Stochastic and Robust Optimization Models for a Downstream Petroleum Supply Chain. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF (Masters' Thesis of Mohamed Osman) MS Thesis - Mohamed Osman.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 30 May 2024. Download (4MB)

Arabic Abstract

شبكة توزيع المنتجات النفطية في المملكة العربية السعودية معقدة جدا نظرًا لمساحة المملكة الشاسعة. بالإضافة لذلك، تضيف عشوائية الطلب على هذه المنتجات إلى صعوبة التخطيط الطويل المدى. تهدف هذه الرسالة إلى تطوير نموذج رياضي للتخطيط الإستراتيجي لسلسلة إمداد المنتجات النفطية أخذًا بالاعتبار عشوائية الطلب على هذه المنتجات. تكمن الغاية من النموذج في تقليل التكاليف الثابتة والتشغيلية لسلسلة الإمداد على المدى الطويل. يغطي النموذج فترة خمس سنوات (2022 - 2026)، ويأخذ بالاعتبار منتجين البنزين والديزل. بالإضافة لذلك، يتيح النموذج استخدام ثلاث وسائل نقل، الشاحنات، خطوط الأنابيب، والسفن. تم اتباع أسلوب البرمجة الرياضية لصياغة النموذج الحتمي واستخدام لغة برمجة قامز (GAMS) لبرمجة النموذج والحصول على خطة توزيع قريبة للمثلى. بالإضافة لذلك، تم تقليل زمن الحل باستخدام أسلوب دالة الجزاء. للتعامل مع عشوائية الطلب، تم تطوير نموذجين مختلفين، نموذج عشوائي ذو مرحلتين، ونموذج متين إحصائيا. في النموذج العشوائي ذو مرحلتين، يتم التعامل مع عشوائية الطلب باستخدام أسلوب السيناريوهات، حيث يتم استخراج قيم معدلات نمو الطلب من التوزيع الإحصائي للبيانات التاريخية. في النموذج المتين إحصائيا، يتم التعامل مع عشوائية الطلب بحل النموذج لأسوء سيناريو محتمل من البيانات التاريخية. من ناحية تعقيد الحل، فقد كان النموذج العشوائي ذو المرحلتين الأكثر تعقيدا نظرا لعدد السيناريوهات المعتبرة في النموذج. كما نتج النموذج العشوائي ذو المرحلتين عن أعلى تكلفة إجمالية بسبب الطلب المرتفع في بعض السيناريوهات، يتبعه النموذج المتين إحصائيا، ثم النموذج الحتمي.

English Abstract

The refined products distribution network in Saudi Arabia is highly complex due to the vast area the country occupies. In addition, demand uncertainty adds to the complexity of long-term planning. The thesis aims at developing an optimization model for strategic planning of the refined products supply chain in Saudi Arabia considering demand uncertainty. The objective of the model is to minimize both the operational and fixed costs in the long term. The model covers a period of 5 years (2022 – 2026), and considers two products, Diesel and Gasoline. In addition, three modes of transportation are considered, trucks, pipelines, and ships. A mathematical programming approach is employed to formulate the deterministic model and GAMS language is used to code the model and obtain a near optimal investment plan. In addition, the solution time is reduced via implementing a penalty function approach. To cope with the demand uncertainty, we consider two models, a two-stage stochastic optimization model and a robust optimization model. In the two-stage stochastic model, the uncertainty is captured by means of scenario planning approach, where the demand growth rate values are drawn from the distribution of the historical data. In the robust model, the uncertainty is captured via optimizing the worst-case scenario for the demand realization from the historical data. In terms of complexity, the two-stage stochastic model is the most complex model because of the different scenarios considered. In addition, the stochastic model results in the highest optimal cost due to the high variation in demand growth rates between scenarios, followed by the robust model and finally, the deterministic model.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Systems
Department:	College of Computing and Mathematics > lndustrial and Systems Engineering
Committee Advisor:	Duffuaa, S. O.
Committee Members:	Alfares, HK and Abdulaal, M.A.
Depositing User:	MOHAMED OSMAN (g201474340)
Date Deposited:	30 May 2023 10:12
Last Modified:	30 May 2023 10:12
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142406