VOORSTEL. PAT: Planning Apart Together. Een systeem voor afstemming van binnenvaart en terminal activiteiten in de haven van Rotterdam.

Transcriptie

1 PAT: Planning Apart Together Een systeem voor afstemming van binnenvaart en terminal activiteiten in de haven van Rotterdam VOORSTEL Oktober 2009 Universiteit Twente Prof. dr. J. van Hillegersberg Dr.ir. A.M. Douma Dr. M.E. Iacob Dr.ir. C.P. Katsma S.M. Eckartz MSc E.J.A. Folmer MSc

2 Planning Apart Together Voorstel voor de opzet van het systeem PLANNING APART TOGETHER In de haven van Rotterdam bezoeken container binnenvaartschepen dagelijks verschillende terminals om containers te laden en te lossen. Voor het laden en lossen van een schip maken terminal en barge operators afspraken. In de huidige situatie is de afstemming van terminal en binnenvaartactiviteiten echter verre van optimaal. Dit leidt tot belangrijke efficiency verliezen voor barge en terminal operators. Een oplossing voor dit probleem is niet eenvoudig. Het moet partijen in staat stellen hun eigen werkzaamheden te optimaliseren en bovendien moeten de voorwaarden voor deelname acceptabel zijn. Het centraal coördineren van alle activiteiten is bijvoorbeeld geen acceptabele oplossing voor barge en terminal operators. De reden is dat terminal operators onderling concurreren (net als barge operators) en dat elke partij daarom terughoudend is informatie te delen met derden. Daarnaast willen partijen zelf beslissen wat ze doen. Het PAT-systeem biedt een oplossing om aan de twee genoemde bezwaren tegen centrale coördinatie tegemoet te komen. In het PAT-systeem delen partijen zeer beperkt informatie en bovendien kunnen ze hun werkzaamheden naar eigen inzicht plannen. Het basis idee hierachter is een Multi-Agent systeem waarin elke partij wordt vertegenwoordigd door een stukje software (een agent). Deze agent handelt namens zijn eigenaar (een barge of terminal operator) en onderling zorgen de agents ervoor dat de activiteiten van hun eigenaren op elkaar worden afgestemd. Planning apart together dus. De globale opzet van het PAT-systeem is weergegeven in Figuur 1. De grijze ovalen in de figuur geven verschillende bedrijven aan, barge operators of terminal operators. In elk bedrijf is een planner en een agent. Deze agents communiceren onderling namens hun planners. Communicatie is weergegeven met pijlen. PAT planner agent agent planner planner agent agent planner Figuur 1 Het PAT Multi Agent systeem Een meer uitvoerige beschrijving van het basisidee achter het PAT-systeem is beschreven in de brochure Planning Apart Together door Albert Douma. In deze brochure gaan we een stap verder en stellen we voor hoe het systeem concreet gerealiseerd en geïmplementeerd kan worden. We maken daarbij een aantal ontwerpkeuzen. Argumentatie voor deze ontwerpkeuzen is te vinden in het rapport PAT: Planning Apart Together, Een systeem voor afstemming van binnenvaart en terminal activiteiten in de haven van Rotterdam. We beschrijven nu achtereenvolgens de werking van het PAT-systeem, de IT-architectuur, de implementatieaanpak en het governance model.

3 Planning Apart Together Voorstel voor de opzet van het systeem BESCHRIJVING VAN HET PAT MULTI-AGENT SYSTEEM Het PAT-systeem bestaat dus uit agents die onderling communiceren. In deze sectie beschrijven we de manier waarop de agents communiceren. Daarnaast beschrijven we hoe de agents beslissingen nemen en wat de rol van de planner in het proces is Communicatie De communicatie tussen een barge operator agent en terminal operator agents wordt in gang gezet door de barge operator agent. Dit gebeurt wanneer het schip van de barge operator agent een geofence passeert. Dit geofence controleert de positie van het schip en zorgt ervoor dat iedereen gelijke planningskansen heeft in de haven. De communicatie tussen barge en terminal operator agents bestaat uit twee fasen. In de eerste fase vraagt een barge operator agent om een servicetijdprofiel bij alle terminals die het schip moet bezoeken. In de tweede fase wordt er een afspraak gemaakt (zie Figuur 2). Een afspraak houdt in dat een barge operator (agent) belooft vóór een bepaalde tijd bij de terminal te arriveren. De terminal operator (agent) garandeert, als de barge inderdaad op tijd arriveert, een maximale servicetijd. De servicetijd van een schip is de totale wachttijd en afhandeltijd van een schip bij een terminal. Deze servicetijden zijn weergegeven in het servicetijdprofiel. Voor een uitgebreide beschrijving verwijzen we naar de folder Planning Apart Together. Verzoek om servicetijdprofielen Afspraken Terminal operator(s) agent(s) Servicetijdprofielen agent Bevestigingen agent(s) Terminal operator(s) Fase 1: servicetijdprofielen Fase 2: maken van een afspraak Figuur 2 Visualisatie van de communicatie tussen barge en terminal operator agents. Deze communicatie bestaat uit twee fasen, waarbij de barge operator agent telkens het initiatief neemt In de eerste fase verzoekt de barge operator agent de terminal operator agents die bezocht moeten worden om een servicetijdprofiel. Elk van deze terminal operator agents stuurt instantaan een servicetijdprofiel. Vanaf dan ontvangt de barge operator agent met een bepaalde frequentie, als een soort hartslag, een geupdate servicetijdprofiel van elke terminal operator agent. Deze updates ontvangt de barge operator agent tot het moment dat het schip is afgehandeld bij de betreffende terminal. Op basis van de servicetijdprofielen kan de barge operator agent alternatieve rotaties voorstellen aan de barge operator planner. Deze kiest een alternatief waarna de barge operator agent de afspraak bevestigt bij de terminal operator agent. Nadat een afspraak met terminals is gemaakt, ontvangt de barge operator agent nog steeds updates van servicetijdprofielen. Als er nieuwe mogelijkheden ontstaan of er blijkt een verstoring te zijn, dan kan direct een nieuwe rotatie worden bepaald.

4 Planning Apart Together Voorstel voor de opzet van het systeem 4 Het kan voorkomen dat, wanneer de barge operator agent een afspraak wil bevestigen, één (of meerdere) terminals de afspraak weigert omdat het gebruikte servicetijdprofiel niet meer upto-date is. In dat geval worden er bij die terminals geen afspraak gemaakt. De barge operator agent moet dan wachten tot de volgende update van servicetijdprofielen. Hoe sneller hij na ontvangst van de update een beslissing neemt, hoe groter de kans is dat alle terminals een bevestiging sturen. Het voordeel van deze manier van communicatie is dat het mogelijkheden biedt om dynamisch te plannen. Als een terminal besluit meer capaciteit in te zetten of er blijkt plotseling capaciteit vrij te komen als gevolg van een geannuleerde afspraak, dan is dit direct bekend bij barge operators die daar op in kunnen springen. Voor barge operators heeft het als voordeel dat ze snel inzicht hebben in de mogelijkheden bij de verschillende terminals, waardoor zij snel kunnen besluiten of een alternatieve rotatie tot een verbetering leidt. Zowel terminal operators als barge operators geven aan dat een hoge mate van flexibiliteit (of dynamiek) in het systeem gewenst is. Dat wil zeggen dat snel ingesprongen kan worden op veranderende omstandigheden. Daarnaast is het ook belangrijk dat afspraken betrouwbaar zijn, anders is het niet duidelijk waar je op kan rekenen. Er is een spanning tussen deze twee begrippen. Daarom worden er binnen PAT eenduidige betrouwbaarheidsindicatoren opgesteld die de betrouwbaarheid van een partij weergeven. Deze indicatoren moeten ruimte geven voor flexibiliteit en toch ook betrouwbaarheid stimuleren. De indicatoren kunnen gebruikt worden door partijen onder het volgende motto: partijen waar op gerekend kan worden, daar wordt rekening meegehouden. We komen hierop terug in paragraaf 1.5 Met betrekking tot de communicatie zijn de volgende ontwerpkeuzen gemaakt: agents functioneren autonoom en zijn instaat direct te reageren op het verzoek van een barge operator agent agents kunnen autonoom handelen, maar kunnen ook een bevestiging van de barge operator planner afwachten. In het laatste geval loopt de barge operator planner het risico dat servicetijdprofielen niet meer up-to-date zijn wanneer een afspraak bevestigd wordt Afspraken mogen in principe altijd gewijzigd worden. Het vaker wijzigen van afspraken heeft wel gevolgen voor de betrouwbaarheid van een deelnemer. Hierbij moet er een goede balans zijn tussen de gewenste flexibiliteit van partijen en hun betrouwbaarheid (zie ook paragraaf 1.5) Als er een nieuwe afspraak wordt gemaakt bij een terminal, dan wordt automatisch de oude afspraak verwijderd Een barge operator agent krijgt inzicht in de frequentie waarmee terminals updates van servicetijdprofielen afgeven We stellen voor het geofence zo in te stellen dat schepen bijvoorbeeld tien uur voor aankomst in de haven een rotatie mogen plannen Partijen, zoals sommige inland terminal operators, die gelegen zijn binnen het geofence kunnen in principe altijd afspraken maken voor hun schepen Alle communicatie tussen barge en terminal operators verloopt via de hub (zie paragraaf 1.3) waardoor de belasting van de terminal operator agents kan worden gereguleerd. Deze hub kan (indien gewenst) de frequentie van de hartslag van het systeem bepalen Calamiteiten worden door de agents aan elkaar gemeld. Daarnaast kan de hub calamiteiten signaleren en deze via een centraal messageboard bekend maken s vinden het waarschijnlijk wenselijk dat barge operators, ruim voorafgaand aan het maken van een afspraak, de terminal laten weten hoeveel containers ze op een bepaalde dag komen laden en lossen. De terminal kan dan inschatten wat de behoefte is aan capaciteit voor barge afhandeling. Ook voor deze informatie geldt dat het betrouwbaar moet zijn. Deze informatie uitwisseling is vooralsnog geen onderdeel van het PAT-systeem

5 Planning Apart Together Voorstel voor de opzet van het systeem agent De taak van de barge operator agent is het maken van afspraken met terminal operator agents, het voorstellen van alternatieve rotaties, het bijhouden wanneer geplande rotaties in gevaar komen als gevolg van vertragingen en het informeren van de planner wanneer een rotatie herzien moet worden. Informatie voor het plannen van een rotatie krijgt de barge operator agent vanuit de backoffice systemen. Voordat de agent een rotatie plant vraagt het de planner of de gegevens correct zijn. Op dat moment kan de planner ook een voorkeursrotatie opgeven. Nadat de agent de servicetijdprofielen heeft ontvangen stelt het alternatieve rotaties voor aan de planner. Deze kan een alternatief kiezen of zelf een alternatief voorstellen. Vervolgens bevestigt de agent de afspraken namens de barge operator planner. planners hebben de keuze om een rotatie in zijn geheel te plannen of alleen afspraken te maken met een deel van de terminals agent De taak van de terminal operator agent is het inplannen van barges. Hiervoor moet de terminal operator agent zelfstandig servicetijdprofielen kunnen aanmaken en afspraken kunnen bevestigen. De taak van de terminal operator planner is het toezicht houden op de agent, het informeren van de agent over de beschikbare capaciteit en het instrueren van de agent over de manier waarop capaciteit mag worden ingepland. De terminal operator planner maakt hiertoe een tactisch kadeplan. In dit plan geeft hij aan welke capaciteit aan welke barges aangeboden mag worden. Zo kan een terminal operator planner de agent vragen op woensdagochtend een tijdslot vrij te houden voor een bepaald schip dat wordt verwacht. Op een gegeven moment kan de planner besluiten (een deel van) deze reservering op te heffen. Het voordeel van een tactisch kadeplan is dat de terminal operator planner kan beïnvloeden wanneer welke schepen komen. Ook kan hij er zo voor zorgen worden dat schepen met grote call sizes niet per definitie lang hoeven te wachten, dat schepen die op korte afstand varen (en relatief laat plannen) toch een slot hebben en dergelijke. Naast eerder genoemde taken heeft de terminal operator de taak in te grijpen in geval van een calamiteit. Een calamiteit betreft een grote storing waardoor capaciteit voor langere tijd niet beschikbaar is voor barge afhandeling (zoals een kapotte kraan). Alle afspraken gedurende een calamiteit worden dan geannuleerd en de betreffende barge operators wordt verzocht een nieuwe afspraak te maken. Daarbij worden afspraken van betrouwbare barge operators zolang mogelijk gehandhaafd.

6 Planning Apart Together Voorstel voor de opzet van het systeem INFORMATIESYSTEEMARCHITECTUUR De IT-architectuur heeft een hub-and-spoke opzet, zoals weergegeven in Figuur 3. Dit betekent dat alle communicatie tussen barge operator agents en terminal operator agents via de hub gaat. Dit heeft een aantal voordelen, waaronder dat het aansluit bij het governance model dat we voorstellen in paragraaf 1.4. PAT-systeem Barge operator 1 agent 1 agent 1 Terminal operator 1 hub Barge operator 2 agent 2 agent 2 Terminal operator 2 Barge operator 3 agent 3 agent 3 Terminal operator 3 Figuur 3 De basis IT-architectuur van het PAT-systeem De hub heeft binnen het PAT-systeem de volgende taken. Allereerst zorgt het voor routering van berichten tussen de partijen. Daarnaast zorgt het voor autorisatie en authenticatie van partijen die via het PAT-systeem communiceren. Verder kan het de toestand van het systeem monitoren (zijn alle agents nog actief en zijn de responstijden acceptabel) en kan het regulerend optreden in de afhandeling van berichten. Tenslotte kan de hub informatie verzamelen om bijvoorbeeld de betrouwbaarheid van partijen te meten. De hub heeft geen invloed op de inhoud van de berichten of op de beslissingen van de agents. Via de hub is ook een koppeling mogelijk met andere systemen zoals PortBase en MisCoBiVa. Naast de hub zijn er barge en terminal operator agents. Deze kunnen gekoppeld worden met back-office systemen en draaien in principe op de server van elk van de partijen. We stellen verder voor het netwerkverkeer te versleutelen en mechanismen op te nemen die garanderen dat alleen de juiste partijen met elkaar communiceren (identificatie). Verder maken we gebruik van bestaande en bewezen standaarden en softwaretechnologie (zoals Service Oriented Architectures).

7 Planning Apart Together Voorstel voor de opzet van het systeem IMPLEMENTATIEAANPAK Voor de realisatie en implementatie van het PAT-systeem stellen we voor dezelfde werkpakketten te gebruiken die aangehouden zijn voor het haalbaarheidsonderzoek. Deze pakketten beschrijven een afgebakend probleemdomein, zijn in zichzelf overzichtelijk en planbaar en de relaties tussen de werkpakketten zijn goed aan te geven. Deze werkpakketten zijn weergegeven in Figuur 4. Specificatie agent functionaliteit, fine-tunen agent algoritmes, impact analyse op de performance systeem Ontwerp van de client interface, simuleren (naspelen) van de nieuwe manier van werken Definiëren en bouwen van de IT-architectuur, berichtenstandaarden, beveiligde communicatie Volgen van de implementatieaanpak, projectmanagement, verandermanagement, instructie en communicatie Samen ontwerpen en oprichten van een overkoepelende onafhankelijke beheerorganisatie van het PAT-systeem Specificeren van de business case Figuur 4 Opdeling van het project in zes werkpakketten De implementatieaanpak bestaat uit drie plateaus (zie Figuur 5). In elk van deze plateaus wordt in meer of meerdere mate parallel aan de zes werkpakketen gewerkt. De inhoud van deze plateaus wordt kort toegelicht in Figuur 5. Figuur 5 Drie plateaus in de opzet van het project In de drie plateaus wordt het prototype PAT getest met simulaties en spelsituaties. Multi- Agent systemen lenen zich goed voor deze aanpak. Verder geven we in de implementatie aandacht aan het organisatieoverschrijdende karakter van het project en laten we technologische ontwikkeling en organisatieverandering hand in hand gaan.

8 Planning Apart Together Voorstel voor de opzet van het systeem GOVERNANCE MODEL Als het PAT-systeem is gerealiseerd dient het beheerd en bestuurd te worden. We stellen daarvoor een governance model voor die als doel heeft risico s te beheersen die het succesvol gebruik van het systeem in gevaar kunnen brengen. s Havenbedrijf Universiteit Twente s Ministerie V&W NEBOTO PATsysteem PAT B.V. Figuur 6 Schematische weergave van de governance model De structuur die we voorstellen is gebaseerd op de situatie in de Nederlandse energiemarkt. Deze sector heeft inmiddels ervaring opgedaan met het gezamenlijk beheren van een stichting en een uitvoeringsorganisatie die het berichtenverkeer tussen actoren verzorgen. Er wordt een Nederlandse Vereniging van Barge Operators en Terminal Operators opgericht: de NEBOTO (zie Figuur 6). Leden van de vereniging zijn barge operators en terminal operators die het belang van coördinatie ondersteunen. Daarnaast zijn leden overheden (Verkeer en Waterstaat), havenbedrijven (Havenbedrijf Rotterdam) en universiteiten (Universiteit Twente). De vereniging kent een bestuur waarin de marktrollen evenredig vertegenwoordigd zijn. De vereniging heeft geen personeel in dienst. De vereniging heeft een uitvoeringsorganisatie PAT B.V., die het PAT-systeem beheert en opereert. Vanuit PAT wordt op strategisch niveau (directieniveau) contact gehouden met haar opdrachtgevers c.q. deelnemers, zodat PAT een strategische bijdrage kan leveren aan de bedrijfsoverstijgende coördinatieprocessen. De NEBOTO is leidend bij de totstandkoming van het beheer en de ontwikkeling van het PAT-systeem, besluit over beleidsvoorstellen in een Algemene Ledenvergadering en geeft opdrachten voor het ontwerpen, in standhouden en onderhouden van het PAT-systeem. De PAT B.V. rapporteert maandelijks gegevens over de prestatie van het systeem en van de deelnemers. Voor deelnemers worden betrouwbaarheidsindicatoren bepaald. Deze betrouwbaarheidsindicatoren meten: De correctheid van aangeleverde informatie Specifiek bedoelen we: kloppen de aangekondigde aantallen containers (voor laden en lossen) met de werkelijke aantallen die overgeslagen zijn. Deze controle kan worden uitgevoerd door een vergelijking te maken met de aantallen die in PortBase zijn geregistreerd. Het leveren van incorrecte informatie heeft een groot effect op de betrouwbaarheid van een partij.

9 Planning Apart Together Voorstel voor de opzet van het systeem 9 Het aantal keer en het moment waarop afspraken worden geannuleerd (en evt. opnieuw gepland) Hier geldt dat afspraken geannuleerd moeten kunnen worden, maar dat dit onwenselijker wordt naarmate het moment van afhandeling nadert. We stellen voor de betrouwbaarheid van een partij te laten bepalen door het aantal keren dat afspraken gewijzigd worden en het moment waarop deze wijzigingen plaatsvinden. Daarbij kan afgesproken worden dat een beperkt aantal wijzigingen vrij uitgevoerd mogen worden. Bij de meting van de betrouwbaarheid van een partij wordt niet gekeken naar de oorzaak van de onbetrouwbaarheid: te laat is te laat, ongeacht welke oorzaak daaraan ten grondslag ligt. Dus ook wanneer de oorzaak ligt bij een ander schip of een andere terminal. Dit geldt dus voor alle spelers. We stellen voor betrouwbaarheidsindicatoren te bespreken in de bijeenkomsten van de vereniging. Problemen worden besproken en oplossingsmaatregelen ingericht. Daarnaast kunnen er awards worden uitgereikt voor de best presenterende planners en partijen binnen PAT. De ervaring leert dat sociale druk al een grote bijdrage kan hebben aan prestatieverbetering. Als blijkt dat bepaalde partijen toch een groot verstorend effect hebben op de haven, kan in de NEBOTO worden overlegd hoe met deze partijen wordt omgegaan. Het havenbedrijf en het ministerie nemen deel aan NEBOTO als faciliterende en voorwaardenscheppende partijen. Het havenbedrijf erkent het belang van een goede doorstroom in de haven en goede benutting van bestaande en nieuwe capaciteit. Het ministerie streeft in het algemeen naar een betrouwbare, hoogwaardige en veilige infrastructuur die de positie van Nederland als logistiek knooppunt verder versterkt. Kennisinstellingen kunnen nemen deel aan NEBOTO om de werking van PAT te bestuderen en verder te optimaliseren. Er wordt naar gestreefd het systeem verder te ontwikkelen en te bekijken of planning bij andere knooppunten op vaarroutes op dezelfde manier kunnen worden ondersteund. De Universiteit Twente heeft een belangrijke rol gespeeld bij de totstandkoming van PAT en zal dan ook deelnemen in NEBOTO.

10 Planning Apart Together Voorstel voor de opzet van het systeem 10 CONTACT GEGEVENS Dit onderzoek is uitgevoerd in het kader van het BSIK programma Transumo ( Transumo is de afkorting van TRANsition to SUstainable MObility. Het is een platform van bedrijven, overheden en kennisinstellingen die gezamenlijk kennis ontwikkelen op het gebied van duurzame mobiliteit. Belangrijk is de transitie van theorie naar praktijk. Binnen Transumo zijn 150 partijen betrokken. Het project is gestart in 2004 en loopt tot Nadere informatie over dit project wordt u graag verstrekt door: dr. ir. A.M. Douma Universiteit Twente Fac. Management en Bestuur Vakgroep Operationele Methoden voor Productie en Logistiek Capitool PL Enschede prof. dr. J. van Hillegersberg Universiteit Twente Fac. Management en Bestuur Vakgroep Information Systems and Management of Change Capitool PL Enschede