Vers un système d'aide à la décision pour la gestion portuaire tactique et opérationnelle

Towards a decision support system for tactical and operational port management

• Auteur / Autrice : Hamza Bouzekri
• Direction : Gülgün Alpan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Industriel conception et production
• Date : Soutenance le 04/02/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sciences pour la conception, l'optimisation et la production (Grenoble, Isère, France)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Laure Espinouse
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : José Fernando Oliveira
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Éric Sanlaville, Marie-Ange Manier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes d'aide à la décision

Ports -- Administration

Mots clés libres

Gestion portuaire

Allocation des postes à quai

Allocation des planches

Allocation des grues de quai

Allocation des espaces de stockage

Système d'aide à la décision

Port management

Berth allocation

Laycan allocation

Quay crane assignment

Storage space allocation

Decision support system

Résumé

La chaine logistique portuaire est un maillon très sensible au sein d’une chaine logistique globale. Elle conditionne fortement la performance des chaînes logistiques intégrées faisant appel au transport maritime pour distribuer des produits sur un marché mondial. Le respect des délais de livraison et la réduction des couts des différentes opérations portuaires tout en tenant compte de la productivité du port sont essentiels dans le domaine maritime. Par conséquent, la bonne gestion et la maîtrise de la chaine logistique portuaire constituent un enjeu stratégique et facteur clé de compétitivité. Se pose alors la question de savoir comment peut-on améliorer la planification des opérations portuaires. L’objectif de cette thèse est ainsi de développer des modèles d’aide à la décision pour assurer une gestion efficace et efficiente des opérations portuaires tactiques et opérationnelles.Premièrement, nous avons intégré trois problèmes liés à la gestion portuaire vu les fortes interrelations qui existent entre eux : le problème de l’allocation des planches, le problème de l’allocation des postes à quai sous sa version continue et dynamique et le problème de l’allocation des grues de quai sous sa version qui ne varie pas en fonction du temps. Nous avons pris en compte plusieurs caractéristiques et contraintes rarement étudiées ensemble comme la multiplicité des quais et la variation de leur profondeur, les restrictions de passage des navires par les chenaux de navigation liées aux marées, les clauses contractuelles de la charte-partie et les périodes de non-travail. Ensuite, nous avons étendu le problème intégré au problème de l’allocation des grues de quai spécifiques. Ce dernier consiste à allouer un ensemble de grues de quai à chaque navire en tenant compte de la productivité et la portée des grues de quai.Deuxièmement, nous avons intégré le problème de l’allocation des planches et le problème de l’allocation des postes à quai sous sa version hybride et dynamique dans le contexte des ports vraquiers. Ce problème intégré prend en compte les caractéristiques et les contraintes communes des ports, citées précédemment, ainsi que celles spécifiques aux ports vraquiers, à savoir les contraintes d’acheminement par convoyeur entre les hangars de stockage et les postes à quai avec des activités de maintenance préventive et la multiplicité des types de marchandises dans un même navire.Troisièmement, vu la forte interaction entre les opérations de production, de stockage et du port, nous avons développé un système d’aide à la décision pour la planification de ces trois maillons successifs dans une chaine logistique d’engrais. Cet outil de planification encapsule un modèle existant d’ordonnancement des lignes de production d’engrais, le modèle du problème intégré de l’allocation des planches et des postes à quai pour les ports vraquiers et un nouveau modèle pour le problème de l’allocation des espaces de stockage. L’objectif est d’aligner les décisions relatives à la production et au stockage avec les demandes des navires, assurant ainsi une consistance dans la prise de décision.L’efficacité de nos modèles est démontrée par une série de tests expérimentaux sur un ensemble de jeux de données générés et des études de cas réels inspirées par les opérations du Groupe OCP, leader mondial sur le marché des phosphates et de ses dérivés, dans le complexe chimique de Jorf Lasfar au Maroc, plus grand complexe d’engrais du monde.

The port logistics chain is a very sensitive link in a global supply chain. It strongly conditions the performance of integrated logistics chains involving maritime transport to distribute products in the global marketplace. Meeting delivery dates and reducing the costs of port operations, while considering the port productivity, are essential points in the maritime sector. Consequently, the sound management and control of the port logistics chain constitute a strategic challenge and key factor of competitivity. The problem then arises of how to improve the planning of port operations. Thus, the objective of this thesis is to develop decision support models to ensure an effective and efficient management of tactical and operational port operations.First, we integrate three main decision problems related to seaside operations in ports due to the strong interrelations existing between them: the Laycan Allocation Problem (LAP), the continuous dynamic Berth Allocation Problem (BAP) and the time-invariant Quay Crane Assignment Problem (QCAP). We consider several characteristics and constraints rarely studied together such as the multiplicity of quays, the variation of water depth, navigation channel restrictions related to tides, charter party clauses and non-working periods. Then, we extend the integrated problem to the Specific Quay Crane Assignment Problem (QCASP), which includes the assignment of a set of specific quay cranes to each vessel considering the productivity of quay cranes and their maximum outreach.Second, we integrate the LAP and the hybrid dynamic BAP in the context of bulk ports considering the common characteristics and constraints of ports cited above, as well as specific bulk port characteristics and constraints. These are mainly the conveyor routing constraints between storage hangars and berthing positions under preventive maintenance activities and the multiplicity of cargo types on the same vessel. Since each berthing position has a fixed bulk-handling crane, QCAP decisions are not addressed in the case of bulk ports.Third, since there is a strong interaction between production, storage, and port operations, we develop a DSS for planning these three successive echelons in a fertilizer supply chain. This planning tool encapsulates an existing production scheduling model, the berth scheduling model for bulk ports, and a new model for the Storage Space Allocation Problem. The aim is to align production and storage decisions with vessel demands, ensuring consistency in decision-making.The efficiency of our models is shown through extensive computational experiments on generated problem instances and real case studies inspired by the operations of OCP Group, a global leader in the phosphate market and its derivatives, at the Jorf Lasfar chemical platform in Morocco, the largest fertilizer complex in the world.