Applying the virtual factory concept to RMS in complex environments : a case in the oil & gas industry

During the last few decades, the worldwide industrial context has experienced radical changes due to technological, environmental, economic and political reasons, leading to the introduction of new manufacturing paradigms to handle the ever greater complexity of the production systems. In particular, the EPC business in the Oil&Gas industry suffered from a substantial reduction of the markup and faced a gradual increase of the complexity, shifting the attention towards new methods to guarantee the efficiency and the effectiveness of the projects. This work focuses on the development of a prototype tool, capable of supporting the selection of the best setup of a system dedicated to offshore pipelaying. An integrated simulation model is built following the Virtual Factory concept guidelines to replicate the behavior of the selected system, which can be considered as a Reconfigurable Manufacturing System, due to its modular structure. The model must take into account the complex nature of the marine environment, strongly affecting the project outcome. Quantitative insights on the performance of Saipem’s leading pipelay vessel, the Castorone, are supplied to the decision maker through the evaluation of alternative design and operative choices, regarding both the assembly system and the supporting logistics fleet. A simulation framework has been developed to correctly perform the comparison between the configurations selected by the decision maker, considering the endogenous and exogenous variability resulting from the assembly process and the meteo-marine conditions respectively. The tool has been applied to support the selection of the best logistics configuration. Multiple settings were analyzed and a choice suggested, based on the robustness of the observed metrics. The prototype demonstrated that a single model is capable of replicating the system dynamics on multiple detail levels and using the obtained data to suggest adequate choices to the decision maker.

Gli ultimi decenni hanno visto un cambiamento radicale del contesto industriale su scala globale, dovuto a ragioni di natura tecnologica, ambientale, economica e politica. Questo ha portato all’introduzione di paradigmi innovativi per la produzione industriale che mirano ad affrontare la crescente complessità dei sistemi produttivi moderni. In particolare, il settore dell’ingegneria, approvvigionamento e costruzione (EPC) dei grandi progetti per l’industria dell’Oil&Gas ha subito una forte riduzione dei margini di profitto e, al contempo, ha dovuto affrontare l’innalzamento del livello medio di complessità delle commesse. È sorta quindi la necessità, da parte delle principali società, di affrontare con maggiore attenzione le problematiche legate all’efficienza e all’efficacia dei progetti di costruzione. L’obiettivo di questa tesi è lo sviluppo del prototipo di uno strumento pensato per supportare la scelta della configurazione di sistema più adatta per affrontare un progetto di posa di una condotta sottomarina. È stato costruito un modello di simulazione integrato sulla base del concetto di Virtual Factory, affinché si potesse replicare il funzionamento del sistema considerato. Quest’ultimo può essere inteso come un Sistema Produttivo Riconfigurabile (RMS), data la sua struttura modulare. Il modello è in grado di tenere in considerazione la natura complessa del contesto marino in cui si sviluppa il progetto, aspetto che influenza fortemente la riuscita dello stesso. Lo strumento fornisce al decisore indicazioni quantitative sulle potenzialità del mezzo di punta della flotta di Saipem, il Castorone, tramite la valutazione delle diverse scelte operative e di design legate al funzionamento del sistema di assemblaggio e della flotta di supporto logistico. Sulla base del modello, uno schema di simulazione effettua il confronto tra le diverse configurazioni identificate dal decisore. Lo schema tiene conto delle fonti di variabilità endogene ed esogene, rispettivamente riconducibili al processo di assemblaggio della condotta e alle condizioni meteo-marine. Lo strumento è stato applicato al caso specifico della selezione della flotta logistica. A partire dalla analisi delle diverse configurazioni, la scelta più adatta viene consigliata e supportata dalla discussione delle metriche osservate durante le simulazioni. Il prototipo ha dimostrato la capacità di un singolo modello di replicare le dinamiche del sistema su più livelli di dettaglio e di utilizzare le informazioni ottenute per supportare la scelta del decisore.