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Título: Aplicação de programação lógica por restrições para a otimização do sequenciamento de uma rede dutoviária
Título(s) alternativo(s): Application of constraint logic programming for a pipeline network sequencing optimization
Autor(es): Konowalenko, Flávia
Orientador(es): Magatão, Leandro
Palavras-chave: Pesquisa operacional
Oleodutos de petróleo - Simulação por computador
Tubulação - Projetos e construção - Simulação por computador
Programação linear
Análise de redes (Planejamento)
Programação lógica (Computação)
Restrições (Inteligência artificial)
Engenharia elétrica
Operations research
Petroleum pipelines - Computer simulation
Piping - Design and construction - Computer simulation
Linear programming
Network analysis (Planning)
Logic programming
Constraint satisfaction (Artificial intelligence)
Electric engineering
Data do documento: 26-Ago-2019
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: KONOWALENKO, Flávia. Aplicação de programação lógica por restrições para a otimização do sequenciamento de uma rede dutoviária. 2019. 138 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), Curitiba, 2019.
Resumo: O presente trabalho utiliza Programação Lógica por Restrições (PLR) com uma proposta para a atividade de sequenciamento de bateladas em uma rede de dutos real. O modelo desenvolvido está imerso em uma estrutura de otimização que auxilia a tarefa de scheduling do transporte de, principalmente, derivados claros de petróleo. A rede de dutos em estudo é composta por 14 nós (ou áreas), sendo 4 refinarias, 2 terminais portuários, 2 clientes finais, 5 terminais de distribuição e um entroncamento de válvulas e bombas, interligados por 30 dutos. Na citada rede trafegam mais de 35 produtos derivados de petróleo e etanol. O processo de programação das atividades de transferência e estocagem envolve restrições operacionais complexas, sendo caracterizado como um problema combinatorial de otimização de difícil resolução. Devido à complexidade do problema, uma estratégia de decomposição é empregada para a modelagem. Esta estratégia segue uma divisão hierárquica dos três processos que compõem o scheduling: Alocação de Recursos, Sequenciamento das Atividades e Determinação Temporal. O modelo proposto em Programação Lógica por Restrições trata o Módulo de Sequenciamento das Atividades, com uso de uma abordagem temporal discretizada. Objetiva-se a obtenção da ordem de bombeamento das bateladas nas origens de bombeio e a sequência de passagens destas bateladas pelos dutos da rede, respeitando-se os gerenciamentos de inventários. O modelo proposto para o módulo de Sequenciamento é composto, adicionalmente, por restrições que minimizam a necessidade de reversões de fluxo nos dutos ou a inserção de produtos selo devido à incompatibilidade de produtos. Os testes foram realizados em cenários reais para horizontes de programação de 30 dias, considerando-se intervalos de discretização de uma hora. Apresentam-se os resultados comparativos com um modelo em PLIM (Programação Linear Inteira Mista) para o mesmo problema de sequenciamento. Os resultados computacionais obtidos indicam que o modelo em PLR proposto obtém resultados comparáveis ao modelo PLIM. Deste modo, PLR mostra-se uma abordagem alternativa à solução do problema combinatorial abordado.
Abstract: This work uses Constraint Logic Programming (CLP) as a proposal for the activity of sequencing batches in a pipeline network. The developed model is embedded in an optimization framework that aids the scheduling task of transporting, mainly, petroleum derivatives. The pipeline network in study is composed of 14 nodes (or areas), namely: 4 refineries, 2 harbors, 2 final clients, 5 distribution terminals, and a junction of valves and pumps, connected by 30 pipelines. In the above-mentioned network, more than 35 oil products and ethanol can be transported. The process of programming transfer and storage activities involves complex operational constraints, and is characterized as a combinatorial optimization problem of difficult solution. Due to the complexity of the problem, a decomposition strategy is used for modeling purposes. This strategy follows a hierarchical division based on the three key scheduling elements: Allocation of Resources, Sequencing of Activities, and Timing. The model developed in Constraint Logic Programming is applied to the Sequencing of Activities, using a discretized temporal approach. The objective is to obtain the pumping order of batches in origin areas and the sequencing in intermediate nodes, taking into account the management of inventories. The proposed model for the sequencing activities consists of, for instance, restrictions for reversals of flow in pipelines and for insertion of plugs due to incompatible products. The tests were conducted in real-world scenarios for a scheduling horizon of 30 days, with one-hour discretization interval. A comparative study with an MILP (Mixed Integer Linear Programming) model for the same sequencing problem is conducted. The obtained results indicate that the proposed CLP model was competitive to the equivalent MILP model. Thus, CLP was an alternative approach for solving the studied combinatorial problem.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4384
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