Herrenknecht – Simulation einer neuen Umlaufanlage

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Simulation einer neuen Umlaufanlage für die Firma Herrenknecht Formwork

Für eines der größten europäischen Bauprojekte wurde Herrenknecht angefragt, in einer bestehenden Produktionshalle ein neues Produktionskonzept zu planen. Aufgrund der begrenzten Platzverhältnisse und der hohen Lohnkosten in Deutschland wurde schnell die Entscheidung getroffen eine Umlaufanlage mit hohem Automatisierungsgrad zu verwenden.

Bei der Umlaufanlage bewegen sich die Schalungen auf einer Arbeitslinie, wo die Schritte Ausschalen, Reinigen, Einölen, Bewehrung einlegen, Schalung schließen, Betonage und Oberflächenfinish nacheinander ausgeführt werden. Die Schalungen bewegen sich hier in einem Takt von Position zu Position, ähnlich einer Assembly Line in der Autoindustrie. Nach den Tätigkeiten auf der Arbeitslinie werden die Schalungen in einen Härteofen gefahren, wo sie entsprechend dem Takt und der vorhandenen Anzahl an Positionen eine gewisse Durchlaufzeit für die Erhärtung des Betons erfahren.

Unser Kunde hatte, neben den o.g. Anforderungen an Platz und Automatisierung, darüberhinausgehende Limitierungen bzgl. der Arbeits- und Aushärtezeit des Betons. So mussten alle Schalungen innerhalb einer Schicht einmal gefüllt und auch alle Schalungen in den Härteofen gebracht werden. Hierdurch reduzierte sich die verfügbare Taktzeit für die jeweiligen Arbeitsstationen.

Zur späteren Weiternutzung der Anlage sollten die Betonmischanlagen an einem von der Befüllungsstation relativ weit entfernten Ort platziert werden. Hierdurch entstehen lange Fahrzeiten für die Betontransportkübel. Für jede Schalung muss ein Transportkübel zwei Mal Beton holen und zur Befüllungsstation bringen. Zudem wurden durch Brems- und Beschleunigungsvorgänge, sowie Kurvenfahrten mit geringer Geschwindigkeit, Auswirkungen auf die gesamte Taktzeit erwartet.

Der Forderung nach einer personalsparenden Automatisierung wurde planerisch an mehreren Stellen nachgekommen. So öffnen sich die Schalungen automatisch beim Erreichen der Entschalposition. Das Reinigen der Schalung sollte mittels Roboter ausgeführt werden. Das Schließen der Schalung und Oberflächenfinish ist ebenfalls teil- bzw. vollautomatisiert. Aus Gründen der benötigten Produktionsmenge wurde eine zweite Umlaufanlage gespiegelt in die angrenzende Halle geplant, welche aber für die individuelle Taktzeit einer Anlage keine Auswirkung hat.

Die Kombination der vielen verschiedenen Arbeitsgänge und Logistikprozesse ließ eine manuelle Ermittlung der Taktzeit, insbesondere der Betonversorgung und Aushärteprozesse, nicht mehr zu. Aus diesem Grund wurde SimPlan beauftragt, alle Prozesse zu simulieren. Hierfür war vorausgesetzt, dass alle Anlagen- und Maschinenteile mit ihren individuellen Geschwindigkeiten und Abläufen simuliert werden.

Die Simulation der Anlage erfolgte mithilfe von AnyLogic als agentenbasierte Simulation. Ein entscheidender Grund für die Auswahl von Anylogic als Entwicklungsumgebung für ein Simulationsmodell war die kostenfreie Nutzung des Simulationsmodells durch Herrenknecht und dessen Kunde. AnyLogic bietet die Möglichkeit, eine Standalone Java-Applikation zu exportieren oder in der AnyLogic-Cloud zur Verfügung zu stellen, so dass die Simulation problemlos an Kunden zur eigenständigen Nutzung weitergegeben werden kann.

Neben der Abbildung der Prozesslogik war eine Abbildung der Anlage in 3D zur Vorführung beim Endkunden ein elementarer Bestandteil des Simulationsprojekts. Dies erforderte die Transformation und den Import von CAD-Modellen in das Simulationstool. Neben den bewegten Agenten wurden auch spezifische Komponenten wie der Reinigungsroboter und die Schalungsdeckel in 3D animiert.

Das fertige Simulationsmodell der Umlaufanlage ermöglicht die Nutzereingabe von Parametern bezüglich der Taktzeit und der Pausenzeiten. Ergebnis der Simulation war, dass die konzeptionierte Anlage den entsprechenden Output an Betonfertigteilen liefern kann. Simuliert wurden aber auch die Grenzen, d.h. bei welcher Taktzeit die Aushärtezeiten oder verfügbaren Schichtzeiten nicht mehr eingehalten werden können.

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