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Optimierung von Strategien zur Fördergutbündelung und -steuerung innerhalb eines Kartonfördersystems mit Hilfe der Materialflusssimulation


Aufgabenstellung

Vor dem Hintergrund der Neuinstallation eines Kartonfördersystems bei einem Unternehmen der Papierindustrie wurde das geplante Fördertechnikkonzept zwischen den Schnittstellen Produktion (abgegrenzt durch Papierschneide- und Verpackungsanlagen) und Palettierung mit Hilfe der Materialflusssimulation (verwendete Software: eM-Plant 7.0) untersucht und optimiert. Im Mittelpunkt stand hierbei die Ausarbeitung geeigneter Strategien zur Bündelung und Steuerung von Fördergütern in Abhängigkeit und unter Einfluss starrer physikalischer sowie wechselnder situativer Randbedingungen. Als statische Einflussfaktoren sind insbesondere die Anordnung, Geometrien, Arten und Geschwindigkeiten der zum Systemaufbau verwendeten Stetigförderer hervorzuheben, während als dynamische Größen beispielsweise Störungs- bzw. Stauungssituationen einer näheren Betrachtung zu unterziehen waren.

Innerhalb der Simulationsstudie galt es als wichtige Fragestellungen dabei u.a. zu klären:

  • Wie sind die Befüllungs- und Belegungsstrategien von Puffern unter den verschiedenen Systembelastungen zu gestalten?
  • Auf Basis welcher Strategien können potenzielle Flaschenhälse im Fördersystem entschärft werden?
  • Wie wirken sich Störungen einzelner Komponenten auf das Gesamtsystem aus?

Zur Validierung der konzipierten Strategien durch Ermittlung des Systemverhaltens wurden verschiedene Produktionsszenarien und damit Grundlastfälle für das Transportsystem sowie unterschiedliche benutzerdefinierte Störfälle betrachtet.

Vorgehensweise

Den ersten Schritt stellte die Modellierung aller unveränderlichen physikalischen Randbedingungen des Fördersystems in der Simulationsumgebung dar. Auf Basis derer wurden im Anschluss Konzepte zum zugweisen Transport der Fördergüter von ihren Quellen zu den Senken erarbeitet. Der zugweise Transport zeichnet sich durch eine hohe Auslastung der Förderstrecken und eine relativ einfache Steuerung des Materialflusses aus. Allerdings entstehen dadurch auch erhöhte punktuelle Belastungen der Weichen, die beim Zusammentreffen mehrerer Züge schnell zu Stausituationen führen können.

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Abbildung 1: Netzwerk zur Bildung von Kartonzügen

Diese sind jedoch nur in einem gewissen Maße tolerierbar, da sonst die Leistung des Gesamtsystems durch Entstehung eines Flaschenhalses zu stark gemindert wird. Für derartige Fälle wurden entsprechende Strategien (Vorrangbeziehungen) erprobt und teilweise auch Umgestaltungen des Layouts vorgenommen. Wichtiger Betrachtungsgegenstand der Studie waren die Puffer, die den Abfluss der ankommenden Kartonzüge zu den Palettierern regulieren. Gerade hier galt es, intelligente Strategien zu finden, die eine unbehinderte Abnahme der unregelmäßig eintreffenden Fördergüter sowie eine gleichmäßige Versorgung der Palettierer unter den normalen Betriebsbedingungen  garantieren.

Eine besondere Anforderung stellten Störungen dar, trotz derer der Betrieb des Systems für eine noch möglichst lange Zeitspanne gewährleistet werden sollte. Es wurden hierfür Leistungsreduktionen bei Palettierern und Foliermaschinen nachgebildet. Die entstehenden Stausituationen konnten anschließend genau analysiert werden, so dass mit Hilfe der hierdurch gewonnenen Erfahrungen auch bezüglich dieser Fragestellungen bzw. Anforderungen Lösungen generiert werden konnten.

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Abbildung 2: Puffer zur Zwischenspeicherung der Fördergüter vor den Palettierern 

 

Ergebnis

Mit Hilfe des in der Studie aufgebauten, flexiblen Simulationsmodells und der darin implementierten Strategien und Steuerungen konnten in einer Vielzahl von Versuchsläufen wertvolle Erkenntnisse für die steuerungstechnische Umsetzung des geplanten Fördersystems gewonnen werden. Es war so auch möglich, bereits frühzeitig in der Planungsphase aussagekräftige Ergebnisse über das Systemverhalten sowie Kenngrößen hinsichtlich zu erreichender Durchsätze etc. zu gewinnen. Dies war nur mit Hilfe der Mate-rialflusssimulation realisierbar, da auf mathematisch-analytischem Wege eine Systembetrachtung mit einer derart großen Zahl an beweglichen Elementen nicht mehr durchführbar ist.

 

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