• 13. Jacyna, M., Merkisz, J. (2014). Proecological approach to modelling traffic organization in national transport system. Archives of Transport, 30(3), 31-41.
• 14. Jacyna, M., Wasiak, M., Lewczuk, K., Kłodawski, M. (2014). Simulation model of transport system of Poland as a tool for developing sustainable transport. Archives of Transport, 31(3), 23-35.
• 15. Jacyna-Gołda, I., Żak, J., Gołębiowski, P. (2014). Models of traffic flow distribution for various scenarios of the development of proecological transport system. Archives of Transport, 33(1), 17-28.
• 16. Jacyna-Gołda, I., Lewczuk, K. (2017). The method of estimating dependability of supply chain elements on the base of technical and organizational redundancy of process. Maintenance and Reliability, 19(3), 382-392.
• 17. Jacyna-Gołda, I., Gołębiowski, P., Izdebski, M., Kłodawski, M., Szczepański, E. (2017). The evaluation of the sustainable transport system development with the scenario analyses procedure. Journal of Vibroengineering, 19(7), 5627-5638.
• 18. Jakubowski, L. (1978). Punkty kontenerowe w transporcie lądowym. Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, Warszawa.
• 19. Kim, KH., Kim, H.B. (2006). The optimal sizing of the storage space and handling facilities for import containers. Transportation Research Part B, 36B, 821-835.
• 20. Ku, L.P., Lee, L.H, Chew, E.P., Tan, K.C. (2010). An optimization framework for yard planning in a container terminal: Case with automated rail-mounted gantry cranes. OR Spectrum, 32(3), 519-542.
• 21. Laik, N., Hadjiconstantinou, E. (2008). Container assignment and gantry crane deployment in a container terminal: A case study. Maritime Economics & Logistics, 10, 90-107.
• 22. Lee, D.H., Jin, J.G., Chen, J.H. (2012). Schedule template design and storage allocation for cyclically visiting feeders in container transshipment hubs. Transportation Research Record, 2273, 87-95.
• 23. Lee, L.H., Lee, E.P. Chew, CHEW, Tan, K.C., TAN, Han, Y. (2006). An optimization model for storage yard management in transshipment hubs. OR Spectrum 2006, 28(4), 539-561.
• 24. Murty, K.G., Wan, Y.W., Liu, J, Tseng, M.M., Leung, E., Lai, K.K., Chiu, W.C. (2005). Hong Kong International Terminals gains elastic capacity using a dataintensive decision-support system. Interfaces, 35(1), 61-75.
• 25. Murty, K.G., Liu, J., Wan, Y.W., Linn, R. (2005). A decision support system for operations in a container terminal. Decision Support Systems, 39, 309-332.
• 26. Nishimura, E., Imai A., Janssens, G.K., Papadimitriou, S. (2009). Container storage and transshipment marine terminals. Transportation Research Part E, 45, 771-786.
• 27. Park, T., Choe, R., Kim, Y.H., Ryu, K.R. (2011). Dynamic adjustment of container stacking policy in an automated container terminal. International Journal of Production Economics, 133, 385-392.
• 28. Petering, M.E., Murty, K.G. (2006). Simulation analysis of algorithms for container storage and yard crane scheduling at a container terminal. In: Proceedings of the second international intelligent logistics systems conference, Brisbane, Australia, 19.1-19.15.
• 29. Pyza, D., Jachimowski, R., Jacyna-Gołda, I., Lewczuk, K. (2017). Performance of equipment and means of internal transport and efficiency of implementation of warehouse processes. Procedia Engineering, 187, 706-711.
• 30. Saanen, Y.A., Dekker, R. (2007) Intelligent stacking as way out of congested yards? part 1. Port Technol Int, 31, 87-92.
• 31. Sanen, Y.A., Dekker, R. (2007). Intelligent stacking as way out of congested yards? part 2. Port Technol Int 2007, 32, 80-85.
• 32. Stahlbock, R., YoB, S. (2008). Operations research at container terminal: a literature update. OR Spectrum 2008, 30, 1-52.
• 33. Świderski, A., Jóźwiak, A., Jachimowski, R. (2018). Eksploatacyjne miary jakości pojazdów w zastosowaniu do oceny usług transportowych z wykorzystaniem sztucznych sieci neuronowych. Eksploatacja i Niezawodnosc -Maintenance and Reliability, 2, 292-299.
• 34. Woo, Y. J., Kim, K.H. (2011). Estimating the space requirement of outbound container inventories in port container terminals. International Journal of Production Economics, 133, 293-301.
• 35. Zhang, C., Liu, J., Wan, Y.W., Murty, K.G., Linn, R. (2003). Storage space allocation in container terminals. Transportation Research Part B, 37B, 883-903.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).