Análisis, Simulación y Optimización de las Operaciones en el Lado Aire del Aeropuerto de Sevilla mediante un Modelo de Eventos Discretos

Proyecto Fin de Carrera Ingeniería de Telecomunicación Formato de Publicación de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Autor: F. Javier Payán Somet Tutor: Juan José Murillo Fuentes Dep. Teoría de la Señal y Comunicaciones Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2013 Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería Aeroespacial Análisis, Simulación y Optimización de las Operaciones en el Lado Aire del Aeropuerto de Sevilla mediante un Modelo de Eventos Discretos Autor: Cristian Alberto González Sánchez Tutor: D. Ignacio Eguía Salinas Dpto. de Organización Industrial y Gestión de Empresas I Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2022 Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería Aeroespacial Análisis, Simulación y Optimización de las Operaciones en el Lado Aire del Aeropuerto de Sevilla mediante un Modelo de Eventos Discretos Autor: Cristian Alberto González Sánchez Tutor: D. Ignacio Eguía Salinas Catedrático Dpto. de Organización Industrial y Gestión de Empresas I Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2022 Trabajo Fin de Grado: Análisis, Simulación y Optimización de las Operaciones en el Lado Aire del Aeropuerto de Sevilla mediante un Modelo de Eventos Discretos Autor: Cristian Alberto González Sánchez Tutor: D. Ignacio Eguía Salinas El tribunal nombrado para juzgar el trabajo arriba indicado, compuesto por los siguientes profesores: Presidente: Vocal/es: Secretario: acuerdan otorgarle la calificación de: El Secretario del Tribunal Fecha: Agradecimientos Antes de comenzar con el trabajo, me gustaría dar las gracias a todos los que me han ofrecido su apoyo durante la realización de mi proyecto. En primer lugar, mi familia, por el apoyo emocional y la paciencia que tienen conmigo, también a mis compañeros durante este curso, Miguel Ángel Alcaide, Antonio Juan Urbano y Álvaro Serrano, con los que he convivido y he pasado tan buenos momentos. No se me puede olvidar dar las gracias a mi tutor Ignacio Eguía Salinas por toda su ayuda, pues ha sido quien me ha guiado por este camino completamente nuevo para mi. Por último, agradecer a todos los profesores del grado por ofrecerme sus conocimientos y hacerme ser quien soy hoy día. Muchas gracias. Cristian Alberto González Sánchez Estudiante del Grado en Ingeniería Aeroespacial Sevilla, 2022 I Resumen El presente trabajo se centra en el modelado y desarrollo de las operaciones aeroportuarias referentes a los movimientos de flotas aéreas del aeropuerto de Sevilla, mediante una herramienta de simulación de eventos discretos para su posterior optimización de capacidad. Se comienza con una introducción sobre el aeropuerto de Sevilla, sobre el cual se realiza el estudio de este proyeto, enfocándonos sobre todo en las características referentes al lado aire (pista, calles de rodaje, aparcamientos). Posteriormente se ponen en contexto los tipos de operaciones a estudiar, introduciendo el número de aviones y recursos a tener en cuenta, es decir, se explican los actores que participan en la operativa y se analizan los diferentes procesos que tienen lugar durante dichas operaciones. Tras ésto, se introduce el software de simulación de eventos discretos utilizado, el desarrollo de la simulación y la validación de la misma tras su comparación con resultados reales. Finalmente se realizan unas reflexiones sobre mejoras para aumentar las prestaciones y conseguir optimizar los resultados, y se acaba con unas conclusiones alcanzadas tras el desarrollo de este trabajo. III XÍndice de Figuras 3.25 Comparación de los casos 30 3.26 Comparación de los tiempos totales ocupación de pista según cada caso de frenada 32 3.27 Nomenclatura de velocidades de despegue y ascenso,[21] 33 3.28 Despegue de aeronaves ligeras 33 3.29 Despegue de aeronaves medianas 34 3.30 Despegue de aeronaves grandes 34 3.31 Comparación despegue distintos grupos de aeronaves. 35 3.32 Relación de las actividades que componen la escala de la aeronave, [22] 36 3.33 Tareas en orden a realizar en el Handling de aeronaves 37 3.34 Diagrama Espacio-Tiempo para Operaciones Mixtas, [23] 38 3.35 Separaciones mínimas entre llegadas (nm), [23] 39 3.36 Probabilidad de violar la separación mínima, [23] 40 3.37 Diagrama de Pareto 42 3.38 Diagrama de Pareto caso 2 44 3.39 Diagrama de Pareto Completo 45 4.1 Análisis de Sistemas 48 4.2 Estructura jerárquica de Arena, [24] 50 4.3 Ventana principal de Arena 51 4.4 Bloque Create 51 4.5 Bloque Decide 52 4.6 Bloque Process 52 4.7 Bloque Dispose 52 4.8 Bloque Assign 52 4.9 Bloque Record 53 4.10 Bloque ReadWrite 53 4.11 Llegadas en un día seleccionado 56 4.12 Salidas un día seleccionado 59 4.13 Comprobación en diagrama de Pareto 59 4.14 Bloque de Aterrizaje 61 4.15 Bloque de Lado Aire 62 4.16 Bloque de Despegue 63 4.17 Modelo de Arena empleado 64 4.18 Modelo de Arena empleado en funcionamiento 65 4.19 Procesamiento aeronaves Small 66 4.20 Procesamiento aeronaves Large 66 4.21 Uso de los recursos 68 4.22 Contador de aviones 69 4.23 Procesamiento aeronaves Small 69 4.24 Procesamiento aeronaves Large 70 4.25 Procesamiento aeronaves Heavy 70 4.26 Uso de los recursos 72 4.27 Contador de aviones 73 4.28 Procesamiento aeronaves Small 73 4.29 Procesamiento aeronaves Large 74 4.30 Procesamiento aeronaves Heavy 74 4.31 Uso de los recursos 76 4.32 Contador de aviones 77 5.1 Evolución del tiempo de proceso, variando personal y ctes. resto de recursos 82 5.2 Uso de los recursos 85 5.3 Contador de aviones 85 5.4 Procesamiento aeronaves Small 86 5.5 Procesamiento aeronaves Large 86 5.6 Procesamiento aeronaves Heavy 87 5.7 Previsión del tráfico de aeronaves según el Plan Director vs Estadísticas reales de AENA 88 5.8 Previsión del tráfico de aeronaves hasta el año 2040 88 Índice de Figuras XI 5.9 Procesamiento aeronaves Small 89 5.10 Procesamiento aeronaves Large 89 5.11 Procesamiento aeronaves Heavy 90 5.12 Uso de los recursos 91 5.13 Contador de aviones 92 5.14 Procesamiento aeronaves Small 93 5.15 Procesamiento aeronaves Large 93 5.16 Procesamiento aeronaves Heavy 94 5.17 Comparación del tiempo de colas en minutos de la simulación optimizada y sin optimizar 94 5.18 Puertas de embarque, [25] 95 5.19 Alternativa 1, [26] 96 5.20 Alternativa 2, [26] 96 5.21 Alternativa 3, [26] 97 5.22 Procesamiento aeronaves Small 97 5.23 Procesamiento aeronaves Large 98 5.24 Procesamiento aeronaves Heavy 98 5.25 Uso de los recursos 100 5.26 Contador de aviones 100 5.27 Comparación colas más significativas del caso con 2 pistas y con 1 pista 101 Índice de Tablas 2.1 Características de la pista, [2] 6 2.2 Más características de la pista, [2] 6 2.3 Distancias declaradas, [2] 6 2.4 Distancias desde principio RWY 27 hasta entradas a las calles de rodaje 7 3.1 Evolución de las operaciones respecto del año anterior, [12][27] 16 3.2 Estadísticas del tráfico aéreo,AENA ,[27] 16 3.3 Estadísticas Nacionales e Internacionales ,[27] 16 3.4 Aeronaves que operan en el aeropuerto de Sevilla, 2019 25 3.5 Tabla simplificada final 25 3.6 Velocidades de rodaje establecidas por grupo 27 3.7 Caso de frenadas 1 27 3.8 Caso de frenadas 2 27 3.9 Caso de frenadas 3 28 3.10 Caso 1: tiempo de separación 28 3.11 Caso 2: tiempo de separación 28 3.12 Caso 3: tiempo de separación 28 3.13 Distancias a recorrer de calle de rodaje en aterrizaje 30 3.14 Velocidad de rodaje por grupo 30 3.15 Tiempos de recorrido de calles de rodaje por grupo de aeronave 31 3.16 Tiempos de pista + rodaje. Caso 1 31 3.17 Tiempos de pista + rodaje. Caso 2 31 3.18 Tiempos de pista + rodaje. Caso 3 31 3.19 Velocidades de despegue establecidas comparadas con resto de velocidades consideradas. 33 3.20 Aceleraciones, tiempo y distancia de despegue. 34 3.21 Tareas para aeronaves en escala, [28] 35 3.22 Tiempos de Handling por categoría. 37 3.23 Separación mínima Llegadas-Llegadas (nm) 39 3.24 Separación mínima Salidas-Salidas (sg) 39 3.25 Tabla de tiempo de ocupación de pista 39 3.26 Huecos producidos entre aterrizajes 42 3.27 Separación mínima Llegadas-Llegadas, pto. 2 (nm) 43 3.28 Huecos producidos entre aterrizajes 44 4.1 Horarios de Llegadas 56 4.2 Horarios de Salidas 59 4.3 Tabla del bloque Create empleado 60 4.4 Schedule empleado para introducir las llegadas 61 4.5 Colas y tipo de prioridad 62 4.6 Tiempos sin valor agregado (NVA Time), Tiempos de espera (Wait Time), Tiempos ociosos total (Total Time) y Trabajo en Proceso (WIP) 67 XIII XIV Índice de Tablas 4.7 Aviones que entran y salen del sistema 67 4.8 Tiempo de colas en minutos, Heavy 67 4.9 Tiempo de colas en minutos, Large 68 4.10 Tiempo de colas en minutos, Small 68 4.11 Cantidad de veces que se emplea cada recurso 68 4.12 Contador de aviones 69 4.13 Tiempos sin valor agregado (NVA Time), Tiempos de espera (Wait Time), Tiempos ociosos total (Total Time) y Trabajo en Proceso (WIP) 71 4.14 Aviones que entran y salen del sistema 71 4.15 Tiempo de colas en minutos, Heavy 71 4.16 Tiempo de colas en minutos, Large 72 4.17 Tiempo de colas en minutos, Small 72 4.18 Cantidad de veces que se emplea cada recurso 72 4.19 Contador de aviones 73 4.20 Tiempos sin valor agregado (NVA Time), Tiempos de espera (Wait Time), Tiempos ociosos total (Total Time) y Trabajo en Proceso (WIP) 75 4.21 Aviones que entran y salen del sistema 75 4.22 Tiempo de colas en minutos, Heavy 75 4.23 Tiempo de colas en minutos, Large 76 4.24 Tiempo de colas en minutos, Small 76 4.25 Cantidad de veces que se emplea cada recurso 76 4.26 Contador de aviones 77 4.27 Tiempos sin valor agregado (NVA Time), Tiempos de espera (Wait Time), Tiempos ociosos total (Total Time) y Trabajo en Proceso (WIP) 77 4.28 Aviones que entran y salen del sistema 78 4.29 Tiempo de colas en minutos, Heavy 78 4.30 Tiempo de colas en minutos, Large 78 4.31 Tiempo de colas en minutos, Small 78 4.32 Uso de los recursos 79 5.1 Uso máximo y mínimo de recursos al mismo tiempo 81 5.2 Evolución del tiempo variando la cantidad de personal 82 5.3 Aumento de la capacidad de los recursos 82 5.4 Uso máximo y mínimo de recursos al mismo tiempo 83 5.5 Tiempos sin valor agregado (NVA Time), Tiempos de espera (Wait Time), Tiempos ociosos total (Total Time) y Trabajo en Proceso (WIP) 83 5.6 Aviones que entran y salen del sistema 83 5.7 Tiempo de colas en minutos, Heavy 83 5.8 Tiempo de colas en minutos, Large 84 5.9 Tiempo de colas en minutos, Small 84 5.10 Cantidad de veces que se emplea cada recurso 85 5.11 Contador de aviones 85 5.12 Tiempos sin valor agregado (NVA Time), Tiempos de espera (Wait Time), Tiempos ociosos total (Total Time) y Trabajo en Proceso (WIP) 90 5.13 Aviones que entran y salen del sistema 90 5.14 Tiempo de colas en minutos, Heavy 90 5.15 Tiempo de colas en minutos, Large 91 5.16 Tiempo de colas en minutos, Small 91 5.17 Cantidad de veces que se emplea cada recurso 91 5.18 Contador de aviones 92 5.19 Uso máximo y mínimo de recursos al mismo tiempo 95 5.20 Tiempos sin valor agregado (NVA Time), Tiempos de espera (Wait Time), Tiempos ociosos total (Total Time) y Trabajo en Proceso (WIP) 99 5.21 Aviones que entran y salen del sistema 99 5.22 Tiempo de colas en minutos, Heavy 99 5.23 Tiempo de colas en minutos, Large 99 5.24 Tiempo de colas en minutos, Small 99 Índice de Tablas XV 5.25 Cantidad de veces que se emplea cada recurso 100 5.26 Contador de aviones 100 1Objetivos y alcance del proyecto 1.1 Introducción La creciente demanda de transporte aéreo provoca congestión y retrasos, que se están convirtiendo en una parte cada vez más común de las operaciones aeroportuarias normales. Las incertidumbres asociadas con estos problemas dificultan que los aeropuertos, las aerolíneas y los proveedores de servicios de tránsito aéreo gestionen el tráfico aéreo con la mayor calidad posible. Entre otras cosas, la congestión de la capacidad en los aeropuertos también genera importantes ineficiencias financieras y ambientales. La capacidad es un factor que es inversamente proporcional al tiempo que las aeronaves están en el aeropuerto. Por lo tanto, interesa que estén el menor tiempo posible, es decir, que exista un flujo constante de entradas y salidas. Para esto, se debe ocupar el mínimo tiempo posible las pistas de aterrizaje, como otros recursos implicados. La complejidad de la evaluación de problemas, o la gran cantidad de variaciones, no le da al diseñador o gerente una opción de solución óptima utilizando herramientas clásicas. Dada la incertidumbre del desarrollo y los requisitos del transporte, la presión del tiempo, la financiación limitada y la falta de disponibilidad de herramientas modernas, es difícil hablar de optimización general del sistema. Por lo tanto, es muy conveniente utilizar técnicas y tecnologías avanzadas que nos ayuden a resolver este tipo de problemas. Estos incluyen modelado y simulación. El Aeropuerto de Sevilla-San Pablo o Aeropuerto de Sevilla (IATA: SVQ, ICAO: LEZL) [ 29 ], ubicado al sur del país, opera en la región de Andalucía Occidental, siendo el sexto aeropuerto más concurrido de España. Figura 1.1 Aeropuerto de Sevilla [1]. 1 2Capítulo 1. Objetivos y alcance del proyecto 1.2 Objetivos El objetivo principal de este trabajo es el diseño y desarrollo de un modelo de simulación para el lado aire del Aeropuerto de Sevilla, dedicado principalmente al tiempo de espera y de proceso de los diferentes aviones que aterrizan y despegan en este aeropuerto. Con esto se pretende aportar datos e información que nos ayuden posteriormente a estudiar el comportamiento del aeropuerto ante diferentes escenarios y eventos de la forma más óptima posible, siendo segura y económica. Para poder realizar una simulación que sea lo más parecido posible a la realidad, se plantean los siguientes objetivos parciales, de tal forma que con cada uno de ellos tengamos una mejor comprensión del problema al que nos enfrentamos y podamos realizar un mejor modelado del mismo. Entre ellos tenemos: •Dimensiones de las diferentes distancias declaradas de pista y calles de rodaje. •Recogida de información y datos sobre el tráfico aéreo y operaciones. •Cálculo de la capacidad de la pista del aeropuerto. •Análisis de los procesos y eventos que se llevan a cabo durante la estancia en el lado aire. • Realización del modelo de los procesos a tener en cuenta mediante el software Arena Simulation de Rockwell Software. •Comparación de los resultados obtenidos con la realidad y propuesta de mejoras. 1.3 Estructura 3 1.3 Estructura En la siguiente ilustración se representan los diferentes capítulos en los que está dividido este trabajo y que se van a seguir jerárquicamente en el desarrollo del mismo. Figura 1.2 Diagrama sobre el procedimiento a seguir en el proyecto. 10 Capítulo 2. Instalaciones del Aeropuerto de Sevilla 2.4 Servicios e instalaciones para carga y mantenimiento En el aeropuerto se dispone de instalaciones para el manejo de carga, camiones cisterna para el repostaje de combustible y servicios de handling de aviación general y de mantenimiento de aeronaves. No se disponen de instalaciones para el deshielo, de espacio disponible en hangares y tampoco instalaciones para reparaciones. •Manejo de carga: tanto carga como descarga de mercancías. Figura 2.7 Manejo de carga, [5]. •Repostaje de combustible. Figura 2.8 Repostaje de combustible [6]. •Servicios de handling: transporte de equipajes y embarque y desembarque de pasajeros. Figura 2.9 Servicios de handling, [7]. 2.4 Servicios e instalaciones para carga y mantenimiento 11 •Mantenimiento de aeronaves. Figura 2.10 Mantenimiento de aeronaves, [8]. Es por ello, que en el proceso de las aeronaves se tendrá en cuenta el tiempo de aterrizaje, de recorrido de pista y calles de rodaje, entrada en zona de desembarque y descarga, tiempos de servicios de handling y mantenimiento junto con repostaje de combustible, y finalmente, tiempo de espera para embarque y carga, para posterior despegue. Para cumplir con estos servicios, se considerarán dos actores esenciales, que son el personal de trabajo y los camiones y vehículos de transporte que transportarán desde combustible, mercancías, equipajes y pasajeros, hasta los trabajadores de mantenimiento o de revisión de las aeronaves. •Personal de trabajo. Existen muchos puestos de trabajo disponibles en los aeropuertos [ 31 ], tanto en las instalaciones como fuera en la pista. Los trabajadores de la pista del aeropuerto desempeñan un papel muy importante en el funcionamiento del avión, los equipajes, la reparación de equipos mecánicos y en la carga de combustible de la aeronave. Sin este tipo de profesionales, los aeropuertos no serían capaces de trabajar y funcionar correctamente. – Transportistas de equipaje, correo y mercancías. Los maleteros cargan y descargan equipajes de pasajeros y envíos de correo. Operando carretillas elevadoras y transportadores, los maleteros levantan el equipaje y lo cargan en los compartimentos de equipaje de la aeronave para que los artículos puedan llegar a sus destinos. También conducen carritos de equipaje a la planta principal del aeropuerto para que los pasajeros puedan recuperar su equipaje personal. – Transportistas de combustible. Los gasolineros de aviones trabajan en la pista transportando combustible a las aeronaves. Ellos conducen un camión de abastecimiento de combustible a las aeronaves, sacan la manguera y la boquilla y la unen al tanque de combustible del avión. – Encargados de seguridad y especialistas en operaciones. Un especialista en el funcionamiento del aeropuerto cuenta con funciones de trabajo relacionadas con la seguridad de las aeronaves y la puntualidad de los aviones que salen de las calles de rodaje y las superficies de rampa. El especialista se comunica con la torre de control para reposicionar los aviones en la pista. También lleva a cabo operaciones de invierno, publicando las condiciones actuales del tiempo sobre los aviones de salida y llegada. – Mecánicos de aviones. Los mecánicos de aviones realizan muchas funciones en los sistemas de los aviones y en el cuerpo del mismo. Realizan el mantenimiento preventivo en los motores, los trenes de aterrizaje y el aire acondicionado. El mecánico inspecciona y recolecta información de diagnóstico fundamental en las operaciones básicas del avión. También mantiene un registro del mantenimiento realizado para evaluar las cuestiones relativas a la continuidad de la aeronave. 12 Capítulo 2. Instalaciones del Aeropuerto de Sevilla •Camiones y vehículos de transporte. En un aeropuerto hacen falta una cantidad muy alta de vehículos de diferente tipo para llevar a cabo de forma más rápida y eficaz las tareas necesarias. En este proyecto se tendrán en cuenta los siguientes vehículos: – Jardineras. Son los vehículos encargados del transporte de las personas desde el avión hasta la terminal. Figura 2.11 Jardineras de un aeropuerto, [9]. – Camiones cisterna. Son los camiones encargados del transporte y repostaje del combustible necesario para las aeronaves. Figura 2.12 Camión cisterna, [10]. 2.4 Servicios e instalaciones para carga y mantenimiento 13 – Carros de equipaje. Son los vehículos cuya misión es el transporte desde las aeronaves hasta la zona de la terminal de los equipajes, correo y mercancías que pueda traer el avión. Figura 2.13 Carros de equipaje, [11]. 3Operaciones en el Aeropuerto de Sevilla 3.1 Aeronaves que operan en el aeropuerto Para obtener el caso más extremo en el aeropuerto de Sevilla [ 12 ], se ha escogido el año con mayor tráfico, es decir, el año 2019 con un total de 64112 operaciones y 7544357 pasajeros en total, suponiendo un aumento del 18.2% respecto del año 2018. El mes más concurrido fue el de abril con un total de 682786 pasajeros, siendo un incremento del 21.5% respecto del mes de abril de 2018. Figura 3.1 Evolución anual comparado respecto del año anterior, [12]. Figura 3.2 Evolución mensual comparado respecto del mes anterior, [12]. 15 16 Capítulo 3. Operaciones en el Aeropuerto de Sevilla Tabla 3.1 Evolución de las operaciones respecto del año anterior, [12][27]. Año Operaciones Incremento anual (%) Mercancía (kg) Incremento anual (%) 2005 55 423 +25,3% 6 362 465 +25,9% 2006 58 576 +5,7% 11 583 508 +82,1% 2007 65 092 +11,1% 7 395 979 36,2% 2008 65 067 0,0% 6 108 060 17,4% 2009 55 601 14,5% 4 984 780 18,4% 2010 54 499 2,0% 5 469 407 +9,7% 2011 56 021 +2,8% 5 130 798 6,2% 2012 48 520 13,4% 4 775 315 6,9% 2013 41 591 14,3% 5 089 015 +6,6% 2014 42 379 +1,9% 5 667 539 +11,4% 2015 46 086 +8,7% 6 007 279 +6,0% 2016 45 840 0,5% 6 626 497 +10,2% 2017 48 660 +6,2% 10 709 220 +61,6% 2018 57 913 +19,0% 12 517 152 +16,8% 2019 64 110 +10,7% 9 891 513 -21,0% Tabla 3.2 Estadísticas del tráfico aéreo,AENA ,[27]. Año 2019 Pasajeros totales Operaciones totales Mercancía total (kg) Correo total (kg) Cantidad 7544357 64112 9891790 66480 Incr.(%)\2018 18.2% 10.7% -21% 38% Tabla 3.3 Estadísticas Nacionales e Internacionales ,[27]. Año 2019 Pasajeros Nacionales Internacionales Operaciones Nacionales Internacionales Cantidad 7519055 3669204 3849851 56009 28282 27727 Incr.(%)\2018 18.3% 15.7% 20.8% 16.7% 15.2% 18.4% Para obtener una información más detallada con los tipos de aviones que operaron en el aeropuerto de Sevilla en el año 2019, se realiza una consulta personalizada en el apartado de estadísticas de AENA (Asociación Española de Navegación Aérea). Se sigue el siguiente procedimiento: •Operaciones por compañía: año 2019, todas. •Operaciones O/D: año 2019. •Pasajeros/Mercancías Escala: año 2019 •Pasajeros/Mercancías por compañía: año 2019. Obtenemos los siguientes aviones, los cuales se clasifican en función de su envergadura por el anexo 14 de OACI: •Letra de clave B o inferior: envergadura hasta 24 m (exclusive). •Letra de clave C: envergadura desde 24 m hasta 35 m (exclusive). •Letra de clave D: envergadura desde 36 m hasta 52 m (exclusive). •Letra de clave E: envergadura desde 52 m hasta 65 m (exclusive). •Letra de clave F: envergadura desde 65 m hasta 80 m (exclusive). 3.1 Aeronaves que operan en el aeropuerto 17 Figura 3.3 Mezcla de aviones en el aeropuerto de Sevilla. Figura 3.4 Mezcla de aviones en el aeropuerto de Sevilla, formato 2. Como se puede ver en estas gráficas sobre los aviones que operan en el aeropuerto de Sevilla, el Boeing 737-800 y el Airbus A320 son los más frecuentes, superando las veinte mil operaciones anuales. 18 Capítulo 3. Operaciones en el Aeropuerto de Sevilla Figura 3.5 Distribución de las operaciones según categoría de aeronave. Figura 3.6 Distribución de las operaciones según categoría de aeronave, formato 2. En estas gráficas, se muestra la distribución de las operaciones según la categoría establecida por la envergadura de las aeronaves. Siendo la categoría C la más común (entre las aeronaves de esta categoría tenemos el Boeing 737-800 y el Airbus A320). 3.1 Aeronaves que operan en el aeropuerto 19 Si procedemos a su clasificación, comenzando de mayor a menor MTOW (Maximum Take off Weight): 1. Airbus A330-200. Capacidad para 288 pasajeros utilizado para rutas largas. Tiene un MTOW de 242 toneladas y una envergadura de 60 metros. Letra de clave E. Figura 3.7 Airbus A330-200, [9]. 2. Boeing 757 Carguero. Capacidad para 200 pasajeros, de tamaño mediano, diseñado para distancias de corto o medio alcance. Tiene un MTOW de 99.8 toneladas y una envergadura de 38 metros. Letra de clave D. Figura 3.8 Boeing 757, [13]. 26 Capítulo 3. Operaciones en el Aeropuerto de Sevilla 3.2 Esquema del circuito El esquema básico de vuelo en circuito para cada aeródromo es fijo [ 21 ], pero su orientación depende de la pista en servicio en cada momento. La figura geométrica de un circuito corresponde a un rectángulo, cuyos lados se denominan tramos, posicionados en relación a la pista en servicio. Tomando esta como referencia, cada uno de estos tramos recibe el nombre siguiente: 1. Viento en cara. Tramo correspondiente al despegue, su dirección y sentido coincide, como es obvio, con la pista en uso. Este tramo comprende desde que el avión deja el suelo hasta que comienza a virar hacia el tramo siguiente. 2. Viento cruzado. Es el siguiente lado del rectángulo, adyacente a viento en cara y una trayectoria perpendicular a la pista. 3. Viento en cola. Tramo paralelo a la pista pero de sentido contrario al despegue/aterrizaje. Este tramo suele realizarse a una distancia aproximada entre ½y 1 milla de la pista. 4. Base. Perpendicular a la pista, como el tramo de viento cruzado pero de sentido opuesto. 5. Final. Tramo correspondiente a la trayectoria de aterrizaje, siguiendo la prolongación del eje de pista, obviamente su dirección y sentido son los de la pista. Figura 3.20 Nomenclatura de los tramos de circuito, [21]. Las denominaciones y definiciones del Reglamento de Circulación Aérea (RCA) a este respecto son las siguientes: • Tramo en contra del viento/viento en cara, es la trayectoria de vuelo paralela a la pista de aterrizaje en la dirección opuesta al aterrizaje, a partir del final del tramo viento cruzado/viento a través. •Tramo básico, la trayectoria de vuelo perpendicular a la pista de aterrizaje. •Tramo a favor del viento/viento en cola. • Tramo final, es la trayectoria de vuelo en la dirección del aterrizaje a lo largo de la prolongación del eje de pista, a partir del final del tramo básico/pierna base, y que normalmente termina en la pista de aterrizaje. 3.2 Esquema del circuito 27 3.2.1 Aterrizaje En el aterrizaje, se tendrán en cuenta las velocidades de aproximación establecidas para cada grupo de aeronaves y las velocidades de rodaje. Se tiene en cuenta desde que la aeronave entra en contacto con las pista, supuesto en el inicio de la misma. Figura 3.21 Esquema básico de aterrizaje, [21]. Tabla 3.6 Velocidades de rodaje establecidas por grupo. Clasificación Ventr. (km/h) Vrod. (km/h) H 260 50 L 220 45 S 185 40 Donde Ventr. es la velocidad de entrada de las aeronaves a pista en km/h, y Vrod. es la velocidad de rodaje de las aeronaves una vez han aterrizado, también en km/h. Ahora, para poder obtener los tiempos de ocupación en pista, debemos comenzar por calcular el tiempo que tarda cada grupo de aeronaves en pasar de la velocidad de entrada a la velocidad de rodaje. Para ello establecemos 3 casos de aceleración de frenada por cada uno de los grupos. Esto se hace para intentar simular las diferencias entre pilotos, diferentes direcciones en las que sople el viento u otras razones meteorológicas o de otro origen. Calculando estas distancias (programas de MATLAB empleados en el apartado anexo), obtenemos: Tabla 3.7 Caso de frenadas 1. Grupo Ventr. (km/h) Vrod. (km/h) Ac. Frenada (m/s2) t. frenada (s) Dist. recorrida (m) H 260 50 1.8 32.41 3285,8 L 220 45 2 24.31 2076.1 S 185 40 2.3 17.51 1252.6 Tabla 3.8 Caso de frenadas 2. Grupo Ventr. (km/h) Vrod. (km/h) Ac. Frenada (m/s2) t. frenada (s) Dist. recorrida (m) H 260 50 1.9 30.7 3112,8 L 220 45 2.3 21.14 1805.3 S 185 40 2.7 14.92 1067 28 Capítulo 3. Operaciones en el Aeropuerto de Sevilla Tabla 3.9 Caso de frenadas 3. Grupo Ventr. (km/h) Vrod. (km/h) Ac. Frenada (m/s2) t. frenada (s) Dist. recorrida (m) H 260 50 2 29.17 2957.2 L 220 45 2.7 18 1537,9 S 185 40 3.5 11.51 823.1 Tal como se vió en el apartado de Instalaciones del Aeropuerto de Sevilla, las distancias desde las entradas a calle de rodaje hasta el borde de la pista RWY 27 son las siguientes: 4 salidas, calles de rodaje distancia (m) RWY27 1º1550 2º2003 3º2557 4º3364 Observando las distancias recorridas de las tablas (3.7), (3.8) y (3.9), y teniendo en cuenta las distancias de entrada de las diferentes calles de rodaje consideradas, se decide por cuál de estas calles se va a salir. Esto se resuelve así ya que no tenemos información sobre los diferentes parkings o zonas de desembarque/descarga que le corresponden a cada avión en el momento de aterrizaje. El tiempo que tarda cada avión desde el punto en el que se alcanza la velocidad de rodaje establecida hasta que entra por la calle de rodaje más cercana es el siguiente: Tabla 3.10 Caso 1: tiempo de separación. Clasificación Tiempo salida (s) Tiempo total (s) x1.15 seguridad Tiempo separación (s) H 5.63 38.04 43.75 45.00 L 5.68 29.99 34.49 35.00 S 5.79 23.30 26.79 27.00 Tabla 3.11 Caso 2: tiempo de separación. Clasificación Tiempo salida (s) Tiempo total (s) x1.15 seguridad Tiempo separación (s) H 3.48 34.18 39.30 40.00 L 3.24 24.38 28.03 28.00 S 9.40 24.32 27.97 28.00 Tabla 3.12 Caso 3: tiempo de separación. Clasificación Tiempo salida (s) Tiempo total (s) x1.15 seguridad Tiempo separación (s) H 5.63 34.80 40.02 40.00 L 7.61 25.61 29.45 30.00 S 14.15 25.66 29.50 30.00 3.2 Esquema del circuito 29 Figura 3.22 Aceleraciones seleccionadas, Heavy. Figura 3.23 Aceleraciones seleccionadas, Large. Figura 3.24 Aceleraciones seleccionadas, Small. 30 Capítulo 3. Operaciones en el Aeropuerto de Sevilla Como podemos observar en dichas gráficas, las distancias necesarias de frenada para aeronaves Small son menores que para aeronaves Large yHeavy. Mencionar que se consideran aceleraciones de frenada más variadas en las Small que en el resto, ya que se considera que efectos meteorológicos adversos tales como viento fuerte, pueden afectar más a la maniobrabilidad de estos. Una vez en tierra y en proceso de frenada, se consideran que los Heavy y los Large son más estables. Hemos obtenido por lo tanto, los tiempo mínimos de separación entre aviones de llegada según diferentes casos de frenada. Se ha establecido un factor de seguridad x1.15 a la suma del tiempo de frenada y de salida de pista. Se procede ahora a comparar los diferentes grupos de aviones según las aceleraciones establecidas. Figura 3.25 Comparación de los casos. En la figura (3.25) podemos ver como efectivamente, cada uno requiero menos distancia, desde los Small hasta los Heavy respectivamente. Además, sabemos que los clasificados Heavy saldrán siempre por la cola de pista (última salida), los Large por la segunda y tercera salida, y los Small por la primera de las calles de rodaje consideradas. Tras el cálculo de ocupación de pista final, necesitamos conocer el tiempo que tarda cada aeronave desde que abandona la pista hasta la zona de parking. Conociendo las distancias de las calles de rodaje y las velocidades de rodaje establecidas anteriormente, obtenemos: Tabla 3.13 Distancias a recorrer de calle de rodaje en aterrizaje. Calle de Rodaje Distancias (m) 1 400 2 400 3 350 4 500 Y recordando las velocidades de rodaje establecidas para cada grupo de aeronaves: Tabla 3.14 Velocidad de rodaje por grupo. Clasificación Vrodaje (km/h) H 50 L 45 S 40 3.2 Esquema del circuito 31 Por lo tanto, a partir de estas velocidades de rodaje y de las distancias de los recorridos de las calles obtenemos el tiempo que tarda cada grupo en llegar a la zona de parking: Tabla 3.15 Tiempos de recorrido de calles de rodaje por grupo de aeronave. Clasificación Vrodaje (km/h) t. Salida 1 (s) t. Salida 2 (s) t. Salida 3 (s) t. Salida 4 (s) H 50 29 29 25 36 L 45 32 32 28 40 S 40 36 36 32 45 Con esta información ya podemos obtener los tiempos de ocupación de una aeronave desde que toca la pista hasta que llega a la zona de desembarque/descarga. Serían los siguientes según los diferentes casos: Tabla 3.16 Tiempos de pista + rodaje. Caso 1. Clasif. t. separación (s) t. Salida 1 (s) t. Salida 2 (s) t. Salida 3 (s) t. Salida 4 (s) t max (s) H 45.00 ∼∼∼36 81.00 L 35.00 ∼32 28 ∼67.00 S 27.00 36 ∼∼∼63.00 Tabla 3.17 Tiempos de pista + rodaje. Caso 2. Clasif. t. separación (s) t. Salida 1 (s) t. Salida 2 (s) t. Salida 3 (s) t. Salida 4 (s) t max (s) H 40.00 ∼∼∼36 76.00 L 28,00 ∼32 28 ∼60.00 S 28.00 36 ∼∼∼64.00 Tabla 3.18 Tiempos de pista + rodaje. Caso 3. Clasif. t. separación (s) t. Salida 1 (s) t. Salida 2 (s) t. Salida 3 (s) t. Salida 4 (s) t max (s) H 40.00 ∼∼∼36 76.00 L 30.00 ∼32 28 ∼62.00 S 30.00 36 ∼∼∼66.00 En estas tablas se ven representados los tiempos de aterrizaje en pista + tiempo de llegada a salida (tiempo de separación), los tiempos de recorrido de calles de rodaje (los distintos tiempos por salida seleccionada), y el tiempo máximo, que es la suma de los valores anteriores. Como podemos ver, las aeronaves Heavy son las que más tiempo toman, mientras que las Small, por lo general, son las que menos tiempo toman desde aterrizar hasta recorrer las calles de rodaje. Los tiempos máximos de ocupación de pista por tanto son de 81, 67 y 66 segundos, para los grupos Heavy, Large y Small respectivamente. Estos datos se usarán posteriormente para el cálculo de la capacidad de pista, denominándose ROT (Runway Occupation Time). También usaremos estos tiempos de uso de pista para nuestra futura simulación. 32 Capítulo 3. Operaciones en el Aeropuerto de Sevilla Figura 3.26 Comparación de los tiempos totales ocupación de pista según cada caso de frenada. En la figura (3.26) podemos ver la comparación de estos tiempos de ocupación. Comparando los tiempos en función de los tipos de aeronaves, los Heavy son los que más tiempo toman, ya que son los que más tardan en frenar, necesitando gran parte de la pista y finalmente saliendo por el final de esta. Sin embargo, comparando los Small con los Large, vemos que, los tiempos de los Small son mayores que los de los Large excepto en uno. Esto se debe a que aunque los Small necesiten menos pista para aterrizar, y en consecuencia, tomen menos tiempo en llegar a la velocidad de rodaje, las distancia desde que toman esta velocidad hasta que alcanzan una salida es mayor que en el caso de los Large. No obstante, como para los cálculos próximos se va a tomar el tiempo máximo, sí se sigue la distribución lógica de mayor a menor, tal como se ha mencionado anteriormente: 81, 67 y 66 segundos, para los grupos Heavy, Large y Small respectivamente. 3.2 Esquema del circuito 33 3.2.2 Despegue En casi todos los manuales se suelen manejar las siguientes nomenclaturas de velocidades recomendadas: • Vr corresponde a la velocidad de rotación, es decir aquella a la cual comienza a "despegarse" el avión de la superficie de soporte para llevarlo al aire. • Vx corresponde a la velocidad de mejor ángulo de ascenso, o sea, aquella que proporciona la mayor ganancia de altitud en la menor distancia horizontal posible. • Vy corresponde a la velocidad de mejor tasa de ascenso, es decir, aquella que nos proporciona la mayor ganancia de altitud en el menor tiempo posible. Vr es una velocidad utilizada "en exclusiva" en la maniobra de despegue, Vx y Vy son velocidades relativas a cualquier maniobra de ascenso. Como es natural cada aeroplano tiene sus propias Vr, Vx y Vy. Figura 3.27 Nomenclatura de velocidades de despegue y ascenso,[21]. En este trabajo, solo se tendrá en cuenta una única velocidad de despegue en función de cada grupo de aeronave, y una vez alcanzada dicha velocidad en pista, el avión se elevará hasta alcanzar la altitud necesaria y salir de la zona del aeropuerto. Dichas velocidades son la siguientes: Tabla 3.19 Velocidades de despegue establecidas comparadas con resto de velocidades consideradas.. Clasificación Final Vel. Rodaje (km/h) Vel. Aprox. (knts) Vel. Salida (km/h) H 50 140 250 L 45 120 215 S 40 100 185 Figura 3.28 Despegue de aeronaves ligeras. 34 Capítulo 3. Operaciones en el Aeropuerto de Sevilla Para las aeronaves Small obtenemos una aceleración de 1.45 m/s2 . Con esta aceleración necesita un total de 36 segundos y 2775 metros de pista para despegar. Figura 3.29 Despegue de aeronaves medianas. Para las aeronaves Small obtenemos una aceleración de 1.8 m/s2 . Con esta aceleración necesita un total de 33 segundos y 3000 metros de pista para despegar. Figura 3.30 Despegue de aeronaves grandes. Para las aeronaves Small obtenemos una aceleración de 2.3 m/s2 . Con esta aceleración necesita un total de 30 segundos y 3125 metros de pista para despegar. En total, juntando todos los resultados: Tabla 3.20 Aceleraciones, tiempo y distancia de despegue.. Categoría Aceleración (m/s^2) Tiempo (s) Distancia (m) H 2.3 30 3125 L 1.8 33 3000 S 1.45 36 2775 3.3 Servicios aeroportuarios a las aeronaves 35 A continuación, se procede a mostrar una gráfica que compara las distancias necesarias de pista para despegar según las aceleraciones. Podemos comprobar, como era de esperar, que para una aceleración equivalente para los tres grupos, los aviones categorizados como small necesitan menos pista que los large, y estos menos que los heavy, respectivamente. Figura 3.31 Comparación despegue distintos grupos de aeronaves.. 3.3 Servicios aeroportuarios a las aeronaves Una vez llega la aeronave del aterrizaje y pasa por las calles de rodaje hasta la zona de desembarque, se siguen los siguientes procesos: Tabla 3.21 Tareas para aeronaves en escala, [28]. Id. Nombre de la Tarea Duración (min) 1 Colocación de pasarela 3 min 2 Desembarque de pasajeros 8 min 3 Descarga de equipaje 15 min 4 Suministro de combustible 18 min 5 Aguas residuales 10 min 6 Agua potable 5 min 7 Limpieza de cabina 10 min 8 Catering 10 min 9 Carga de equipaje 15 min 10 Embarque de pasajeros 17 min 11 Espera de último pasajero 3 min 12 búsqueda de maleta 3 min 13 Comprobaciones 5 min Tiempos estimados para aeronaves de dimensiones large, en el caso de aeronaves heavy, el tiempo será mayor, mientras que para los small será menor. El tiempo total se estimará a partir de la suma de tiempos de las tareas críticas (se muestran en el diagrama de la figura 3.33), y para los otros tipos de aeronave se estimarán de forma proporcional al número de pasajeros, buscando que sea siempre lo más razonable y cercano a la realidad posible. 42 Capítulo 3. Operaciones en el Aeropuerto de Sevilla Tabla 3.26 Huecos producidos entre aterrizajes. NºAterrizajes Tiempo medio (seg) 1 145.08 2 227.31 3 309.54 4 391.77 Es decir, que los posibles despegues por hueco son: H=  000 200 210  E∆Ti j≥E(RoTi)+E δd vj!+(n−1)E(Tk)+BTOi(3.9) Obtenemos una capacidad mixta de 9.63 salidas/h y 25 llegadas/h. En resumen, obtenemos una capacidad de solo llegadas de 25.24 llegadas/h, de solo salidas una capacidad de 43.78 salidas/h, y en capacidad mixta de 9.63 salidas/h para 25 llegadas/h. Esta capacidad se ha obtenido dando prioridad absoluta a las llegadas, y siendo los despegues en los huecos que existen entre aterrizajes. Con estos datos se realiza el siguiente diagrama, denominado diagrama de Pareto: Figura 3.37 Diagrama de Pareto. • Si el aeródromo se usa exclusivamente para procesar aterrizajes, usando una regla de separación aérea de 3/4/6 y 8 millas náuticas: –Podemos procesar hasta 25 operaciones (aterrizajes) por hora. •Si el aeródromo se usa exclusivamente para procesar despegues: –Podemos procesar hasta 43 operaciones (despegues) por hora. 3.4 Cálculo de la capacidad del aeropuerto 43 Para obtener un segundo punto en el diagrama, repetimos el procedimiento anterior, pero esta vez con una matriz de distancias mínimas entre llegadas mayor. Para ello, la multiplicamos por el valor 1.5, obteniendo por lo tanto las siguientes distancias: Tabla 3.27 Separación mínima Llegadas-Llegadas, pto. 2 (nm). S L H S4.5 4.5 4.5 L7.5 4.5 4.5 H9 7.5 4.5 Ahora, las nuevas matrices de tiempo y de probabilidad son: T=  162 135 115.71 318 135 115.71 406.29 259.29 115.71  B=  29.7 29.7 29.7 0 29.7 29.7 0 8.27 29.7  Ttot =  191.7 164.7 145.41 318 164.7 145.41 406.29 259.29 145.41  P=  0.071 0.194 0.002 0.194 0.525 0.006 0.002 0.006 6.4·10−5  Obtenemos un tiempo medio en solo llegadas de E(t) = 197.21seg A partir del tiempo medio, calculamos la capacidad en solo llegadas como: CA=3600 E(t)(3.10) Siendo de un valor de CA=18.26 llegadas/h En el caso de solo salidas: Obtenemos un tiempo medio en solo salidas de E(Tk) = 82.23seg A partir del tiempo medio, calculamos la capacidad en solo salidas como: CD=3600 E(Tk)(3.11) Siendo de un valor de CA=43.78 salidas/h 44 Capítulo 3. Operaciones en el Aeropuerto de Sevilla Finalmente, para obtener la capacidad mixta: Suponiendo que el aterrizaje tiene prioridad sobre el despegue, y que por tanto el despegue se producirá solo en los huecos entre aterrizajes, se necesita la matriz de huecos generados entre los diferentes tipos de aviones según el número de aterrizajes: Tabla 3.28 Huecos producidos entre aterrizajes. NºAterrizajes Tiempo medio (seg) 1 145.08 2 227.31 3 309.54 4 391.73 Es decir, que los posibles despegues por hueco son: H=  111 311 421  Como podemos comprobar tenemos más huecos para que puedan producirse despegues, es lógico pues hemos aumentado la distancia entre aterrizajes. Esto nos proporcionará un punto de capacidad mixta más intermedio. Obtenemos una capacidad mixta de 24.15 salidas/h y 18.26 llegadas/h. Figura 3.38 Diagrama de Pareto caso 2. 3.4 Cálculo de la capacidad del aeropuerto 45 Entonces, si creamos un único diagrama a partir de los dos puntos obtenidos en capacidad mixta, obtenemos un diagrama de Pareto más completo, que sería de la siguiente forma: Figura 3.39 Diagrama de Pareto Completo. Este diagrama se utilizará más adelante para comprobar que efectivamente los resultados que se obtengan son correctos y que se acercan a la realidad. Se diferencia de las otras dos anteriores en que esta es más completa y exacta al tener más de un punto de capacidad intermedia calculado. 4Modelo de Simulación y Resultados 4.1 Simulación de eventos discretos Dado que el método elegido para realizar el estudio de la capacidad el aeropuerto es la simulación de un modelo de eventos discretos, es conveniente entender previamente en qué consiste este tipo de técnica, [ 32 ]. En este apartado se hará una descripción de la simulación en general y de los sistemas de eventos discretos en particular, entrando en profundidad en todos los conceptos que son útiles para nuestro proyecto. A lo largo del tiempo se han ido estudiando numerosos métodos, hasta llegar a la situación actual, en la que las simulaciones son tan realistas que pueden estudiarse con alto grado de detalle sistemas altamente complejos. Posiblemente, uno de los primeros métodos de simulación sea el llamado Método de Montecarlo, desarrollado entre 1942 y 1945 por J.V. Neumann y S.Ullman. Dicho método se basa en algoritmos utilizados para simular sistemas complejos mediante la resolución de ecuaciones por métodos de aproximación aleatoria. En 1950 ya comienzan a realizarse simulaciones de sistemas reales, como el estudio de la capacidad de líneas telefónicas, aunque es entre los años 60 y 70, con el gran impulso de los ordenadores por transistores, cuando empieza a tomar verdadero auge. Concretamente, la simulación de eventos discretos surge en 1977, cuando J.Henriksen desarrolla un pseudocódigo para la implementación de modelos este tipo. A partir de ahí fueron surgiendo distintos lenguajes que integran nuevas funcionalidades, como animaciones o presentación gráfica de resultados, por ejemplo SIMAN, SIMULA, SLAM o CINEMA. Para estudiar un sistema de eventos discretos, es necesario dominar primero una serie de conceptos que iremos exponiendo en este apartado. • Entidades: Son componentes que se mueven, cambian de estado e interaccionan con otras entidades. Existen dos tipos fundamentales: las temporales, que permanecen en el sistema sólo por tiempo limitado, y las permanentes, que se encuentran siempre en el sistema. Por ejemplo, en un sistema aeronáutico como el que estamos tratando, los procesos serían entidades permanentes, pues son internos al sistema, y los aviones temporales, considerando que su estado a la entrada es un conjunto de piezas sin procesar y a la salida es un producto terminado. • Atributos: Se denominan así a las características de las entidades, usadas para describirlas y diferenciarlas. Todas las entidades de la misma clase tienen los mismos atributos, pero toman diferentes valores para cada entidad concreta, es decir, se pueden considerar como variables locales de cada entidad. Estos campos se definen en la simulación y se asignan durante la misma. Algunos ejemplos de atributos podrían ser el instante de llegada al sistema, el nombre o el tiempo de proceso. • Variables: Reflejan características del sistema de forma global, es decir, cada variable es única para todo el modelo. No van asociadas a las entidades, aunque pueden ser modificadas por ellas. Pueden estar predefinidas por el software de simulación o ser establecidas por el usuario. Serían variables, por ejemplo, el número de entidades entrantes en el sistema o el tiempo total de simulación. 47 48 Capítulo 4. Modelo de Simulación y Resultados • Recursos: Son un tipo especial de entidad, utilizados por otras entidades para realizar una acción. Una entidad solicita un recurso. Cuando este se le asigna, lo utiliza y posteriormente lo libera. Se podrían considerar recursos el personal (operarios), los equipos (maquinaria, medios de transportes) o el espacio físico (almacenes). • Colas: Lugar donde esperan las entidades cuando no pueden moverse, por ejemplo, cuando los recursos que quieren utilizar no están disponibles. Se pueden considerar infinitas, si no hay limitación de entidades esperando, o ser definidas con una capacidad finita para modelar el espacio físico. • Actividades: Funciones que realizan los recursos sobre las entidades. Toda actividad debe tener una duración definida, empírica o estocástica, aunque también pueden ser definidas con duración ficticia (0). En cada una de ellas suelen darse cita una entidad con uno o varios recursos. Las tareas realizadas en cada proceso o ruta serían actividades de nuestro sistema. • Sucesos: Hechos que ocurren en un determinado instante de tiempo y que dan lugar a cambios en el estado de una entidad o del sistema. Pueden ser endógenos, si se dan por condiciones propias del modelo, o exógenos, si las causas son externas al mismo. Serían sucesos la llegada de una nueva entidad, la finalización de una actividad, la asignación de un recurso, etc. Hay que tener en cuenta, además, que durante una actividad no se puede dar ningún suceso. 4.2 Objetivos de la simulación Se realiza una simulación de sistemas ya existentes y se busca compararlo con la realidad para obtener la mayor fiabilidad posible con los datos disponibles. Figura 4.1 Análisis de Sistemas. A partir de los datos realizamos un modelo de simulación lo más similar posible a la realidad. A partir de los resultados comparamos con la realidad, y procedemos a realizar las modificaciones pertinentes que creamos oportunas para acercarnos lo máximo posible a este sistema real. Tras esto, podemos cambiar la simulación según ciertos elementos tales como los recursos o el uso de estos, para poder optimizar lo mejor posible según esté a nuestro alcance el modelo. 4.3 Herramienta de simulación 49 4.3 Herramienta de simulación En el mercado existe una amplia variedad de software para simulación de sistemas. Un buen número de ellos trabajan en entornos “duros” [ 24 ], en los que la definición de los modelos se realiza mediante herramientas matemáticas configurables (matrices, funciones, etc.), y en los que el tiempo de aprendizaje es importante. No obstante, cabe destacar que son de una gran flexibilidad, lo que permite su aplicación a una gran cantidad de ámbitos. El aumento de la capacidad de procesamiento de los computadores, unido a las cada vez mayores posibilidades gráficas de los mismos, ha contribuido a la aparición de software de simulación más “amigable”, que facilita al usuario el proceso de elaboración, validación y experimentación de modelos mediante el uso de herramientas gráficas dentro de un entorno de ventanas. Dentro de este grupo se ubica Arena desarrollado por ROCKWELL SOFTWARE. Arena es un software de simulación orientado a procesos, que combina la facilidad de uso de los simuladores de alto nivel con la flexibilidad de los lenguajes de simulación. Por sus grandes virtudes, se ha usado este software para el desarrollo del sistema de simulación desarrollado en este proyecto, en concreto la versión 14.0. A continuación se explican sus principales características, algunas de sus innumerables opciones, los conceptos básicos necesarios para comprender el modelo desarrollado, y por último, se hará una explicación de éste. Arena es un lenguaje de programación cuya principal característica es la posibilidad de adecuación al nivel de programación necesario en cada caso, incluso dentro de un mismo modelo. Esto permite que Arena no pierda flexibilidad, al incluir la posibilidad de utilización de lenguajes de programación como Microsoft, Visual Basic o C. Se combinan pues, todas las facilidades de una programación de alto nivel con la flexibilidad de un lenguaje de programación general. Esto lo consigue proporcionando una serie de plantillas intercambiables entre sí que contienen módulos para el modelado y análisis de simulación gráfica y que pueden combinarse para construir una amplia variedad de modelos de simulación. Para una mayor facilidad de exposición y una mejor organización, los módulos están agrupados en paneles y en la mayoría de los casos, los módulos de diferentes paneles pueden mezclarse dentro de un mismo modelo. Esta flexibilidad a la hora de modelar se mantiene debido a que Arena tiene una estructura completamente jerárquica. 50 Capítulo 4. Modelo de Simulación y Resultados 4.3.1 Características El software Arena [ 33 ], nos permite llevar el poder del modelado y la simulación a cualquier situación. Está diseñado para analizar el impacto de los cambios que implican rediseños significativos y complejos asociados con la cadena de suministro, la fabricación, los procesos, la logística, la distribución y el almacenamiento y los sistemas de servicio. El software Arena proporciona la máxima flexibilidad y amplitud de cobertura de aplicaciones para modelar cualquier nivel deseado de detalle y complejidad. Los escenarios típicos incluyen: • Análisis detallado de cualquier tipo de sistema de fabricación, incluidos los componentes de manejo de materiales. •Análisis de sistemas complejos de servicio al cliente y gestión de clientes. • Análisis de cadenas de suministro globales que incluyen sistemas de almacenamiento, transporte y logística. • Predecir el rendimiento del sistema en función de métricas clave como costos, rendimiento, tiempos de ciclo y usos. • Identificar los cuellos de botella del proceso, como la acumulación de colas y la sobreutilización de recursos. •Planificar los requisitos de personal, equipo o materiales. Figura 4.2 Estructura jerárquica de Arena, [24]. 4.3 Herramienta de simulación 51 4.3.2 Conceptos básicos Figura 4.3 Ventana principal de Arena. En este trabajo se aplicarán las barras de bloques siguientes: •Basic Process Bar –Create El bloque Create se encarga de crear las entidades que se tendrán en cuenta en la simulación. Se selecciona la forma en la que se van generando, es decir, a partir de alguna fórmula, a partir de un schedule, constante, etc. En este trabajo se usará para generar los aviones. Figura 4.4 Bloque Create. –Decide El bloque Decide lo que hace es separar según una probabilidad pir un camino u otro la entidad según una condición. 58 Capítulo 4. Modelo de Simulación y Resultados Vuelo Transporte Destino Salida VY 1299 Vueling (LCG) La Coruña 13:15 IB 5035 Iberia (LCG) La Coruña 13:15 LH 1823 Lufthansa (MUC) Munich 13:40 FR 5262 Ryanair (BVA) París 13:40 IB 8256 Iberia (MLN) Melilla 13:40 TO 4601 Transavia France (ORY) París 14:20 FR 7147 Ryanair (DUB) Dublín 14:45 VY 2215 Vueling (BCN) Barcelona 14:50 AA 8855 American Airlines (BCN) Barcelona 14:50 IB 5203 Iberia (BCN) Barcelona 14:50 QR 3539 Qatar Airways (BCN) Barcelona 14:50 FR 5466 Ryanair (OPO) Porto 14:55 VY 2219 Vueling (BCN) Barcelona 15:40 AA 8859 American Airlines (BCN) Barcelona 15:40 IB 5207 Iberia (BCN) Barcelona 15:40 TP 1105 TAP Air Portugal (LIS) Lisboa 15:55 AD 7333 Azul (LIS) Lisboa 15:55 S4 8721 Azores Airlines (LIS) Lisboa 15:55 VY 2509 Vueling (BIO) Bilbao 16:05 IB 5240 Iberia (BIO) Bilbao 16:05 VY 2424 Vueling (IBZ) Ibiza 16:15 IB 5218 Iberia (IBZ) Ibiza 16:15 FR 5272 Ryanair (PMI) Palma de Mallorca 16:20 FR 3041 Ryanair (SCQ) Santiago de Compostela 16:30 FR 2208 Ryanair (VLC) Valencia 16:35 U2 8176 easyJet (LGW) Londres 16.45 AF 1547 Air France (CDG) París 17:10 KL 2076 KLM (CDG) París 17:10 FR 5268 Ryanair (EIN) Eindhoven 17:15 VY 6016 Vueling (LGW) Londres 17:35 FR 3357 Ryanair (AGA) Agadir 17:40 FR 5529 Ryanair (TSF) Venecia 18:10 VY 3046 Vueling (LPA) Las Palmas 18:20 IB 5308 Iberia (LPA) Las Palmas 18:20 VY 2217 Vueling (BCN) Barcelona 18:25 AA 8857 American Airlines (BCN) Barcelona 18:25 IB 5205 Iberia (BCN) Barcelona 18:25 IB 8378 Iberia (CDT) Benlloch 18:30 FR 6399 Ryanair (BCN) Barcelona 19:30 TO 5609 Transavia France (ORY) París 19:35 SWT 1811 Swiftair (VIT) Vitoria 20:10 VY 2223 Vueling (BCN) Barcelona 20:20 AA 8863 American Airlines (BCN) Barcelona 20:20 IB 5211 Iberia (BCN) Barcelona 20:20 HV 6730 Transavia France (AMS) Amsterdam 20:40 KL 2688 KLM (AMS) Amsterdam 20:40 IB 8303 Iberia (LEI) Almería 21:15 FR 8733 Ryanair (MXP) Milán 21:35 I2 3953 Iberia Express (MAD) Madrid 21:45 AV 6057 SA AVIANCA (MAD) Madrid 21:45 IB 3953 Iberia (MAD) Madrid 21:45 LA 1571 LATAM Airlines (MAD) Madrid 21:45 BA 2799 British Airways (LGW) Londres 21:55 IB 7665 Iberia (LGW) Londres 21:55 VY 3943 Vueling (PMI) Palma de Mallorca 22:00 IB 5551 Iberia (PMI) Palma de Mallorca 22:00 FR 4349 Ryanair (BLQ) Bologna 22:10 4.4 Desarrollo del modelo 59 Tabla 4.2 Horarios de Salidas. Vuelo Transporte Destino Salida IB 8395 Iberia (VLC) Valencia 22:15 FR 5893 Ryanair (PMI) Palma de Mallorca 22:25 W6 3196 Wizz Air (OTP) Bucharest 22:55 VY 2221 Vueling (BCN) Barcelona 23:10 AA 8861 American Airlines (BCN) Barcelona 23:10 IB 5209 Iberia (BCN) Barcelona 23:10 Figura 4.12 Salidas un día seleccionado. Figura 4.13 Comprobación en diagrama de Pareto. 60 Capítulo 4. Modelo de Simulación y Resultados Para comprobar que no hay problemas de capacidad, se introducen los datos de las dos tablas anteriores sobre operaciones por hora en el diagrama de Pareto. Por ejemplo, entre las 9:00h y las 9:59h, hay un total de 6 llegadas y 18 salidas. Se introduce este punto en el diagrama siendo las llegadas el eje Y y las salidas el eje X, si el punto se encuentra por debajo o en la curva, significa que la pista es capaz de soportarlo sin necesidad de generar tiempos de espera o colas por encima de las aceptables. Es por ello, que tal como podemos ver en la figura (4.13), todo es correcto, pues se encuentran todos los puntos bajo la curva, esto quiere decir que no hay problemas en pista para el día escogido. Ahora, con el modelo creado, se introduce el horario de las tablas anteriores y se comprueba lo siguiente: •Todos los aviones que entran, son procesados y despegan. • Se deben cumplir los tiempos de escala y verificar que los tiempos estimados por tipo de aeronave durante el procesamiento son correctos. Entre los recursos que se tienen en cuenta en la simulación están: •Pista: solo puede atender a un avión a la vez. •Camiones de carga: se considera que tendremos 10 camiones de carga. •Carros de maletas: se considera que tendremos 10 carga maletas. •Camiones cisterna: se considera que tendremos 10 camiones cisterna. •Puertas de embarque: un total de 15 puertas de embarque. • Personal: se considera que tendremos el personal suficiente como para poder atender a los 15 aviones que pueden estar a la vez en las puertas de embarque. Tras estas consideraciones, se ha separado el modelo de simulación en varios apartados. Estos nos facilitan su comprensión a partir de la explicación de cada uno de ellos. Estos apartados son los siguientes: 0. Llegadas de aeronaves Para la simulación del día seleccionado, se generan las aeronaves de llegada en función del horario de la tabla (4.1) mostrada a continuación. Para introducirlo en Arena, se realiza un Schedule que se utiliza en el bloque Create, denominado "Avión de llegada". En esta tabla, podemos ver la cantidad de aviones por hora que están planificados que aterricen en el aeropuerto. De izquierda a derecha en las columnas, vemos la franja horaria de llegada, la cantidad de aeronaves y la cantidad de horas en la que llegarán. Se sigue una distribución de Poisson en esta función, por lo tanto proporciona una aleatoriedad no planificada la cual nos dará otra visión sobre el desarrollo de este día. Tabla 4.3 Tabla del bloque Create empleado. Nombre Tipo de Entidad Tipo Horario NºPor Llegada Máx. Llegadas Avión de llegada Aviones Schedule Día 1 122 4.4 Desarrollo del modelo 61 Tabla 4.4 Schedule empleado para introducir las llegadas. Hora Valor Duración 1:00 - 2:00 0 1 2:00 - 3:00 0 1 3:00 - 4:00 0 1 4:00 - 5:00 0 1 5:00 - 6:00 0 1 6:00 - 7:00 0 1 7:00 - 8:00 0 1 8:00 - 9:00 9 1 9:00 - 10:00 6 1 10:00 - 11:00 4 1 11:00 - 12:00 9 1 12:00 - 13:00 10 1 13:00 - 14:00 2 1 14:00 - 15:00 7 1 15:00 - 16:00 10 1 16:00 - 17:00 8 1 17:00 - 18:00 8 1 18:00 - 19:00 2 1 19:00 - 20:00 7 1 20:00 - 21:00 3 1 21:00 - 22:00 15 1 22:00 - 23:00 5 1 23:00 - 00:00 8 1 00:00 - 1:00 9 1 1. Aterrizaje Figura 4.14 Bloque de Aterrizaje. Se introducen los tiempos de ocupación en pista por cada tipo de aeronave según los tipos de frenada que se consideraron. Solo puede haber un avión por pista, y las entradas tienen prioridad sobre las salidas. El tipo de avión que llega se decide en un bloque anterior según las probabilidades establecidas. 62 Capítulo 4. Modelo de Simulación y Resultados 2. Lado Aire Figura 4.15 Bloque de Lado Aire. Este es el apartado más completo, pues se considera todo el procesamiento de las aeronaves en el lado aire, considerando las actividades críticas y los recursos necesarios. En este apartado se produce también el recuento de aeronaves, y el cálculo de tiempo de procesamiento. Tabla 4.5 Colas y tipo de prioridad. Nombre Tipo Cola Pista.Queue First In First Out Pista L.Queue First In First Out Pista H.Queue First In First Out Pista dL.Queue First In First Out Pista dS.Queue First In First Out Pista dH.Queue First In First Out Descarga L.Queue First In First Out Desembarque L.Queue First In First Out Descarga S.Queue First In First Out Desembarque S.Queue First In First Out Descarga H.Queue First In First Out Desembarque H.Queue First In First Out Carga L.Queue First In First Out Embarque L.Queue First In First Out Carga S.Queue First In First Out Embarque S.Queue First In First Out Carga H.Queue First In First Out Embarque H.Queue First In First Out Pista S.Queue First In First Out Cabina L.Queue First In First Out Cabina S.Queue First In First Out Cabina H.Queue First In First Out 4.4 Desarrollo del modelo 63 En la tabla (4.1) podemos ver las diferentes colas que se forman a lo largo de la simulación según la tarea y el tipo de avión que está siendo procesado. Todas son del tipo FIFO (First In First Out), es decir, el primero que entra, es el primero que sale. 3. Despegue Figura 4.16 Bloque de Despegue. Se introducen los tiempos de ocupación en pista para el despegue considerando las aceleraciones estimadas y teniendo en cuenta que solo saldrán en los huecos que existan entre los aterrizajes. 64 Capítulo 4. Modelo de Simulación y Resultados Figura 4.17 Modelo de Arena empleado. 4.4 Desarrollo del modelo 65 Figura 4.18 Modelo de Arena empleado en funcionamiento. 66 Capítulo 4. Modelo de Simulación y Resultados 4.4.1 Comprobación del Modelo y Resultados En este apartado se procede a comprobar si el modelo realizado, introduciéndole los datos obtenidos, puede soportar el tráfico del día seleccionado y se verificarán que los tiempos de estancia en el aeropuerto de los grupos de aeronaves se asimilan a los estimados. Figura 4.19 Procesamiento aeronaves Small. Figura 4.20 Procesamiento aeronaves Large. 4.4 Desarrollo del modelo 67 En las gráficas anteriores obtenidas a partir de la simulación, podemos comprobar que los tiempos rondan lo estimado, para las aeronaves Small sobre 20 minutos y para las Large sobre 40 minutos. En el caso de las Heavy, solo hemos tenido un avión, y su tiempo ha estado sobre los 55 minutos, cercanos a los 60 estimados inicialmente. El eje vertical representa el tiempo en minutos que tarda en ser procesado cada aeronaves, y el eje horizontal el número de llegada de cada aeronave dentro de su grupo. También mencionar que todos los aviones han sido procesados y han despegado posteriormente sin ningún retraso notorio y que el tiempo de espera por tarea ronda el cero. Toda esta información se ha obtenido tras configurar los informes de salida de la simulación. Los resultados se enmarcan por las partes del modelo como se observa en las secciones siguientes: •Análisis por vehículos Este análisis se caracteriza por tener como referencia la entidad en el modelo de simulación. La entidad física es el elemento que fluye por el modelo que para este caso es el avión. A continuación, se muestra la primera salida de Arena. La siguiente tabla muestra el tiempo promedio sin valor agregado para los aviones es de 32.8939 minutos. Seguidamente, el tiempo de espera por avión que es de 0.4284 minutos. También, se encuentra el Work In Process (WIP), que es el número promedio de entidades en proceso que para este caso es de 0.2330 aviones, es decir 1 avión. A modo más general, al sistema entraron 122 vehículos y salieron 122, en una réplica de 24h. Tabla 4.6 Tiempos sin valor agregado (NVA Time), Tiempos de espera (Wait Time), Tiempos ociosos total (Total Time) y Trabajo en Proceso (WIP). Average Halfwidth Minimum Value Maximum Value NVA Time Aviones 32.8939 (Insufficient) 4.3687 86.9419 Wait Time Aviones 0.4284 (Insufficient) 0.00 12.9495 Total Time Aviones 34.3775 (Insufficient) 5.4265 88.2426 WIP Aviones (Número) 0.2330 (Insufficient) 0.00 6.00 Tabla 4.7 Aviones que entran y salen del sistema. Value Number In Aviones 122 Number Out Aviones 122 •Análisis por procesos A continuación se muestran las tablas con el tiempo de cola de las diferentes tareas a realizar durante el procesamiento de las aeronaves. Al haber sido un día normal, podemos ver que no se forman prácticamente colas y que es todo muy fluido. Tabla 4.8 Tiempo de colas en minutos, Heavy. H Average Halfwidth Minimum Value Maximum Value Cabina 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 Carga 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 Pista 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 Descarga 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 Desembarque 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 Embarque 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 74 Capítulo 4. Modelo de Simulación y Resultados Figura 4.29 Procesamiento aeronaves Large. Figura 4.30 Procesamiento aeronaves Heavy. Entre los recursos actualizados que se tienen en cuenta en la simulación están: •Pista: solo puede atender a un avión a la vez. 4.4 Desarrollo del modelo 75 •Camiones de carga: se considera que tendremos 10 camiones de carga. •Carros de maletas: se considera que tendremos 10 carga maletas. •Camiones cisterna: se considera que tendremos 10 camiones cisterna. •Jardineras: se considera que tendremos 10 jardineras. •Puertas de embarque: un total de 15 puertas de embarque. • Personal: se considera que tendremos el personal suficiente como para poder atender a 20 aviones a la vez. •Análisis por vehículos La siguiente tabla muestra el tiempo promedio sin valor agregado para los aviones es de 32.4174 minutos. Seguidamente, el tiempo de espera por avión que es de 2.7299 minutos. También, se encuentra el Work In Process (WIP), que es el número promedio de entidades en proceso que para este caso es de 2.3599 aviones, es decir 3 aviones. A modo más general, al sistema entraron 1174 vehículos y salieron 1173. Tabla 4.20 Tiempos sin valor agregado (NVA Time), Tiempos de espera (Wait Time), Tiempos ociosos total (Total Time) y Trabajo en Proceso (WIP). Average Halfwidth Minimum Value Maximum Value NVA Time Aviones 32.4174 0.8190 4.2603 88.2931 Wait Time Aviones 2.7299 1.11788 0.00 73.5869 Total Time Aviones 36.2016 1.4677 5.4530 129.94 WIP Aviones (Número) 2.3599 (Correlated) 0.00 17 Tabla 4.21 Aviones que entran y salen del sistema. Value Number In Aviones 1174 Number Out Aviones 1173 •Análisis por procesos A continuación se muestran unas tablas sobre el tiempo de cola de las diferentes tareas a realizar durante el procesamiento de las aeronaves. Tabla 4.22 Tiempo de colas en minutos, Heavy. H Average Halfwidth Minimum Value Maximum Value Cabina 2.3163 (Insufficient) 0.00 13.8348 Carga 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 Pista 4.0164 (Insufficient) 0.00 35.5908 Descarga 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 Desembarque 0.0373 (Insufficient) 0.00 0.2984 Embarque 0.8387 (Insufficient) 0.00 6.2445 76 Capítulo 4. Modelo de Simulación y Resultados Tabla 4.23 Tiempo de colas en minutos, Large. L Average Halfwidth Minimum Value Maximum Value Cabina 1.2891 0.4715 0.00 23.8638 Carga 0.0693 (Insufficient) 0.00 3.3884 Pista 0.6808 0.4719 0.00 69.6313 Descarga 0.0028 (Insufficient) 0.00 1.00 Desembarque 0.3225 0.1598 0.00 14.7691 Embarque 0.6809 0.3398 0.00 15.2591 Tabla 4.24 Tiempo de colas en minutos, Small. S Average Halfwidth Minimum Value Maximum Value Cabina 0.4726 (Insufficient) 0.00 23.8638 Carga 0.3578 (Insufficient) 0.00 7.5585 Pista 0.7124 (Insufficient) 0.00 33.6690 Descarga 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 Desembarque 0.0972 (Insufficient) 0.00 5.6473 Embarque 0.0428 (Insufficient) 0.00 3.0357 Se muestra una gráfica obtenida a partir del informe automático del programa empleado que enseña el uso de cada uno de los recursos. Tabla 4.25 Cantidad de veces que se emplea cada recurso. Total Number Seized Value Camión Cisterna 1046 Camiones 912 Carga Maletas 1119 Jardineras 822 Personal 9014 Pista 2210 Puertas de Embarque 899 Figura 4.31 Uso de los recursos. La cantidad de aviones de cada tipo que han llegado al aeropuerto han sido: 4.4 Desarrollo del modelo 77 Tabla 4.26 Contador de aviones. Count Value H 9 L 801 S 226 Figura 4.32 Contador de aviones. Por último, para ver un nuevo comportamiento de la simulación, se aumentará la capacidad de cada recurso en 5 aviones, excepto la pista, que continuamos con una sola y el personal. Entre los recursos actualizados que se tienen en cuenta en la simulación están: •Pista: solo puede atender a un avión a la vez. •Camiones de carga: se considera que tendremos 15 camiones de carga. •Carros de maletas: se considera que tendremos 15 carga maletas. •Camiones cisterna: se considera que tendremos 15 camiones cisterna. •jardineras: se considera que tendremos 15 jardineras. •Puertas de embarque: un total de 20 puertas de embarque. • Personal: se considera que tendremos el personal suficiente como para poder atender a 20 aviones a la vez. •Análisis por vehículos La siguiente tabla muestra el tiempo promedio sin valor agregado para los aviones es de 32.4174 minutos. Seguidamente, el tiempo de espera por avión que es de 2.7299 minutos. También, se encuentra el Work In Process (WIP), que es el número promedio de entidades en proceso que para este caso es de 2.3599 aviones, es decir 3 aviones. A modo más general, al sistema entraron 1174 vehículos y salieron 1173 en un tiempo de 10 días. Tabla 4.27 Tiempos sin valor agregado (NVA Time), Tiempos de espera (Wait Time), Tiempos ociosos total (Total Time) y Trabajo en Proceso (WIP). Average Halfwidth Minimum Value Maximum Value NVA Time Aviones 32.4174 0.8190 4.2603 88.2931 Wait Time Aviones 2.7299 1.11788 0.00 73.5869 Total Time Aviones 36.2016 1.4677 5.4530 129.94 WIP Aviones (Número) 2.3599 (Correlated) 0.00 17 78 Capítulo 4. Modelo de Simulación y Resultados Tabla 4.28 Aviones que entran y salen del sistema. Value Number In Aviones 1174 Number Out Aviones 1173 •Análisis por procesos A continuación se muestran unas tablas sobre el tiempo de cola de las diferentes tareas a realizar durante el procesamiento de las aeronaves. Tabla 4.29 Tiempo de colas en minutos, Heavy. H Average Halfwidth Minimum Value Maximum Value Cabina 2.3163 (Insufficient) 0.00 13.8348 Carga 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 Pista 4.0164 (Insufficient) 0.00 35.5908 Descarga 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 Desembarque 0.0373 (Insufficient) 0.00 0.2984 Embarque 0.8387 (Insufficient) 0.00 6.2445 Tabla 4.30 Tiempo de colas en minutos, Large. L Average Halfwidth Minimum Value Maximum Value Cabina 1.2891 0.4715 0.00 23.8638 Carga 0.0693 (Insufficient) 0.00 3.3884 Pista 0.6808 0.4719 0.00 69.6313 Descarga 0.0028 (Insufficient) 0.00 1.00 Desembarque 0.3225 0.1598 0.00 14.7691 Embarque 0.6809 0.3398 0.00 15.2591 Tabla 4.31 Tiempo de colas en minutos, Small. S Average Halfwidth Minimum Value Maximum Value Cabina 0.4726 (Insufficient) 0.00 23.8638 Carga 0.3578 (Insufficient) 0.00 7.5585 Pista 0.7124 (Insufficient) 0.00 33.6690 Descarga 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 Desembarque 0.0972 (Insufficient) 0.00 5.6473 Embarque 0.0428 (Insufficient) 0.00 3.0357 Como podemos comprobar son exactamente los mismos valores que en la simulación anterior, esto se debe a que tal como se ha mencionado, el recurso limitante es el personal, y al no haberlo aumentado, obtenemos los mismos datos. En consecuencia, gastar en aumentar la flota de camiones y resto de recursos no tiene sentido si no aumentamos el personal. Se entrará en más detalle en el apartado de optimización del modelo. 4.4 Desarrollo del modelo 79 Este uso de los recursos lo podemos ver en la siguiente tabla: Tabla 4.32 Uso de los recursos. Number Busy Average HalfWidth Minimum Value Maximum Value Camión Cisterna 0.6172 (Correlated) 0.00 6.00 Camiones 0.7939 (Correlated) 0.00 6.00 Carga Maletas 0.5715 (Correlated) 0.00 9.00 Jardineras 0.4590 (Correlated) 0.00 6.00 Personal 6.1164 (Correlated) 0.00 20.00 Pista 0.1197 (Correlated) 0.00 1.00 Puerta de Embarque 0.7546 (Correlated) 0.00 6.00 Podemos ver como realmente nos sobran recursos excepto personal y pista. Como en un principio la pista es la que tenemos y no podemos contar con una extra a corto plazo, solo podríamos mejorar contratando más personal. 5Optimización En este apartado se buscará obtener la mejor repartición de recursos posible para mejorar la prestaciones del aeropuerto de Sevilla sin necesidad de excedernos. Además, se obtendrán resultados a partir de la simulación de situaciones o escenarios en los cuales se han implementado mejoras al aeropuerto para que den una visión del impacto que supondrían. 5.1 Optimización de Recursos En el apartado anterior, se mostró una tabla sobre el uso de los recursos en su momento de máximo uso y de mínimo uso en la simulación anual. Tabla 5.1 Uso máximo y mínimo de recursos al mismo tiempo. Number Busy Minimum Value Maximum Value Camión Cisterna 0.00 6.00 Camiones 0.00 6.00 Carga Maletas 0.00 9.00 Jardineras 0.00 6.00 Personal 0.00 20.00 Pista 0.00 1.00 Puerta de Embarque 0.00 6.00 Tal como se mencionó, tenemos flota de más en camiones, camiones cisterna, carga maletas para esta cantidad de tráfico. Pero nos falta personal. El primer paso por lo tanto va a ser limitar los recursos que exceden y aumentar los limitantes. Sin embargo, aún no se aumentará ni el número de pistas ni las puertas de embarque, puesto que esto sería una ampliación mayor para el aeropuerto y supondría un mayor estudio. Se irá aumentando progresivamente la cantidad de personal hasta encontrar el punto óptimo, en el cual tendremos la cantidad exacta de trabajadores como para procesar todas las aeronaves sin provocar retrasos al resto de tareas. Vemos entonces cual sería la evolución de los tiempos totales, dejando los vehículos y recursos como puertas de embarque y pista fijos, y aumentando el personal de la siguiente forma: 81 82 Capítulo 5. Optimización Tabla 5.2 Evolución del tiempo variando la cantidad de personal. Personal T. Average (min) T. Total (min) 10 32.3944 122.2900 15 32.7557 47.9418 20 32.3084 35.5656 25 32.9692 36.0018 30 33.0187 35.6174 35 32.6241 35.492 40 32.6785 34.5087 45 32.6785 34.5087 50 32.6785 34.5087 Figura 5.1 Evolución del tiempo de proceso, variando personal y ctes. resto de recursos. Podemos comprobar como a partir de los 40 en personal, se mantiene estancado. Probamos entonces ahora aumentando todos los recursos para ver cual sería el límite de los mismos. Establecemos 45 de personal para las próximas simulaciones. Tabla 5.3 Aumento de la capacidad de los recursos. Name Type Capacity Camión Cisterna Fixed Capacity 10 Camiones Fixed Capacity 10 Carga Maletas Fixed Capacity 10 Jardineras Fixed Capacity 10 Personal Fixed Capacity 45 Pista Fixed Capacity 1 Puerta de Embarque Fixed Capacity 15 Obtenemos por lo tanto, que los recursos óptimos son: 5.1 Optimización de Recursos 83 Tabla 5.4 Uso máximo y mínimo de recursos al mismo tiempo. Number Busy Minimum Value Maximum Value Camión Cisterna 0.00 8.00 Camiones 0.00 7.00 Carga Maletas 0.00 7.00 Jardineras 0.00 6.00 Personal 0.00 44.00 Pista 0.00 1.00 Puerta de Embarque 0.00 7.00 No obstante, se tendrá un vehículo extra de cada tipo en caso de avería o de revisión de alguno de ellos. Observando los tiempos obtenidos: •Análisis por vehículos La siguiente tabla muestra el tiempo promedio sin valor agregado para los aviones es de 32.6297 minutos. Seguidamente, el tiempo de espera por avión que es de 0.1833 minutos. También, se encuentra el Work In Process (WIP), que es el número promedio de entidades en proceso que para este caso es de 2.2933 aviones, es decir 3 aviones. A modo más general, al sistema entraron 1221 vehículos y salieron 1217 en un tiempo de 10 días. Tabla 5.5 Tiempos sin valor agregado (NVA Time), Tiempos de espera (Wait Time), Tiempos ociosos total (Total Time) y Trabajo en Proceso (WIP). Average Halfwidth Minimum Value Maximum Value NVA Time Aviones 32.6297 0.5490 4.2002 88.2931 Wait Time Aviones 0.1833 0.0410 0.00 3.5816 Total Time Aviones 33.8661 0.5448 5.2840 57.4745 WIP Aviones (Número) 2.2933 (Correlated) 0.00 13 Tabla 5.6 Aviones que entran y salen del sistema. Value Number In Aviones 1221 Number Out Aviones 1217 •Análisis por procesos A continuación se muestran unas tablas sobre el tiempo de cola de las diferentes tareas a realizar durante el procesamiento de las aeronaves. Tabla 5.7 Tiempo de colas en minutos, Heavy. H Average Halfwidth Minimum Value Maximum Value Cabina 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 Carga 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 Pista 0.1805 (Insufficient) 0.00 3.2829 Descarga 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 Desembarque 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 Embarque 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 90 Capítulo 5. Optimización Figura 5.11 Procesamiento aeronaves Heavy. •Análisis por vehículos Tabla 5.12 Tiempos sin valor agregado (NVA Time), Tiempos de espera (Wait Time), Tiempos ociosos total (Total Time) y Trabajo en Proceso (WIP). Average Halfwidth Minimum Value Maximum Value NVA Time Aviones 32.1416 0.5765 4.4663 56.1145 Wait Time Aviones 2.1574 0.7429 0.00 32.9740 Total Time Aviones 35.3521 1.0509 5.5747 75.9683 WIP Aviones (Número) 3.9280 (Correlated) 0.00 31 Tabla 5.13 Aviones que entran y salen del sistema. Value Number In Aviones 2000 Number Out Aviones 2000 •Análisis por procesos Tabla 5.14 Tiempo de colas en minutos, Heavy. H Average Halfwidth Minimum Value Maximum Value Cabina 0.7567 (Insufficient) 0.00 7.8844 Carga 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 Pista 0.2761 (Insufficient) 0.00 1.2770 Descarga 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 Desembarque 0.2383 (Insufficient) 0.00 3.5740 Embarque 0.6464 (Insufficient) 0.00 6.2 5.2 Mejoras y Ampliación del Aeropuerto 91 Tabla 5.15 Tiempo de colas en minutos, Large. L Average Halfwidth Minimum Value Maximum Value Cabina 1.0318 0.6568 0.00 7.8844 Carga 0.2494 (Insufficient) 0.00 7.9159 Pista 0.6069 (Insufficient) 0.00 11.7517 Descarga 0.1955 (Insufficient) 0.00 5.4342 Desembarque 0.1955 0.1234 0.00 8.3642 Embarque 0.5261 (Insufficient) 0.00 10.6638 Tabla 5.16 Tiempo de colas en minutos, Small. S Average Halfwidth Minimum Value Maximum Value Cabina 0.0999 0.0689 0.00 8.1119 Carga 0.2884 (Insufficient) 0.00 6.2722 Pista 0.6569 0.2037 0.00 9.3398 Descarga 0.3708 (Insufficient) 0.00 6.6413 Desembarque 0.1225 0.1053 0.00 6.5642 Embarque 0.0852 (Insufficient) 0.00 4.6163 Se muestra una gráfica obtenida a partir del informe automático del programa empleado que enseña el uso de cada uno de los recursos. Tabla 5.17 Cantidad de veces que se emplea cada recurso. Total Number Seized Value Camión Cisterna 1178 Camiones 1545 Carga Maletas 1907 Jardineras 1387 Personal 15342 Pista 3763 Puertas de Embarque 1557 Figura 5.12 Uso de los recursos. 92 Capítulo 5. Optimización La cantidad de aviones de cada tipo que han llegado al aeropuerto han sido: Tabla 5.18 Contador de aviones. Count Value H 15 L 1356 S 392 Figura 5.13 Contador de aviones. Intentamos optimizar de nuevo los recursos para ver si así somos capaces de reducir al máximo las colas formadas en algunas de las tareas. •Camiones de carga: pasamos de 8 a 12 camiones. •Carros de maletas: pasamos de 8 a 10 carros. •Camiones cisterna: pasamos de 8 a 11 camiones. •Jardineras: pasamos de 7 a 8 jardineras. •Personal: pasamos de 45 a 72 trabajadores. •Pista: pasamos de 1 a 1 pista. •Puertas de embarque: pasamos de 15 a 15 puertas. Volviendo a obtener los resultados a partir de estos recursos: 5.2 Mejoras y Ampliación del Aeropuerto 93 Figura 5.14 Procesamiento aeronaves Small. Figura 5.15 Procesamiento aeronaves Large. Tras la optimización de los recursos para el caso de la simulación semanal para el año 2040, podemos ver cómo se han suavizado las curvas de las gráficas, tenemos menos picos y es más uniforme. 94 Capítulo 5. Optimización Figura 5.16 Procesamiento aeronaves Heavy. Si comparamos los tiempos de cola más significativos, veremos cómo de conveniente es el aumento de los recursos o no. Se representan los tiempos máximos de cola en la siguiente gráfica: Figura 5.17 Comparación del tiempo de colas en minutos de la simulación optimizada y sin optimizar. 5.2 Mejoras y Ampliación del Aeropuerto 95 5.2.1 Aumento del número de puertas de embarque Ahora trataremos si es necesario el aumento de puertas de embarque del aeropuerto de Sevilla en los próximos años a partir de los resultados obtenidos, y si es viable su ampliación. A partir de los resultados anteriores obtenemos los siguientes datos: Tabla 5.19 Uso máximo y mínimo de recursos al mismo tiempo. Number Busy Minimum Value Maximum Value Camión Cisterna 0.00 11.00 Camiones 0.00 12.00 Carga Maletas 0.00 10.00 Jardineras 0.00 8.00 Personal 0.00 72.00 Pista 0.00 1.00 Puerta de Embarque 0.00 13.00 Obtenemos que la cantidad máxima de puertas de embarque es 13, por lo tanto, no llegamos siquiera a usar las 15 de las que dispone el aeropuerto de Sevilla. Es en consecuencia obvio que no es necesario un aumento de puertas de embarque. Figura 5.18 Puertas de embarque, [25]. Un aumento de las puertas de embarque no supondría ninguna mejora a primera vista, ya que en un uso medio anual, no superaríamos las 13 de 15 puertas que tenemos. No obstante, es posible que en alguna hora punta o congestión no planificada sí pudiese ser necesario. Pero como no tenemos una situación clara de aumento de tráfico, y en caso de posible aumento momentáneo, no llegaría tampoco a suponer un aumento de cola excesivo, sobre todo teniendo en cuenta que lo más probable es que fuesen otros recursos los limitantes en ese momento. 96 Capítulo 5. Optimización 5.2.2 Aumento del número de pistas A pesar de no ser necesaria en primera instancia una pista extra, en este apartado se va a simular cómo mejoraría el funcionamiento del aeropuerto con una pista más, y se mencionarán las posibles mejoras en cuanto al tráfico aéreo. A continuación se realiza un estudio de las alternativas existentes de máximo desarrollo posible del Plan Director, (teniendo en cuenta los condicionantes que se imponen en el documento del Plan Director de Sevilla, Máximo Desarrollo). Se presentan tres alternativas posibles de ubicación de una segunda pista paralela a la actual 09-27. La alternativa 1 presenta una pista paralela al norte de la actual con los umbrales alineados a los de la actual pista. Desde el punto de vista medioambiental esta alternativa presenta una mayor afección sobre el núcleo de población de Valdezorras. Además, es la alternativa que presenta una amyor interferencia con el trazado actual de la Autovía N-IV Madrid-Cádiz. Figura 5.19 Alternativa 1, [26]. La alternativa 2 presenta una pista paralela al sur de la actual. Esta alternativa presenta dos inconvenientes principales respecto al resto: • Por un lado, la disposición óptima del área terminal de un aeropuerto es siempre la zona central ubicada entre las pistas, de forma que se minimizan los recorridos de las aeronaves en tierra, acercando los extremos de las pistas de aterrizaje y los umbrales de las pistas de despegue a los puestos de estacionamiento de las aeronaves. Asimismo se evitan los cruces de pistas, que suponen una merma de la capacidad operativa de las pistas. • Por otro lado, el crecimiento que ha experimentado la ciudad de Sevilla hace inviable esta opción, ya que sobrevolarían la ciudad las operaciones relacionadas a esta nueva pista. Figura 5.20 Alternativa 2, [26]. 5.2 Mejoras y Ampliación del Aeropuerto 97 La alternativa 3, presenta una pista paralela al Norte de la actual. La disposición de los umbrales favorece una utilización en modo segregado de ambas pistas y además no afectaría a la Autovía como la alternativa 1. Figura 5.21 Alternativa 3, [26]. Para la alternativa 3 existen cuatro posibilidades diferentes de separación respecto al eje de la pista existente (1195 metros, 1310 metros, 1525 metros, 1165 metros). Todas estas distancias superan la distancia mínima para que puedan actuar independientemente (según la FAA, 2500 ft., algo menos de 800 metros), por lo que no lo tendremos en cuenta. En definitiva, se aplicará una simulación sobre la alternativa 3. Al ser dos pistas con funcionamiento independiente, y ser esta nueva pista de las mismas dimensiones que la 09-27, la capacidad del aeropuerto se duplica. Realizando la simulación obtenemos los siguientes resultados: Figura 5.22 Procesamiento aeronaves Small. 98 Capítulo 5. Optimización Figura 5.23 Procesamiento aeronaves Large. Figura 5.24 Procesamiento aeronaves Heavy. 5.2 Mejoras y Ampliación del Aeropuerto 99 •Análisis por vehículos Tabla 5.20 Tiempos sin valor agregado (NVA Time), Tiempos de espera (Wait Time), Tiempos ociosos total (Total Time) y Trabajo en Proceso (WIP). Average Halfwidth Minimum Value Maximum Value NVA Time Aviones 32.3291 0.7362 4.2473 52.6461 Wait Time Aviones 0.0604 0.0193 0.00 1.5685 Total Time Aviones 33.4418 0.7402 5.2587 54.0739 WIP Aviones (Número) 1.8579 (Correlated) 0.00 25 Tabla 5.21 Aviones que entran y salen del sistema. Value Number In Aviones 2000 Number Out Aviones 2000 •Análisis por procesos Tabla 5.22 Tiempo de colas en minutos, Heavy. H Average Halfwidth Minimum Value Maximum Value Cabina 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 Carga 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 Pista 0.0147 (Insufficient) 0.00 0.2070 Descarga 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 Desembarque 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 Embarque 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 Tabla 5.23 Tiempo de colas en minutos, Large. L Average Halfwidth Minimum Value Maximum Value Cabina 0.0005 0.0011 0.00 0.6293 Carga 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 Pista 0.0186 0.0088 0.00 1.2315 Descarga 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 Desembarque 0.00 0.00 0.00 0.00 Embarque 0.0224 0.0022 0.00 0.9728 Tabla 5.24 Tiempo de colas en minutos, Small. S Average Halfwidth Minimum Value Maximum Value Cabina 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 Carga 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 Pista 0.0297 (Insufficient) 0.00 0.7900 Descarga 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 Desembarque 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 Embarque 0.00 (Insufficient) 0.00 0.00 106 Capítulo 6. Anexos ab = a1(i); [DIST,~]=aterrizaje(Vi,Vrod,ab); plott = [plott; DIST]; end format shortg,tabla, format long figure; plot(a1,plott,’r’,a,tabla(:,2),’o’); grid on; title(’Distancias en función de las aceleraciones de frenada’); ylabel(’Distancias (m)’) xlabel(’Aceleraciones (m/s^2)’) legend({’Dist. según ac.’,’Dist. para aceleraciones selecc.’},’Location’,’ southwest’) % Obtenemos una tabla con los diferentes tiempos. Código que da una noción sobre la frenada de los aviones clasificadios como large: a1=[1.5:0.01:4]; % vector de diferentes ac. de frenada a1 = a1(:); a = [2,2.3,2.7]; a = a(:); Vi=120; %knts Vi = Vi*1.852; % km/h Vrod = 45; % velocidad de rodaje establecida tabla = []; plott = []; for j=1:length(a) ab=a(j); [DIST,t]=aterrizaje(Vi,Vrod,ab); tabla = [tabla; a(j), DIST, t]; end for i = 1:length(a1) ab = a1(i); [DIST,~]=aterrizaje(Vi,Vrod,ab); plott = [plott; DIST]; end format shortg,tabla, format long figure; plot(a1,plott,’r’,a,tabla(:,2),’o’); grid on; title(’Distancias en función de las aceleraciones de frenada’); ylabel(’Distancias (m)’) xlabel(’Aceleraciones (m/s^2)’) legend({’Dist. según ac.’,’Dist. para aceleraciones selecc.’},’Location’,’ southwest’) % Obtenemos una tabla con los diferentes tiempos. 1 Códigos de MATLAB empleados. 107 Código que da una noción sobre la frenada de los aviones clasificadios como small: a1=[1.5:0.01:4]; % vector de diferentes ac. de frenada a1 = a1(:); a = [2.3,2.7,3.5]; a = a(:); Vi=100; %knts Vi = Vi*1.852; % km/h Vrod = 40; % velocidad de rodaje establecida tabla = []; plott = []; for j=1:length(a) ab=a(j); [DIST,t]=aterrizaje(Vi,Vrod,ab); tabla = [tabla; a(j), DIST, t]; end for i = 1:length(a1) ab = a1(i); [DIST,~]=aterrizaje(Vi,Vrod,ab); plott = [plott; DIST]; end format shortg,tabla, format long figure; plot(a1,plott,’r’,a,tabla(:,2),’o’); grid on; title(’Distancias en función de las aceleraciones de frenada’); ylabel(’Distancias (m)’) xlabel(’Aceleraciones (m/s^2)’) legend({’Dist. según ac.’,’Dist. para aceleraciones selecc.’},’Location’,’ southwest’) % Obtenemos una tabla con los diferentes tiempos. Código que nos compara todos los casos, da como resultado una tabla y una gráfica comparativa: % COMPARACION a1=[1:0.01:10]; % vector de diferentes ac. de frenada a1 = a1(:); as = [2.3,2.7,3.5]; al = [2,2.3,2.7]; ah = [2,2.3,2.7]; as = as(:); al = al(:); ah = ah(:); Vis=100; Vil = 120; Vih = 140; %knts 108 Capítulo 6. Anexos Vrods = 40; Vrodl = 45; Vrodh = 50; % velocidad de rodaje establecida tablas = []; tablal = []; tablah = []; plotts = []; plottl = []; plotth = []; for j=1:length(as) ab=as(j); Vi = Vis*1.852; Vrod = Vrods; [DIST,t]=aterrizaje(Vi,Vrod,ab); tablas = [tablas; a(j), DIST, t]; end for j=1:length(al) ab=al(j); Vi = Vil*1.852; Vrod = Vrodl; [DIST,t]=aterrizaje(Vi,Vrod,ab); tablal = [tablal; a(j), DIST, t]; end for j=1:length(ah) ab=ah(j); Vi = Vih*1.852; Vrod = Vrodh; [DIST,t]=aterrizaje(Vi,Vrod,ab); tablah = [tablah; a(j), DIST, t]; end tabla = [tablas; tablal; tablah]; for i = 1:length(a1) ab = a1(i); Vi = Vis*1.852; Vrod = Vrods; [DIST,~]=aterrizaje(Vi,Vrod,ab); plotts = [plotts; DIST]; end for i = 1:length(a1) ab = a1(i); Vi = Vil*1.852; Vrod = Vrodl; [DIST,~]=aterrizaje(Vi,Vrod,ab); plottl = [plottl; DIST]; end for i = 1:length(a1) ab = a1(i); Vi = Vih*1.852; Vrod = Vrodh; [DIST,~]=aterrizaje(Vi,Vrod,ab); plotth = [plotth; DIST]; 1 Códigos de MATLAB empleados. 109 end format shortg,tabla, format long figure; plot(a1,plotts,’r’,a1,plottl,’b’,a1,plotth,’g’,... as,tablas(:,2),’x’,al,tablal(:,2),’x’,ah,tablah(:,2),’x’); grid on; title(’Comparativa de distancias en función de los casos de aceleraciones de frenada’); ylabel(’Distancias (m)’) xlabel(’Aceleraciones (m/s^2)’) legend({’Small’,’Large’,’Heavy’},’Location’,’northeast’) % Obtenemos una tabla con los diferentes tiempos. % tabla = % % 2.3 1255.8 17.536 % 2.7 1069.7 14.938 % 3.5 825.23 11.524 % 2.3 2125.6 24.617 % 2.7 1848.4 21.406 % 3.5 1574.6 18.235 % 2.3 2938.3 29.067 % 2.7 2555.1 25.275 % 3.5 2176.5 21.531 % tiempos de ocpación de pista: H = [81; 76; 76]; L = [67; 60; 62]; S = [63; 64; 66]; p = [50;50;50]; caso = [1;2;3]; hold on; plot(caso,H,caso,L,caso,S,caso,p,’k’); grid on; title(’Comparación de los tiempos según cada caso’); ylabel(’Tiempo (seg)’) xlabel(’Caso de frenada’) legend({’Heavy’,’Large’,’Small’},’Location’,’northeast’) 110 Capítulo 6. Anexos Se crea una función que dada las velocidades de despegue establecidas y el tiempo estimado de opcupación de pista, nos da la aceleración necesaria. function [ad,DIST] = despegue(Vdesp,t) % Vdesp (km/h) % t (s) % ad (m/s2) % DIST (m) Vdesp=Vdesp*1000/3600; ad = Vdesp./t; DIST=Vdesp.*t+(ad.*(t).^2)/2; end Código que da una noción sobre el despegue de los aviones clasificadios como heavy: % DESPEGUES Heavy % La longitud de pista, como ya sabemos es de 3364 m. Vdesp = 250; % km/h Vini = 0; % Comienza en reposo. km/h Dist = 3364; % long. pista m t = 25:40; t = t(:); [ad,DIST] = despegue(Vdesp,t) format shortg, [ad, DIST] plot(ad,DIST,’r’); grid on; title(’Despegue de aeronaves ligeras según aceleraciones’); ylabel(’Distancias (m)’) xlabel(’Aceleraciones (m/s^2)’) legend({’Variación de dist. según ac.’,},’Location’,’northeast’) % Comenzamos con aceleraciones y tiempos no muy ajustados: a = 2.3148; Vdesp = Vdesp*1000/3600; % m/s ti = Vdesp/a D = Vdesp*ti+(a*(ti)^2)/2 % m Código que da una noción sobre el despegue de los aviones clasificadios como large: % DESPEGUES Large % La longitud de pista, como ya sabemos es de 3364 m. Vdesp = 215; % km/h Vini = 0; % Comienza en reposo. km/h Dist = 3364; % long. pista m t = 25:40; t = t(:); 1 Códigos de MATLAB empleados. 111 [ad,DIST] = despegue(Vdesp,t) format shortg, [ad, DIST] plot(ad,DIST,’r’); grid on; title(’Despegue de aeronaves ligeras según aceleraciones’); ylabel(’Distancias (m)’) xlabel(’Aceleraciones (m/s^2)’) legend({’Variación de dist. según ac.’,},’Location’,’northeast’) % Comenzamos con aceleraciones y tiempos no muy ajustados: a = 1.8098; Vdesp = Vdesp*1000/3600; % m/s ti = Vdesp/a D = Vdesp*ti+(a*(ti)^2)/2 % m Código que da una noción sobre el despegue de los aviones clasificadios como small: % DESPEGUES Small % La longitud de pista, como ya sabemos es de 3364 m. Vdesp = 185; % km/h Vini = 0; % Comienza en reposo. km/h Dist = 3364; % long. pista m t = 25:40; t = t(:); [ad,DIST] = despegue(Vdesp,t) format shortg, [ad, DIST] plot(ad,DIST,’r’); grid on; title(’Despegue de aeronaves ligeras según aceleraciones’); ylabel(’Distancias (m)’) xlabel(’Aceleraciones (m/s^2)’) legend({’Variación de dist. según ac.’,},’Location’,’northeast’) % Comenzamos con aceleraciones y tiempos no muy ajustados: a = 1.4275; Vdesp = Vdesp*1000/3600; % m/s ti = Vdesp/a D = Vdesp*ti+(a*(ti)^2)/2 % m 112 Capítulo 6. Anexos Código que nos compara todos los casos, da como resultado una tabla y una gráfica comparativa: % DESPEGUES comparativa % La longitud de pista, como ya sabemos es de 3364 m. Vdesps = 185; % km/h Vdespl = 215; % km/h Vdesph = 250; % km/h Vini = 0; % Comienza en reposo. km/h Dist = 3364; % long. pista m t = 20:60; t = t(:); [as,Ds] = despegue(Vdesps,t); [al,Dl] = despegue(Vdespl,t); [ah,Dh] = despegue(Vdesph,t); plot(as,Ds,’r’,al,Dl,’g’,ah,Dh,’b’); grid on; title(’Despegue de aeronaves ligeras según aceleraciones’); ylabel(’Distancias (m)’) xlabel(’Aceleraciones (m/s^2)’) legend({’Small’,’Large’,’Heavy’},’Location’,’northeast’) tabla = [as,Ds,al,Dl,ah,Dh] % 2.5694 1541.7 2.9861 % 2.0556 1927.1 2.3889 % 1.713 2312.5 1.9907 % 1.4683 2697.9 1.7063 % 1.2847 3083.3 1.4931 % 1.142 3468.8 1.3272 % 1.0278 3854.2 1.1944 % 0.93434 4239.6 1.0859 % 0.85648 4625 0.99537 % % 1791.7 3.4722 2083.3 % 2239.6 2.7778 2604.2 % 2687.5 2.3148 3125 % 3135.4 1.9841 3645.8 % 3583.3 1.7361 4166.7 % 4031.3 1.5432 4687.5 % 4479.2 1.3889 5208.3 % 4927.1 1.2626 5729.2 % 5375 1.1574 6250 1 Códigos de MATLAB empleados. 113 Código a partir del cual, con los datos de llegadas, salidas, mezcla de aviones, velocidades de aproximación, etc. Nos da una noción sobre la capacidad del aeropuerto tanto solo a llegadas, como solo salidas o con operaciones mixtas, dando 100% de priopridad a los aterrizajes y los despegues entre los huecos de estos: % CAPACIDAD LL = [3 3 3; 5 3 3; 6 5 3]; % sep. llegadas en nm. SD = [60 60 60; 90 90 90; 120 120 120]; % sep. salidas sg. Va = [100; 120; 140]; % vel. aprox. en Knts. Mez = [26.7; 72.5; 0.8]; % Porcentaje de mezcla aviones. ROT = [65; 70; 80]; % Tiempo ocupación de pista en sg. P = 18; % periodo de barrida del radar de vigilancia sigma = 1.65; % prob violación del 5% gamma = 8; % sep. en nm sep = 2; % separación lleg-sal nm. % MATRIZ DE TIEMPOS: T = eye(3); T(1,1) = LL(1,1)/Va(1); T(1,2) = LL(1,2)/Va(2); T(1,3) = LL(1,3)/Va(3); T(2,1) = LL(2,1)/Va(1) + gamma*(1/Va(1) - 1/Va(2)); T(2,2) = LL(2,2)/Va(2); T(2,3) = LL(2,3)/Va(3); T(3,1) = LL(3,1)/Va(1) + gamma*(1/Va(1) - 1/Va(3)); T(3,2) = LL(3,2)/Va(2) + gamma*(1/Va(2) - 1/Va(3)); T(3,3) = LL(3,3)/Va(3); format shortg, T = T*3600, format long % MATRIZ DE BUFFERS: B = eye(3); for i = 1:3 for j = 1:3 if Va(i) <= Va(j) B(i,j) = sigma*P; else B(i,j) = sigma*P - LL(i,j)*(1/Va(j) - 1/Va(i))*3600; end if B(i,j) < 0 B(i,j) = 0; end end end format shortg, B, format long % MATRIZ DE TIEMPO TOTAL: format shortg, Ttot = T + B, format long 114 Capítulo 6. Anexos % MATRIZ DE PROBABILIDAD: P1 = [Mez, Mez, Mez]/100; P2 = [Mez’; Mez’; Mez’]/100; P = P1.*P2; format shortg, P, format long % TIEMPO MEDIO ENTRE LLEGADAS: E = 0; for i = 1:3 for j = 1:3 E = E + P(i,j)*Ttot(i,j); end end format shortg, E, format long % segundos % CAPACIDAD HORARIA EN SOLO LLEGADAS: Cap_Llegadas = 3600/E; format shortg, Cap_Llegadas, format long % lleg/h % CAPACIDAD SOLO DESPEGUES: Ed = 0; for i = 1:3 for j = 1:3 Ed = Ed + P(i,j)*SD(i,j); end end format shortg, Ed, format long % seg Cap_Salidas = 3600/Ed; format shortg, Cap_Salidas, format long % lleg/h % CAPACIDAD OPERACIÓN MIXTA: Erot = (Mez(1)*ROT(1) + Mez(2)*ROT(2) + Mez(3)*ROT(3))/100; Btoi = 8*1.65; % Buffer seg. desv. tip. de 8 seg. Egamma = (Mez(1)/Va(1) + Mez(2)/Va(2) + Mez(3)/Va(3))*sep/100*3600; % los huecos deben ser: huecos = []; 1 Códigos de MATLAB empleados. 115 for n = 1:4 Eh = Erot + Egamma + Btoi + (n-1)*Ed; huecos = [huecos; n, Eh]; end format shortg, huecos, format long % los despegues posibles por hueco: H = eye(3); for i = 1:3 for j = 1:3 if Ttot(i,j) < huecos(:,2) H(i,j) = 0; else H(i,j) = 1; end if Ttot(i,j) > huecos(2,2) H(i,j) = 2; end if Ttot(i,j) > huecos(3,2) H(i,j) = 3; end if Ttot(i,j) > huecos(4,2) H(i,j) = 4; end end end H % la capacidad de despegues será: Cap_mix = 0; for i = 1:3 for j = 1:3 Cap_mix = Cap_mix + H(i,j)*P(i,j)*(Cap_Llegadas-1); end end format shortg, Cap_mix, format long % despegues/h % Esta capacidad es con prioridad 100% llegadas, ya que % los despegues se adaptan al hueco entre llegadas, no % modificándose la secuencia de estas. % DIAGRAMA DE PARETO: a = [0; Cap_mix; Cap_Salidas]; % eje X b = [Cap_Llegadas; Cap_Llegadas; 0]; % eje Y f = @(s)interp1(a,b,s,’linear’); xq = 0:0.1:Cap_Salidas; Category Overview 17:08:28 julio 29, 2022 Unnamed Project Time Units: Replications: 1 Minutes Key Performance Indicators Average System Number Out 122 Model Filename: Page of 1 7D:\GIA\GIA 2021-22\TFG\Simulaciones\pruebas\model3 Category Overview 17:08:28 julio 29, 2022 Unnamed Project Time Units: Replications: 1 Minutes Entity Time VA Time Half WidthAverage Minimum Value Maximum Value 32.8939Aviones 4.3687 86.9419(Insufficient) NVA Time Half WidthAverage Minimum Value Maximum Value 1.0552Aviones 1.0031 1.3007(Insufficient) Wait Time Half WidthAverage Minimum Value Maximum Value 0.4284Aviones 0.00 12.9495(Insufficient) Transfer Time Half WidthAverage Minimum Value Maximum Value 0.00Aviones 0.00 0.00(Insufficient) Other Time Half WidthAverage Minimum Value Maximum Value 0.00Aviones 0.00 0.00(Insufficient) Total Time Half WidthAverage Minimum Value Maximum Value 34.3775Aviones 5.4265 88.2426(Insufficient) Other Number In Value Aviones 122.00 Number Out Value Aviones 122.00 WIP Half WidthAverage Minimum Value Maximum Value 0.2330Aviones 0.00 6.0000(Insufficient) Model Filename: Page of 2 7D:\GIA\GIA 2021-22\TFG\Simulaciones\pruebas\model3 Category Overview 17:08:28 julio 29, 2022 Unnamed Project Time Units: Replications: 1 Minutes Queue Time Waiting Time Half WidthAverage Minimum Value Maximum Value 0.00Cabina H.Queue 0.00 0.00(Insufficient) 0.2609Cabina L.Queue 0.00 9.5044(Insufficient) 0.00Cabina S.Queue 0.00 0.00(Insufficient) 0.00Carga H.Queue 0.00 0.00(Insufficient) 0.00Carga L.Queue 0.00 0.00(Insufficient) 0.00Carga S.Queue 0.00 0.00(Insufficient) 0.00Descarga L.Queue 0.00 0.00(Insufficient) 0.00Descarga S.Queue 0.00 0.00(Insufficient) 0.00Desembarque H.Queue 0.00 0.00(Insufficient) 0.08512761Desembarque L.Queue 0.00 7.3210(Insufficient) 0.00Desembarque S.Queue 0.00 0.00(Insufficient) 0.1295Embarque L.Queue 0.00 6.6752(Insufficient) 0.00Embarque S.Queue 0.00 0.00(Insufficient) 0.00Pista dH.Queue 0.00 0.00(Insufficient) 0.05165650Pista dL.Queue 0.00 0.9736(Insufficient) 0.1150Pista dS.Queue 0.00 1.0007(Insufficient) 0.00Pista H.Queue 0.00 0.00(Insufficient) 0.04312547Pista L.Queue 0.00 1.0290(Insufficient) 0.00Pista S.Queue 0.00 0.00(Insufficient) Other Model Filename: Page of 3 7D:\GIA\GIA 2021-22\TFG\Simulaciones\pruebas\model3 Category Overview 17:08:28 julio 29, 2022 Unnamed Project Time Units: Replications: 1 Minutes Queue Other Number Waiting Half WidthAverage Minimum Value Maximum Value 0.00Cabina H.Queue 0.00 0.00(Insufficient) 0.00129015Cabina L.Queue 0.00 1.0000(Insufficient) 0.00Cabina S.Queue 0.00 0.00(Insufficient) 0.00Carga H.Queue 0.00 0.00(Insufficient) 0.00Carga L.Queue 0.00 0.00(Insufficient) 0.00Carga S.Queue 0.00 0.00(Insufficient) 0.00Cola Pista.Queue 0.00 0.00(Insufficient) 0.00Descarga H.Queue 0.00 0.00(Insufficient) 0.00Descarga L.Queue 0.00 0.00(Insufficient) 0.00Descarga S.Queue 0.00 0.00(Insufficient) 0.00Desembarque H.Queue 0.00 0.00(Insufficient) 0.00040672Desembarque L.Queue 0.00 1.0000(Insufficient) 0.00Desembarque S.Queue 0.00 0.00(Insufficient) 0.00Embarque H.Queue 0.00 0.00(Insufficient) 0.00063310Embarque L.Queue 0.00 1.0000(Insufficient) 0.00Embarque S.Queue 0.00 0.00(Insufficient) 0.00Pista dH.Queue 0.00 0.00(Insufficient) 0.00025541Pista dL.Queue 0.00 1.0000(Insufficient) 0.00010225Pista dS.Queue 0.00 1.0000(Insufficient) 0.00Pista H.Queue 0.00 0.00(Insufficient) 0.00021563Pista L.Queue 0.00 1.0000(Insufficient) 0.00Pista S.Queue 0.00 0.00(Insufficient) Model Filename: Page of 4 7D:\GIA\GIA 2021-22\TFG\Simulaciones\pruebas\model3 Category Overview 17:08:28 julio 29, 2022 Unnamed Project Time Units: Replications: 1 Minutes Resource Usage Instantaneous Utilization Half WidthAverage Minimum Value Maximum Value 0.00657292Camión Cisterna 0.00 0.3000(Insufficient) 0.00890947Camiones 0.00 0.4000(Insufficient) 0.00592970Carga Maletas 0.00 0.5000(Insufficient) 0.00484538Jardineras 0.00 0.3000(Insufficient) 0.04497314Personal 0.00 1.0000(Correlated) 0.01262073Pista 0.00 1.00000,008101442 0.00569017Puerta de Embarque 0.00 0.2667(Insufficient) Number Busy Half WidthAverage Minimum Value Maximum Value 0.06572918Camión Cisterna 0.00 3.0000(Insufficient) 0.08909474Camiones 0.00 4.0000(Insufficient) 0.05929696Carga Maletas 0.00 5.0000(Insufficient) 0.04845383Jardineras 0.00 3.0000(Insufficient) 0.6746Personal 0.00 15.0000(Correlated) 0.01262073Pista 0.00 1.00000,008101442 0.08535254Puerta de Embarque 0.00 4.0000(Insufficient) Number Scheduled Half WidthAverage Minimum Value Maximum Value 10.0000Camión Cisterna 10.0000 10.0000(Insufficient) 10.0000Camiones 10.0000 10.0000(Insufficient) 10.0000Carga Maletas 10.0000 10.0000(Insufficient) 10.0000Jardineras 10.0000 10.0000(Insufficient) 15.0000Personal 15.0000 15.0000(Insufficient) 1.0000Pista 1.0000 1.0000(Insufficient) 15.0000Puerta de Embarque 15.0000 15.0000(Insufficient) Model Filename: Page of 5 7D:\GIA\GIA 2021-22\TFG\Simulaciones\pruebas\model3 Category Overview 17:08:28 julio 29, 2022 Unnamed Project Time Units: Replications: 1 Minutes Resource Usage Scheduled Utilization Value Camión Cisterna 0.00657292 Camiones 0.00890947 Carga Maletas 0.00592970 Jardineras 0.00484538 Personal 0.04497314 Pista 0.01262073 Puerta de Embarque 0.00569017 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,045 Camión Cisterna Camiones Carga Maletas Jardineras Personal Pista Puerta de Embarque Total Number Seized Value Camión Cisterna 107.00 Camiones 102.00 Carga Maletas 117.00 Jardineras 87.0000 Personal 977.00 Pista 228.00 Puerta de Embarque 97.0000 0,000 200,000 400,000 600,000 800,000 1000,000 Camión Cisterna Camiones Carga Maletas Jardineras Personal Pista Puerta de Embarque Model Filename: Page of 6 7D:\GIA\GIA 2021-22\TFG\Simulaciones\pruebas\model3 Category Overview 17:08:28 julio 29, 2022 Unnamed Project Time Units: Replications: 1 Minutes User Specified Counter Count Value 1.0000Counter H 89.0000Counter L 16.0000Counter S 0,000 20,000 40,000 60,000 80,000 100,000 Counter H Counter L Counter S Model Filename: Page of 7 7D:\GIA\GIA 2021-22\TFG\Simulaciones\pruebas\model3 Bibliografía [1] “Instituto de Estadística y Cartografía de Andalucía,” https://www.juntadeandalucia.es/ institutodeestadisticaycartografia/didactica/eltiempovuela/entregas/aeropuerto_sevilla/index.htm. 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[10] “Camiones cisterna,” https://www.aeroexpo.online/es/prod/westmor-industries/product-175236-16151. html. [11] “Vehículos que trabajan en pista,” https://www.autocasion.com/actualidad/reportajes/coches-vehiculos- aeropuerto. [12] “AENA, estadísticas del tráfico aéreo,” https://www.aena.es/es/estadisticas/informes-anuales.html. [13] “De Aviones, Boeing 757,” https://www.de-aviones.com/boeing/b757/. [14] “De Aviones, Boeing 707,” https://www.de-aviones.com/boeing/b707/. [15] “Airbus, A300-600,” https://www.airbus.com/en/who-we-are/our-history/commercial-aircraft-history/ previous-generation-aircraft/a300-600. [16] “IcelandAir, Boieng 757-200,” https://www.icelandair.com/es-es/acerca-de/nuestra-flota/boeing-757- 200/. [17] “Boeing, Boieng 737,” https://www.boeing.es/productos-y-servicios/commercial-airplanes/737ng. page. [18] “Ejército del Aire,” https://ejercitodelaire.defensa.gob.es/EA/ejercitodelaire/es/aeronaves/avion/Airbus- CN-235-T.19-D.4/#. 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TORA: Take off Run Avaiable, Distancia de despegue disponible, sin CWY. TODA: Take off Distance Avaiable, Distancia de despegue disponible, con CWY. ASDA: Acceleration to Stop Distance Avaiable, Distancia disponible en caso de frenada de emergencia. LDA: Landing Distance Avaiable, Distancia disponible para aterrizaje. AENA: Empresa pública española constituida en sociedad anónima que gestiona los aeropuertos de interés general en España. MTOW: Maximum Take off Weight, Peso máximo de despegue. AIP: Publicación de información aeronáutica. ENAIRE: ENAIRE es la Entidad Pública Empresarial gestora de la navegación aérea en España y el Sahara Occidental, certificada para la prestación de servicios de control de ruta, aproximación y aeródromo. RCA: Reglamento de Circulación Aérea.