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Dynamische Routenzugsteuerung
für kurzfristig schwankende Transportbedarfe

 

Ausgangssituation

Routenzüge werden in den letzten Jahren branchenübergreifend verstärkt als Transportmittel zur innerbetrieblichen Produktionsversorgung eingesetzt. Sie ermöglichen den gebündelten Transport unterschiedlicher Materialien zu verschiedenen Bedarfsorten auf einer Fahrt. Durch die hochzyklische Versorgung werden Logistik und Produktion synchronisiert. Damit sind Routenzugsysteme zentraler Bestandteil der Lean-Production-Philosophie.

Hauptaufgaben der Ausplanung von Routenzugsystemen sind die Festlegung entsprechender Routen (Routing) und Abfahrtszeitpunkte (Scheduling). Aktuell erfolgt dies meist auf Basis von durchschnittlichen Transportbedarfen für einen längerfristigen Horizont. Im laufenden Betrieb treten jedoch Schwankungen der Transportbedar-fe auf. Besonders bei kurzfristigen, unerwarteten Abweichungen des Ist-Bedarfs vom Plan-Bedarf können aktuelle Systeme nicht flexibel und robust reagieren. Überlastungen durch Bedarfsspitzen gefährden die Versorgungssicherheit und müssen durch kostenintensive Sondertransporte abgefangen werden. Dahingegen führt Unterauslastung zu einem ineffizienten Routenzugsystem. 

 

Zielsetzung

 
Durch den Einsatz einer dynamischen Steuerung, die den Zustand des Systems und den realen Transportbedarf flexibel berücksichtigt, sollen gleichzeitig die Auslastung der Routenzüge erhöht und der Ressourcenbedarf verringert werden.

Flexible Routenfestlegung
 
Abbildung 1: Flexible Routenfestlegung unter Berücksichtigung des aktuellen Transportbedarfs
 

Die zu entwickelnden Algorithmen legen Routen, Abfahrtszeitpunkte und Ressourcenzuteilung (Routenzüge, Mitarbeiter, etc.) jederzeit robust am optimalen Betriebspunkt fest. Dadurch kann das Routenzugsystem auch bei kurzfristig schwankenden Transportbedarfen stabil agieren. Überlastfälle und damit verbundene kostenintensive Sondertransporte werden vermieden. Dies erfordert die Verlagerung klassischer Planungsaufgaben, wie z. B. Routing und Scheduling in die Steuerung.

 

Steuerung ersetzt Planung
 
Abbildung 2: Steuerung ersetzt Planung
 
 
Anhand typischer Einsatzszenarien für Routen-zugsysteme soll aufgezeigt werden, in welchen Fällen die Verwendung einer dynamischen Steuerungslogik die größten Vorteile bringt.
 
Insgesamt wird davon ausgegangen, dass eine dynamische Ressourcenzuteilung, die sich am aktuellen Transportbedarf orientiert, weniger Ressourcen als in bestehenden, statisch bzw. semi-dynamisch geplanten Systemen benötigt. Bei mittel- bis langfristiger Änderung der Transportbedarfe müssen zudem keine Neu- oder Umplanung, abgesehen von einer evtl. Ressourcenanpassung, erfolgen, da die Steuerung diese Veränderung automatisch berücksichtigt.

Anhand typischer Einsatzszenarien für Routenzugsysteme soll aufgezeigt werden, in welchen Fällen die Verwendung einer dynamischen Steuerungslogik die größten Vorteile bringt. 
 
 

Vorgehensweise

 
Die Durchführung des Forschungsvorhabens erfolgt anhand von sechs Arbeitspaketen.

In einem ersten Schritt werden die Komponenten sowie die Randbedingungen und Eingangsgrößen eines Routenzugsystems beschrieben und parametrisiert. Zusätzlich werden die Wechselwirkungen zwischen den Systemkomponenten analysiert sowie typische Einsatzszenarien identifiziert.

Überschneidend werden als Basis für die Evaluierung des Konzepts in AP2 Ziele der Routenzugsteuerung und deren Operationalisierung mittels geeigneter Kennzahlen definiert. Aufbauend auf die Beschreibung aus AP1 erfolgt die Modellierung des Routenzugsystems (AP3). Systemkomponenten, Randbedingungen und Eingangsgrößen werden in ein generisches Modell überführt. Zusätzlich werden die typischen Einsatzszenarien von Routenzugsystemen sowie ein statisches Referenzsystem für die Evaluierung abgebildet.

Mit der Konzeption der dynamischen Steuerungsalgorithmen stellt AP4 den Kern des Projekts dar. Die Logiken müssen abhängig vom Einsatzszenario kontinuierlich für jeden Transportauftrag festlegen, mit welcher Ressource, auf welcher Tour und auf welchem Fahrweg sowie zu welchem Zeitpunkt dieser auszuführen ist. Unter anderem werden die Zeitpunkte festgelegt, an denen Informationen durch die Steuerung an das Routenzugsystem übergeben werden. Dadurch erfolgt eine Aussage darüber, bis zu welchem Zeitpunkt aktuelle Informationen durch die Steuerung berücksichtigt werden können.

AP5 umfasst die Implementierung des generischen Routenzugmodells sowie der Steuerungsalgorithmen in einem gemeinsamen Rechnermodell. Mittels Diskreter-Event-Simulation in der Software Tecnomatix Plant Simulation werden alle Modelle verifiziert und je Einsatzszenario evaluiert.

Aus den Ergebnissen der systematischen Simulationsexperimente wird in AP6 schließlich abgeleitet, welche Steuerungslogik für welchen Einsatzfall im Hinblick auf die definierten Zielgrößen am geeignetsten ist. Dabei sind auch Fälle denkbar, in denen bei Anwendung einer statischen Steuerung die besten Ergebnisse erzielt werden können.

 

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Ansprechpartner

Christian Lieb, M. Sc.

 

Tel  +49.89.289.15947

Fax  +49.89.289.15922
E-Mail: christian.lieb@tum.de

Raum MW 0502

 

Projektträger

DFG

 

GU 427/30-1