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Intralogistik: Forscher untersuchen die Zukunft von Routenzugsystemen


MATERIALFLUSS

Forscher aus München untersuchen den Status quo und die Zukunft der Steuerungsdynamik von Routenzugsystemen.

In der innerbetrieblichen Produktionsversorgung zeigt sich in den letzten Jahren ein branchenübergreifend anhaltender Trend zum Einsatz von Routenzugsystemen. Sie ermöglichen eine effiziente Materialbereitstellung durch den Transport unterschiedlicher Bereitstelleinheiten zu verschiedenen Bedarfsorten auf einer Fahrt. Doch besonders in variantenreichen Produktionen mit schwankenden Transportbedarfen stoßen die bekannten Planungs- und Steuerungsmethoden an ihre Grenzen. Zur Vermeidung von Verspätungen und Versorgungsengpässen werden daher häufig Sicherheitsaufschläge eingeplant. In der Konsequenz sinkt die durchschnittliche Auslastung des Routenzugsystems. Um Routenzüge zur Produktionsversorgung bei schwankenden Transportbedarfen dennoch effizient einsetzen zu können, sind folglich alternative Lösungsansätze nötig.
Ein Team von Routenzugforschern des Lehrstuhls für Fördertechnik Materialfluss Logistik (fml) der Technischen Universität München erarbeitet derzeit eine Studie zur Planung, Steuerung und Betrieb von Routenzugsystemen. Die Forschung zielt darauf ab, branchenübergreifend einen Status der in der Industrie relevanten Einsatzszenarien zu erfassen. Des Weiteren leitet sie Anforderungen an die Produktionsversorgung der Zukunft ab.
Mit über 220 Studienteilnehmern aus elf verschiedenen Branchen werden unterschiedlichste Einsatzszenarien für die Auswertung erfasst. Die Ergebnisse der Studie basieren auf der Auswertung eines Online-Fragebogens, den die Teilnehmer ausgefüllt haben, sowie der Diskussion mit Industrieunternehmen, die Routenzüge einsetzen. Die Umfrageteilnehmer bezogen ihre Antworten jeweils auf ein spezifisches Einsatzszenario und bewerteten zusätzlich Aspekte allgemeiner Routenzugsysteme. Neben aktuellen und zukünftigen Routenzuganwendern beteiligten sich auch Routenzughersteller sowie Berater und sonstige Dienstleister an der Studie. Der Branchenschwerpunkt der erfassten Routenzugsysteme liegt klar in der Automobilindustrie. Circa 60 Prozent der Teilnehmer ordneten ihre Antworten der Branche „Automotive und Fahrzeugbau“ zu.
 

Dynamisierung der Steuerung

Dieser Artikel stellt einige vorläufige Ergebnisse der Studie aus dem Bereich der Routenzugsystemsteuerung vor. Sind Routenzugsysteme schwankenden Transportbedarfen unterworfen, bietet eine Dynamisierung des Systems das Potenzial, die Prozessabläufe zu stabilisieren und gleichzeitig Ressourcen sowie Kosten einzusparen. Dies erfordert jedoch die Verlagerung klassischer Aufgaben der Transportplanung in die operative Steuerung. Mögliche Aspekte, die dann durch eine Routenzugsystemsteuerung festzulegen sind, unterteilen sich in routen-, touren, zeit- und ressourcenbezogene Entscheidungen.
Bei der Routensowie Tourenbildung müssen die Bereitstellorte gruppiert und in Reihenfolge sortiert werden. Zusätzlich ist die exakte Wegführung – das Routing – entlang der Route beziehungsweise Tour festzulegen. In klassischen statischen Ansätzen findet die Routenbildung bereits in der Planungsphase statt und ist für den operativen Betrieb fixiert. Einzelne Touren auf einer Route können jedoch durch das Ausgrenzen von Bereitstellorten entlang der Route voneinander abweichen. Im Fall einer dynamischen Routenzugsteuerung ist das Prinzip der Routen aufgelöst. Jede Transportfahrt eines Routenzugs erfolgt dann auf einer unter Berücksichtigung der aktuellen Auftragslast operativ neu berechneten Tour.
Die beiden Abbildungen stellen den aktuellen Dynamisierungsstand der Routenbildung in den erfassten Einsatzszenarien sowie die Beurteilung des Nutzens einer vollkommen dynamischen Routenbildung, die an die aktuellen Bedarfe angepasst ist, dar. Für alle drei Aspekte der Routenbildung zeigt sich, dass statische Steuerungen dominieren. Einsatzszenarien, bei denen die Routenbildung wöchentlich oder täglich erneuert wird, treten vereinzelt auf. Dahingegen liegen Systeme mit einer operativen Dynamik bemerkenswert häufig vor.
Der niedrigere Wert des dynamischen Routings gegenüber der Reihenfolgesortierung erklärt sich durch die in Produktionslayouts häufig eindeutig festgelegten Wege zwischen Bereitstellorten. Im Gegensatz zur Dominanz der statischen Systeme beim Status quo der Einsatzszenarien versprechen sich 95 Prozent der Umfrageteilnehmer einen zusätzlichen Nutzen durch eine dynamische Routenbildung unter Berücksichtigung des aktuellen Systemzustands. Knapp drei Viertel der Teilnehmer bewerten diesen Nutzen sogar als hoch.
Durch das Scheduling werden die zeitbezogenen Entscheidungen festgelegt. Aufgrund einer definierten Logik zur Freigabe von Touren wird der Fahrplan dieser Touren bestimmt. Ungefähr ein Drittel der erfassten Einsatzszenarien verwendet einen statischen Takt zum Starten der Touren. In zwei Drittel dieser Fälle werden jedoch unterschiedliche Takte für unterschiedliche Routen innerhalb des Systems angewandt.
Jeweils ein Fünftel der Teilnehmer gab an, dass eine neue Tour direkt nach der Beendigung der vorangegangenen Tour oder auslastungsorientiert mit einer Zeitgrenze gestartet wird. Weitere Antworten waren der Start zu festen Zeitpunkten, aber ohne die Verwendung eines Taktes (circa 15 Prozent), und der dynamische Start gemäß der Berechnung eines IT-Systems (circa zehn Prozent). Ein geringer Anteil an Einsatzszenarien verwendet diverse der angegebenen Logiken innerhalb eines Systems. Ressourcenbezogene Entscheidungen bestimmen den Einsatz von Personal und Routenzügen. Dabei ist festzulegen, ob eine Ressource fix einer Route oder mehreren Routen zugeordnet ist oder ob die Zuteilung dynamisch variieren kann, indem beispielsweise ein Ressourcenpool für einen Teilbereich oder das Gesamtsystem existiert. Des Weiteren wird die Anzahl der benötigten Ressourcen entweder statisch definiert oder dynamisch veränderbar gestaltet.
 

Szenarioabhängiger Wandel

Die Effizienzpotenziale einer dynamischen Routenzugsteuerung bedingen eine erhöhte Komplexität der Steuerung. Zudem steigen die Anforderungen an elektronisch verfügbare Daten. Eine hohe Vernetzung der im Routenzugsystem befindlichen Informationen ist notwendig, um flexibel und robust auf den aktuellen Systemzustand reagieren zu können.
Je nach Einsatzszenario behalten die klassischen statischen Ansätze ihre Berechtigung. Dynamische Steuerungskonzepte entfalten ihre Vorteile besonders bei volatilen Bedarfen. Denn dann kann der zusätzliche Nutzen den damit verbundenen Implementierungsaufwand amortisieren.
Über die Studie hinaus untersucht der Lehrstuhl fml die Konzeption dynamischer Algorithmen und deren Evaluation anhand unterschiedlicher Einsatzszenarien. Diese Forschung wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert (Förderkennzeichen GU 427/30-1). Die endgültigen Ergebnisse der Studie zur Planung, Steuerung und Betrieb von Routenzugsystemen werden im Frühjahr 2017 veröffentlicht.
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Autoren: Christian Lieb, wissenschaftlicher Mitarbeiter, und Prof. Dr.-Ing. Johannes Fottner, Ordinarius, beide am Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik (fml) an der Technischen Universität München.



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