Abschlussbericht: Transportlogistikplanung im Erdbau

Transportlogistikplanung im Erdbau: Entwicklung eines Simulationsverfahrens zur Optimierung der transportlogistischen Ablaufplanung im Erdbau basierend auf dem Ansatz der Berechnung von Stetigförderern im Bereich der Fördertechnik Günthner, W. A. - Kessler, S. - Frenz, T. - Wimmer, J. Das IGF-Vorhaben 15073 N/1 der Forschungsvereinigung Bundesvereinigung Logis- tik e.V. - BVL, wurde über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereini- gungen - AiF im Rahmen des Programmes zur Förderung der industriellen Gemein- schaftsforschung und -entwicklung - IGF vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert. Herausgegeben von: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Willibald A. Günthner fml – Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik Technische Universität München Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbe- sondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, der Entnahme von Abbildungen, der Wiedergabe auf photomechanischem oder ähnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen bleiben – auch bei nur auszugsweiser Verwendung – vorbehalten. Copyright © fml – Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik Printed in Germany 2009 fml – Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik Technische Universität München Boltzmannstraße 15 85748 Garching Telefon.: 089 / 289 -1 59 21 Telefax: 089 / 289 – 1 59 22 http://www.fml.mw.tum.de I Zusammenfassung Ziel des beantragten Forschungsvorhabens war die Entwicklung eines Simulations- werkzeuges zur Verbesserung der transportlogistischen Ablaufplanung im Erdbau durch eine optimierte Dimensionierung der einzusetzenden Transport-, Lade- und Arbeitsmaschinen. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden bestehende Berechnungs- verfahren analysiert und in Zusammenarbeit mit Experten Verbesserungspotentiale herausgearbeitet. Es konnte gezeigt werden, dass durch die Mittel der kinematischen Simulation zur Berechnung von Fahrzeiten und der ereignisorientierten Ablaufsimula- tion der Erdbauprozesse Baustellen besser als mit den bisherigen Methoden geplant werden können. Im Rahmen des Forschungsprojekts wurden die neuen Simulationsverfahren konse- quent in einen Demonstrator zur transportlogistischen Ablaufplanung umgesetzt. Mit diesem lassen sich mehrere Planungsszenarien mit verschiedenen Maschinenkom- binationen ohne großen Aufwand simulieren, so dass auch während der Ausfüh- rungsphase auf unerwartete Änderungen schnell reagiert werden kann. Außerdem wird es durch die Ablaufsimulation möglich, gemeinsame Fahrzeugumläufe für meh- rere Ladegeräte zu untersuchen, sowie unterschiedliche Ladegeräte oder Fahrzeuge in einem Umlauf abzubilden. Das bedeutet, dass z. B. beim Ausfall eines nicht er- setzbaren Fahrzeugs auch eine Lösung mit verschiedenartigen Fahrzeugen durch- gespielt werden kann. Um die Akzeptanz eines solchen Simulationssystems zu steigern und Tests unter realen Bedingungen zu ermöglichen, ist zudem darauf geachtet worden, die Bedie- nung des Demonstrators möglichst einfach zu gestalten. Durch die Schnittstellenbil- dung zwischen CAD-Tool, Maschinendatenbank und Simulation können Daten ein- fach wiederverwendet werden, so dass die Planungsarbeit zusätzlich vereinfacht wird. Abschließend konnte mittels verschiedener Tests die realitätsnahe Arbeitsweise des Demonstrators nachgewiesen werden. Die ersten Simulationsergebnisse deckten sich mit den tatsächlichen Abläufen, so dass von Seiten der Projektpartner Interesse an einer Weiterentwicklung des entstandenen Simulationsverfahrens besteht, um dieses auch in der operativen Planung einsetzen zu können. Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht. Inhaltsverzeichnis 1  Einleitung 1  1.1  Wissenschaftlich-technische Problemstellung 1  1.2  Forschungsziel und angestrebte Ergebnisse 3  1.2.1  Forschungsziel 3  1.2.2  Angestrebte Forschungsergebnisse 4  1.2.3  Innovativer Beitrag der angestrebten Forschungsergebnisse 5  2  Stand der Technik und Forschung 9  2.1  Grundlagen der Berechnungsmethoden 9  2.2  Berechnungsverfahren in der Fachliteratur 12  2.2.1  Ermittlung der Ladeleistung am Beispiel Bagger 12  2.2.2  Ermittlung der Transportleistung 13  2.2.3  Anmerkungen zu den Berechnungsverfahren 15  2.3  Werkzeuge aus dem Montanbereich 16  3  Auswahl geeigneter Bausteine für das Tool 18  3.1  CAD- und Visualisierungs-Tool 19  3.2  Auswahl der Simulationsumgebung 20  3.3  Kennwertdatenbank 21  3.4  Maschinendatenbank 22  3.5  Ergebnistool 23  4  Modellbildung des Simulationsbausteins 24  4.1  Allgemeine Bestimmung der Einflussfaktoren 24  4.1.1  Schnittstelle zum CAD- und Visualisierungstool 26  4.1.2  Schnittstelle zur Kennwertdatenbank 26  4.1.3  Schnittstelle zur Maschinendatenbank 27  4.2  Bedeutung stochastischer Verteilungen für die Simulation 27  4.2.1  Grundlegende Kennwerte stochastischer Verteilungen 28  4.2.2  Eigenschaften verschiedener Verteilungen 29  4.2.3  Testmöglichkeiten zur Wahl von Verteilungen 34  4.2.4  Erzeugung von Zufallszahlen 36  4.3  Konzeption einer ereignisorientierten Ablaufsimulation 37  4.3.1  Abbildung zyklisch arbeitender Fördergeräte 38  I Inhaltsverzeichnis 4.3.2  Konzeption der Baggerförderung 40  4.3.3  Konzeption des Transportvorgangs 48  4.3.4  Simulation der Gesamtleistung 53  5  Implementierung des Simulationsbausteins 55  5.1  Statische Struktur des Simulationsmodells 55  5.2  Benutzeroberflächen 60  5.3  Ablauf eines Simulationsvorgangs 70  6  Ergebnisse 73  6.1  Kinematische Simulation der Transportzeiten 73  6.1.1  Beschreibung des Testaufbaus 73  6.1.2  Vergleich mit Berechnungsverfahren 76  6.2  Ereignisorientierte Simulation des Bagger-LKW-Zusammenspiels 78  6.2.1  Beschreibung der Baustellenbedingungen 79  6.2.2  Auswertung der Simulationsergebnisse 81  6.2.3  Vergleich der Ergebnisse 85  6.3  Testweiser Einsatz bei den Praxispartnern 87  7  Fazit und Ausblick 89  7.1  Zusammenfassung 89  7.2  Ausblick 89  7.2.1  Weiterverwendung in der Forschung 89  7.2.2  Weiterverwendung in der Industrie 90  7.3  Fazit 90  Veröffentlichungen Fehler! Textmarke nicht definiert.  Literaturverzeichnis i  Abbildungsverzeichnis iv  Tabellenverzeichnis vi  Nomenklatur vii  Anhang A viii  Anhang B xi  II 1 Einleitung 1.1 Wissenschaftlich-technische Problemstellung Durch die Vielzahl an Einflussfaktoren, Technische die bei der Planung berücksichtigt werden Prozessanforderungen müssen, stellt die Transportlogistik im Topographie Witterung Erdbau einen komplexen Prozess dar, der manuell nur sehr schwer zu beherr- Transportlogistik schen ist.