Sequenzierung mit Ant-Colony-Systemen am Beispiel Querverteil-Wagen

Dieser Beitrag zeigt die Anwendung des Ant-Colony-System (ACS) Algorithmus auf die Sequenzierung von Querverteil-Wagen in einem Lager. Wir erweitern den Basisalgorithmus der Ant-Colony-Optimierung (ACO) für die Minimierung der Bearbeitungszeit einer Menge von Fahraufträgen für die Querverteil-Wagen. Im Vergleich zu dem Greedy-Algorithmus ist der ACO-Algorithmus wettbewerbsfähig und schnell. In vielen Lagerverwaltungssystemen werden die Fahraufträge nach dem FIFO-Prinzip (First-in-First-out) ausgeführt. In diesem Beitrag wird der ACO-Algorithmus genutzt, um eine optimale Sequenz der Fahraufträge zu bilden.

Telematikeinsatz im Baustellenbetrieb zur optimalen Transportabwicklung

Dem Thema Baustellenlogistik wurde sowohl in der Baubranche selbst als auch in der Forschung in den letzten Jahren nur begrenzte Aufmerksamkeit gewidmet. Durch die Optimierung der baunahen Prozesse, wie beispielsweise Transport von Stück- und Schüttgütern, lassen sich noch weit reichende Einsparpotenziale realisieren. Im Rahmen eines AiF Forschungsprojektes wurde am Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik (fml) der TU München in Zusammenarbeit mit Industriepartnern ein Flottentelematiksystem für die Baubranche unter Berücksichtigung der besonderen Randbedingungen, entwickelt und in einem langfristigen Pilotversuch getestet. Ein zentraler Bestandteil des Systems stellt die Anbindung an ein übergeordnetes Back Office System (SAP) dar, an das alle relevanten Informationen übermittelt werden und somit für die Abrechung und statistische Auswertungen zur Verfügung stehen.

Schüttgutumschlageinrichtung für schwer fließende Schüttgüter

In der Verfahrens- und Verarbeitungstechnik treten bei der Lagerung und Förderung von Schüttgütern und der damit verbundenen Dimensionierung der Fördertechnik zahlreiche Probleme auf. Es wird ein neues Lösungsprinzip für die Schüttgutlagerung sowie dessen Ein- und Austragung vorgestellt. Hierbei handelt es sich um ein rotierendes Umschlagrad, welches am oberen Behälterrand drehbar gelagert ist und je nach Füllstand automatisch an das Höhenniveau angepasst wird. Der Schüttgutumschlag erfolgt nach dem Prinzip „Last In - First Out“. Das System ist speziell für Bunkerlagerung konzipiert, modular aufgebaut und soll bei Durchmessern von 4m bis ca. 25m zum Einsatz gelangen. Auf das Schüttgut und dessen spezielle Eigenschaften abgestimmte Einstellmöglichkeiten der Austragsorgane ermöglichen eine Optimierung hinsichtlich der Austrags- und Antriebsleistung. Schüttguttypische Fließprobleme bei der Bunker- und Silolagerung, welche mit der herkömmlichen Austragstechnik auftreten, können durch das vorgestellte Prinzip vermieden werden.

Methodik zur Bewertung von Effizienzgewinnen durch erhöhte Flexibilität selbstorganisierter Systeme in der Intralogistik

Der steigenden Dynamik und Komplexität von Materialflusssystemen kann durch die Einführung selbstorganisierter Systeme – dem Internet der Dinge in der Intralogistik – begegnet werden. Diese versprechen insbesondere durch eine erhöhte Flexibilität deutliche Effizienzgewinne über den Lebenszyklus. Der vorliegende Artikel schlägt eine Methodik zur Bewertung der erhöhten Flexibilität vor, illustriert diese anhand eines einfachen Beispiels und zeigt weiteren Forschungsbedarf auf. Die vorgeschlagene Methodik beruht auf einer Betrachtung der durch Flexibilität beeinflussten Auszahlungen im Lebenszyklus mit Hilfe einer dynamischen Optimierung.

Ermittlung optimaler Bauteilorientierung zur Verbesserung der Prozessplanung in der CAD/RP-Kette

Ein wesentlicher Einflussfaktor auf die Bauteilqualität und Prozessgüte bei der generativen Herstellung von Prototypen ist die Orientierung der Bauteile. So kann eine optimierte Ausrichtung den Treppenstufeneffekt (Staircasing) sowie den Curling-Effekt minimieren und somit die Oberflächenqualität bzw. die Bauteilgenauigkeit erhöhen oder die Berücksichtigung von Formtoleranzen (z.B. Rundheit) ermöglichen. Des Weiteren können verschiedene Bauteilausrichtungen unterschiedliche Ausführungen von Stützkonstruktionen bewirken und die Bauteilstabilität beeinflussen. Diese und ähnliche Wechselwirkungen gilt es bei der Auswahl einer geeigneten Bauteilorientierung für RP-Anwendungen zu berücksichtigen. Dieser Vortrag stellt ein generisches System vor, welches unter Berücksichtigung der genannten Einflussfaktoren sowie weiterer Effekte eine rechnergestützte Optimierung der Bauteilorientierung durchführt. Neben der weiterhin notwendigen Erfahrung der Anwender zur endgültigen Festlegung der fallabhängigen Bauteilausrichtung liefert das System Vorschläge auf Basis einer intensiven Geometrieanalyse, die eine entsprechende Datenaufbereitung im Rahmen der Prozessplanung unterstützen.

„Pulverbettbasiertes Strahlschmelzen – neue Forschungserkenntnisse“

Auf dem Weg vom Rapid Prototyping zum Rapid Manufacturing ist erhöhte Prozesssicherheit sowie die Beherrschung verfahrensspezifischer Phänomene notwendig, um die immer weiter steigenden und konkreteren Bauteilanforderungen zu erfüllen. Dazu wurden diverse im SLM-Prozess auftretende Effekte untersucht. Basis der vorgestellten Entwicklungen sind grundlegende Erkenntnisse zur Oberflächenqualität von SLM-Bauteilen und Einflussgrößen auf Dichte und mechanische Eigenschaften der Bauteile verschiedener Werkstoffe. Ergebnis sind verschiedene Weiterentwicklungen der Standardbelichtungsstrategie, wodurch etwa Eigenspannungseffekte und Spritzerbildung positiv beeinflusst werden können.

Simulationsgestütztes Design eines Spritzgieß-Werkzeugeinsatzes mit kontur-angepasster Kühlung

Moderne generische Fertigungsverfahren für innengekühlte Werkzeuge bieten nahezu beliebige Freiheitsgrade zur Gestaltung konturnaher Kühlkanäle. Daraus resultiert ein erhöhter Anspruch an das Werkzeugengineering und die Optimierung der Kühlleistung. Geeignete Simulationsverfahren (wie z.B. Computational Fluid Dynamics - CFD) unterstützen die optimierte Werkzeugauslegung in idealer Weise. Mit der Erstellung virtueller Teststände können Varianten effizient und kostengünstig verglichen und die Kosten für Prototypen und Nacharbeiten reduziert werden. Im Computermodell des Werkzeugs erlauben Soft-Sensoren an beliebiger Position die Überwachung temperatur-kritischer Stellen sowohl im Fluid- als auch im Solidbereich. Der hier durchgeführte Benchmark vergleicht die Performance eines optimierten Werkzeugeinsatzes mit einer konventionellen Kühlung. Die im virtuellen Prozess vorhergesagte Zykluszeitreduzierung steht in guter Übereinstimmung mit realen Experimenten an den ausgeführten Werkzeugen.

Lineardirektantrieb für Transportbänder

In der Intralogistik erfolgt der Antrieb von Transportbändern bei vielen Anwendungsszenarien durch eine oder mehrere Antriebstrommeln am Kopf bzw. Ende der Förderstrecke. Die gesamte Vorschubkraft wird dabei von der Antriebstrommel auf das Transportband übertragen. In diesem Bereich wird das Transportband besonders beansprucht. Das Institut für Transport- und Automatisierungstechnik (ITA) hat zusammen mit dem Institut für Antriebs- und Leistungselektronik (IAL) der Leibniz Universität Hannover ein neues Antriebskonzept auf Basis eines Linearmotors realisiert. Mit diesem Konzept lassen sich der Antrieb und damit die Krafteinleitung gleichmäßig über die Förderstrecke verteilen. Dadurch wird das Förderband geringer beansprucht als bei Systemen mit angetriebenen Trommeln. Anhand von Messungen im laufenden Betrieb wird der Versuchsförderer hinsichtlich der effektiv nutzbaren Vorschubkraft, dem Wirkungsgrad, dem Reibungsverhalten und dem Temperaturverlauf in der Antriebskomponente untersucht. Die Ergebnisse tragen zur konstruktiven Optimierung bei und können als Entscheidungsgrundlage für die Fördersystemauswahl berücksichtigt werden.

Simulationsbasierte Entwicklung energieeffizienter Steuerungsstrategien für Materialflusssysteme

Die Kosten für die Energieversorgung eines Materialflusssystems übersteigen die Investitionskosten oft schon nach wenigen Jahren. Mit steigenden Energiepreisen wird dieser Zeitraum kürzer. Bei der Bewertung der Lebenszykluskosten eines Materialflusssystems rücken deshalb die Energiekosten immer mehr in den Vordergrund. Viele Möglichkeiten zur Energieeffizienz-Steigerung sind zwar bereits bekannt, jedoch wird davon meist nur punktuell, nicht aber systematisch Gebrauch gemacht. Dies gilt insbesondere für die Ebene der Anlagen- bzw. Systemsteuerung. Die Bemühungen um eine Steigerung der Energieeffizienz in der Intralogistik fokussieren bislang auf die Optimierung fördertechnischer Komponenten (Leichtbau, Antriebe). Damit wird jedoch nur das Symptom behandelt, nicht aber die Ursache: Der energetische Aufwand für Transportvorgänge – das Symptom – muss zweifellos reduziert werden. Das geschieht auch bereits. Zugleich ist aber sicherzustellen, dass zur Lösung einer konkreten logistischen Aufgabenstellung – der Ursache – Transporte nur im tatsächlich erforderlichen Umfang und in der richtigen Weise durchgeführt werden. Dafür Sorge zu tragen, ist Aufgabe einer energieeffizienten Anlagensteuerung. Die Forschungsarbeiten an der TU Dresden verfolgen drei Ziele: (a) Der Zusammenhang zwischen der mechanischen Leistung und dem elektrischen Energieverbrauch typischer Fördertechnik-Komponenten soll allgemeingültig beschrieben werden. (b) Es sollen Routinen entwickelt werden, mit denen in der ereignisdiskreten Simulation die mechanische Leistung einer Anlage und der resultierende elektrische Energieverbrauch bestimmt wird. (c) Mithilfe der Simulation soll gezeigt werden, wie und in welchem Umfang optimierte Steuerungsstrategien die Energieeffizienz von Materialflusssystemen steigern.

Modellierung und Bewertung der maritimen Leercontainerlogistik unter Berücksichtigung des Container-Poolings

Vor dem Hintergrund zunehmenden Kostendrucks und der Suche nach Effizienzsteigerungen im Leercontainermanagement gewinnen zukünftig kooperative Gestaltungsansätze vermehrt an Bedeutung. Einen Ansatz zur kooperativen Neugestaltung des Leercontainermanagements in der maritimen Containerlogistik stellt die gemeinsame Nutzung eines Container-Pools durch mehrere Reedereien und Containerleasinggesellschaften dar. Dieses sogenannte Container-Pooling orientiert auf die Reduzierung des Repositionierungs-, Transport-, Umschlag- und Lagerungsaufwands durch gezielte Ausnutzung struktureller Ungleichgewichte. In der Praxis ist dieser Ansatz insbesondere aufgrund unternehmenspolitischer Gründe (Container als Werbeträger) bisher kaum umgesetzt. Für eine Optimierung und zur Unterstützung der operativen Planung sind mathematische Ansätze notwendig, die die verschiedenen Gestaltungsmöglichkeiten des Container-Poolings modellseitig berücksichtigen sowie zwischen Pool-, Reeder- und Leasing-Containern unterscheiden. Ziel dieses Beitrags ist daher die Vorstellung eines mathematischen Optimierungsansatzes, der sowohl die Abläufe der maritimen Containerlogistik beschreibt, als auch die Einsparungspotentiale durch den Einsatz des Container-Poolings quantifiziert. Es wird gezeigt, dass durch den Einsatz des Container-Poolings Kosteneinsparungen im Vergleich zum unkooperativen Verhalten vorliegen.

Wearable Computing und RFID in Produktion und Logistik – Ansätze zur bereichsübergreifenden Nutzung digitaler Informationen

Die voranschreitende Entwicklung von Konzepten und Systemen zur Nutzung digitaler Informationen im industriellen Umfeld eröffnet verschiedenste Möglichkeiten zur Optimierung der Informationsverarbeitung und damit der Prozesseffektivität und -effizienz. Werden die relevanten Daten zu Produkten oder Prozessen jedoch lediglich in digitaler Form zur Verfügung gestellt, fällt ein Eingriff des Menschen in die virtuelle Welt immer schwerer. Auf Grundlage dessen wird am Beispiel der RFIDTechnologie dargestellt, inwiefern digitale Informationen durch die Verwendung von in den Arbeitsablauf integrierten Systemen für den Menschen nutzbar werden. Durch die Entwicklung eines Systems zur papierlosen Produktion und Logistik werden exemplarisch Einsatzszenarien zur Unterstützung des Mitarbeiters in Montageprozessen sowie zur Vermeidung von Fehlern in der Kommissionierung aufgezeigt. Dazu findet neben einer am Kopf getragenen Datenbrille zur Visualisierung der Informationen ein mobiles RFID-Lesegerät Anwendung, mit Hilfe dessen die digitalen Transponderdaten ohne zusätzlichen Aufwand für den Anwender genutzt werden können.

Bewertung von Methoden hinsichtlich einer ganzheitlichen Prozessdarstellung

Zur Optimierung innerbetrieblicher Logistikprozesse ist eine ganzheitliche Prozessdarstellung unter Berücksichtigung von Material-, Informationsfluss und der eingesetzten Ressourcen erforderlich. In diesem Aufsatz werden verschiedene, häufig verwendete Methoden zur Prozessdarstellung diesbezüglich miteinander verglichen und bewertet. Die verschiedenen Stärken und Schwächen werden in Form eines Benchmarks zusammengefasst, das als Grundlage für eine neue Methode dient, die im Rahmen des IGF-Forschungsprojekts 16187 N/1 erarbeitet wurde.

Flexibilität, Variabilität, Erweiterbarkeit

Obwohl die Planungs- und Bauphase eines Gebäudes verglichen mit seiner potentiellen Lebensdauer relativ gering ist, wurde ihr in den 1960er und 1970er Jahren oftmals eine größere Aufmerksamkeit geschenkt als dem ausgeführten Bauwerk. Strategien zur Optimierung der Planung und zur Rationalisierung des Bauprozesses prägen die Architektur der "Boomjahre". Je nach Bauaufgabe ist der Einfluss dieser Strategien auf das geplante Objekt größer als jener baulicher Vorläufer, gesellschaftlicher und sozialer Ansprüche oder des seinerzeit vorhandenen Wissens um bewährte Materialien, Konstruktionen und Bautechniken. Flexibilität, Variabilität und Erweiterbarkeit waren häufig formulierte Planungsgrundlagen, die helfen sollten neben den bestehenden Anforderungen auch eine Reaktion auf veränderte Rahmenbedingungen, Einflussfaktoren und mögliche Entwicklungen zuzulassen. Heute stehen die Bauten der Boomjahre infolge bautechnischer Mängel, hoher Unterhaltkosten und veränderter ästhetischer Präferenzen häufig in der Kritik. Gleichwohl erlauben die verwirklichten Grundprinzipien Flexibilität, Variabilität und Erweiterbarkeit auch heute die Anpassung an veränderte Rahmenbedingungen.

Systemvergleich zwischen magnetisch erregten und piezoerregten Schwingförderern

Energieeffizienz und Leistungsfähigkeit von fördertechnischen Anlagen sind in den vergangenen Jahren immer mehr in den Fokus der Betreiber und Hersteller gerückt. Im Rahmen einer Untersuchung am Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML wurden diese beiden Aspekte an magnetisch erregten und piezoerregten Schwingförderern untersucht. Ein Systemvergleich stellt dabei die wesentlichen Vor- und Nachteile der jeweiligen Antriebsart dar und unterstützt sowohl bei der Auswahl als auch bei der Optimierung von Transportsystemen im logistischen Umfeld.