Schlussbericht zum AiF-Forschungsvorhaben 14670: Konfigurationsauswahl für automatische Lagersysteme

Konfigurationsauswahl für automatische Lagersysteme Forschungsbericht Prof. Dr.-Ing. Willibald A. Günthner Dr.-Ing. Stefan Sanladerer Dipl.-Ing. Ralf Kraul Dieses Vorhaben (Projekt-Nr. 14670N) ist aus Haushaltsmitteln des Bundesministeriums für Wirt- schaft und Technologie (BMWi) über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF) gefördert und im Auftrag der Bundesvereinigung Logistik e.V., Bremen, durchgeführt worden. Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik 14670 N/1 / 3 Name der Forschungsstelle(n) IGF-Vorhaben-Nr. / GAG 01.02.2006-31.01.2008 Bewilligungszeitraum Schlussbericht für den Zeitraum : 01.02.2006-31.01.2008 _ . zu dem aus Haushaltsmitteln des BMWi über die geförderten IGF-Forschungsvorhaben  Normalverfahren Fördervariante ZUTECH Forschungsthema : Konfigurationsauswahl für automatische Lagersysteme Für ein ZUTECH-Vorhaben sind folgende zusätzliche Angaben zu machen: Der fortgeschriebene Plan zum Ergebnistransfer in die Wirtschaft ist beigefügt liegt bereits vor wird fristgerecht nachgereicht Garching, 14.05.2008 Ort, Datum Unterschrift der/des Projektleiter(s) IGF-Leitfaden Juni 2005 IGF-Vordruck der AiF [4.1.10] Zusammenfassung Ziel des Forschungsprojekts war die simulationsbasierte Erzeugung von Kennfeld- und Kennzahlensystemen, die eine Vereinfachung der Konfigurationsauswahl auto- matischer Lagersysteme durch eine schnelle Bestimmung der Durchsatzleistung verschiedener Lagerkonfigurationen unter Berücksichtigung der Betriebsstrategien ermöglicht. Zu diesem Zwecke wurde eine eingehende Untersuchung möglicher Lagerkonfigurationen und -betriebsstrategien durchgeführt. Um die Umschlagsleis- tung beliebiger Lager angeben zu können, wurde ein frei parametrisierbares Simula- tionsmodell eines automatischen Lagers verwendet, das in der Lage ist, die mittlere Spielzeit für beliebige Lagergrößen in Verbindung mit einer Vielzahl von Lagerbe- triebsstrategiekombinationen in Abhängigkeit aller technischen Parameter wie z. B. der Dynamik des Regalbediengeräts zu ermitteln. Besondere Beachtung fand dabei der Einfluss der Lagerkonfiguration, also der Lagertiefe, der Anzahl der Lastaufnah- memittel und deren Tiefe. Mit Hilfe des Simulationsmodells konnte eine Vielzahl verschiedener Lagersysteme untersucht werden. Ein direkter Einsatz der Simulation in der Grobplanungsphase von automatischen Lagersystemen ist jedoch kaum möglich. Zum einen verfügen die häufig den kleinen und mittelständischen Unternehmen zuzurechnenden Planungs- büros meist weder über die personellen Ressourcen, die zur Betreuung von Simula- tionsläufen notwendig wären, noch stehen ihnen die im Allgemeinen sehr teuren Simulationswerkzeuge zur Verfügung. Zum anderen ist für die Durchführung von Simulationsläufen, die verschiedene Lagervarianten vergleichen sollen, eine nicht unerhebliche Rechenzeit einzuplanen. In der Grobplanungsphase wird die Simulati- on daher nur äußerst selten angewendet. Um dennoch eine Bestimmung der Umschlagsleistung einer möglichst großen An- zahl von Lagervarianten und damit eine vereinfachte Konfigurationsauswahl zu er- möglichen, wurden die Simulationsergebnisse verwendet, um Leistungskennfelder zu entwickeln. Mit Hilfe von Künstlichen Neuronalen Netzen wurde die Möglichkeit geschaffen, Leistungskennwerte für eine große Anzahl von Lagerkonfigurationen und -größen anzugeben, und eine Beschränkung auf die Angabe von Kennwerten für einige wenige Standardlagergrößen zu umgehen. Die Netze wurden mit den Ergebnissen einer Vielzahl von Simulationsläufen trainiert und sind in der Lage, Leistungskennwerte für unbegrenzt viele Kombinationen von Lagerhöhe, -länge und -füllungsgrad anzugeben. Da in den Simulationsläufen praxisrelevante Lagerbe- triebsstrategien verwendet wurden, steht mit den Neuronalen Netzen, die über eine einfache Excel-Oberfläche angesprochen werden können, eine einfache Möglichkeit zur Bestimmung der Umschlagsleistung einer Lagergasse zur Verfügung. Der Planer kann die gewünschte Stellplatzanzahl angeben und erhält sofort einen Überblick, wie sich die unterschiedlichen Konfigurationen auf die Leistung des Lagers auswirken. Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht. I Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis............................................................................................ II Abbildungsverzeichnis...................................................................................VI Tabellenverzeichnis........................................................................................IX 1 Einleitung.................................................................................................... 1 1.1 Wissenschaftlich-technische und wirtschaftliche Problemstellung ...............2 1.2 Angestrebte Forschungsergebnisse .............................................................6 1.3 Innovativer Beitrag der angestrebten Forschungsergebnisse.......................6 2 Stand der Forschung und Technik........................................................... 8 2.1 Funktion von Lagern .....................................................................................8 2.2 Lagertypen....................................................................................................9 2.3 Automatische Lagersysteme ......................................................................10 2.3.1 Merkmale automatischer Lager........................................................10 2.3.2 Lagerkonfigurationen .......................................................................15 2.4 Spielzeitberechnung automatischer Lagersysteme ....................................17 2.4.1 Richtlinien zur Spielzeitbestimmung.................................................19 2.4.2 Analytische Spielzeitmodelle............................................................22 3 Lagerorganisation und -betriebsstrategien........................................... 25 3.1 Überblick über die verschiedenen Strategien .............................................26 3.2 Einlagerstrategien für chaotische Lager .....................................................29 3.2.1 Zufällige Fachauswahl .....................................................................29 3.2.2 Belegungsstrategien nach dem Prinzip Nächster Nachbar ..............30 3.3 Einlagerstrategien für E/A-Lager.................................................................33 3.3.1 Strenge E/A-Konzentration ..............................................................33 3.3.2 Einlagerung nach dem Prinzip Nächster Nachbar ...........................34 3.3.3 Paarbildung ......................................................................................35 II 3.4 Zonierte Lager ............................................................................................36 3.5 Einlagerstrategie Mehrfacheinlagerung ......................................................39 3.6 Zusammenfassung der Einlagerstrategien .................................................42 3.7 Umlagerstrategien für Mehrfachlastaufnahmemittel ...................................42 3.7.1 Zufällige Wahl des Umlagerfachs ....................................................43 3.7.2 Umlagerung in der Nähe des Auslagerfachs....................................43 3.7.3 Umlagerung auf dem Weg zur nächsten Anfahrposition..................44 3.7.4 Umlagerung in das nächste Auslagerfach........................................44 3.7.5 Zusammenfassung der Umlagerstrategien ......................................45 3.8 Fahrstrategien für Mehrfachlastaufnahmemittel .........................................45 3.8.1 Klassifizierung des Problems ...........................................................45 3.8.2 Einfache Fahrstrategien für Mehrfachlastaufnahmemittel................46 4 Simulationsmodell zur Bestimmung der Umschlagsleistung automatischer Lagersysteme ................................................................. 49 4.1 Eingangsparameter und Ausgangswerte....................................................49 4.1.1 Eingangsparameter..........................................................................49 4.1.2 Ausgangswerte ................................................................................52 4.2 Modellaufbau ..............................................................................................53 4.2.