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CPGEI (Qualificação) Roni Fabio Banaszewski 20/04/12

Qualificação de Doutorado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
Quando 20/04/2012
das 14h00 até 18h00
Onde Sala de Defesas C301
Nome do Contato Prof. Cesar Augusto Tacla
Participantes Prof. Cesar Augusto Tacla , Dr. Orientador - UTFPR
Prof. Jean Marcelo Simão, Dr. Co-orientador - UTFPR
Banca examinadora:
Prof. Cesar Augusto Tacla , Dr. Presidente - UTFPR
Prof. Artur Alves Pessoa , Dr. - UFF
Prof. Jean Marcelo Simão, Dr - UTFPR
Profª. Lúcia Valéria Ramos de Arruda , Dr. - UTFPR
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Mecanismos Baseados em Leilões Multiagentes para Aplicação no Problema de Planejamento de Transferências de Produtos no Segmento Downstrem do Sistema Logístico Brasileiro de Petróleo

Resumo: A cadeia de suprimentos da indústria brasileira de petróleo é composta por bases de produção (e.g. refinarias), armazenamento (e.g. terminais) e consumo (e.g. mercados consumidores) e modais de transportes, tais como oleodutos, navios, caminhões e trens. O planejamento da transferência de derivados de petróleo nesta rede multimodal é um problema complexo e atualmente é realizado para um horizonte de três meses com base na experiência de profissionais e sem auxílio de um sistema computacional de apoio à decisão. Basicamente, o problema pode ser visto como uma negociação para alocação de recursos disponíveis, tais como derivados de petróleo, tanques e modais de transporte, pelas diferentes bases envolvidas que necessitam enviar ou receber derivados de petróleo.
Na literatura, alguns problemas semelhantes, porém mais voltados para o planejamento de redes formadas por um único tipo de modal de transporte, têm sido tratados por diferentes abordagens, com predominância da programação matemática. Estes trabalhos ilustram a difícil tarefa de modelar grandes problemas por meio desta abordagem. Geralmente, tais trabalhos consideram apenas um curto horizonte de planejamento ou apenas uma parte do problema original, tal como uma parte da rede petrolífera brasileira, gerando limitações importantes para os modelos desenvolvidos. Devido às características do problema em estudo, o qual envolve toda a rede de transporte e apresenta perfil de negociação entre as diferentes entidades envolvidas, surge o interesse da utilização do paradigma de sistemas multiagentes para resolver o problema. O paradigma de agentes têm sido aplicado a problemas de diferentes contextos, particularmente em problemas de gerenciamento de cadeias de suprimentos devido à sua correspondência natural com a realidade e, em geral, em problemas que envolvem a competição por recursos por meio de mecanismos de negociação com base em leilões. Neste trabalho, apresentam-se dois modelos baseados em leilão para resolução do problema de planejamento em questão. Os agentes que formam as soluções representam principalmente os locais de produção, armazenamento, consumo e os modais de transporte na rede petrolífera brasileira. O objetivo destes agentes é manter um nível de estoque diário adequado de cada produto por meio de movimentações de produtos pela rede petrolífera brasileira com um baixo custo de transporte.
Neste sentido, a primeira solução permite a execução de leilões em simultâneo com a ajuda de um agente escalonador para evitar o acesso concorrente ou a necessidade de um leilão específico para cada recurso compartilhado. A segunda solução também permite a execução de leilões simultâneamente, mas não há necessidade de um agente escalonador. Esta solução permite uma maior interatividade entre os agentes que envolve a possibilidade de cancelamento de acordos a qualquer momento por ambas as partes do leilão. Atualmente, a primeira solução se encontra em versão funcional e a segunda se encontra em fase de implementação. Nesta qualificação, os modelos de ambas as soluções são apresentados, sendo que o primeiro modelo é também experimentado em um cenário real da cadeia petrolífera brasileira. Os resultados obtidos com o experimento são satisfatórios e estimulam a continuação do desenvolvimento dos trabalhos com o paradigma de agentes.
Palavras-chave: multiagentes, leilão, planejamento, derivados de petróleo, transporte

Mechanisms Based on Multiagent Auctions for Application in the Planning Problem of Transference of Products in the Downstream Segment of the Brazilian Logistic System of Petroleum

Abstract: The Brazilian oil supply chain is composed by oil refineries, consumer markets, terminals for intermediary storage and several transportation modals, such as pipelines, ships, trucks and trains. The transportation planning of oil products in this multimodal network is a complex problem that is currently performed manually based on expertise, for a period of three months, due to the lack of a software system to cover the problem complexity. Such problem involves the negotiation of available resources such as oil products, tanks and transportation modals between different sources and consumption points. Similar problems, but more directed to the planning of single modes of transportation, have been treated by different approaches, mainly mathematical programming. Such works illustrate the difficult task of modeling large problems with this mechanism. Generally, they consider a short horizon planning or only part of the original problem, such as a part of the network, rendering important limitations to the models developed. Due to the characteristics of the problem in study where the full network needs to be considered and there exists negotiation amongst the different entities involved, the usage of multi-agent models seems to be worth to explore. Such models have been applied in different contexts such as to supply chain problems due its natural correspondence with the reality. Furthermore, in problems involving competition for resources, multi-agents negotiation mechanisms based on auctions are commonly applied. Thus, this qualification presents two auction-based solutions formed by the cooperation among agents for them to achieve their goals. The agents involved in the auctions represent mainly the production, storage and consumption locations. Their goal is to maintain a daily suitable inventory level for each product by means of transportation through the multimodal network at a low transport cost. More precisely, the first solution allows the execution of auctions simultaneously with the aid of a scheduler agent to avoid concurrent access or the necessity of a particular auction to each shared resource. The second solution also allows the execution of auctions simultaneously, but there is no need of a scheduler agent. This solution allows a greater interactivity among the agents involving the possibility of cancelling of agreements at any time by both sides of the auction. Currently, the first solution is in a functional version and the second one is in the implementation phase. Therefore, in this qualification, the models of the both solutions are completely explained and the first model is experimented under a real scenario of the Brazilian oil supply chain. The results obtained are satisfactory and instigates the continuation of the development of the works.
Keywords: multi-agent, auction, planning, oil derivatives, transport

Lista de publicações:
• Pereira, F. R., Banaszewski, R. F., Simão, J.M., Tacla, C.A. (2010). Método Baseado em Detecção de Mudanças para Determinar Preço de Oferta de Pedidos de Clientes no Ambiente TAC-SCM. WESAAC 2010 - IV Workshop-Escola de Sistemas de Agentes, seus Ambientes e aplicações. Rio Grande - RS.
• Banaszewski, R. F., Tacla, C. A., Pereira, F. R., Arruda, L. V., Enembreck, F. (2010). Planning Transport of Crude Oil Derivatives with Simultaneous Auctions. IEEE Conference on Systems, Man and Cybernetics, Istambul, Turquia.
• Banaszewski, R. F., Pereira F. R., Arruda, L. V., Simão, J. M., Tacla, C. A., (2010). Simultaneous Auctions in Transport Planning of Multiple Derivatives of Oil in Multi-Modals Networks. 42º Simpósio Brasileiro de Pesquisa Operacional (SBPO). Bento Gonçalves, RS.
• Banaszewski, R. F., Nogueira, K. E., Simão, J. M., Arruda, L. V., Tacla, C. A. (2011). Uma Extensão ao Protocolo Contract-Net Aplicado ao Problema de Planejamento de Transporte de Derivados de Petróleo. V Workshop-Escola de Sistemas de Agentes, seus Ambientes e ApliCações (WESAAC 2011). Curitiba - Brazil: 39-50.
• Banaszewski, R. F., Nogueira, K. E., Simão, J. M., Arruda, L. V., Tacla, C. A. (2012). "Protocolo de Leilões Simultâneos com Escalonamento: Aplicação ao Problema de Planejamento de Movimentações de Derivados de Petróleo." Revista de Informática Teórica e Aplicada – RITA. Submetido.
• Banaszewski, R. F., Nogueira, K. E., Arruda, L. V., Simão, J. M., Tacla, C. A., Relvas, S., Barbosa-Póvoa, A.P. (2012). Transportation Planning of Oil Products: An application of multi-agents auction-based protocol with improvements in the bidding strategy. 22nd European Symposium on Computer Aided Process Engineering. Londres - Inglaterra, Elsevier. Submetido.

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