Decision support for tonnage allocation in dry bulk liner shipping

156 Pages·2013·2.84 MB·English

by  Øydis Kristine Flateby

Decision support for tonnage allocation in
dry bulk liner shipping
Øydis Kristine Flateby
Industrial Economics and Technology Management
Submission date: June 2013
Supervisor: Bjørn Nygreen, IØT
Co-supervisor: Research Scientist Inge Norstad, MARINTEK
Norwegian University of Science and Technology
Department of Industrial Economics and Technology Management

i
Abstract
Maritime transportation represents the major transportation mode of inter-
national trade and the world seaborne trade continues to grow. There exists
however an oversupply of ships representing a serious challenge for ship own-
ers as the freight rates are at unprofitable levels. It is therefore important
to have an optimal utilization of the fleet. This thesis studies the tonnage
allocation problem for a liner shipping company with the purpose to illus-
trate how optimisation based methods can be used as decision support when
planning fleet deployment in liner shipping. In the context of data from a
real shipping company is an optimisation model developed. A special empha-
sis has been on the implementation and preprocessing in order to obtain an
efficient model. The model has then been the basis for a performance study
and a thorough analysis of the effects when adjusting input parameters and
constraints.
The company has two types of trades which they can sail; mandatory
trades and optional trades. In addition all ships have to attend service once
every third year. If the company is not able to sail voyages of mandatory
trades themselves, they can hire spot ships. Every voyage of a trade has a
time window for when the voyage can start, and there is also a requirement of
fairly evenly spread voyages of the same trade. The strictness of the spread
of voyages is regulated by a factor.
Aspects which have been analysed in this thesis are the timing of trades
withregardtospreadofvoyagesandtimewindows, costofspotships, service
trades, origin port and earliest available time for each ship and the introduc-
tion of optional trades. An alternative, shorter way of sailing a voyage has
alsobeenintroducedtothemodelinordertotrytoobtainabetterutilization
of the fleet.
The results show the value of flexibility, but also the impact it has on
the computational time. Limitations should be added to the problem with
careful consideration in order to not exclude possible solutions. The results
also show how obligations done in one period put constraints on what a
shipping company can do in the next period since the fleet is tied up.
ii
iii
Sammendrag
Størstedelen av internasjonal handel skjer ved bruk av maritim transport
og det er i stadig vekst. På bakgrunn av finanskrisen i 2009 eksisterer det
en overkapasitet av skip som representerer en stor utfordring for skipseiere.
Fraktrater er på nivå som ikke lenger gir profitt, og det er derfor viktig å
utnytte flåten på en optimal måte.
Denne oppgaven studerer et tonnasje allokeringsproblem for et selskap
som opererer i linjefart. Formålet med oppgaven er å vise hvordan en kan
bruke optimering som beslutningsstøtte når det blir planlagt flåtestyring i
linjefart. Basert på informasjon fra et reelt selskap er en optimeringsmodell
utviklet. Det er brukt spesielt mye tid på implementering og pre-prosessering
for å oppnå en modell som er så effektiv som mulig. Modellen har blitt testet
og det er gjort grundige analyser av effektene ved å justere input parameter
og restriksjoner.
Selskapet har to typer "handler" de kan seile; obligatoriske og frivillige. I
tillegg må alle skipene til service en gang hvert tredje år. Dersom selskapet
ikke klarer å seile alle reisene av de obligatoriske handlene selv, kan de leie
inn spot skip. Hver reise av en handel har et tidsvindu for når reisen kan
starte og det er også et krav om at reisene for samme handel er jevnt fordelt.
Hvor strengt jevnt fordelt reisene må være, reguleres manuelt av en faktor.
Aspekt som har blitt analysert i denne rapporten er tidspunkt for reiser
med tanke på spredning og tidsvinduer, kostnad for å leie inn spot skip,
servicene skipene må ha, sted og tid skipet er ledig i starten av en plan-
leggingsperiode og introduksjonen av de frivillige handlene. En alternativ,
kortere måte å seile en reise på har blitt introdusert for å prøve og oppnå en
bedre utnyttelse av flåten.
Resultatene viser verdien av å ha fleksibilitet i planleggingen, men også
hvordan dette øker løsningstiden. Begrensninger bør legges til problemet
etter nøye vurdering for ikke å utelukke mulige løsninger. Resultatene viser
også hvordan forpliktelser gjort i en periode setter hindringer for hva en flåte
kan gjøre i neste periode siden skipene er bundet opp i reiser.
iv