Stochastic simulation of the dynamic behavior of grain storage facilities

Abstract

A grain storage facility may be defined as a designed and structured system for receiving, cleaning, drying, storing, and dispatching grains and legumes. To perform these tasks appropriately, structures, processing machines, and conveyors are logically linked and management decisions are made. Due to the dynamic of grain storage facilities and external random factors, such as the harvest process and market demand, evaluation and analysis using static techniques are not recommended. Static methodologies may lead decision makers to erroneous conclusions or put them in an awkward position when trying to correlate the several variables involved. For these reasons, simulation proves to be a more than adequate method to better understand the studied decision parameters; and it is ideal for conducting sensitivity analysis, scenario analysis, optimization, and Monte Carlo simulation. Thus, a simulation toolset was developed to allow engineers, designers, managers, and other decision makers to model the dynamic behavior of new and existing grain storage facility and conduct related experiments and feasibility analyses. This toolset, called “Grain Facility,” was developed by using Extend TM software, version 4.1.3C. “Grain Facility” is an Extend TM library holding a set of blocks that enable the user to: (i) input information which rules system operations, (ii) simulate unit operations related to the grain storage facility environment, (iii) collect and display information during the simulation process, and (iv) generate reports and graphics. For the development of models using the “Grain Facility” library and for the following study’s verification and validation sections, data were obtained from the Cooperativa Agropecuária Mourãoense Ltda. (COAMO), an agricultural cooperative headquartered in Campo Mourão, Paraná State, Brazil. The data refer to: (i) monthly electric energy consumption, (ii) annual consumption of firewood used in the grain drying process, (iii) daily quantity of product received, (iv) monthly quantity of product dispatched, (v) a flowchart of the grain storage facilities visited, and (vi) technical information about processing machines, conveyors, and structures. This study’s outcomes show that Grain Facility has significant problem solving potential. It allows the structuring of models that have various applications, such as (i) conducting grain storage facility feasibility analyses, (ii) estimating electric energy and fuel consumption at grain storage facilities, (iii) acting as teaching tools to make cases under study more readily understandable, and (iv) analyzing new and existing systems to make them more efficient or to provide direction for facility remodeling and technological updating.

Unidades armazenadoras de grãos podem ser definidas como sistemas projetados e estruturados para receber, limpar, secar, armazenar e expedir grãos e oleaginosas. Para alcançar essas metas apropriadamente, estruturas, máquinas de processamento e transportadores são interligados, segundo um fluxograma lógico, e tomadas decisões operacionais. Devido à dinâmica do sistema da unidade armazenadora de grãos e a influências de fatores aleatórios externos, como o processo de colheita e a demanda do mercado, não são recomendados o emprego de métodos estáticos em estudos de avaliações e análises para este tipo de sistema. Isso se deve ao fato de que os métodos estáticos podem levar os tomadores de decisões a cometer erros, como também colocá-los em situações embaraçosas ao procurar estabelecer correlações entre as variáveis envolvidas. Por essa razão, a simulação se apresenta como a técnica mais adequada, por permitir um melhor entendimento dos parâmetros selecionados para a tomada de decisão, além de propiciar a condução de experimentos, como: análise de sensibilidade, análise de cenários, otimização e simulação de Monte Carlo. Dessa forma, visando permitir engenheiros, projetistas, gerentes e demais tomadores de decisões simularem a dinâmica operacional, conduzirem experimentações e realizarem análises de viabilidade, considerando-se unidades armazenadoras existentes e novas, foi desenvolvida uma ferramenta para estruturação de modelos de simulação. Essa ferramenta, denominada Grain Facility, foi desenvolvida utilizando-se o software Extend TM , versão 4.1.3C. Grain Facility é classificada como uma biblioteca do Extend TM , que contém um conjunto de blocos que propiciam: (i) introduzir dados que governam o sistema, (ii) simular as operações unitárias associadas ao ambiente das unidades armazenadoras de grãos, (iii) coletar e apresentar informações durante a simulação e (iv) gerar relatórios e gráficos. Para o desenvolvimento da biblioteca Grain Facility, dos modelos e dos estudos de verificação e validação, dados foram obtidos na Cooperativa Agropecuária Mourãoense Ltda. – COAMO, com sede em Campo Mourão, Paraná, Brasil. Os dados referem-se a: (i) consumo mensal de energia elétrica, (ii) consumo anual de lenha utilizada no processo de secagem, (iii) quantidades diárias de produtos recebidas, (iii) quantidades mensais de produtos expedidas, (iv) fluxogramas das unidades armazenadoras visitadas e (v) informações técnicas sobre equipamentos e estruturas. Com base nos resultados, pode-se concluir que Grain Facility possui significativo potencial para solução de problemas, uma vez que essa ferramenta permite a estruturação de modelos que são úteis em aplicações como: (i) análises de viabilidade, (ii) entendimento dos casos em estudo, (iii) estimativa do consumo de energia elétrica e combustível no processo de secagem e (iv) avaliação de sistemas novos e existentes, bem como das necessidades de expansão, remodelação e inovação tecnológica.