Tagungsband Magdeburger Logistiktagung 2010

Transcription

TAGUNGSBAND
15. MAGDEBURGER LOGISTIKTAGUNG
EFFIZIENTE UND SICHERE LOGISTIK
IN KOOPERATION MIT:
13. IFF-WISSENSCHAFTSTAGE
16.-17. JUNI 2010
15. Magdeburger Logistiktagung
EFFIZIENTE UND SICHERE LOGISTIK
Herausgeber:
Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h. Dr. h. c. mult. Michael Schenk, Prof. Dr.-Ing. Hartmut Zadek, Prof. Dr.-Ing. Klaus Richter,
Dipl.-Ing. Holger Seidel
Eine gemeinsame Initiative von:
INSTITUT FÜR LOGISTIK UND MATERIALFLUSSTECHNIK
Medienpartner:
INHALTSVERZEICHNIS
Vorwort
Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h. Dr. h. c. mult. Michael Schenk,
Institut für Logistik und Materialflusstechnik, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und –automatisierung IFF, Magdeburg
Seite 1
Grußwort
Dr. rer. nat. Karl-Heinz Daehre
Ministerium für Landesentwicklung und Verkehr des Landes Sachsen-Anhalt
Seite 3
Grußwort
Prof. Dr. phil. habil. Erich Pollmann
Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Seite 5
Impulsvorträge
Ressourceneffizienz als Gewinnerstrategie
Dipl.-Ing. Johannes Lackmann
VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH, Berlin
Seite 7
Identifikation und Traceability in der Elektronikindustrie – Herausforderungen für die Lieferkette
Dipl.-Ing. (FH) Peter Erhard
KRATZER AUTOMATION AG, Unterschleissheim
Seite 15
CO2 Kalkulation zwischen (Kunden)Wunsch und Wirklichkeit
Univ.-Prof. Dr. Sebastian Kummer
Wirtschaftsuniversität Wien, Österreich
Seite 21
Sequenz A – Effiziente Infrastrukturen
Lean Warehousing – Synchronisation von Technik und Mensch zur effizienten und nachhaltigen
Lagerprozessgestaltung
Prof. Dr.-Ing. Harald Augustin
ESB Business School, Hochschule Reutlingen
Integration des Bahntransports in intelligente Logistiksysteme
Dipl.-Ing. (FH) Hans G. Unseld
CargoTechnologies GmbH, Wien
Prof. Dr. Herbert Kotzab
Copenhagen Business School, Kopenhagen, Dänemark
Trends der Objekterkennung von Robotiksystemen in Logistikfabriken – Von der zustandsbasierten
Erkennung zum Objekttracking
Dipl.-Ing. Pat.-Ing. Claudio Uriarte, Dipl.-Wi.-Ing. Matthias Burwinkel, M.Sc. Christian Gorldt
BIBA – Bremer Institut für Produktion und Logistik GmbH, Bremen
Logistikstandorte der Zukunft
Dipl.-Kfm. Thoralf Schuster-Gutjahr
ECE Industries und Logistics GmbH & Co. KG
Dipl.-Soz.-Wirt. Alexander Nehm
Fraunhofer SCS, Nürnberg
Seite 27
Seite 37
Seite 47
Seite 61
Taxibot – Infrastrukturelle und logistische Herausforderungen beim Schleppen von
Verkehrsflugzeugen zum Startpunkt
Dipl.-Ing. Alexander Stern
Lufthansa Engineering & Operational Services, Frankfurt (Main)
Seite 69
Identifikation und Traceability von mobilen Objekten in der Aluminiumindustrie
Dipl.-Phys. Michael Ließmann
Aluminium Norf GmbH, Neuss
Seite 77
FAM-Teleservice: Von der Idee zum Standard
Dr.-Ing. Sergiy Kaverynskyy, Dipl.-Ing. (TU) Bernd Petermann
FAM Förderanlagen Magdeburg
Seite 81
Sequenz B – Intelligente Logistik
Antizipative Veränderungsplanung intralogistischer Systeme als Beitrag zur Wandlungsfähigkeit
von Produktionssystemen
Dipl.-Wirt.-Ing. André Wötzel
TU Dortmund
PD Dr.-Ing. habil. Gerhard Bandow
Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML, Dortmund
Optimierung der Instandhaltungs-Supply Chain und des Ersatzteilmanagements auf Basis einer
IT-Plattform
Dipl.-Wirt.-Ing. Arno Schmitz-Urban, Dipl.-Wirt.-Ing. Christian Fabry, Dipl.-Wi.-Ing. Gregor Klimek
FIR e. V., Aachen
Seite 89
Seite 99
Energiesparen mit System
Dr.-Ing. Meinhard Schumacher
SEW-EURODRIVE GmbH & Co. KG, Bruchsal
Seite 107
Transport gefährlicher Güter in logistischen Ketten
Prof. Ing. Václav Cempírek, Ph.D., Dr. habil. Dipl.-Ing. Jaromír Siroký, Ph. D. Ing. Hana Císarová
Universität Pardubice, Tschechien
Seite 113
Intelligente und dynamische Steuerung von Gepäckströmen an Hub-Flughäfen
Dipl.-Ing. Stefan Wollschläger, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Patrick Katsoulis
Visality Consulting GmbH, Berlin
Seite 117
IMOTRIS – Intermodales Transport Routing Informationssystem
Dipl.-Phys. Michael Scheller
Scheller Systemtechnik GmbH, Wismar
Seite 127
Ein wissensbasiertes Verfahren zur simulationsgestützten Steuerung von fahrerlosen
Transportfahrzeugen in Distributionszentren
Prof. Dr.-Ing. habil. Wilhelm Dangelmaier, Dr. rer. pol. Marc Aufenanger, Dr. rer. pol. Christoph Laroque,
Alexander Klaas B. Sc.
Heinz Nixdorf Institut der Universität Paderborn
Seite 133
Interaktiver Outdoor-Workshop – Intelligente Logistik
Smart City Logistics – Ein Konzept für stadtverträgliche und sichere Transportketten
Dipl.-Ing. Christian Priemer, Prof. Dr.-Ing. Bernhard Friedrich
TU Braunschweig
Seite 143
Paketdienst mit Wechselbehälter – ein Betreibermodell
Marc Hackländer
FPL FRESHParcel Logistik GmbH & Co. System KG, Köln
Seite 155
Technische Systemkomponenten für den Containerumschlag im Citytransport
Dr.-Ing. Klaus Hucke
EBF Dresden GmbH
Seite 161
Fahrwegoptimierung für Brückenkrane mit Pendeldämpfung
Dr.-Ing. Mario Lehnert
Lehnert Regelungstechnik GmbH, Magdeburg
Seite 167
RFID für effiziente Erfassungsprozesse in der Logistik
Dipl.-Wirtsch.-Ing. Marcel Schirmer
Deutsche Post DHL, DHL Innovationcenter, Troisdorf/Spich
Seite 171
Sichere Ortung und Kommunikation in kooperativen Verkehrssystemen – Anwendungspotenziale
in Wirtschaftsverkehr und Logistik
Dipl.-Ing. Andreas Herrmann, Dipl.-Ing. Franziska Wolf
Institut für Automation und Kommunikation e. V. Magdeburg
Seite 175
FlexPro – Flexible Produktionskapazitäten innovativ managen
Flexibilität als Unternehmensstrategie
Jörg von Garrel M.A., Dipl.-Wirtsch.-Ing. Thomas Dengler, Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH) Nadine Doden M.Sc.
Seite 183
Einflussgrößen der Anlernzeit
Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. Tim Jeske, Dipl.-Päd. Katharina Hasenau, Dipl.-Wirt.-Ing. Sven Tackenberg,
Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. Christopher M. Schlick
Institut für Arbeitswissenschaft der RWTH Aachen University
Seite 191
Internationale Partnerbeiträge
Der virtuelle Marktplatz und seine Möglichkeiten zur Bestandsverwaltung
Prof. Dr.-Ing.-habil. Béla Illés Ph.D.
Universität Miskolc, Ungarn
Seite 199
Periodic Timetable Optimization in the Public Road Transport Services
MsC Richárd Ladányi
Bay Zoltán Foundation for Applied Research
Dipl. Ing., Dipl. Wirtsch. Ing., EUR-Ing. György Sárközi
Borsod Volán Public Transport Company
Seite 209
Programmbeirat
Seite 217
Autoren
Seite 219
Impressum
Seite 222
VORWORT
Sehr geehrte Damen und Herren,
liebe Partner und Freunde,
unsere 15. Magdeburger
Logistiktagung wird in diesem Jahr
erstmalig gemeinsam mit den 13. IFFWissenschaftstagen des FraunhoferInstituts für Fabrikbetrieb und
–automatisierung IFF durchgeführt.
Dabei ist die Kombination aus
universitärer und angewandter
Forschung sehr vielversprechend.
Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h.
Dr. h. c. mult. Michael Schenk
Geschäftsführender Leiter des Instituts für
Logistik und Materialflusstechnik an der
Foto: Viktoria Kühne
In den Fachvorträgen der 15. Magdeburger Logistiktagung werden
innovative Entwicklungen, Methoden,
Techniken und Organisationsmodelle
zum Thema «Effiziente und Sichere
Logistik» vorgestellt und diskutiert. Ein
Schwerpunkt der Tagung liegt in der
Anwendung von neuesten Identifikations- und Ortungstechnologien in
verschiedenen Applikationsgebieten der
Logistik. Aber auch der effiziente und
effektive Umgang mit Ressourcen wird
im Fokus der Diskussionen stehen.
Hochkarätige Referenten werden uns
an ihren erfolgreichen Strategien
teilhaben lassen und innovative
Technologien und deren
Anwendungen vorstellen. Teilnehmer
der Veranstaltungen können von
Erfahrungen und Erkenntnissen der
Experten aus Wissenschaft und Praxis
nur profitieren. Im Tagungsband
wurden die neuen Denkanstöße und
Ideen gesammelt. Ich freue mich auf
ein Wiedersehen zur 16. Magdeburger
Logistiktagung und den 14. IFFWissenschaftstagen in Magdeburg.
Ihr
Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h.
Dr. h. c. mult.
Michael Schenk
Die stärker anwendungsorientierte
Workshopreihe Logistik der 13. IFFWissenschaftstage greift am Folgetag
die Fragestellung der Fachtagung auf.
Dabei sollen Teilnehmer aus klein- und
mittelständischen Unternehmen die
Möglichkeit nutzen Probleme und
Fragestellungen zu den Themen »Total
Resource Management«, »EuropaLogistik«, »Flexible Produktionssysteme« und »Intelligente Logistik«
mit Experten aus der anwendungsorientierten Forschung zu diskutieren.
Ein besonderes Ereignis dieser Tage
wird die Eröffnung der LogistikPlattform des Galileo-Testfeldes im
Magdeburger Hansehafen. Künftig
können hier satellitengestütze
Telematiktechnologien und deren
Anwendungen von global und regional
agierenden Unternehmen getestet und
weiterentwickelt werden.
1
GRUSSWORT
Dr. rer. nat. Karl-Heinz Daehre
Minister für Landesentwicklung und
Verkehr des Landes Sachsen-Anhalt
Foto: Ministerium für
Landesentwicklung und Verkehr des
Landes Sachsen-Anhalt
Zum 15. Mal fand in diesen Tagen die
Magdeburger Logistiktagung statt. Erstmalig verschmolzen in diesem Jahr die
Logistikveranstaltungen der Otto-vonGuericke-Universität und des
Fraunhofer-Instituts für Fabrikbetrieb
und -automatisierung IFF. Bei der
konzeptionellen Gestaltung ist es den
Organisatoren hervorragend gelungen,
das wirkungsvolle Zusammenspiel
zwischen Wirtschaft und der Wissenschaft – den Entwicklern – eindrucksvoll
darzustellen.
wickeln, mit denen Verkehr und Logistik künftig leistungsfähiger, umweltverträglicher und sicherer gestaltet werden können. Für Forschungseinrichtungen und Unternehmen des Landes
werden so Grundlagen dafür geschaffen, sich an dieser technologischen Entwicklung zu beteiligen. Die Exzellenz
des Galileo-Testfeldes basiert dabei auf
dem Verbund des Forschungskompetenznetzwerkes mit den Telematikund Logistik-Testfeldern in Magdeburg
und Halle (Saale).
Das konstruktive Miteinander der
unterschiedlichen Beteiligten war auch
von großem Vorteil bei der Erarbeitung
des Logistikkonzeptes des Landes
Sachsen-Anhalt. Ziel der Landesregierung ist es, bei den Zukunftsthemen in
der angewandten Verkehrsforschung
sowie bei der Einführung intelligenter
Verkehrssysteme möglichst weit vorn
zu sein. Dafür gilt es Schlüsseltechnologien, wie Ortung, Navigation und
Kommunikation, verstärkt in Verkehr
und Logistik zu integrieren.
Im März 2010 wurde an der Otto-vonGuericke-Universität Magdeburg das
Entwicklungslabor des Galileo-Testfeldes Sachsen-Anhalt eingeweiht. Im
Rahmen der 13. Wissenschaftstage
folgte nun im Juni 2010 die Eröffnung
der Logistik-Plattform des Galileo-Testfeldes Sachsen-Anhalt im Magdeburger
Hansehafen. Das Entwicklungslabor
und die Logistik-Plattform des GalileoTestfeldes für Ortung, Navigation und
Kommunikation in Verkehr und Logistik
sind einzigartig in ganz Deutschland.
Damit werden künftig an der Universität Magdeburg modernste satellitengestützte Anwendungen für die Verkehrsund Logistikbranche, den öffentlichen
Nahverkehr, die Telematik sowie die
funkgestützte Kommunikation getestet
und weiterentwickelt. Langfristiges Ziel
sind die Vernetzung der verschiedenen
Technologien und der Aufbau von
intelligenten und umweltorientierten
Verkehrssystemen für Sachsen-Anhalt.
In den Vortragssequenzen der Fachtagung „Effiziente Infrastrukturen“ und
„Intelligente Logistik“ wurden Themen
zur Vernetzung der verschiedenen
Technologien aus Verkehr, Logistik und
Mobilität zur Entwicklung neuer Logistik-Services, so z. B. mit der Integration
dynamischer Verkehrsdaten für eine
intelligente und umweltorientierte Zustelllogistik in der Smart City, mit der
Entwicklung neuer Behälter-Konzepte
für die Frische-Logistik der Zukunft oder
mit der Einbindung neuer Funktechnologien für den intelligenten Hafen,
behandelt.
Neben dem bereits bestehenden Galileo-Testfeld am Standort Halle (Saale)
wird an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg ein Forschungsumfeld aufgebaut, das Galileo/-Satellitengestützte Anwendungen im Verkehrs- und Logistikbereich ermöglicht.
Ein Ziel ist es, intelligente Navigationsund Kommunikationssysteme zu ent-
Ich bin überzeugt davon, dass mit dem
Logistikkonzept des Landes praxisnahe
Ansätze zur Weiterentwicklung des
Logistik-Standortes Sachsen-Anhalt
sowie zur effizienteren Gestaltung der
Wirtschaftsverkehre entwickelt werden.
Ihr
Dr. rer. nat. Karl-Heinz Daehre, Minister
für Landesentwicklung und Verkehr des
Landes Sachsen-Anhalt
3
GRUSSWORT
Liebe Tagungsteilnehmerinnen und
–teilnehmer,
Prof. Dr. phil. habil. Klaus Erich Pollmann
Rektor
Foto: Viktoria Kühne
Auch in diesem Jahr laden das
Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb
und –automatisierung sowie die Ottovon-Guericke-Universität zu einer
prominent besetzten Logistik-Tagung
ein. In den letzten 15 Jahren ist diese
Tagung zu einer festen Größe und
einem Markenzeichen des LogistikStandortes Magdeburg geworden.
Damit einher geht die wachsende
Bedeutung der Logistik-Branche in
Magdeburg und seiner größeren
Umgebung sowie der höhere
Stellenwert der Logistik in Forschung
und Lehre. In den vergangenen Jahren
hat der Studiengang Logistik eine bis
dahin unbekannte studentische
Nachfrage erfahren, die uns veranlasst
hat, die Zulassung zu diesem
Studiengang zu beschränken. Im
kommenden Jahr werden die ersten
Absolventen über einen BachelorAbschluss verfügen und dann
entscheiden können, ob sie mit diesem
Zeugnis den Arbeitsmarkt testen oder
aber sich um einen Studienplatz im
Masterprogramm bemühen, was
gewiss für die besseren Studierenden
eine gute Entscheidung ist.
Zusätzliche Impulse sind von dem
Forschungsprogramm der Telematik/
Logistik auf der gerade eröffneten
Galileo-Testfeld-Anlage zu erwarten. Es
wird unser Forschungspotential
erhöhen und steht den Nutzern aus
den Unternehmen und Forschungseinrichtungen offen.
Ich wünsche der Tagung viel
Gelegenheit zum fachlichen Austausch
und viel Erfolg!
Ihr
Prof. Dr. phil. habil.
Klaus Erich Pollmann
Das Institut für Logistik und
Materialflusstechnik sowie das IFF
haben in den letzten Jahren ihre
internationalen Kontakte vor allem in
Osteuropa ausgeweitet und vertieft.
Das ermöglicht intensive
Kooperationen, die in diesem Bereich
unerlässlich sind, Austausch von
Forschungsergebnissen und Auslandserfahrungen für unsere Studierenden,
Doktoranden und Postdocs.
Von jeher ist die Logistik ein
disziplinübergreifendes Fach, das von
Ingenieuren, Wirtschaftswissenschaftlern, Informatikern und
Mathematikern erforscht wird. Dieser
interdisziplinäre Approach hat diese
Tagung besonders geprägt.
5
Impulsvortrag
RESSOURCENEFFIZIENZ ALS
GEWINNERSTRATEGIE
--------------------------------------------------------Dipl.-Ing. Johannes Lackmann
VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH, Berlin
LEBENSLAUF
VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH, Geschäftsführer
VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
Reinhardtstraße 27 C
Telefon: +49 30 2759 50 60
Telefax: +49 30 2759 50 60
E-Mail: lackmann_j@vdi.de
1994
Entwicklung mehrerer Bürgerwindparkprojekte im Raum Paderborn. Seit dieser
Zeit Geschäftsführer der Lackmann Phymetric GmbH
1996 - 2007
Vorstandsmitglied im Bundesverband WindEnergie e.V.
1999 - 2008
Präsident Bundesverband Erneuerbare Energie e.V. (BEE), dem Dachverband für
die Fachverbände aus allen Sparten der erneuerbaren Energien.
2008 - 2009
Geschäftsführer Verband der Deutschen Biokraftstoffindustrie e.V. (VDB)
Seit 07.2009
Geschäftsführer VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
RESSOURCENEFFIZIENZ ALS
GEWINNERSTRATEGIE
1.
Einleitung
Der weltweite Bedarf an Ressourcen steigt kontinuierlich.
Dem gegenüber steht die stetige Abnahme natürlicher
Vorkommen. Sie geht Hand in Hand mit steigenden
ökonomischen, ökologischen und sozialen Kosten des
Abbaus dieser Ressourcen und damit einer wachsenden
Gefahr internationaler Konflikte. Für die Wirtschaft ist es
nicht ausreichend, dass abstrakte globale Reserven
vorhanden sind, sondern die verlässliche Verfügbarkeit der
Rohstoffe für die Produktion sowie überschaubare
Preisschwankungen stehen im Vordergrund.
Versorgungsengpässe, die durch Preisvolatilitäten und
mangelhafte Erschließung ausgelöst werden, können ganze
Wertschöpfungsketten gefährden.
Über 50 Milliarden Tonnen Rohstoffe werden jährlich
weltweit gefördert und geerntet. Hinzu kommen 40
Milliarden Tonnen, die bei Abbau und Ernte umgesetzt
werden, aber nicht in die Produktionsprozesse gehen. Die
Arbeitsproduktivität hat sich seit 1870 etwa um den Faktor
17 erhöht, während die Ressourcenproduktivität seit Jahren
stagniert.
Daher ist es dringend notwendig, die Effizienz in der
Anwendung nicht nur um einige Prozentpunkte zu steigern.
Es muss eine sichtbare Verbesserung der Ressourcennutzung
um Größenordnungen erreicht werden. Das heißt
vorhandene Ressourcen müssen schonender und intelligenter
genutzt werden, wenn aktuelle Lebensbedingungen –
Wohlstand, Bildung und Zufriedenheit – erhalten werden
sollen. Deswegen hat sich die Bundesregierung in ihrer
Nachhaltigkeitsstrategie von 2002 eine Verdoppelung der
Ressourcenproduktivität bis 2020 (Basis 1994) zum Ziel
erklärt.
Abbi l du ng 1: Ent wi ckl ung R o hs t of f - und
Per s onal pr odukt i v i t ät im v erar bei t enden Gewer be
VDI-Präsident Prof. Braun: „Ressourceneffizienz ist die
Grundlage für ein ökologisch verantwortungsbewusstes
Handeln und der Schlüssel für den Erfolg unserer Wirtschaft
im globalen Wettbewerb. …Deutschland muss zu einem
Leitmarkt für Ressourceneffizienz werden.“
Daher hat der Verein Deutscher Ingenieure e.V. (VDI) mit
Mitteln des Bundesumweltministeriums im Juni 2009 ein
Kompetenzzentrum für Effizienztechnologien gegründet.
Zielgruppe sind Kleine und Mittlere Unternehmen (KMU).
Hier finden sich nicht nur erhebliche Einsparpotenziale im
Materialverbrauch und der Prozessgestaltung,
Effizienzsteigerungen machen sich auch besonders schnell
durch Kosteneinsparungen bemerkbar.
Die Aufgaben des Zentrums für Ressourceneffizienz stellen
sich folgendermaßen dar:
–
Zu den Aufgaben des VDI Zentrum Ressourceneffizienz
(ZRE) zählt den integrierten Einsatz von Umwelt-,
Ressourcen- und Klimaschutztechnologien allgemein
verständlich und umfassend darzustellen und zu
fördern. Dazu werden Informationen, Wissen und die
Expertise im Hinblick auf den effizienten Einsatz von
Ressourcen gebündelt, aufbereitet und auf breiter Basis
anwenderbezogen zur Verfügung gestellt. Zu diesem
Zweck wurden verschiedene meist webbasierte,
öffentlich zugängliche Instrumente entwickelt, welche
kosteneffizient und einfach genutzt werden können, um
Potentiale auf Ebene von KMU zu erkennen, Anbieter in
verschiedenen Bereichen der Ressourceneffizienz zu
identifizieren und Ziele zu formulieren.
–
Darüber hinaus hat das ZRE den Auftrag politische
Institutionen zu beraten, Hemmnisse zu identifizieren,
Anreiz- und Förderprogramme zu initiieren und
gesetzliche Vorhaben in Bezug auf Ressourceneffizienz
zu begleiten. Darunter fallen auch die Überprüfung
bzw. Weiterentwicklung vorhandener VDI-Richtlinien im
Hinblick auf Ressourceneffizienz.
–
Die fachlichen Schwerpunkte liegen zunächst im Bereich
produzierender Unternehmen und im Baugewerbe.
2.
Logistik und Ressourcenschonung
In diesem Beitrag wird der Bereich Logistik unter dem Aspekt
der Ressourcenschonung bzw. der Frage nach Optionen für
Ressourceneffizienz betrachtet.
Laut Bundesverkehrsministerium ist die deutsche
Güterverkehrslogistik heute in Europa führend. Für das Jahr
2006 wird ihr Umsatz auf mehr als 170 Milliarden Euro
geschätzt. Das sind rund 7 Prozent des deutschen
Bruttoinlandsproduktes (BIP). Die Güterverkehrslogistik hat
nach Handel und Automobilindustrie den drittgrößten
Umsatz in Deutschland mit geschätzten 2,6 Millionen
Beschäftigten. Trotzdem scheint die Bundesregierung ihre
Prioritäten in diesem Bereich nur unzureichend in kohärente
Maßnahmen umsetzen zu können. Zu diesem Schluss
kommt man zum einen, wenn man das
verkehrsmittelübergreifende Bild von Subventionen und
fiskalischen Belastungen betrachtet. Ein konkretes Beispiel
bietet außerdem eine unveröffentlichte Streichliste für eine
große Anzahl von Bahnprojekten, die zurzeit kursiert. Unter
anderem betrifft dies den Ausbau einer Gütertrasse von
Süddeutschland in die Schweiz. Dies hat bereits zu massiven
Vorwürfen der Schweizer Bahngesellschaft gegen die
Bundesregierung geführt. Es wurde betont, dass man
erwarte, dass geschlossene Staatsverträge eingehalten
werden.
Vom Nutzen der Güterlogistik
Effiziente Logistik ist eine Voraussetzung für Wettbewerb. In
der globalisierten Welt gibt es keine Marktabgrenzungen
mehr. Das globale Transportsystem ermöglicht eine
kostengünstige Versorgung mit einem riesigen
Produktangebot. Fast alle Waren können an fast jeden Ort
der Erde transportiert und vor Ort genutzt werden.
Der Verbraucher erhält Waren zu niedrigen Preisen. Nicht
das Lohnniveau in der eigenen Region ist der begrenzende
Faktor. Meist können Produkte an Orten produziert werden,
wo die Produktionskosten niedrig sind um anschließend in
hochpreisige Regionen transportiert zu werden und dort –
trotz Transport – günstiger als regionale Produkte angeboten
werden. Beispiele dafür gibt es sowohl in der Textil- oder
Elektronikindustrie und vielen weiteren Branchen.
Kleidungsstücke werden sehr günstig in Ostasien produziert,
per Schiff -oder gar per Flugzeug sofern es sich um zeitlich
begrenzte Modeartikel handelt- nach Europa transportiert
und trotz Transportkostenaufschlag günstiger im Handel
angeboten als regional produzierte Ware.
Darüber hinaus ermöglicht die Logistik auch gerade in der
Nahrungsmittelherstellung Produkte unabhängig von ihrer
Reifesaison überall und jederzeit anzubieten.
Dieser Nutzen der Güterlogistik hat auch nachteilige Folgen vor allem für die Umwelt:
–
Der Ressourcenverbrauch steigt;
–
Die Lärmbelastung und Schadstoffemissionen durch
Transport, mit negativen Auswirkungen auf Umwelt und
Gesundheit steigt;
–
Der Erdölverbrauch für Transportkraftstoffe steigt;
–
Der Flächenverbrauch für Transportinfrastruktur steigt;
–
Reboundeffekte Æ gesteigerter Konsum aufgrund
geringer Kosten.
Ein deutliches Reduzierungspotential der Nutzung natürlicher
Ressourcen in der Güterlogistik ist vorhanden und könnte
mit bestehenden Mitteln umgesetzt werden. Laut dem
Umweltbundesamt könnten bei stetig wachsendem
Transportsektor durch die Umsetzung bestehender
Instrumente wie Raumstruktur, kein Straßenausbau,
Förderung Schienenverkehr und LKW Maut die
Verkehrsaufkommenszuwächse bis 2025 im Vergleich zum
Basisjahr 2008 fast halbiert werden. Dies setzt jedoch eine
kohärente Verkehrs- und Infrastrukturpolitik, insbesondere
auch im Bereich fiskalischer Anreize voraus.
Abbi l du ng 2: Ver kehr s auf wandmi nder u ng U BA S z enar i a 2025 Quell e: UBA S tr at egi e f ür ei nen
nachhaltigen Güterverkehr, 2009
Effizienzpotentiale im Verkehr
Der Verkehrssektor steht für 23% des globalen
Energieverbrauchs, davon entfallen ein Drittel auf den
Güterverkehr (Quelle: Weizsäcker et.al, 2010) Die
Transportenergie stammt in den OECD-Ländern fast
ausschließlich aus Erdöl, einer endlichen natürlichen
Ressource. Dreiviertel davon werden im Straßenverkehr
verwendet. Durch den starken Zuwachs im
Transportgewerbe stiegen und steigen die verkehrsbedingten
Kohlendioxid (CO2)-Emissionen exponentiell.
Um eine Verbesserung der Effizienz zu erreichen und damit
eine drastische Absenkung der verkehrsbedingten CO 2Emissionen, sind laut Weizsäcker die Umsetzungen folgender
Strategien notwendig:
–
Drastische Verbesserung der Energieeffizienz aller
Verkehrsmittel Æ Aus Klimagesichtspunkten ist der
Bahntransport deutlich vorteilhafter als der
Straßentransport. Dennoch gibt es auch hier noch
erhebliche Effizienzpotentiale. So belegt eine am
Argonne National Labaratory veröffentlichte Studie
folgende erhebliche Effizienzoptimierungen:
Motoreffizienz 20%, Leerlaufminderung etwa 10%,
Beleuchtung bis zu 50% Verringerung des
Luftwiderstandes 5-10% Verbesserung.
–
Übergang zu energieeffizienteren Verkehrsträgern, vor
allem im Güterverkehr umstieg von Straße auf Schiene
und Wassertransport Æ Wird der LKW nur noch als
Kurzstreckenfahrzeug vom Hafen oder Bahnhof zum
Bestimmungsort verwendet könnte dies den Ausstoß
von Treibhausgasen pro Tonne transportgut um bis zu
85% verringern.
–
Verwendung klimaverträglicherer Treibstoffe und
Primärenergie aus Erneuerbaren Energien sowie
Verwendung von Hybrid und/oder Elektroantrieben. Æ
Elektro-Hybrid LKW der Firma Navistar (USA) für
Innenstadt-Lieferdienste verbrauchen 20-25% weniger
Treibstoff, gleichzeitig sind die
Kohlenwasserstoffemissionen um bis zu 33% und die
Stickoxidemissionen um 35% geringer als bei
herkömmlichen Diesel LKW.
3.
Logistik, Rebound Effekte und Marktverzerrungen
Effizienzgewinne können dazu führen, dass nicht weniger
Ressourcen verbraucht werden, sondern durch die
Verbreitung einer effizienten und kostengünstigen Technik
letztlich der Ressourcenverbrauch insgesamt steigt. Die
Kosten für eine Fahrt sinken durch den Effizienzgewinn und
wegen der Kosteneinsparung wird dann häufiger gefahren.
Bzw. es werden plötzlich zusätzlich Strecken gefahren, die
bisher gar nicht rentabel waren. Reboundeffekte lassen sich
durch entsprechende gesetzliche Maßnahmen trotz des
Zielkonfliktes mit Umsatzzielen begrenzen.
In der Logistikbranche kommt es außerdem häufig zu
fiskalisch verursachten, künstlichen Mark- oder
Preisverzerrungen (Subventionen und
Steuervergünstigungen). Dieser Umstand führt dazu, dass es
vielfach wesentlich günstiger ist Produkte fern ab des
Konsumortes zu fertigen und sie zu transportieren als sie
regional herstellen zu lassen. Legendäre Beispiele dafür sind
das Anbieten von transalpinem Mineralwasser in Nordeuropa
und die Krabbenverarbeitung. D.h. Krabben aus der Nordsee
werden nach Nordafrika zum Puhlen transportiert und
anschließend nach Deutschland gefahren und dort wiederum
im Handel angeboten. Auf der anderen Seite werden Güter
mit dem Flugzeug oder dem LKW transportiert, weil die
fiskalischen Kostenbelastungen für diese Verkehrsträger viel
geringer sind als für die Bahn (diverse Studien).
D.h. die potentielle Einsparung durch effiziente und günstige
Logistik wird nicht realisiert oder gar ins Negative gekehrt, in
dem Transporte durchgeführt werden, die letztlich
vollkommen widersinnig erscheinen.
Abbi l du ng 3: Dur chs chni t t l i che ex t er ne Kost en des
Güterverkehrs 2005 , Quelle: UBA Strategie für ei nen
nachhaltigen Güterverkehr, 2009
4.
MIPS in der Logistik
Die Materialintensität pro Serviceeinheit (MIPS) ist ein
Kennzahlensystem zur Bewertung der massebezogenen
Ressourcenintensität von Stoffen. Sie umfasst alle der Natur
primär entnommenen genutzten und ungenutzten
Materialien, einschließlich der in ihr bewegten Materialien
die systemweit erforderlich sind. Die Materialintensität MIT,
ausgedrückt in Tonnen pro Tonne, wird dabei einer
funktionalen Einheit – der Serviceeinheit – zugeordnet.
Im Folgenden wird beispielhaft für Finnland das MIPS
Konzept für das Transportwesen dargestellt. Beim
Materialinput werden abiotische und biotische Faktoren wie
Wasserverbrauch, Luftverbrauch und abiotische
Produktionsstoffe, z.B. Rohstoffe wie Erze etc.
berücksichtigt. So wird beispielsweise dargestellt, dass zur
Beförderung einer Tonne Fracht pro Kilometer mit
Kleintransportern ca. 11 kg abiotische Rohstoffe verbraucht
werden (rechte Seite der Tabelle).
Tabel l e 1: Mi tt l er er Ver br auch nat ür l i cher Res s or ucen,
Quel l e: Tr an s por t MI PS , 2006
5.
Wettbewerbsvorteile in der Logistik durch
Wettbewerbsverzerrung
5.1 Subventionen
Die Reduzierung der Transportkosten ermöglicht einen
eindeutigen Wettbewerbsvorteil in der Logistikbranche und
stellt damit ein permanent verfolgtes Ziel der Betriebe dar.
Die Reduzierung dieser Kosten im Sinne der
Standortsicherungspolitik führte in der Vergangenheit zu
einer erheblichen Subventionierung des privaten
Transportsektors in vielen Ländern.
Laut Umweltbundesamt stellen sich die Subventionsprofile
der verschiedenen Verkehrsträger wie folgt dar: Quelle: UBA,
EXTERNE KOSTEN KENNEN –UMWELT BESSER SCHÜTZEN,
2009
–
„Straße (125 Mrd. EUR an jährlichen Subventionen
ermittelt).
Der Löwenanteil der Straßenverkehrssubventionen
besteht aus Infrastruktursubventionen (110 Mrd. EUR).
Dies gilt, soweit bestimmte Steuern, die von
Autofahrern entrichtet werden, nicht als
Nutzungsabgaben für die Straßeninfrastrukturbetrachtet
werden.
–
Schiene (73 Mrd. EUR an jährlichen Subventionen
ermittelt)
Hier machen die Infrastruktursubventionen den größten
Teil aus (37 Mrd. EUR), dicht gefolgt von anderen
Haushaltssubventionen (33 Mrd. EUR).
–
Luft (27 - 35 Mrd. EUR an jährlichen Subventionen
ermittelt)
Die Befreiungen von der Kraftstoffsteuer sowie die
fehlende MwSt. auf internationale Flüge sind die
wichtigsten Subventionstatbestände. Dazu kommt die
fehlende Belastung durch den Emissionshandel, dem der
Schienenverkehr durch den Bezug von Kohlestrom
ausgesetzt ist. Außerdem täuschen die absoluten Zahlen
darüber hinweg, dass prozentual der Löwenanteil der
Transportleistung immer noch auf Straße und Schiene
erbracht werden, was diesem absolut vergleichsweise
geringen Betrag großes Gewicht verleiht, wenn man es
auf die geleistete Serviceeinheit herunter bricht (z. B.
Personenkilometer bzw. Frachtkilometer).
–
–
Wasser (14 - 30 Mrd. EUR an jährlichen Subventionen
ermittelt).
Infrastruktursubventionen machen einen signifikanten
Anteil an den Gesamtsubventionen für den Verkehr auf
dem Wasser aus, 30 - 70 % der für diesen
Verkehrsträger ermittelten Subventionen.
Mehrere Verkehrsträger (30 Mrd. EUR an jährlichen
Subventionen ermittelt)“.
Ein beträchtlicher Betrag von Verkehrssubventionen
konnte nicht einem einzelnen Verkehrsträger
zugeordnet werden.
Es wird deutlich, dass der Schienenverkehr keineswegs einen
klaren fiskalischen Vorteil gegenüber den Verkehrsträgern
Flugzeug und Straßenverkehr besitzt. Dies ist aufgrund der
öffentlich proklamierten Ziele der Politik verwunderlich.
Wohlbefinden. Ökologische und ökonomische Kosten fallen
zwar bei den Menschen an, werden aber durch die
Ausgaben, Kosten bzw. Preise im Transportsektor nicht
gedeckt.
Abbi l du ng 4: Dur chs chni t t l iche ex t er ne Umwelt kos t en
i n Cent pr o F ahr z eugki l ometer , Quell e: UBA, EXTERNE
KOS TEN KENNEN – UMWEL T BES S ER S CHÜTZEN, 2009
6.
Schlussfolgerungen
Es ist deutlich geworden, dass der weltweite Güterverkehr
nur scheinbar zu sehr günstigen Kosten abzuwickeln ist, da
ein Großteil der externen Kosten nicht transparent gemacht
bzw. nicht berücksichtigt wird. Die geringen Kosten für den
Güterverkehr sind neben dem erheblichen Konkurrenzdruck
innerhalb der Logistikbranche u.a. auf die Subventionierung
durch direkte Finanzhilfen, Mehrwertsteuerbefreiung,
mangelnde Treibstoffbesteuerung und viele weitere
Tatbestände zurückzuführen.
Um einen verantwortungsvollen und nachhaltigen Umgang
mit endlichen Ressourcen und eine ökosystemische Stabilität
zu ermöglichen, müssen externe Kosten die beim Transport
anfallen internalisiert werden.
5.2 externe Kosten
7.
Neben der direkten und indirekten Subventionierung
ermöglicht die Nicht-Berücksichtigung externer Kosten die
geringen Preise für Transporte.
Externe Kosten wie Umweltverschmutzung durch Transport
oder Kosten für die Wiederherstellung und Beibehaltung der
Gesundheit trotz massiver Belastungen durch
Schadstoffemissionen und Lärm werden nicht berücksichtigt
und weder an Verursacher noch an Verbraucher
weitergegeben. Eine Internalisierung externer Kosten erfolgt
also nicht- zum Nachteil von Umwelt, Gesundheit und
Literatur
Deutsche Bundesregierung, 2008, Masterplan Güterverkehr
und Logistik, Berlin, Bundesministerium für Verkehr, Bau und
Stadtentwicklung
European Environment Agency, 2009, Transport at a
crossroads, TERM 2008: indicators tracking transport and
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3/2009, Copenhagen, EEA – Publications Office
Faulstich, Prof. Dr. Martin, Leipprand, Anna
(Sachverständigenrat für Umweltfragen (SRU), Mocker, Dr.
Mario (ATZ Entwicklungszentrum), Lauber, Ursula
(Statistisches Bundesamt), Brüggemann, Anke, Wied,
Thomas (KfW Bankengruppe), 2009, Perspektive
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in 2009 an Marktvolumen– aber eine Erholung ist schon in
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GTZ Transport Policy Advisory Services, 2008, GTZ
International Fuel Prices, 6th Edition - Data Preview,
Eschborn
Hakosalo, Mika, 2004, MIPS am Zug, Wie sich MIPS für die
Dienstleistung Bahntransport berechnen lässt, aus: Der
ökologisch Rucksack, Wirtschaft für die Zukunft, Hirzel
Verlag, 2004, Stuttgart, Hrsg. Friedrich Schmidt-Bleek
Korschinsky, Claus, 2009, Erfolgsstrategien in bewegten
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2009, IKB Deutsche Industriebank AG
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Lambrecht Martin, et.al., Umweltbundesamt, 2009, Strategie
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Umweltbundesamt, 2007, Externe Kosten kennen – Umwelt
besser schützen, Die Methodenkonvention zur Schätzung
externer Kosten am Beispiel Energie und Verkehr, Dessau,
Umweltbundesamt
Weizsäcker, Ernst Ulrich, Hargroves, Karlson, Michael Smith,
2009, Faktor Fünf, Die Formel für nachhaltiges Wachstum,
Droemer Verlag 2010, München
Impulsvortrag
IDENTIFIKATION UND
TRACEABILITY IN DER
ELEKTRONIKINDUSTRIE –
HERAUSFORDERUNGEN FÜR
DIE LIEFERKETTE
--------------------------------------------------------Dipl.-Ing. (FH) Peter Erhard
KRATZER AUTOMATION AG, Unterschleissheim
LEBENSLAUF
KRATZER AUTOMATION AG, Geschäftsbereichsleiter Industrial Automation
Gutenbergstr. 5
85716 Unterschleissheim
Telefon: 089 / 32152-201
Telefax: 089 / 32152-599
E-Mail: peter.erhard@kratzer-automation.com
1980
Abitur
1980 - 81
Bundeswehr
1981 - 86
Fachhochschule Aalen
Dipl.-Ing. (FH) Elektronik
1986 - 92
Produkt-Manager, Produkt-Spezialist, Applikations-Ingenieur
Qualitätsmanagement-Produkte für die Elektronikfertigung
GenRad GmbH
1992 - 2000
Operations Manager, Produkt-Manager
Advanced Diagnostic Solutions
Diagnose und Prüfsysteme für Automobilelektronik
GenRad GmbH
2000 - 2002
Geschäftsführer, Niederlassungsleiter
Technische Informationssysteme für Diagnose und Service
Sörmann GmbH
2002 - jetzt
Geschäftsbereichsleiter Industrial Automation
Manufacturing Execution Systeme (MES) für die Elektronikindustrie
KRATZER AUTOMATION AG
IDENTIFIKATION UND TRACEABILITY IN DER
ELEKTRONIKINDUSTRIE –
HERAUSFORDERUNGEN FÜR DIE LIEFERKETTE
Der Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie
(ZVEI) hat Ende vergangenen Jahres sein universell
einsetzbares Traceability-Konzept vorgestellt. Der neue
Leitfaden betrachtet den gesamten Themenkomplex der
Identifikation und Rückverfolgbarkeit und zeigt Strategien
für interne und externe Traceability auf. Angefangen vom
Bauelementehersteller über die Distribution bis zu den
Baugruppen- und Geräteherstellern ist dabei die komplette
Lieferkette in der Elektronikfertigung abgebildet. Aus
logistischer Sicht besonders interessant sind die in dem
Leitfaden enthaltene neue Kennzeichnungsmatrix zur
Datenweitergabe sowie die vorgeschlagene Definition einer
webbasierten Schnittstelle für externe Datenabfragen. Diese
Standardisierungsinitiativen können dazu beitragen, die
praktische Umsetzung von Traceability-Konzepten entlang
der Lieferkette in Zukunft erheblich zu vereinfachen.
Maßnahmen leiten und unterstützen. Kernpunkte sind
Definitionen, Nutzen- und Aufwandsbetrachtungen, Daten
für die Rückverfolgbarkeit, Technologien von Schnittstellen
und Beispiele aus der Praxis. Vom Fachverband Bauelemente
Distribution e.V. (FBDi) wurde im Anschluss ebenfalls ein
Leitfaden Traceability erstellt, der mit dem ZVEI-Leitfaden
abgestimmt ist.
Das Thema Traceability hat für die Elektronikbranche in den
letzten Jahren immer stärker an Bedeutung gewonnen. Viele
Kunden erwarten heute von ihren Lieferanten, dass sie über
Systeme verfügen, die eine eindeutige Identifikation und
Rückverfolgung jedes beliebigen elektronischen Bauteils
ermöglichen. So lassen sich im Mängelfall die möglichen
Fehlerquellen schneller eingrenzen und ganz gezielte
Rückrufaktionen auslösen. Auch die Elektronikhersteller
selbst können von der durchgängigen Traceability
profitieren: Höhere Transparenz ist der Schlüssel zu
nachhaltigem Kostenmanagement und Prozessoptimierung
im eigenen Unternehmen.
Der Fachverband Electronic Components and Systems des
ZVEI hat daher im Jahr 2008 eine Traceability-Initiative mit
dem Ziel gestartet, einen gemeinsamen Leitfaden
„Identifikation und Traceability in der Elektro- und
Elektronikindustrie" zu erstellen. An der Initiative waren
mehr als 130 Vertreter aus über 80 Unternehmen beteiligt –
von der Automobilindustrie, Medizintechnik und "Weißen
Ware“ über Baugruppenproduzenten, Hersteller von
Halbleitern, passiven Bauelementen, elektromechanischen
Bauelementen und Leiterplatten bis hin zu Distributoren,
Versicherungen und Softwareherstellern. Auf der
productronica 2009 wurden die Ergebnisse aus eineinhalb
Jahren Arbeit vorgestellt: Der neue ZVEI-Leitfaden ermöglicht
eine Traceability-Betrachtung aus technischer,
wirtschaftlicher und rechtlicher Sicht und soll den Anwender
bei der Planung und Realisierung der erforderlichen
Abbildung 1: ZVEI Leitfaden
Von interner zu externer Traceability
Voraussetzung für die Umsetzung von durchgängiger
Rückverfolgbarkeit entlang der Lieferkette ist ein
gemeinsames Verständnis der unterschiedlichen
Ausprägungen des Themas. Unter Traceability wird heute
ganz allgemein die Identifizierung und Rückverfolgbarkeit
von gefertigten Produkten verstanden. Mit Hilfe einer
eindeutigen Kennzeichnung lässt sich der Ursprung eines
Endproduktes über die gesamte Lieferkette bis hin zum
einzelnen Bauteil zurückverfolgen. Eine saubere Traceability-
Kette ermöglicht dabei die Fehlersuche in zwei Richtungen:
vom Endprodukt zurück zur Fehlerursache (Forward
Tracking) bzw. vom Fehler zum Endprodukt
(BackwardTracking).
Abbi l du ng 2: F or war d und B a ckwar d Tr aceabi l it y
Wenn es um die konkrete Implementierung von Lösungen
zur Rückverfolgbarkeit geht, wird meist zwischen Produktund Prozess-Traceability unterschieden. Um ProduktTraceability zu erreichen, muss festgehalten werden, welche
Bauteile und welche Materialien bei der Herstellung eines
Produkts verarbeitet wurden. Dazu ist es notwendig, den
kompletten Materialfluss und alle Rüstungen von Maschinen
und Handarbeitsplätzen zu erfassen. Stellt sich heraus, dass
eine Charge des Lieferanten fehlerhaft war, können die
entsprechenden Baugruppen sofort ermittelt und gesperrt
werden. Die schnelle Prozessverriegelung verhindert, dass
sich Produktionsfehler über alle nachfolgenden
Fertigungsstufen ausbreiten, im schlimmsten Fall bis in die
ausgelieferten Produkte. Gleichzeitig wird vermieden, dass
fehlerhafte Baugruppen unnötig weiterveredelt werden.
Beim Thema Prozess-Traceability geht es um die Frage, wie
ein bestimmtes Produkt gefertigt wurde, zum Beispiel auf
welcher Linie, unter welchen Bedingungen, mit welchen
Betriebsmitteln und von welchen Mitarbeitern. Dazu erfasst
das Traceability-System unter anderem wichtige
Produktionsparameter und Maschineneinstellungen. In der
Elektronikfertigung können das Angaben wie das
Temperaturprofil der Lötanlage sein – oder auch die Anzahl
der Bearbeitungszyklen eines bestimmten Werkzeugs. Die
umfassenden Prozess- und Produktdaten, die ein
Traceability-System sammelt, helfen im Reklamationsfall
beim Aufspüren von Fehlerquellen und tragen dazu bei, den
Fertigungsprozess zu optimieren und Wettbewerbsvorteile zu
erzielen. So nutzen Unternehmen heute die gewonnenen
Informationen über den Materialfluss, um Materialbestände
zu minimieren und Ressourcen einzusparen. Auch eine
permanente Inventur wird durch die lückenlose
Dokumentation der verwendeten Bauteile und Materialien
ermöglicht. Darüber hinaus trägt die kontinuierliche
Überwachung von Fertigungsparametern zu einer Erhöhung
der Prozesssicherheit bei. Bei Abweichungen von bestimmten
Standardwerten können automatisch Gegenmaßnahmen
eingeleitet werden, bevor die Toleranzgrenzen erreicht sind.
Traceability entwickelt sich damit immer stärker von einem
passiven zu einem aktiven Instrument der
Fertigungssteuerung.
Rückverfolgbarkeit darf dabei allerdings nicht an den
Unternehmensgrenzen enden, sondern muss auch in den
vor- und nachgelagerten Stufen der Lieferkette realisiert
werden. Der neue ZVEI-Leitfaden unterscheidet aus diesem
Grund zwischen externer und interner Traceability. Mit
interner Traceability dokumentiert der Produzent alle
internen Prozesse und die verwendeten Materialien – also
seine eigene Wertschöpfungskette. Die externe Traceability
fokussiert dagegen auf die Lieferkette vom BauelementeHersteller bzw. Distributor bis zum Wareneingang des
Fertigungsunternehmens. Damit wird die Rückverfolgbarkeit
von Informationen zwischen Auftraggeber und
Auftragnehmer sichergestellt. Interne und externe
Traceability sollten stets über einen internen Schlüssel
verknüpft sein – so lassen sich weiterführende Informationen
bei Bedarf schnell zur Verfügung stellen.
Materialkennzeichnung mit dem ZVEI-Label
Ein wichtiger Übergangspunkt zwischen externer und
interner Traceability ist der Wareneingang. Eine lückenlose
Rückverfolgbarkeit ab dem Materialeingang bedeutet heute
für Elektronikhersteller in der Regel einen relativ hohen
Aufwand, da das Traceability-System zunächst mit
zahlreichen Informationen gefüttert werden muss: Jede
Gebindeeinheit, die im Wareneingang eintrifft, muss erfasst
und mit einer eindeutig identifizierbaren Kennung versehen
werden. Diese Traceability-Informationen behält das System
dann während des gesamten Produktionsprozesses bei. Die
Trace-Nummer verweist auf einen Datensatz, der das Bauteil
detailliert beschreibt und Angaben über Charge,
Verfallsdatum und ähnliches enthält. Nicht direkt
identifizierbare Bauteile und Materialien wie Rollen oder
Schüttgut müssen in ihre Chargen und Gebinde vereinzelt
werden.
Die Materialverfolgung muss auf Basis einer eindeutigen
Trace-Nummer pro kleinster Verpackungseinheit erfolgen, da
bestimmte Parameter wie zum Beispiel die Offenzeit bei
MSD-Bauelementen pro Verpackungseinheit und nicht nur
pro Herstellercharge überwacht werden müssen. Auch beim
Nachrüsten mischen sich typischerweise Chargen und es
entstehen Unschärfebereiche. Diese können durch eine
übergangsweise Verbuchung der alten und der neuen
Charge berücksichtigt werden.
Die Herausforderung bei der Erfassung liegt allerdings darin,
dass die angelieferten Bauteile und Materialien heute sehr
unterschiedlich ausgezeichnet sind. Hersteller verwenden
vielfältige Formate, um Produktinformationen weiterzugeben
– viele Daten müssen heute im Wareneingang nach wie vor
manuell erfasst werden.
Der ZVEI hat daher in seinem neuen Leitfaden eine
standardisierte Kennzeichnungsmatrix für die Weitergabe
von Traceability-Informationen entwickelt. Ziel ist, ein
einheitliches Datenformat zu etablieren und damit den
Übergang von externer zu interner Traceability so einfach
und sicher wie möglich zu machen. Das neue ZVEIMateriallabel schreibt dabei keine bestimmte physikalische
Form vor – Hersteller können die erforderlichen Daten zum
Beispiel als Barcode / 2D-Code auf ein Etikett drucken oder
auch auf einem RFID-Chip speichern. Entscheidend ist
vielmehr, dass die richtigen Informationen in der
vorgesehenen Struktur enthalten sind.
Inhaltlich besteht das ZVEI-Materiallabel aus zwei
unterschiedlichen Datensätzen – dem Verpackungslabel
Produkt und dem Verpackungslabel Logistik. Das
Verpackungslabel Produkt enthält alle technischen
Produktdaten des Herstellers: Dazu gehören zum Beispiel
Produktbezeichnung, Seriennummer, Herstellungsort und datum, maximale Haltbarkeit und Informationen zur
Feuchtigkeitsklasse. Vier unterschiedliche Level innerhalb des
Produktlabels geben zudem Auskunft darüber, ob es sich um
ein verarbeitungskritisches Bauteil handelt und in welchem
Code-Format (Barcode / 2D-Code) das Produkt
gekennzeichnet ist.
sich ein Großteil der heute verwendeten Kennzeichnungen
effizient in ein zentrales Traceability-System übernehmen
lassen: In der Erfassungs-Software sind dazu Muster aller
gängigen Herstelleretiketten hinterlegt und mit
entsprechenden Datenmasken verknüpft. Der Mitarbeiter
wählt vor dem Scan-Vorgang aus diesem Pool die richtige
Vorlage aus. Anschließend werden die erfassten
Informationen automatisch in die richtigen Datenfelder
eingetragen.
Mit dem ZVEI-Materiallabel lassen sich in Zukunft die
Datenerfassung und die Schnittstellen in der Prozesskette
standardisieren. Im Wareneingang kann mittels ZVEI-Label
die Vereinnahmung von Material vereinfacht und die
Datenqualität gesteigert werden. Voraussetzung ist, dass
Bauelementehersteller – oder in der Praxis vielmehr die
Distributoren – ein entsprechendes Label für die
Materialkennzeichnung verwenden. Baugruppen- und
Gerätehersteller, die Teil der Lieferkette sind, müssen künftig
ebenfalls in der Lage sein, ein ZVEI-Label auf ihre Produkte
aufzubringen.
TraceQuery als Minimalstandard für TraceabilityAbfragen
Externe Traceability nach dem ZVEI-Leitfaden definiert
darüber hinaus auch, zu welchen Informationen ein
Hersteller oder Distributor auskunftsfähig sein muss. Für
diese Aufgabenstellung hat der Leitfaden das Konzept der so
genannten TraceQuery-Schnittstelle entwickelt.
Abbi l du ng 3: S chni t t st el l en – Ex t er ne Tr aceabi li ty
Mit dem Verpackungslabel Logistik werden alle
kundenspezifischen Informationen zusammengefasst, die
sich typischerweise vor allem auf die logistische Abwicklung
beziehen. Dabei handelt es sich beispielsweise um
Informationen wie die Bestellnummer, die Liefermenge oder
den Lieferort. Produkt- und Logistiklabel sollten vom
Hersteller möglichst zusammen auf der kleinstmöglichen
Verpackungseinheit aufgebracht werden. So ist in Zukunft
eine zeitsparende Erfassung aller Traceability-Informationen
mit einem einzigen Scan-Vorgang möglich.
Das Interesse in der Elektronikbranche an einem einheitlichen
Kennzeichnungsstandard ist groß, da letztlich alle
Marktteilnehmer davon profitieren können. Bis sich das neue
ZVEI-Materiallabel flächendeckend durchsetzt, dürfte
allerdings noch eine gewisse Zeit vergehen. Auch heute
schon gibt es jedoch Ansätze, die die Erfassung von Produktund Logistikdaten im Wareneingang vereinfachen: Es gibt
beispielsweise ein halbautomatische Verfahren, mit denen
Viele Unternehmen verwenden heute bereits Web-basierte
Lösungen für die Abfrage von Traceability-Informationen.
Über eine Browser-basierte Oberfläche lassen sich zum
Beispiel nach der Eingabe der Seriennummer eines Produktes
Daten zu den verbauten Materialchargen abrufen. Noch
werden diese Informationen meist für die interne Produktund Prozess-Traceability verwendet – im Zuge der
zunehmenden Vernetzung zwischen Auftraggebern und
Auftragnehmern wird aber immer häufiger erwartet,
bestimmte Datenabfragen auch externen Partnern zu
ermöglichen. Erstellt beispielsweise ein Unternehmen als
Auftragnehmer Baugruppen, die ein anderes Unternehmen
als Auftraggeber in ein Gerät einbaut, kann es vorkommen,
dass bestimmte Fehler erst beim Einbau entdeckt werden.
Hier wäre eine einheitliche Schnittstelle für den
unternehmensübergreifenden Datenaustausch von großem
Nutzen.
Die im ZVEI-Leitfaden vorgestellte TraceQuery-Definition
beinhaltet die grundsätzlichen Anforderungen an ein
derartiges Abfragesystem für Traceability-Informationen. Die
Schnittstelle kann damit in Zukunft als Basis für detailliertere
Festlegungen verwendet werden, um die Vernetzung der
Unternehmen entlang der Lieferkette weiter zu vereinfachen.
Grundsätzlich muss heute jedes Traceability-System eine
Möglichkeit zur Abfrage der gespeicherten Daten bieten –
Format und Struktur der ausgegebenen Informationen
unterschieden sich jedoch häufig erheblich. Bei der
Festlegung von Art, Umfang und Verfügbarkeit der Daten
spielen neben den gesetzlichen Vorschriften auch interne
Regeln eine wichtige Rolle.
–
Verknüpfung von Informationen: Die Schnittstelle muss
die Verwendung von Hypermedien ermöglichen.
Die vorgeschlagene TraceQuery-Schnittstelle sollte auch in
kleineren Unternehmen realisierbar sein und mit minimalen
technischen Möglichkeiten abgefragt werden können. Für
die Umsetzung empfiehlt der ZVEI den Einsatz von HTTP –
ggf. auf SSL (https://...) – als bewährte und etablierte
Technologie. Dabei ist darauf zu achten, dass die
ausgegebenen Daten auf allen gängigen Webbrowsern
angezeigt werden können.
Hinsichtlich der Abfragemöglichkeiten an ein TraceabilitySystem wurden folgende Mindestanforderungen für die
TraceQuery-Schnittstelle definiert:
–
Abbi l du ng 4: Tr aceabi l i ty i n der L i ef er ket t e
Die TraceQuery-Schnittstelle soll hier einen Minimalstandard
schaffen, den jedes Traceability-System auf der Ausgabeseite
erfüllen muss. Dabei unterscheidet der ZVEI in seinem
Leitfaden zwischen den grundlegenden funktionalen
Anforderungen – also der Frage, welche Eingaben zu
welchen Ergebnissen führen – und den darüber hinaus
gehenden non-funktionalen Anforderungen, die zum
Beispiel die Abhörsicherheit des Übertragungsprotokolls
betreffen. Grundsätzlich soll das TraceQuery-Konzept eine
einfache suchmaschinenartige Bedienbarkeit ermöglichen
und gleichzeitig sicherstellen, dass kein unerwünschter
Know-how-Transfer stattfindet.
Für die technische Ausgestaltung der Schnittstelle gibt der
ZVEI-Leitfaden keine expliziten Spezifikationen vor, empfiehlt
allerdings einige Rahmenbedingungen, die von den
beteiligten Unternehmen eingehalten werden sollten.
Grundsätzlich wird davon ausgegangen, dass die
Speicherung der Daten auf einem Server erfolgt, während
die Benutzer-Interfaces auf davon getrennten Clients laufen.
Alle Anforderungen sind dabei so aufgebaut, dass eine
spätere Erweiterung auf einen Webservice möglich ist.
Im Einzelnen gingen folgende Anforderungen in den Entwurf
der ZVEI-Empfehlung ein:
–
–
–
Synchroner Informationsaustausch: Die Schnittstelle soll
synchron sein, damit beispielsweise bei der
Nachbearbeitung eines vorgefertigten Nutzens sein
Zustand ohne Zeitverlust online abgefragt werden kann.
Datenfilter zum Schutz von Unternehmens-Know-how:
Die Schnittstelle sollte auch von eng kooperierenden
Unternehmen verwendet werden können – dazu muss es
möglich sein, Daten über entsprechende Filter in
verschiedenen Detaillierungsgraden auszugeben.
Verschlüsselung der Kommunikation: Die Schnittstelle
muss ein abhörsicheres Protokoll verwenden können.
–
–
–
–
–
Nach Eingabe einer Seriennummer müssen alle Prozesse
zusammen mit den relevanten Traceability-Daten
ermittelt werden können, die diese Seriennummer
durchlaufen hat.
Sofern Seriennummern durch Einbau, Verpackung o.ä. in
andere Seriennummern übergehen, müssen diese
Übergänge ebenfalls ausgegeben werden.
Nach Eingabe einer Chargennummer müssen die
Seriennummern aller Nutzen zu ermitteln sein, in die
Bauteile dieser Charge eingebaut wurden oder aufgrund
von Grauzonen eingebaut sein könnten.
Nach Eingabe einer Seriennummer müssen unter
Berücksichtigung der Grauzonen alle Chargen zu
ermitteln sein, die für diese Seriennummer verwendet
wurden.
Nach Eingabe einer Seriennummer müssen alle Prozesse,
die die Fertigung dieser Seriennummer betreffen, mit
ok/nok-Information ermittelt werden können.
Für vorher festgelegte Prozess- oder Prüfmerkmale
müssen alle Seriennummern, deren Werte bestimmte
Bedingungen erfüllen, ermittelt werden können.
Fazit
Der neue ZVEI-Leitfaden hat insgesamt deutliche
Auswirkungen auf alle in der Lieferkette der
Elektronikindustrie beteiligten Firmen. Standardisierte Label
und Schnittstellen bringen viele Vorteile und ermöglichen
schnelleren und präziseren Datenaustausch und somit
letztlich genauere und schnellere Aussagen zur Eingrenzung
von Rückrufaktionen. Unternehmen, die sich frühzeitig mit
dem Thema auseinandersetzen und bei der
Rückverfolgbarkeit eine konsequente Strategie verfolgen,
können in Zukunft gleich mehrfach profitieren: Sie erhöhen
die Produktqualität und die interne Prozesssicherheit und
stellen gleichzeitig sicher, dass sie die Marktforderung nach
mehr Transparenz in der Lieferkette erfüllen.
Impulsvortrag
CO2 KALKULATION
ZWISCHEN (KUNDEN)WUNSCH UND WIRKLICHKEIT
--------------------------------------------------------Univ.-Prof. Dr. Sebastian Kummer
Wirtschaftsuniversität Wien, Österreich
LEBENSLAUF
Vorstand des Instituts für Transportwirtschaft und Logistik
WU Wien
Nordbergstrasse 15
1090 Wien
Telefon: +43 1 313364610
Telefax: +43 1 313 716
E-Mail: skummer@wu.ac.at
1982-1987
Studium der Volkswirtschaftslehre, Philosophie und Betriebswirtschaftslehre in
Tübingen und Köln
1987-1996
Wissenschaftlicher Mitarbeiter und Hochschulassistent am Lehrstuhl für
Controlling und Logistik von Professor Dr. Jürgen Weber an der
Wissenschaftlichen Hochschule für Unternehmensführung in Vallendar (WHU),
Promotion und Habilitation.
1987-1993
Geschäftsführer der Zahnradfabrik Unna GmbH (1987-1993)
1996-2001
Professur für Betriebswirtschaftslehre, insbesondere Verkehrsbetriebslehre und
Logistik an der Fakultät Verkehrswirtschaft der TU Dresden
Seit 2001
Vorstand des Instituts für Transportwirtschaft und Logistik, Wirtschaftsuniversität
Wien und Geschäftsführender Gesellschafter der ZTL Logistik Schulungs- und
BeratungsGmbH
Seit 2006
Direktor der europäischen Sektion des MIT Forums Supply Chain Innovation
Seit 2007
Weitere Informationen
Leiter des Forschungsinstituts Supply Chain Management, Wirtschaftsuniversität
Wien
Sebastian Kummer war und ist Gastprofessor, bzw. Dozent an Universitäten in
China, Deutschland, Indonesien, Österreich, Russland, Schweiz, Ukraine und
Vietnam. Er ist in zahlreichen Verbänden und Institutionen tätig unter anderem
wissenschaftlicher Leiter der Österreichischen Verkehrswissenschaftlichen
Gesellschaft, Vorstand der (österreichischen) Bundesvereinigung Logistik e.V.
(BVL), Mitglied im wissenschaftlichen Beirat der deutschen BVL, Präsident des
Deutschen Schiedsgerichts Logistik, Präsident des Europäischer Verband für
Defence Public Private Partnership e. V., stellvertretendes Mitglied der Schienen
Controll Kommission (Österreichischer Schienenregulator) sowie Mitglied des
wissenschaftlichen Beirats des österreichischen Verteidigungsministers.
Er leitet die Jury des Peter Faller Preises und ist u.a. Mitglied der Jury des Austrian
Supply Ecellence Award sowie der Jury der Logik Hall of Fame. Sebastian
Kummer ist im Beirat der Telego GmbH.
Sebastian Kummer ist Autor von 10 Fachbüchern, u.a.:
Einführung in die Verkehrswirtschaft, 2. Aufl. Wien 2010 (UTB)
Beschaffung, Produktion Logistik, München, 2. Aufl. Boston u.a. 2009 (Pearson)
Internationales Transport- und Logistikmanagement, gemeinsam mit Schramm,
H.J. und Sudy, I., 2. Aufl. Wien 2010 (UTB)
und mehr als 100 weiteren Veröffentlichungen. Er ist im Herausgeberbeirat der
Zeitschriften „Logistics Research“ und „Internationales Verkehrswesen“
Als praxisorientierter Wissenschaftler führt Sebastian Kummer gemeinsam mit
seinen Mitarbeitern mehr als 100 wissenschaftliche Forschungsprojekte sowie
praxisbezogene Beratungsprojekte in den Bereichen, Transportwirtschaft, Logistik
und Supply Chain Management durch.
CO2 KALKULATION ZWISCHEN
(KUNDEN)WUNSCH UND WIRKLICHKEIT
1. Ausgangslage
Mobilität und funktionierende Logistiksysteme sind wichtige
Voraussetzungen für die wirtschaftliche und gesellschaftliche
Entwicklung. Doch gehen von Transportwirtschaft und
Logistik auch negative Effekte aus. So sind sie den EU-27
Ländern für ungefähr 20% der CO2 Emissionen
verantwortlich (in Österreich waren es im Jahr 2005 sogar
26,2%).
Obwohl die einzelnen Verkehrsträger sehr große
Unterschiede bei der CO2 Verursachung haben werden diese
Differenzen bisher kaum bei der Transportplanung explizit
berücksichtigt. Die Gründe hierfür sind vielfältig. Zum einen
gibt es für Unternehmen bisher kaum Anreize, Transporte
und Logistiksysteme so zu wählen, dass Sie zu einer
geringeren CO2 Belastung führen. Zum anderen gibt es
bisher nur wenig Instrumente, die den Unternehmen bei der
Berechnung der CO2 Emissionen unterstützen.
Hier ist über die Gesetzgebung hinaus Eigeninitiative auf
betrieblicher Ebene gefordert, auch wenn vielerorts das
Bewusstsein hinsichtlich der CO2-Problematik noch gering
ausgeprägt ist. Speziell bei Klein- und Mittelbetrieben
mangelt es an entsprechenden Controllinginstrumenten.
Der Beitrag soll die Notwendigkeit und die Möglichkeiten der
CO2 Kalkulation für Transportwirtschaft und Logistik
aufzeigen. Es wird ein Überblick über bestehende
Instrumente gegeben. Außerdem werden die vom Institut für
Transportwirtschaft und Logistik entwickelten Instrumente
CO2 Kummertabelle und CO2 TEC (Transport Emission
Calculator) vorgestellt..
Abbi l du ng 1 : Ges chät z t er Ans t i eg der CO2 Emis s i onen
i m Ver kehrs ber ei ch (Quell e: The S us t ai nabl e Mobi l it y
Pr oj ect ,
ht t p: / / www. wbcs d. or g/ web/ p ubl i cat i ons / mobi l i ty / ov er vi
ew. pdf , 6. 11. 2009)
Aufgrund der ökologischen Notwendigkeit ist absehbar, dass
es – um CO2 Reduktionen zu erreichen - zu schärferen
gesetzlichen Regelungen sowie zu ökonomischen Anreizen
von staatlicher Seite kommen wird. Darüber hinaus wird aber
eine schadstoffreduzierte Transportabwicklung in Zukunft
einen zusätzlichen Wettbewerbsfaktor darstellen. Beispiele
hierfür sind die Forderung nach CO2-Bilanzen, CO2-Etikette
auf Produkten, Transportausschreibungen mit
Emissionsauflagen, Förderung schadstoffarmer
Transportketten, etc.. Abbildung 2 zeigt die Interessen
unterschiedlicher Akteure als Treiber eines CO2 Ausweises
und einer CO2 Reduktion.
2. CO2 Kalkulation als neue Herausforderung
Im Hinblick auf die Kyoto-Ziele wurden von politischer Seite
Maßnahmen formuliert, die speziell die Verbesserung des
Gütertransports adressieren. Wissenschaftler gehen davon
aus, dass es notwendig ist, die CO2 Emissionen bis zum Jahr
2050 völlig zu stoppen, damit die Erderwärmung auf +2
Grad beschränkt werden kann. Wie dramatisch diese
Forderung im Gegensatz zu den geschätzten CO2
Emissionen im Verkehrsbereich steht, zeigt die Abbildung 1
Abbi l du ng 2: I nt er ess en unt er s chi edl i cher Akt eur e
3. Bestehende Ansätze zur CO2 Kalkulation
Viele Unternehmen haben im Zuge des
Umweltmanagements Initiativen zur CO2 Reduktion in
Transport und Logistik gestartet. Im Einzelhandelsbereich
gelten Tesco und Wal-Mart als Vorreiter. Tesco hat damit
CO2-Tools
Ecotransit
Öffentlich
Parameter
zugänglich
ja
Go Green DHL
nein; für
Kunden:
Carbon Check
Maersk
nein;
CO2Kummertabelle
Spedition Christ Klimarechner
OMIT 2001
Verkehrs-mittel Länder
Herausgeber/
Verantwortliche
Straße,
Schiene, See- zahlreiche
&
europäische
Binnenschifffa Länder
hrt, Luft
Railon, Green Cargo AG,
SBB, SNCF,
Trenitlalia,... in
Zusammenarbeit mit
dem Institut für Energie
und Umweltforschung
(IFEU)
NTM- Calculatior von Network
for Transport and Environment
(NTM)
ganz Europa;
spezielle
Straße,
Angebote in
Schiene, Luft,
Deutschland,
Seeschiffahrt
Schweiz und
Skandinavien
Deutsche Post World Net
(Logistikdienstleister
DHL)
NTM- Calculatior von Network
for Transport and Environment
(NTM); Greenhouse Gas
Protocol
Schiene,
Straße,
Seeschiffahrt,
Luft
Maersk
Berechnungsmethodik
entwickelt vom IFEU; direkter
Betrieb der Fahrzeuge, sowie
Verkehrsträger,
Emissionen durch Herstellung
Sendungseigenschaften
(Volumen- oder Massengüter), der Endenergie; nicht
Ladekapazität, Fahrzeuggröße, berücksichtigt sind Bau und
Antriebsart, Emissionsklasse, Instandhaltung von Fahzeugen
Straßenart, Strommix,
und Infrastruktur, sowie
Topographie der Länder
Verbrauch von Gebäuden und
Flug- und Bahnhöfen;
1. Stufe: Tonnenkilometer,
Durchschnittsfahrzeug,Durchschnittsmotor,
Treibstoffart und Qualität, Auslastung;
2. Stufe: verschiedene
Fahrzeugarten;
3. Stufe: genaue Festsetzung
welches Fahrzeug, welche
Auslastung, wieviele
zurückgelegte Kilometer.
sämtliche Prozesse am Hafen,
bei der Lagerung; direkte und
indirekte Emissionen;
treibstoff- oder
entfernungsbasierte
Berechnung
als Betaversion
verfügbar
Klassifizierung der
Emissionsquellen nach
Wichtigkeit, fixe und variable
Emissionen,
Fahrzeugcharakteristika,
Sendungsgewicht,
Strommix,…
eigene Methode, basierend auf
dem Handbuch der
bisher nur
Emissionsfaktoren vom
Straße
Umweltbundesamt Wien
Nein
Klassifizierung der
Emissionsquellen nach
Wichtigkeit, fixe und variable
Emissionen,
Sendungsgewicht,
Strommix,…
Methode basierend auf
EcoTransIT, OMIT 2001,
Bahnstatistiken,
Unternehmensdaten, Borken
bei Christ nur
Straße und
Deutschland,
Seeschiff-fahrt, Schweiz, Italien,
Spedition Christ/ Climate
Österreich, USA,
Climate
Partner
Partner auch aber weitere
möglich
andere
Verkehrsträger
Nein
Unterscheidung Massen- und
Volumengüter,
durchschnittliche Auslastung,
Strommix,…
Methode entwickelt von IFEU
und Partnern
internationale
Straße,
Transporte von
Schiene,
und nach
Seeschifffahrt
Dänemark
bisher nur
Österreich
ZTL (Zentrum
Transportwirtschaft
Logistik), OeKB
Business Services
GmbH (Österreichische
Kontrollbank)
dänische Umweltschutzagentur,
verschiedene dänische
Institutionen aus dem
Transportsektor und
Forschung, IFEU
Abbi l du ng 1 : Über bl i ck über CO2 Ber echnu ngs t ool s f ür
Tr ans por t e .
begonnen auf vielen Produkten den CO2 Footprint
auszuweisen. Eine ähnliche Initiative hat Hofer (die
österreichische Tochtergesellschaft von Aldi) bei ihrer
Produktlinie „Zurück zum Ursprung“ die Bioanbau mit CO2
Einsparungen im Transport kombiniert gesetzt.
Auch im Bereich der Transportwirtschaft gibt es einige
Initiativen. So vertreibt DHL im Rahmen seiner GoGreen
Initiative CO2 neutrale Produkte.
Zwar beteuern sowohl die Unternehmen, als auch die
Anbieter von CO2-Berechnungs-Tools, dass ihre
Berechnungen transparent seien. Es ist aber schwierig
genauere Informationen zu bekommen. Tabelle 1 versucht
einen Überblick über ausgewählte, verfügbare CO2 Tools zu
geben.
4. CO2 Kummertabelle
Die CO2-Kummertabelle will mit akademisch fundiertem
Wissen und Berechnungsmethoden, Transparenz bei
verkehrsinduzierten CO2-Emissionen in der Transportwirtschaft schaffen und sowohl der verladenden Industrie als
auch den Transport- und Logistikdienstleistern die
Möglichkeit bieten, seine Transporte dahingehend zu
analysieren. Die Analyse einzelner Tools, z.B. des Tools
Ecotransit, das von mehreren europäischen Bahnen finanziert
wird zeigte, dass an einigen Stellen mit Annahmen und
Einstellungen gearbeitet wird, die den Interessen der
finanzierenden Unternehmen entsprechen. Da CO2
Berechnung jedoch nicht dazu dienen sollten, die niedrigsten
Werte für das eigene Unternehmen zu errechnen, sondern
einen intersubjektiv nachvollziehbaren einigermaßen
objektiven Vergleich zu ermöglichen, war es die Grundidee
der CO2 Kummertabelle einen einheitlichen Standard zu
schaffen, mit dem die CO2 Emissionen von
Stückgutsendungen berechnet werden können.
Der Nutzer kann CO2-Werte für jede beliebige Route
innerhalb Österreichs und für jedes beliebige Gewicht pro
Sendung im KEP- (Kurier-, Express-, Paketdienst) und
Stückgutbereich sowie für Teilladungen berechnen lassen.
Die zugrunde liegenden Emissionsfaktoren des
Umweltbundesamtes Wien werden je nach Konfiguration zur
Berechnung herangezogen und mit Geodaten zur
Bestimmung der Straßenkategorien sowie mit LogistikKennzahlen über Leerfahrtenanteile und Auslastungsgrade
kombiniert. Das Ergebnis ist ein Wert pro transportierter
Sendung in kg CO2.
Zur Berechnung der CO2-Emissionen mithilfe der CO2Kummertabelle wird ein zweistufiges Verfahren angewendet.
Im ersten Schritt wird aus der CO2-Zonentabelle die
relevante CO2-Zone einer Relation bestimmt. Die CO2Zonentabelle basiert wiederum auf
Entfernungszonentabellen, die alle Postleitzahlen einer
Quelle und Senke in Österreich beinhalten. Um die
Komplexität zu reduzieren, wurde wie bei den Mauttabellen
jeweils eine Postleitzahl, die das wirtschaftliche Zentrum
innerhalb eines Bezirks bzw. einer Region darstellt,
stellvertretend als Quelle bzw. Senke dieses Gebiets
ausgewählt. Die Bestimmung der wirtschaftlichen
Schwerpunkte erfolgt auf Basis eines Geoinformationssystem
(GIS). Es wurden 12 CO2-Zonen definiert, wobei jede CO2Zone ein bestimmtes Intervall an kg CO2 darstellt. Die CO2Zonen wurden zudem im unteren Bereich (Zone 0 – 4) sehr
differenziert gewählt. Somit soll auch die CO2-Belastung
kürzerer Fahrten möglichst genau transparent gemacht
werden.
Im Unterschied zu den Kummer-Mauttabellen werden bei
der Berechnung der CO2-Werte nicht nur die einfachen
Fahrtkilometer über die Autobahn herangezogen, sondern es
gibt bei den Fahrtkilometern eine Differenzierung in
Autobahn-, Außerortsstraßen- und
Innerortsstraßenkilometer. Dies ist eine wesentliche
Notwendigkeit bei der Berechnung der CO2-Emissionen, da
diese stark mit dem gefahrenen Tempo bzw. mit dem
Straßentyp korrelieren.
Im zweiten Schritt werden in Abhängigkeit des
frachtpflichtigen Gewichts der Sendung die anteiligen CO2Emissionen je Sendung ermittelt. Für die Berücksichtigung
des Transportgewichts, ebenfalls von großer Bedeutung für
den Ausstoß von CO2-Emissionen, wurden drei CO2Gewichtstabellen entwickelt:
CO2-Tabellen für Sendungen bis 50 kg (KEP-Verkehre)
CO2-Tabellen für Sendungen zwischen 51 kg und 2.000
kg (Stückgutverkehr)
CO2-Tabellen für Sendungen ab 2.000 kg
(Teilladungsverkehre)
Der gewichtsmäßige Auslastungsgrad ist von verschiedenen
Faktoren abhängig wie bspw. der Güterstruktur der zu
transportierenden Güter, den Absendervorschriften, der
Verpackungsart oder den bedienten Regionen. Darüber
hinaus unterliegt die Auslastung auch jahreszeitlichen
Schwankungen. Bei der Berechnung der Werte in der CO2Entfernungszonentabelle wurde mit branchenüblichen
Durchschnittswerten gerechnet. Die gewichtsmäßige
Auslastung wird bei Sendungsgrößen bis 2.000 kg als
geringer angenommen als bei Sendungen ab 2.001 kg.
Die Produktionsweise im KEP- und Stückgutverkehr
unterscheidet sich vom Teilladungsverkehr. Während im
Teilladungsbereich Direktverkehre zwischen Absender und
Empfänger üblich sind, erfolgt die Produktion im
Stückgutverkehr in der Regel über Depots und bei
aufkommensschwachen Relationen unter Verwendung von
Hubs. Im Stückgutverkehr sind folglich längere Fahrtstrecken
für die gleiche Distanz zwischen Absender und Empfänger
anzusetzen. Dies wird berücksichtigt, indem bei Sendungen
bis 2 t ein so genannter „Depot/Hub-Aufschlag“ verwendet
wird.
Für die Berechnung der CO2-Emissionen von Transporten
müssen auch die Leerfahrten berücksichtigt werden.
Aufgrund der Unpaarigkeit von Verkehrsströmen ist es nicht
immer möglich, Rückfrachten zu akquirieren. Durch
vielfältige Bemühungen von Sammelgutspediteuren (z.B.
Aufbau von Kooperationen mit anderen Speditionen) ist der
Leerfahrtenanteil in diesem Segment in der Praxis jedoch
relativ gering.
Bei den Emissionsfaktoren wurde auf das „Handbuch
Emissionsfaktoren des Straßenverkehrs 2.1“ des
Umweltbundesamts Wien (in Kooperation mit den
entsprechenden Pendants in Deutschland und der Schweiz)
zurückgegriffen. Dieses beinhaltet die Möglichkeit
Emissionsfaktoren für unterschiedliche Komponenten (hier
nur CO2) abzufragen basierend auf:
Emissionsart (hier nur warme Emissionsfaktoren ohne
Kaltstartzuschläge)
Fahrzeugkategorie (hier nur leichte Nutzfahrzeuge (LNF)
und schwere Nutzfahrzeuge (SNF als Sammelkategorie
von LKW-Solo, Last- und Sattelzügen)
Bezugsjahren (hier für 2010)
Verkehrssituation (hier Durchschnittstempo auf allen
Straßenkategorien, flüssiger Verkehr)
Längsneigung der Straße (hier durchschnittliche
Längsneigung)
In der CO2-Kummertabelle wird ein gewichteter
Standardmix an Straßengüterfahrzeugen angenommen.
Dieser besteht aus Nahverkehrsfahrzeugen, 2-Achsern, 3Achsern sowie 4- und mehr Achsern. Ebenso wurde
hinsichtlich der EURO-Emissionsklassen eine Annahme der
Verteilung über diesen Standardfahrzeugmix angestellt.
5. CO2-TEC (Transport Emission Calculator)
CO2-TEC (Transport Emission Calculator) ist ein kooperatives
F&E-Projekt von
OeKB Business Services GmbH –Konsortialführer
ZTL Logistik Schulungs- und Beratungs GmbH
ECONSULT Betriebsberatungsgesellschaft m.b.H.
zur Entwicklung eines webbasierten EDV-Tools, mit dem es
möglich ist differenzierte, unternehmensspezifische
Transportketten hinsichtlich ihrer CO2-Emissionen zu
bewerten, und damit Benchmarks für CO2-reduzierende
Maßnahmen zu gewinnen. Das Tool wird Klein- und
Mittelbetrieben der Transportwirtschaft bei der Umsetzung
von ökologisch effizienteren Formen der
Transportabwicklung unterstützen sowie Transparenz bei
Schadstoff-Emissionen des Transports unserer Güter und
Produkte erhöhen. Die Entwicklung wurde durch das FFG
(Forschungs Förderungs Gesellschaft)-Programm „protecNET
in COIN“ unterstützt.
Der „CO2-TEC Transport Emission Calculator“ soll
Unternehmen dabei unterstützen, sich auf die im Zuge der
CO2-Reduktionsbemühungen zukünftig erwartbaren
Anforderungen gezielt vorzubereiten und entsprechende
Maßnahmen treffen zu können. Dabei handelt es sich um
eine via Internet zugängliche Web-Applikation, die ohne
zusätzliche IT-Aufwände benutzt werden kann - dies speziell
im Hinblick darauf, um verstärkt KMU in den Prozess der
Umstellung auf eine „ökologische Transportabwicklung“ zu
integrieren.
Der „CO2-TEC Transport Emission Calculator“ ermöglicht es
Unternehmen ihre
Transportketten hinsichtlich derzeitiger
Schadstoffemissionen zu analysieren
Alternative Lösungen und Maßnahmen der
Schadstoffreduktion zu evaluieren
Potenziale und erzielte Erfolge in der
Schadstoffreduktion zu visualisieren.
Das unabhängige Konsortium aus spezialisiertem ITDienstleister, universitätsnahem Forschungs- und
Kompetenzzentrum und neutralem LogistikBeratungsunternehmen garantiert die Realisierung einer
wissenschaftlich fundierten Anwendung zur Kalkulation von
CO2-Emissionen als universelles Standard-Tool für alle
Transportunternehmen.
Mit der Entwicklung des Online-Tools CO2-TEC ist es
gelungen, die hohen Anforderungen der Logistikbranche
nach einer exakten „door to door“-Berechnung der
transportbedingten CO2-Emissionen auf Basis verifizierter
Daten und wissenschaftlich geprüfter Algorithmen zu
erfüllen.
Der Forderung nach einer Möglichkeit zur Dokumentation
von Basisdaten, Berechnungsergebnissen und
Emissionsvergleichen wurde ebenfalls Rechnung getragen.
Die Datenbasis wird gebildet durch verifizierte Verkehrs-,
Emissions- und Fuhrparkdaten. Diese werden durch
Berücksichtigung differenzierter Fahrzeugklassen und
praxisgeprüfter Leistungsdaten je Fahrzeugtyp (EURO-Norm,
Auslastung, Treibstoffverbrauch, etc.) ergänzt.
Sendungsspezifische und vom Benutzer definierbare
Detailparameter wie Auslastungsgrad des Fahrzeugs,
Leerfahrtenanteil, Zu- und Entladung sowie
Routenänderungen wer-den im Berechnungsergebnis
dokumentiert und sind im Emissionsprotokoll, das als pdfDatei verfügbar ist, nachvollziehbar. Eine exakte,
produktspezifische und dokumentierte Emissionsberechnung
innereuropäischer LKW-Transporte (Stichwort „CO2Rucksack“) ist damit ebenso möglich, wie auch die
strategische Planung zukünftiger – emissionsreduzierter –
Transportketten von Handel, Gewerbe und Industrie.
LEAN WAREHOUSING –
SYNCHRONISATION VON
TECHNIK UND MENSCH ZUR
EFFIZIENTEN UND NACHHALTIGEN LAGERPROZESSGESTALTUNG
--------------------------------------------------------Prof. Dr.-Ing. Harald Augustin
LEBENSLAUF
stellvertretender Dekan
Studiendekan BSc International Logistics Management
Alteburgstr. 150
72762 Reutlingen
Telefon: (07121) 271-5012
Telefax: (07121) 271-905012
E-Mail: harald.augustin@reutlingen-university.de
1993
Maschinenbaustudium an der Universität Karlsruhe (TH) sowie in Frankreich, Australien, Kanada
1997
Promotion an der TH Kaiserslautern
1993 - 1996
Fachgutachter für die „Vernetzung von CIM-Bausteinen“ in Rheinland-Pfalz
1993 - 1998
Berater und Geschäftsführender Leiter einer Unternehmensberatung
1998 - 2001
Projektleiter internationaler Großprojekte und Abteilungsleiter für die europäische Logistik in einem
Elektronikkonzern
seit 1997
Lehraufträge an verschiedenen Universitäten, u.a.
Ecole Nationale dÍngénieurs de Metz (ENIM): „Gestion dÓrganisation de Production“,
Universität Kaiserslautern : „Produktionsgestaltung - Interaktion von Arbeitsstrukturierung und
Logistikgestaltung“ und „Multimedia Integrated Network Teaching (MINT)“,
Steinbeis-Hochschule Berlin im MBA Entwicklungs- und Konstruktionsmanagement: „Integrierte
Produkt- und Prozessgestaltung“ und „Arbeitswirtschaft und Informationstechnik“
seit 2001
Professor an der Hochschule Reutlingen:
Fachgebiet: Fabrikplanung und Logistikplanung
2001 – 2003
Aufbau und Studiendekan „MSc Global Management of Technology“
2002 – 2009
Aufbau und Studiendekan „MSc Logistics Management“
seit 2008
Aufbau und Studiendekan „BSc International Logistics Management“
seit 2008
stellvertretender Dekan der ESB Business School und
Prodekan für Unternehmenskontakte, Alumni und IT
seit 2002
Gründer und Leiter der Unternehmensberatung „Steinbeis-Transferzentrum Prozessmanagement in
Produktentwicklung, Produktion und Logistik“ in Gomaringen
seit 2003
Vorstandsmitglied der VDI-Bezirksgruppe Alb-Neckar
INTEGRATIVE GESTALTUNG DER FAKTOREN
TECHNIK UND MENSCH MIT LEAN WAREHOUSING FÜR EFFIZIENTE, NACHHALTIGE
LAGERPROZESSE
1
Einleitung
Lean Warehousing
Die Automatisierung im Lager spielt für die Effizienzsteigerung in der Gestaltungsdiskussion eine wichtige Rolle.
Allerdings steht die Automatisierung dabei immer auch
vor der Herausforderung, Effizienz gegenüber der Flexibilität abzuwägen. Flexibilität bezieht sich dabei auf die
Anpassung hinsichtlich Mengen-, Volumen- und Produktmixschwankungen. Daraus wird schnell ersichtlich,
dass Automatisierung allein nicht ausreicht, um nachhaltige, effiziente Lagerprozesse zu gestalten. Vielmehr ist in
Abwägung der Flexibilitäts- und Kostenziele bei der Auswahl eines geeigneten Automatisierungskonzepts zu
beachten. In die Diskussion des Automatisierungsgrades
muss aber auch der Aspekt des menschlichen Einflusses
berücksichtigt werden. Dieser wird im Lager tendenziell
unterschätzt und vielfach nicht ausreichend in die Diskussion und Konzeption von automatisierten Lagervarianten
eingebracht. Eine Möglichkeit für die zielorientierte Berücksichtigung dieses Aspektes kann durch den Ansatz
des Lean Warehousing erfolgen, das die ganzheitliche
Optimierung von Prozessen im Lager verfolgt.
2
2.1
Lean Warehousing
Struktur und Elemente des Lean Warehousing
Lean Warehousing wurde aus den Managementphilosophien Lean Management und Six Sigma abgeleitet [9] und
fokussiert stark auf die Prozessoptimierung unter stärkerer Betonung der menschlichen Komponenten [8] in
manuellen und automati sierten Systemen, wobei eine
ganzheitliche Sicht auf die wesentlichen Einflussfaktoren
zur Optimierung der Effizienz und Flexibilität stattfindet.
Abbildung 1 zeigt die zwei Säulen des Lean Warehousing
und deren wesentlichen Inhalte.
Basis-Philosophie 1:
Basis-Philosophie 2:
Lean Thinking /
Lean Management
Six Sigma
1. Kundenorientierung
2. Identifikation des Wertschöpfungsstroms
1. Qualitätssteigerung bei gleichzeitiger
Kostenreduzierung
4. Pull-Prinzip
2. Kennzahlenbasierte, statistisch
aufgearbeitete Prozessanalyse
und -bewertung
5. Streben nach Perfektion
3. Prozesse ohne Streuung gestalten
3. Fluss-Prinzip
4. Anwendung klar strukturierter und definierter
Vorgehensmodelle für
Prozessverbesserungsprojekte
Abbildung 1: Basismanagementphilosophien des Lean Warehousing.
Aus den Basisphilosophien Lean Management und Six
Sigma lässt sich dann vergleichbar der Systematik für Lean
Production Systeme ein Lean Warehousing System ableiten. Die übergeordneten Strategien sind dafür Flexibilität,
Standardisierung, Transparenz, Eigenverantwortung und
Fehlervermeidung stets unter der Prämisse einer möglichst
hohen Wirtschaftlichkeit.
Die drei Kernmodule „Bedarfsgerechte und -synchrone
Logistik“, „Führung und Mitarbeitereinbindung“ sowie
„Qualität und robuste Prozesse“ untergliedern sich, wie
in Abbildung 2 dargestellt, dann in die Einzelelemente des
Lean Warehousing für die Gestaltung und das Management eines Lagers. Als ein über die Kernmodule reichendes Basiselement ist der Prozess zur kontinuierlichen
Verbesserung zu installieren.
Lagersystem
(Lean Warehousing)
Flexibilität - Standardisierung - Transparenz - Eigenverantwortung - Fehlervermeidung
Führung und
Mitarbeitereinbindung
Bedarfsgerechte und
-synchrone Logistik
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Lagersegmentierung
Effiziente Kommissionierstrategie
Wertstromdesign
Rüstoptimierung
Flexibles Arbeitszeitsystem
Design for Supply Chain
Kanban-Steuerung, Supermarkt,
Milkrun (für Produktionslager)
Qualität und
robuste
Prozesse
• 5S-Methode
• Six Sigma Tools
• Prozess-FMEA
• Qualitätsvereinbarungen
• Problemlösungsmethoden
• TPM
• LCIA
• Poka Yoke
• Arbeitsplatzgestaltung
• Arbeitssicherheit
• Umweltbewusstsein
• Auditierung
KVP-Workshops
Zielvereinbarung
Visuelles Management
Gruppenarbeit
Job-Rotation
Qualifizierungsmatrix
Vorschlagswesen
Mitarbeitertraining
Regelkommunikation
Flexibles Entgeltsystem
Kennzahlensystem & Balanced
Scorecard
Kontinuierliche Verbesserung
Abbildung 2: Gestaltungbereiche und Einzelelemente des Lean Warehousing.
2.2
Ziele des Lean Warehousing
2.3
In einer im Jahr 2009 durchgeführten Unternehmensstudie [1] wurden Lagerbetreiber befragt, welche Ziele sie
mit dem Einsatz von Lean Management und Six Sigma
verfolgen (vgl. Abbildung 3), um daraus Hauptansatzpunkte für den Einsatz des Lean Warehousing abzuleiten.
Die Hauptziele sind dabei die Prozessoptimierung, Durchlaufzeitverkürzung, Qualitätssteigerung und Erhöhung der
Kundenzufriedenheit. Eine Reduzierung von Anlageninvestitionen wird zwar nur von etwa 20 Prozent genannt,
zeigt aber den grundsätzlichen Bedarf, Automatisierungslösungen zu hinterfragen oder durch Verbesserungsmaßnahmen, Anlageninvestitionen zu verzögern oder zu
substituieren.
Mit Lean Management und Six Sigma verfolgte Ziele
100%
88,9%
85,7%
90%
80%
60%
73,8%
72,2%
66,7%
70%
61,9%
59,5%
59,5%
55,6%
50%
40%
30%
38,9%
35,7%
23,8%
20%
11,1%
11,1%
10%
9,5%
5,6%
0%
Lean Management
Six Sigma
Abbildung 3: Lean Management und Six Sigma verfolgte Ziele
(Mehrfachnennung möglich) [1].
Stand der Lean Warehousing Implementierung
Entgegen der Aktualität und Professionalität vieler Implementierung von Lean Production Systemen in Unternehmen, ist die Ausprägung der Lean Warehousing Durchdringung noch relativ gering. Dies ergab sich ebenso aus
den Unternehmensstudien im Jahr 2008 [3] und 2009 [1].
In diesen wurde untersucht, welchen Reifegrad das Lean
Warehousing hat (vgl. Abbildung 4). Dazu wurden die
fünf Stufen zur Reifegradbewertung für das Lean Warehousing vorgegeben, die dann der Einstufung zugrunde
gelegt werden mußten.
Die unterschiedlichen Ergebnisse im Jahresvergleich resultiert u.a. aus den unterschiedlichen Teilnehmerzahlen in
den beiden Studien. So waren es im Jahre 2008 genauso
viele Teilnehmer, die ihren Reifegrad bei fünf eingestuft
hatten wie in 2009, prozentual ergab sich jedoch eine
Differenz zu 2008 aufgrund einer wesentlich höheren
Teilnehmerzahl in 2009.
bei 245 Realarbeitstagen entspricht. Die unterschiedlich
bewertete Gesamtbetriebszeit führt zu unterschiedlichen
Ergebnissen, so dass ein TEEP- oder OEE-Vergleich nur bei
gleichen Basiswerten erfolgen darf.
Reifegrad des Lean Warehousing
45%
37,5%
40%
35,8%
35%
28,1%
30%
25%
21,9%
24,5%
3.2
24,5%
20%
13,2%
15%
9,4%
10%
3,1%
5%
1,9%
0,0% 0,0%
0%
0
1
2
2008
3
4
5
2009
Abbildung 4: Reifegrad der Lean Warehousing Implementierungen im Jahr 2008 Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden. und 2009 Fehler! Verweisquelle konnte nicht
gefunden werden..
Strategien zur Steigerung der Effizienz
Um ein möglichst hohes Leistungsniveau im Lager zu
erreichen, muss die Technik mit den Prozessen optimal
zusammengeführt und in einem holistischen Ansatz in der
Planung gestaltet oder im laufenden Betrieb verbessert
werden. Zur Unterstützung dieses Prozesses werden im
Folgenden Strategien dargestellt, die der Verbesserung
der einzelnen Verlustbereiche aus der TEEP-Berechnung
(vgl. Abbildung 5) dienen sollen.
Gesamtbetriebszeit
Nicht
geplant
Belegungszeit
3
3.1
Optimierung von Mensch-Technik-Systemen
im Lean Warehousing
Bewertung von Mensch-Technik-Systemen
Die Einführung und Umsetzung von Lean Warehousing
soll und kann die Automatisierung in Lagerprozessen
nicht ersetzen. Vielmehr muss durch die Betrachtung der
Wechselwirkung zwischen Mensch und Technik eine
ganzheitliche Sicht gewonnen werden, die dann zu einer
Effizienzsteigerung führen wird [5].
Rüst- und Leerlaufzeit, Störung
Laufzeit
Mögliche Versandmenge
Tatsächliche Versandmenge
Geschwindigkeitseinbußen
Tatsächliche Versandmenge
Einwandfreie
Versandmenge
Ausschuss,
Nacharbeit
Abbildung 5: Struktur zur Berechnung der TEEP für die Lagergesamtleistung ( einwandfreie Versandmenge).
Erhöhung der Belegungszeit
Die Effizienz von Mensch-Technik-Systemen kann mit
unterschiedlichen Kennzahlen gemessen und bewertet
werden. Für die folgende Betrachtung wird die TEEP
(Total Effective Equipment Productivity, totale effektive
Gesamtanlagenproduktivität) [10] herangezogen. Allerdings wird sie in erweiterter Form betrachtet, so dass
sowohl die Leistung der Technik als auch des Menschen
in die Bewertung des Gesamtsystems mit einbezogen
wird, im Sinne einer ganzheitlichen Mensch-TechnikBewertung. Diese umfasst das gesamte Spektrum von
automatisierten, semiautomatisierten und manuell betriebenen Lagern. Die TEEP wird, um eine ganzheitlichen
Lagerbetrachtung sicher zu stellen, im folgenden auf die
„Einwandfreie Versandmenge“ bezogen, damit alle Prozess des Lagers mit einbezogen werden können. In Abbildung 5 sind die dazugehörigen Bausteine zur Berechnung
dargestellt.
Die Literatur ist in der Darstellung und Berechnung der
TEEP und der OEE (Overall Equipment Effectiveness) –
diese ist ein Bestandteil der TEEP – uneinheitlich [12]
insbesondere bei der Festlegung der Basisbezugsgröße,
d.h. der Gesamtbetriebszeit. Diese wird je nach Sichtweise auf 24 Stunden x 365 Tage bezogen – dies ist die
strengste Bewertungsgrundlage – oder auch auf eine
reduzierte Tagesstunden- und Jahrestageszahl bezogen,
z.B. 8 Stunden x 245 Tage, was einem Einschicht-betrieb
Die Erhöhung der Belegungszeit führt zu einer höheren
Auslastung der Anlage, die die Wirtschaftlichkeit der
Anlage bezogen auf die Investition erhöht. Die wesentlichen Strate-gien sind in Abbildung 6 dargestellt, die sich
neben der besseren Schichtauslastung insbesondere auf
Verbesserungen in den Prozessen und deren Nivellierung
beziehen. Dadurch kann eine gleichmäßig, hohe Auslastung erreicht werden sowie eine Verbesserung des Flusses
in den Prozessen, womit u.a. ein wichtiges Kriterien nach
den Lean Management Prinzipien erfüllt ist.
Kommissionierstrategien optimieren
Prozess nivellieren (Leveling)
Optimalen Betriebspunkt fahren (vs. Energieeffizienz?)
Belegungszeit
Wechselspielleistung ausnutzen
ABC-Sortierung optimieren
Zusätzliche Schichten einsetzen
…..
Abbildung 6: Strategien zur Erhöhung der Belegungszeit.
Erhöhung der Laufzeit
Die Laufzeiterhöhung kann durch drei Hauptstrategien
erreicht werden: Rüstzeit-, Leerlauf- und Störungsreduzie-
rung (vgl. Abbildung 7). Diese Hauptstrategien beinhalten
wiederum rein technische Optimierungsansätze als auch
auf den Menschen und damit den Prozess bezogene. Die
technischen Optimierungen können analog zu denen
eines Produktionssystems gestaltet werden, z.B. bei der
Rüstzeitminimierung die Verringerung der Wechselzeiten
bei Umstellung auf z.B. andere Produkte in einem automatisierten, dynamischen AA-Pickbereich, in dem die zu
kommissionierenden Teile tages- oder stundenaktuell zur
Verfügung gestellt werden. Die rüstminimale Gestaltung
von Abläufen bezieht sich nicht nur auf die durch technische Anlagen induzierten Rüstzeiten sondern auch durch
die durch den Menschen verursachten. In der Packerei
kann es z.B. aufgrund aufwendiger Rüstvorgänge zu
Stauungen kommen, die dann wiederum bis in das automatisierte Nachschubsystem über die Kommissionierung
Einfluss nehmen können. Insofern ist die Rüstzeitminimierung eine ganzheitlich zu betrachtende und zu klärende
Aufgabenstellung.
Reduzierung von Geschwindigkeitseinbußen
Die Strategien bzw. Maßnahmen zur Erhöhung der Geschwindigkeit, d.h. zur Erhöhung der möglichen Versandmenge, sind sehr vielfältig (vgl. Abbildung 8). Neben
der besseren Anlagenausnutzung durch Betriebspunktoptimierung und damit Beschleunigung der durch die Technik bestimmten Prozesszeit greifen hier auch sehr viele
gestalterische und menschbezogene Aspekte.
Kommissionierstrategien optimieren
Wege / Kommissionierrouten optimieren
Greifzeiten optimieren
Identifikationszeiten optimieren
Prozess nivellieren (Leveling)
Kontrollzeit durch stabile Prozesse reduzieren
Geschwindigkeit
Wechselspielleistung ausnutzen
Behältermanagement optimieren
Lagersystematik anpassen
ABC-Sortierung optimieren
Arbeitsplätze und Prozesse ergonomisch gestalten
LCIA-Systeme einsetzen
……
Wechselzeiten reduzieren
Rüstzeit
Alle Arten von Abläufen rüstminimal gestalten
Abbildung 8: Strategien zur Erhöhung der Geschwindigkeit.
……
Auslastung planen
Optimierungsläufe durchführen
Laufzeit
Leerlauf
Wareneingangs- / Versandprofile optimieren
……
Präventiv instandhalten (TPM)
Automatisierungsgrad optimieren
Störung
Präventiv Fehler vermeiden (FMEA, Poka Yoke)
……
Abbildung 7: Strategien zur Erhöhung der Laufzeit.
Zur Reduzierung des Leerlaufes ist eine Auslastungsplanung erforderlich, um eine bessere Nivellierung der Prozesse zu erzielen. Damit einhergehend sind auch Wareneingangs- und Versandprofile zu glätten, um z.B. Anlieferspitzen im Wareneingang zu vermeiden, die dann zu
Stauungen und verzögerten Auslieferungen führen können.
Die Verminderungen von Störungen ist wiederum technisch, z.B. durch geeignete TPM (Total Productive Management) Strategien zu lösen. Allerdings sind auch Qualitätsmanagementmethoden zur präventiven Fehlerentdeckung und Fehlervermeidung einzusetzen, z.B. die FMEA
(Failure Modes Effects Analysis) oder Poka Yoke zur Absicherung von Prozessen. Der Betrieb an einem optimalen
Betriebspunkt ist insofern wichtig, um vorzeitigen Anlagenverschleiß zu vermeiden aber auch um die Anlagen
möglichst energieeffizient zu betreiben. Das Spannungsfeld zwischen maximaler Nutzung der Anlagenleistung
und Energieeffizienz ist ein spezifisches
Thema: Erste Ansätze dafür kommen derzeit aus der
Antriebstechnik, die mit energieeffizienteren Motoren
einen Beitrag dazu leistet.
Ein sehr gutes Beispiel für die Geschwindigkeits-und
damit auch Leistungserhöhung eines Systems ist bei der
Firma Bosch Elektrowerkzeuge im Lager Worms implementiert [11]. Dort wird täglich mittels einer Wegeoptimierung bei der Kommissioniertourenplanung eine Effizienzsteigerung im zweistelligen Prozentbereich erzielt. In
diesen Optimierungslauf wird die gesamte Prozesskette
vom automatisierten Nachschub bis einschließlich zum
Versand mit seinen destinationsabhängigen Cut-OffZeiten betrachtet, d.h. es werden Anforderungen aus
automatisierten Systemen und manuellen Kommissionierverfahren kombiniert und dann in eine ganzheitlichen
Optimierung eingebracht.
Ein weiterer, wichtiger Aspekt im Lean Warehousing ist
die mitarbeitergerechte Gestaltung von Prozessen, wobei
insbesondere die ergonomische Arbeitsplatzgestaltung
eine große Rolle spielt. Diese bezieht sich u.a. auf die
Gestaltung von Packplätzen oder auch auf die Aufteilung
von Kommissionierzonen auf dem Kommissionierwagen,
um beim Kommissionieren das Heben oder das tiefe
Einlegen von schweren Artikeln auf ein Minimum zu
beschränken.
Im Rahmen der Arbeitsplatzgestaltung kann mit einfacher
LCIA (Low Cost Intelligent Automation) neben der angestrebten Effizienzsteigerung im Prozess auch sehr oft eine
ergonomische Verbesserung erreicht werden. LCIASysteme zeichnen sich dabei durch geringe Investitionskosten aus und sind sehr flexibel auf sich ändernde Anforderungen anpassbar.
Reduzierung von Ausschuss und Nacharbeit
Prozesse stabilisieren
Präventiv Fehler vermeiden (FMEA, Poka Yoke)
Um Ausschuss und Nacharbeit zu reduzieren, müssen die
Prozesse auf einem hohen Qualitätsniveau stabilisiert werden.
Mitarbeiter im Qualitätsbewusstsein schulen
Ausschuss,
Nacharbeit
KVP leben
Automatisierte Qualitätssicherungssysteme
einsetzen (z.B. Gewichtsplausibilisierung)
Hierzu muss neben einer darauf bezogenen Ausbildung
der Mitarbeiter auch ein entsprechendes Qualitätsverständnisses bei den Mitarbeitern entwickelt werden.
Darauf aufbauend ist an der ständigen Qualitätsverbesserung durch einen KVP (Kontinuierlicher Verbesserungsprozess) zu arbeiten.
……
Abbildung 9: Strategien zur Reduzierung des Ausschusses und
der Nacharbeit.
3.3
Das präventive Fehlermanagement ist für die Arbeitsvorbereitung und Arbeitsplanung sehr wichtig und ist regelmäßig durchzuführen. Die einschlägigen Methoden hierfür sind die FMEA und Poka Yoke, die wiederum zu entsprechenden Verbesserungsmaßnahmen in den Prozesse
führen, die dann eine weitere Stabilisierung herbeiführen.
Die Optimierung von Mensch-Technik-Systemen im Lager
bedarf einer ausgewogenen Sichtweise, so dass weder die
Automatisierung noch allein der Mensch zu sehr in den
Vordergrund gestellt werden. Vielmehr muss durch die
ganzheitliche Betrachtung dieser hybriden Systeme im
Sinne des Lean Warehousing eine Symbiose beider Aspekte erzielt werden.
Im Verbesserungsprozess sind somit immer alle Aspekte
der anhand der TEEP dargestellten Wirkungsfelder von
Technik und Mensch zu betrachten. In vielen Fällen beeinflussen sie sich auch gegenseitig, so dass die ganzheitliche
Betrachtung zwingend erforderlich ist, um keine Suboptima zu erzeugen.
Audits durchführen
Vorgehensmodell zur Umsetzung
Eine bewährte Vorgehensweise zur Durchführung von
kleinen (wenige Manntage) oder großen (mehrere
Mannmonate) Verbesserungsprojekten ist die in Six Sigma
verwendete DMAIC-Methode. Sie beschreibt einen Prozess von der Definition der externen/ internen Kundenanforderung über die Festlegung von Messgrößen und
Kennzahlen, die Analyse des Prozesses mit Schwachstellen- und Ursachenanalyse, die Definition von Verbesserungsmaßnahmen bis zur Überprüfung der Ergebniswirksamkeit (vgl. Abbildung 10). In Kombination mit dem
DMAIC-Prozess kann die Wertstromanalyse mit ihren zwei
Phasen, dem Wertstrom-Mapping und dem WertstromDesign, sehr effektiv eingesetzt werden. Die Wertstromanalyse ist allerdings an die besonderen Anforderungen
und Gegebenheiten des Lagers anzupassen und kann
nicht in gleicher Form wie in der Produktion angewendet
werden. Insbesondere die in der Wertstromanalyse verwendeten Kennzahlen sind auf die Bedürfnisse des Lagers
anzupassen.
Define
• P
Problembl
und
d Zi
Zielformulf
WertstromMapping
lierung präzisieren
WertstromMapping
• Externe / Interne Kundenanforderungen methodisch fundiert ermitteln
und operationalisieren
Control
Measure
• Messkon
Messkonzept
ept entwickeln
entwicke
ent icke
e und
• Zielerreich
Zielerreichung
ng nach
Messungen durchführen
Einführung überprüfen
• Statistiken auswerten
• Nachhaltiges Prozess-
management weiterführen
WertstromDesign
Desig
Improve
• G
Geeignete
i
t Lösungen
Lö
suchen, bewerten und
auswählen
• Beste Lösung
implementieren
WertstromMapping
Analyze
• P
Prozessablauf
bl f und
d
Kennzahlen analysieren
• Zusammenhänge von
Ursachen und Wirkungen
erarbeiten und
verifizieren
Abbildung 10: DMAIC-Vorgehensmodell für die Optimierung im Lean Warehousing.
4
Es wurde aufgezeigt, dass auf Basis der TEEP als eine
zentrale Kenngröße im Lean Warehousing, eine sehr
umfangreiche Betrachtung der Optimierungsmöglichkeiten des Systems Technik-Mensch im Lager möglich ist.
Dieser zufolge ist eine ganzheitliche Sicht auch auf die
Optimierung von technischen Systemen vorzunehmen,
um eine umfangreiche und vollständige Effizienzsteigerung sicher zu stellen.
Methodeneinsatz im Lean Warehousing
Für die Umsetzung der o.g. Strategien und Maßnahmen
zur Effizienzsteigerung im Lager bieten die Managementansätze Lean Management und Six Sigma sehr viele Methoden an, die zur Anlagen- und Prozessoptimierung
genutzt werden können.
In Abbildung 11 sind einige dieser Methoden hinsichtlich
ihrer Anwendungshäufigkeit untersucht worden [1]. Die
Darstellung untergliedert die Methoden in verschiedene
Anwendungsfelder, die für das Lean Warehousing von
Relevanz sind. Diese Auswertung macht deutlich, dass die
Methodendurchdringung im Lager noch relativ gering ist.
Die Potenziale von Lean Warehousing werden in der
Praxis positiv bewertet [1], wobei neben den Stärken auch
Schwächen gesehen werden (vgl. Abbildung 12). Insgesamt aber wird sich Lean Warehousing sicher durchsetzen, denn 66 Prozent der Studienteilnehmer [1] bewerteten Lean Warehousing als wichtigen oder unerlässlichen
Methodeneinsatz - Prozessanalyse, -gestaltung und -management
80%
70%
Wertstromanalyse
Automatisierung
Arbeitssystem & Teamarbeit
Logistik
56,6%
60%
50%
45,3%
41,5%41,5%
39,6%
37,7%
40%
34,0%
32,1%
30%
20%
10%
20,8%
18,9%
17,0% 15,1%
13,2%
17,0%
15,1%
13,2%
11,3%
9,4%
13,2%
7,5%
3,8%
5,7%
3,8%
One-Piece-Flow
Pull-Prinzip
Heijunka (Prozessglättung)
Jidoka (auch Autonomation genannt)
Teilebahnhof / Supermarkt
Kanban
Standardisierte Behälter
Lieferantenintegration und Konsignation
Rüstworkshops
TPM (Total Productive Maintenance)
LCIA (Low Cost Intelligent Automation)
Poka Yoke
Teamecken / Teamtafeln
KVP-Workshops
Problemkommunikationsbericht (8D-Report)
Problemlösungsprozess
Rote-Karten-Aktion
5S / 5A
Stationsblatt
Wertstrom-Analyse (eigen entwickeltes Verfahren)
Wertstrom-Analyse (Ursprung nicht bekannt)
Wertstrom-Analyse (nach Rother: aus Produktion
abgeleitet)
Wertstrom-Analyse (nach MIFA: Materials and
Information Flow Analysis)
0%
Abbildung 11: Methodeneinsatz im Lean Warehousing (Mehrfachnennung möglich) [1].
5
Zusammenfassung
Lean Warehousing stellt ein ganzheitliches System für die
Gestaltung und Optimierung von Lagerprozessen dar.
Lean Warehousing ist nicht beschränkt auf manuelle
Prozesse sondern ist vielmehr sowohl für automatisierte,
semi-automatisierte und manuelle Lagersysteme anwendbar. Die Übertragung von Methoden aus den Lean
Prduction Systemen erfolgt adaptiv, da sich die Anforderungen und Rahmenbedingung im Lager zu denen der
Produktion in wesentlichen Aspekten unterscheiden.
Ansatz für die Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit und
weitere 28 Prozent sehen eine positive Entwicklung dieser
Managementphilosophie. Lean Warehousing wird also
weitere Effizienzsteigerungen neben der Automatisierung
in die Lagerprozesse einbringen.
Stärken:
Schwächen:
• Kosten können gesenkt werden (87%)
• Anwendung zu zeitaufwendig (57%)
• Kundenzufriedenheit kann erhöht werden (76%)
• Methoden zu umfangreich (43%)
• Qualität kann erhöht werden (70%)
• Methoden derzeit zu wenig im Lager angewendet und zu wenig Erfahrung (38%)
• Gut strukturierte Methode (55%)
• Anwendung zu kapazitätsintensiv (38%)
• Methoden sind im Lager gut anwendbar (53%)
• Methoden zu kompliziert (13%)
• Methoden sind ausgereift, da in der Produktion schon • Anwendung zu kostenintensiv (8%)
lange in Anwendung (28%)
Chancen:
• Neue Wege werden gegangen, frisches Blut in den
Adern der Logistik (64%)
• Es kann ein durchgängiges Managementsystem
implementiert werden (58%)
• Mitarbeiter können besser motiviert werden (56%)
• Denken im Unternehmen wird revolutioniert (47%)
Gefahren:
• Philosophie und Denkweise ungewohnt (57%)
• Zu geringe Motivation bei den Mitarbeitern für Veränderungen (50%)
• Change Management wird nicht ernsthaft genug betrieben und die Projekte
scheitern (49%)
• Qualifikation der Mitarbeiter im Lager nicht ausreichend (49%)
• Methoden noch zu unbekannt (43%)
• Zu geringe Motivation der Führung für Veränderungen (32%)
• Der Anspruch an die Fähigkeit der Führung kann nicht erfüllt werden (26%)
• Keine ausreichende Unterstützung aus dem Top Management (26%)
• Methoden nicht im Lager anwendbar (6%)
Abbildung 12: SWOT-Analyse des Lean Warehousing (Mehrfachnennung möglich) [1]
6
Literatur
[1]
Augustin, Harald, 2009, Lean Warehousing, München, Huss-Verlag.
[2]
Augustin, Harald, 2008, Erweitertes Lagermanagement auf Basis des Lean Warehousing, Logistik
Heute 30 (2008) 12, S. 30-31.
[3]
[4]
[5]
[6]
Augustin, Harald, 2008, Lean Warehousing Ergebnisse einer Unternehmensstudie.
Gomaringen: Steinbeis-Transferzentrum Prozessmanagement.
Augustin, Harald, 2008, Lean Warehousing: Realisierungen in der Wirtschaft und Zukunftsszenarien, Logistik Heute Forum „Warehousing – Prozesse und Technologien mit Lean ProductionKonzepten neu gestalten“, CeMat 2008, Hannover, 27. Mai 2008.
Augustin, Harald, 2008, Lean Warehousing: Methoden und Werkzeuge für die Praxis, Logistik
Heute Forum „Warehousing - Prozesse und Technologien mit Lean Production-Konzepten neu gestalten“, CeMat 2008, Hannover, 27. Mai 2008.
Augustin, Harald, 2008, Lean mit Perspektive im
Lagermanagement, Logistik Heute 30 (2008) 5, S.
70 - 71.
[7]
Augustin, Harald, 2008, Lean Warehousing: Einführung und Umsetzung des Lean Warehousing,
Logistik Heute 30 (2008) 3, S. 50 - 51.
[8]
Augustin, Harald, 2008, Lean Warehousing: Moderne Methoden der Lean Production nach Toyota
und Six Sigma haben ihren Weg ins Lager gefunden, Logistik Heute 30 (2008) 1/2, S. 56-57.
[9]
Augustin, Harald, 2007, Lean Warehousing - Neue
Managementansätze für die Lageroptimierung,
Logistik + Recht aktuell! 12 (2007) 2, S. 2 – 3.
[10]
Hartmann, Edward H., 2007, TPM, 3. Auflage,
Landsberg a. L., mi-Fachverlag.
[11]
Reinshagen, Henning, 2010, Innovative Add-ons
zum bestehenden Lagerverwaltungssystem, Düsseldorf, VDI-Bericht 2094, VDI Wissensforum, S.
151 – 163.
[12]
Reitz, Andreas, 2008, Lean TPM, Landsberg a. L.,
mi-Fachverlag.
INTEGRATION DES BAHNTRANSPORTS IN INTELLIGENTE LOGISTIKSYSTEME
--------------------------------------------------------Dipl.-Ing. (FH) Hans G. Unseld
CargoTechnologies GmbH, Wien, Österreich
Prof. Dr. Herbert Kotzab
Copenhagen Business School, Frederiksberg, Dänemark
LEBENSLAUF
Dipl.-Ing. (FH) Hans G. Unseld
CargoTechnologies GmbH, Geschäftsführer
Lerchenfelder Str. 44/1, A-1080 Wien
Telefon: +43 1 4030371
Telefax: +43 1 4030371 88
E-Mail: unseld@cargotechnologies.com
Bis 01.04.1964
Abschluss der Ausbildung durch ein Studium der Nachrichtentechnik und
Kerntechnik und nach einer abgeschlossenen Lehre als Werkzeugmacher.
Bis 31.03.1969
Kernforschungszentrum Karlsruhe: Entwicklungs- und Forschungsarbeiten in der
Kernphysik und am Zyklotron bei Prof. K.H. Beckurts. Entwicklung eines neuen
Neutronenpulsgenerators, der weltweit Benchmark bis in die 90er Jahre war.
Bis 31.12.1974
Texas Instruments: Verkaufs- und Marketingleiter für Automotive, einschließlich
Einführung von Qualitätsstandards bei europäischen Automotivkunden.
Bis 31.12.1977
Smiths Industries: Marketingleiter Europa und Betreuer der Einführung des
metrischen Systems in englischen Werken mit Sitz in London und D.
Bis 30.09.1982
Robert Bosch: Leiter weltweite Produkteinführung für Digitale Motorelektronik,
einschließlich Definition, Entwicklungsbetreuung und Marketing für neue
Systeme und Produkte.
Bis 30.09.1987
National Semiconductor: Leiter Großkundenbetreuung Europa, sowie Definition
und Vorentwicklung für neue Produkte für den europäischen Markt.
Bis 01.10.1989
Schrack AG: Vorstand Marketing und Entwicklung elektrischer Komponenten.
Bis 31.10.2003
Selbständiger Berater: Entwicklung und Leitung von Technologie-, Verkehrs- und
Transport-Projekten in Österreich und der EU und Gestaltung von Forschungsund Entwicklungsinhalten auf dem Gebiet der Innovationen für den
Schienengüterverkehr. Dazu zählen auch die EU-Projekte FastRCargo (6RP:
Automatische Hochleistungsladesysteme von Containern auf Züge), CO-ACT
(5FP: Verlagerung des Luftfrachtersatzverkehrs zwischen Amsterdam und
Frankfurt auf die Schiene), Rolling Shelf (4RP: Technologie und Markt für ein
System zur automatisierten Verteilung von Paletten- und Kleincontainern mit der
Bahn) und SURFF.
seit 01.11.2003
Geschäftsführer im eigenen Unternehmen CargoTechnologies mit dem Ziel der
Entwicklung von Innovationen im Transportsektor. Dazu zählt insbesondere die
Markteinführung des raiload Verfahrens als zentrale Produktionseinrichtung für
ein effizientes und wettbewerbsfähiges Logistikangebot der Bahn.
INTEGRATION DES BAHNTRANSPORTS IN
INNOVATIVE LOGISTIKSYSTEME
Dipl.-Ing. (FH) Hans G. Unseld, Prof. Dr. Herbert Kotzab
1. Einleitung
Die ‚Industrialisierung der Leistungsprozesse’ ist eine zentrale
Herausforderung des 21. Jahrhunderts. Das trifft für Transportprozesse wie dem Bahntransport in besonderem Masse
zu. Durch seine klaren operativen Regeln sind an sich Grundvoraussetzungen für eine Industrialisierung der Prozesse
gegeben. Trotzdem produzieren Bahntransportsysteme ihre
Transportleistung mit Infrastrukturen und nach Verfahren,
die im Wesentlichen seit mehr als 25 Jahren weitgehend
unverändert bestehen. Damit liegen beste Voraussetzungen
vor, sich mit der Frage der Integration des Bahntransports in
innovative Logistiksysteme aus einem neuen Blickwinkel zu
beschäftigen. Ohne Zweifel sind Bahnprozesse mit aktuellen
Technologien in Teilbereichen verbessert und an die grundlegenden Anforderungen moderner Supply Chains angepasst
worden. Auch der Ausbau der Kapazitäten von Produktionsanlagen, wie Intermodale Terminals und Rangierbahnhöfen,
erfolgte schrittweise nach den Anforderungen des Marktes.
Im Kern jedoch bestimmen Interoperabilität und bewährte
Sicherheitsregelwerke die produktionstechnische Weiterentwicklung im Schienengüterverkehr. Hinzu kommen kaum
verrückbare organisatorische Bestandsgrenzen bei Eigentums- und Nutzungsrechten der Infrastruktur, die einer integrativen Betrachtung nicht zugänglich sind.
Sämtliche Zukunftsprognosen für den mittel- und langfristig
möglichen Anteil der Bahn am Gesamttransportaufkommen
beruhen auf den Annahmen, dass keine grundsätzliche
Veränderung in der Bahnproduktionsstruktur, den angewandten Verfahren und damit auch keine bedeutende Steigerung deren Effizienz und der Kostenstrukturen stattfinden
wird. Damit kommt zum Ausdruck, dass in einem zukünftigen Szenario dem System des Schienengüterverkehrs auch
kein wesentliches systemimmanentes Zukunftspotenzial
zugetraut wird.
Jede Prozessanalyse des Schienengütertransports von Containern stellt fest: die Herausforderung, eine materialflusskompatible Schnittstelle an der Bahn zu schaffen, ist nicht
zufriedenstellend gelöst. Systemtechnisch betrachtet stehen
der herausragenden und konkurrenzlosen Leistungsfähigkeit
des Bahntransports als solchem dessen archaisch anmutende
Ladungs- und Zugbildungstechniken gegenüber. Dies gilt
sowohl für den klassischen Einzelwagenladungsverkehr als
auch für den kombinierten Verkehr in all seinen Ausprägungen.
Wie in jedem technischen Großsystem wird die Leistungsfähigkeit in Summe von den Lösungen der Schnittstellenproblematik bestimmt. Im Fall der Bahn bestimmt sie darüber
hinaus die grundsätzliche Marktposition des Schienengütertransports. In den meisten Forschungsprogrammen der letzten 20 Jahre werden daher auch dezidiert Lösungen eingefordert.
Eingedenk der hohen Komplexität des Bahntransports und
auch des Bestandsschutzes der Investitionen in Infrastrukturund Produktionsmittel muss aber das Machbare vom Wünschenswerten getrennt und das wirtschaftlich Vertretbare
entschieden und getan werden (Engelmann 2003).
2. raiload Verfahren und Bahnlogistik
Unter dem Begriff raiload wird ein neues automatisches Verfahren zum physischen Handling von Ladeeinheiten als Bestanteil von industrialisierten Bahn-Leistungsprozessen vorgeschlagen. Das Verfahren besteht aus drei Komponenten:
Einem automatischen Ladeverfahren von standardisierten Ladeeinheiten unter dem Fahrdraht während eines
Betriebshaltes in einer Ladezone,
Einer betriebsrechtlichen Trennung von Bahn- und Logistikanlagen sowie der Prozessen in diesen Anlagen,
Einer Organisation des Materialflusses nach logistischen
Kriterien für einen Zug in seinem Zulauf, Aufenthalt und
Ausfahrt auf seiner gesamten Länge mit Integration von
Lade- und intra-terminal Transportprozessen in supply
chain gerechte Managementprozesse.
In einem mehrjährigen Entwicklungsprozess entstand daraus
ein erstes Produkt: das Knotenterminal.
2.1 Automatisches Ladeverfahren in einer Ladezone
Das automatische Ladeverfahren in einer Ladezone ist Ergebnis
mehrerer Entwicklungspfade mit dem Ziel, die in Tabelle 1
genannten Eigenschaften zu erfüllen.
Abbi l du ng 1 : De m ons t r ator FastRCargo (2009)
Die Eigenschaften a) bis e) sowie die Zeitbedingung sind in
dem von der EU geförderten Projekt ‚FastRCargo’ gelöst worden (Unseld 2008). Ein zentrales Ergebnis dieses Projektes ist
der Bau von Maschinen für einen Demonstrator und eine
Hardware-in-the-loop Simulation, siehe Abbildung 1.
Der Demonstrator besteht aus einer Anordnung mit vier
gleisgeführten Hebeliften, welche die auf einem Zugverband
geladenen Ladeeinheiten identifizieren, diese an den unteren
Eckbeschlägen auf dem Tragwagen greifen und die vertikalen Lastbewegungen ausführen, zu denen das Heben und
Senken der Ladeeinheit an den Klappzapfen des Tragwagens
zählen. Die Hebelifte befinden sich während der Zugein-,
Zugaus- oder Zugdurchfahrt gesichert außerhalb des Licht
raumprofils und nehmen ihre Funktion nur während eines
Zugbetriebshaltes wahr. Das auf einem parallel zum Hauptgleis fahrende mobile Umschlaggerät bildet eine robuste
temporäre Brücke, auf welcher die Ladeeinheit mittels einer
Transferpalette horizontal verschoben und auf das mobile
Fahrzeug übernommen wird. Dieser Demonstrator dient
ausschließlich zum Nachweis der technischen Machbarkeit
einer voll lastfähigen Lösung und ist nicht zum Einsatz in
hoch performanten Logistiklösungen entwickelt worden!
Verfahrenseigenschaften
a) Handling von allen international
zugelassenen Ladeeinheiten
Parameter
Priorität
Keinerlei Einschränkungen
1
b) Bedienung aller in Europa zugelassenen Tragwagen in beliebiger
Reihung
c) Automatisches Handling
d) Handling der Ladeeinheiten unter
dem Fahrdraht in der Ladezone
e) Paralleles Handling möglich
f) Skalierbares und modulartiges
Leistungsangebot in einer Ladezone
g) Laden auf einen Ladungsträger
zum automatischen Weitertransport
h) Integration des Konzepts in den
Bahnbetrieb; Betrieb einer ‚Ladezone’ als Ladestelle an oder in einem
Gleisanschluss oder sonstigem geraden oder gebogenem Hauptgleis
i) Hoch tolerantes und funktionsrobustes Verfahren mit Fernbedienung und Fernwartung
Maximal 1
Fehler auf 106
Operationen
Dauer des Einzel-Ladevorganges
< 2 Minuten
Tabel l e 1. Bahnl ades y st em, Ent wi ckl ungs z i el e
In einem zweiten Entwicklungspfad sind weitere Lösungen
für die Eigenschaften f) bis h) erforscht und erarbeitet worden. In einem dritten werden besonders die Gesamtintegration zu einem Terminal, sowie die wichtig Eigenschaften i)
einer Lösung zugeführt. Damit ist für eine zentrale Schwachstelle des physischen Handlings von Ladeeinheiten an der
Bahn eine prinzipielle ingenieurmäßige Lösung beschrieben.
Das aktuelle Prinzip zur Abfertigung von Ladungen eines
Zuges und deren Integration in den innerbetrieblichen Materialfluss ist in Abbildung 2 gezeigt. Die Maschinen sind eigene Konstruktionen aus dem dritten Entwicklungspfad.
Teile der Ladeanlage raiload
1
1. Ankommende Ladeeinheiten
1
2. Ausgehende Ladeeinheiten
3. Containertragwagen
4. Fahrdraht
7
4
5. Hauptgleis
2
11
6. Hebegleis
7. Hebelift, Projekt raiload
7
3
8. Sortiergleis
12
9. Lademaschine, Projekt raiload
9
10. Transportmaschine
10
11. Transferpalette f. Horizontalverschub
12. Ladebrücke
6 5 6
8
Abbi l du ng 2: Uml adun g v on L adeei nhei t en (2008)
2.2 Die Trennung von Bahn- und Logistikbetrieb
Eine weitere Schwachstelle des Schienengüterverkehrs für
den Containertransport ist derzeit seine zeitraubende organisatorische und technische Vorbereitung der Ladung des
Tragwagens, bzw. der Bildung von Wagengruppen und
Zügen. Beim raiload Verfahren wurde ein Lösungsansatz
gewählt, bei dem der Zugeinsatz als die werthältigste Ressource beim Bahntransport im Mittelpunkt steht. Die Minimierung der Betriebsunterbrechung für einen Ladevorgang
war daher das primäre Ziel des raiload Ansatzes.
Dazu wurde das Ladeverfahren sicherungs- und
handlingtechnisch so gestaltet, dass die Zugfahrt in der
Ladezone grundsätzlich und ausschließlich über die Streckensicherung bedient wird. Sämtliche Bewegungsoperationen
am Hauptgleis sind während dieser kurzen Zeitspanne der
Zugfahrt blockiert und ruhen. Voraussetzung dafür ist, dass
vor jeder Einfahrt in die Ladezone bahnsicherungstechnisch
deren ‚Unbedenklichkeit zur Einfahrt’ sicher zu stellen ist.
Insofern ist die Ladezone für jeden Zug einem beidseitig
gesicherten Bahnhofsdurchfahrtsbereich gleich zu stellen.
Die Logistikprozesse andererseits sind in zwei Gruppen geteilt: a) dem Ladeverfahren am Zug, das ausschließlich nur
während eines zweifelsfreien Zughalts ausgeführt wird, und
b) die begleitenden Transport-, Bereitstellungs- und
Positionierprozesse, die völlig unabhängig vom Bahnbetrieb
nach seinen eigenen Regeln und Betriebsvorschriften ablaufen.
Diese Trennung führt im Falle eines öffentlich zugänglichen
Knotenterminals zu folgenden Besonderheiten. Die Gleisinfrastruktur, einschließlich Bahnoberbau ist Teil der öffentlich
zugänglichen Terminalinfrastruktur. Sie kann aber auch –
analog zum Personenbahnhof –als Teil der öffentlichen
Bahninfrastruktur gesehen werden und somit gehört der
komplette Teil des sicherungstechnisch abgeschlossenen Teils
des Terminals zur öffentlichen Infrastruktur. Alle anderen
Teile der erforderlichen Gleisanlagen für die gleisgebundenen terminalinternen Maschinen sind Teile eines Logistikbetriebs mit einem öffentlichen Leistungs- aber nicht ZufahrtsRecht. Dessen betriebliche Abläufe sind völlig unabhängig
vom Geschehen auf der Bahnseite organisiert. Insofern kann
ein öffentlich zugänglicher Knotenterminal auch praktisch als
ein gesicherter Gleisabschnitt der Bahn gesehen werden, der
um eine nach Maschinenbaurichtlinien errichtete Logistikanlage ergänzt worden ist.
Ausführung und Leistungsparametern aus bewährten Seehafenterminals übernommen. Die Lkw-Beladung (5) erfolgt
se
Stras
1. Bahnanbindung mit integrierter
Sortier- und Ladefunktion
Bahnstrecke
a. Zugentladung (bis 100%)
Knoten
Terminal
Bahnstrecke
Bahnstrecke
b. Zugbeladung (bis 100%)
c. Zug-Be- und Entladung (transloading)
d. Stop-and-Go Ladungen
e. Zug auf/von Lkw-Ladungen
2. Pufferlager als Blocklager
9. Eingangs- und Ausgangsgate
External
connection
to intraterminal
transport
process
…..
8. Umfassende in Supply chain
integrierte Prozess-Steuerung
6
Logistics Service
Providers
5. Lkw-Beladung an der
Terminal Außengrenze
7. Automatische Betriebsführung
zum physischen Handling aller
Container
SP 1
SP n
(terminal block storage)
4. Intra-terminal Transportsystem
6. Logistik-Service Provider mit
Bedienung durch intra-terminal
Transportsystem
2
Buffer Store
3. Temporäres Pufferlager auf
Ladebrücken
9
Train
main
rail
3
Gate
Buffer Store
(temporary)
Intra-terminal
transport
4
Container Loading
and Sorting Area
„Entry of
Terminal“
9
Serial truck
loading
processing
Gate
„Entry of
Terminal“
5
1
Terminal checkin/out and train
passing
processing
High performance parallel processing
7
8
Terminal checkin/out and train
passing
processing
Train
main
rail
Abbi l du ng 3 : Ar chi t ekt ur e i nes Knot e nt er m i nals
Für einen effizienten Bahnbetrieb sind noch zwei weitere
Fragen offen: das Setzen der Klappzapfen und die Frage der
Wagenprüfung durch Wagenmeister. Für beide Fragen wird
an technisch organisatorischen Lösungen gearbeitet.
Damit sind Knotenterminals der Funktion nach die ersten
Produktionseinrichtungen der Bahn, die mit zeiteffizienten
automatischen Ladeprozessen die Ladung eines Zuges an
ausgewählten Standorten einer Fahrtstrecke mit einem minimalen Zeitaufwand frei und flexibel bestimmen und automatisch einem weiteren nicht bahnbezogenen Logistikprozess zuführen können. Das Ausgangskonzept ist in
(Kotzab/Unseld 2008) erstmals beschrieben. Das Verfahren
ist durch einige Schutzrechte geschützt.
3.
Das Knotenterminal
3.1 Architektur eines Knotenterminals
Ein Knotenterminal mit einer Architektur nach Abb. 3 besteht aus einer zuglangen Ladezone in einem Streckenabschnitt (1, Container Loading and Sorting Area), einem krangeführten automatischen Blocklager (2, Buffer store, block
storage), einem Pufferlager (3, Buffer store, temporary) und
einem schienengeführten intra-terminal Transportsystem (4).
Sämtliche eintreffenden Ladeeinheiten werden beim Passieren der Gates (9) auf ihren einfahrenden Zügen oder Lkws
erfasst und jede weitere physische Bewegung in Echtzeit
verfolgt und gesteuert (7). Das Blocklager (2) wird nach
durch bewährte automatische Ladesysteme, die durch das
intra-terminal Transportsystem versorgt werden.
Ein Knotenterminal verfügt mindestens über zwei in beiden
Richtungen befahrbare Hauptgleise, über die Züge typischerweise im Halbstundentakt einfahren können. In der
Ladezone verkehren parallel zu beiden Seiten der Hauptgleise Gruppen von automatischen Hebeliften und Lademaschinen und übernehmen die Ladefunktionen an dem haltenden
Zug in der Ladezone. Wie in Abb. 2 gezeigt, wird vom Tragwagen auf eine Ladebrücke und vice versa umgeladen. Da
dieser Prozess zeitkritisch ist, werden zur Minimierung der
Handlingzeiten die zu ladenden Ladeeinheiten vor Einfahrt
des Zuges sortiert bereit gestellt. Sowohl die Bereitstellung
als auch den Abtransport der abgeladenen Ladeeinheiten
übernehmen die Transportmaschinen des intra-terminal
Transportsystems.
Eine mögliche Lösung dieser Aufgabe wird auf der Grundlage eines Konzepts mit Ladebrücken und eines schienengeführten intra-terminal Transportsystems mit passiven Weichen vorgeschlagen. Auf diesem verkehren automatisch
geführte Transportmaschinen, die a) Ladeeinheiten auf ihren
Ladebrücken zwischen den Ressourcen ‚Ladung’, ‚Lagern’
und ‚Bearbeiten’ transportieren, und b) sämtliche zeitkritischen Positioniervorgänge innerhalb des intra-terminal
Transportnetzes übernehmen.
3.2 Kenndaten von Knotenterminals
Für die weiteren Arbeiten mit Knotenterminals und deren
logistischer Leistungsfähigkeit wurde ein erster Datenrahmen
mit Leistungseckdaten definiert, siehe Tab. 2.
Leistungs- Leistungs- Dimens.
klasse 1
klasse 2
Anzahl Hauptgleise
2
4
700
1.050
Meter
~ 85
~ 170
Meter
Blocklagerkapazität
2.000
12.000
TEU
Pufferlagerkapazität
600
1.800
TEU
40
80
150
450
Reaktionszeiten Bahn-Puffer
3…5
3…5
Minuten
Reaktionszeiten Bahn-Bahn
2…5
2…5
Minuten
Reaktionszeiten Bahn-Lager
~ 10
~ 10
Minuten
Reaktionszeiten Lkw-alles
~ 15
~ 15
Minuten
Ladezonenlänge
Knotenterminalbreite (eff.)
Theor. Abfertigungsleistung
Ladeleistung K’terminal
Züge/Tag
Box/h
Tabel l e 2. Knot ent ermi nal L ei s t ungs eckdat en
Der Datenrahmen umfasst jene Leistungsdaten, die in weiteren Untersuchungen hilfreich sind. Sie sind aus Daten der
ersten Ladesysteme abgeleitet und aus berechneten Leistungsdaten der Transportsysteme ermittelt worden. Weitere
Daten werden in Simulationsmodellen gewonnen.
Es zeigte sich bereits beim Entwurf des Grundkonzepts, dass
ein modulartiger Aufbau eines Knotenterminals hilfreich ist.
Für Knotenterminals werden zur Konzipierung des Materialfluss’ folgende Grundmodule vorgeschlagen:
-
Anzahl Hauptgleise durch die Logistikzone
Anzahl Maschinengruppen für die Ladefunktion pro
Hauptgleis (bestimmt die reine Ladeleistung am Gleis)
Anzahl der Sortiergleise und deren Länge (bestimmt die
Pufferlagerkapazität)
Anzahl der Blocklagereinheiten zu je 2.000 TEU auf
einer Länge von 320 Metern
Anzahl der Lkw Ladestationen.
Die übrigen technischen Einzelheiten des Knotenterminals
bestimmen zwar seine Leistungsfähigkeit mit, spielen aber
bei ersten Abschätzungen über die logistischen Potenziale
der Knotenterminals eine untergeordnete Rolle.
Für Überlegungen zum dynamischen Verhalten eines Knotenterminal sind die Abschätzungen zu Reaktionszeiten
zwischen einer Handlungsinstruktion und Abschluss der
Handlung für bahnbezogene und Lkw-Ladeprozesse angegeben. Die Angaben beziehen sich auf Abläufe aus der Sicht
einer einzelnen Ladeeinheit. Sie sind schwarmweise
organisierbar.
3.3 Logistikfunktion des Knotenterminals
Knotenterminals können unterschiedliche Funktionen übernehmen. Sie reichen vom Bilden richtungsreiner Züge mit
richtungsbuntem Zulauf im Seehafenhinterlandverkehr über
Anbindung von regionalen Aufkommen an Frachtkorridore
bis zu Rail-Crossdocking Funktionen in aufkommensstarken
oder stark schwankenden Trassenbelegungsszenarien. Überall, wo starke Aufkommensschwankungen im Zu- oder Ablauf einer Logistikeinrichtung (z.B. Hafen, Großterminals,
Großverbraucher, Montagewerke, etc.) zu Störungen führen
können, ist ein Knotenterminal eine mögliche Lösung. Im
Einzelnen kann ein Knotenterminal am Zug die folgenden
logistischen Funktionen im Bahn/Bahn-Bereich umfassen:
-
Entladung von richtungsfremden Ladungen,
Beladung von richtungsreinen gepufferten Ladungen,
Teil-Ent- oder Zuladung zur Korrektur der Lastgrenzen,
Vollständige Ent- und Beladung bei Shuttlebetrieb,
Zeitprioritäres Umladen bei Verspätungen,
Bedarfsweises Zuladen zur Auslastungsoptimierung,
Sortieren von Ladungen nach Vorgaben,
Verteilung von Ladungen an LSP um Umfeld vom Knotenterminal,
Umladen bei Strecken oder Fahrzeugstörungen.
Die feste Integration der Lkw-Ladestelle sichert höchstmögliche intermodale Flexibilität, weil die Systemsteuerung praktisch jederzeit Zugriff auf sämtliche zulaufenden, gepufferten
und gelagerten Ladeeinheiten hat (Johansson 2009).
Zusammenfassend verfügt ein Knotenterminal über die überragende Fähigkeit, die Ladung eines Zuges während eines
verfügbar gemachten kurzen Betriebshalts physisch so zu
verändern, dass er für seinen nächsten Streckenabschnitt
optimal beladen ist.
4. Automatisierung im Schienengüterverkehr
Mit dem Einsatz von Knotenterminal und raiload Verfahren
eröffnet sich die technologisch reizvolle Chance zur Automatisierung des Schienengüterverkehrs nach den Regeln moderner Produktionsorganisation. Eine derartige Transportorganisation erfordert robuste Systeme im physischen Handling
als auch kreative ERP Systeme. Aber der Nutzen kann hoch
sein und bietet ein weites Feld für Forschung und Entwicklung.
Im Vordergrund steht die Frage nach der effizientesten Nutzung der im Bahntransport eingesetzten und meist sehr
langlebigen Wirtschaftsgüter. Hier nimmt die Steigerung des
Nutzungsgrades aller Ressourcen eine zentrale Stelle ein.
Beispielsweise eröffnet eine Automatisierung des Ladevorgangs an der Strecke logistisch betrachtet die Chance,
trassenmäßig unvermeidliche Stehzeiten tatsächlich zur Optimierung der Ladung zu nutzen oder regionale Anforderungen zu erfüllen. Die Automatisierung des Ladevorgangs
eröffnet außerdem die Chance, die Ablauforganisation von
Transportproduktionen innerhalb des Bestandsnetzes regional und streckenbezogen zu hinterfragen, geschickt zu ergänzen und neu zu organisieren. Das kann beispielsweise zu
einer Strategie führen, an Stellen mit zeitlichen Sprüngen der
Netzkapazität permanent verfügbare Knotenterminals als
„Pufferstationen“ vorzusehen, um so die Netznutzung nach
planbaren Methoden gezielt zu entzerren und zu steigern.
5. Fliessprinzip als theoretisches Grundkonzept
müsste in einem voll modellierten Netzwerk gelingen. Was
bisher gefehlt hat, ist eine Einrichtung, welche höchst flexibel
das physische Handling der Ladeeinheiten, wie Container
und Wechselbrücken übernehmen konnte.
Dann geht es nur noch um die Steuerung des Ressourceneinsatzes, sowie deren zeitlichen Zuordnungen, um die Serviceziele mit den günstigsten augenblicklich geltenden Kosten zu
erreichen. Ingesamt bietet dieses Verfahren die Gewähr und
die Chance, Produkte und Services zu bestmöglichen Kosten
mit bestehenden Anlagen zu „produzieren“. Bei Transportdienstleistungen nach logistischen Kriterien ist die Kenntnis
dieser Produktionskosten und die Fähigkeit, sämtliche Prozesse – oft nach „hauseigenen“ Regeln – unter Kostenkriterien zu steuern meist der zentrale Erfolgsfaktor schlechthin.
Die beschriebene Entwicklung führt den Bahntransport in
direkter Linie zur ‚Industrialisierung der Leistungsprozesse’,
der Herausforderung des 21. Jahrhunderts (Gudehus, 2005).
Als erster Schritt und zentraler Ausgangspunkt für die Planung wird eine betriebsorganisatorische Betrachtung aller
Ressourcen nach einem OEE (overall equipment efficiency)
Ansatz vorgeschlagen, wie er in der auf hohe Flexibilität und
höchstmögliche Auslastung ausgerichteten Produktionsindustrie mit werthältigen Ressourcen üblich ist.
5.1 Bahntransport und Fliessprinzip
5.2 Wagenladungs- und kombinierter Ladungsverkehr
Grundlegend für das moderne Verständnis über Logistik ist
das Flusskonzept (Vahrenkamp 2008). Aus dem traditionellen Fliessprinzip der Fabrikorganisation abgeleitet, beschreibt
es das kostengünstigste ablauforganisatorische Prinzip des
Fertigungsprozesses (Wildemann 2004), bei dem der Materialfluss im Mittelpunkt steht. Aufgrund der starken technologisch-wirtschaftlichen Interdependenz von Ressourcen und
Hilfsaggregaten wird dieser aus der innerbetrieblichen Produktionsorganisation stammende Ansatz auch für eine neue
Organisation des Bahntransports vorgeschlagen. Wenn mit
dieser Anordnung kurze Übergangszeiten, minimale Kosten,
minimale Durchlaufzeiten und kleinste Pufferlagerbestände
im Produktionsbereich möglich werden, ist zu hinterfragen,
ob dies nicht auch im Bahnbereich möglich ist.
So betrachtet, erscheint daher das Fliessprinzip auch als
Paradigma für die Organisation und Steuerung von komplexen Bahntransportprozessen geeignet. Dies gilt besonders
dann, wenn Prozessmodelle mit der Sichtweise gewählt
werden, die den Bahntransportprozess als transportkostenführend und den Container als zeitflexiblen Teil des Transportes in den Mittelpunkt stellen.
Wenn dieses Organisationsprinzip auf einen Transportnetzabschnitt übertragbar ist und die Parameter der Ressourcen
und der Nutzungspläne (als bahnbetriebstechnisches Äquivalent der Arbeitspläne) in ihrem zeitlichen Ablauf – wie in
einer Produktion – bekannt sind, dann muss diese Analogie
gestattet sein und folglich die bewährten Regeln aus der
Produktion auch auf den Bahntransport übertragbar sein.
Um das Ganze in seiner Gesamtheit abzubilden ist nicht nur
die Kenntnis der augenblicklichen, sondern auf die für die
Dauer der Ressourcenbelegung bis zum Ende des Transportes geplanten Rahmenbedingungen notwendig. Auch dies
Der Bahntransport verfügt über zwei Systeme, die sich im
Wesentlichen durch ihren Zugang zum Streckentransport
bzw. Hauptlauf unterscheiden: dem Einzelwagenverkehr,
und dem kombinierten Ladungsverkehr. Während ersterer
stets mit der Ausfahrt aus einen dem Gleisanschluss folgenden Rangierbahnhof beginnt und endet, bedient sich der
zweite den KV-Terminals als Start- und Endpunkt des Hauptlaufs. Beide nutzen im Hauptlauf bestehende BahntransportRessourcen in unterschiedlichem Ausmaß und im Wettbewerb, wobei die Nutzungsparameter durch die gegenwärtig
praktizierten Prozesse bestimmt werden. Unter dem Aspekt
der Kosteneffizienz des Schienentransports und der Flexibilität der Ladung des Containertransports per se erscheint
deren gemeinsame und zusammengefasste Betrachtung
sinnvoll. Insofern erscheint auch ein nach dem Fliessprinzip
organisiertes Gesamtsystem vom Versender bis zum Empfänger aller Schienengütertransporte als eine Grundvoraussetzung für eine optimale Neuordnung des gesamten Schienengüterverkehrs.
Es steht zu erwarten, dass allein durch die Organisation des
Schienengüterverkehrs nach dem Fliessprinzip eine signifikante Kostenreduktion über die Summe aller Transporte
durch eine Steigerung der Ausnutzung von derzeit verfügbaren Ressourcen möglich ist.
Selbst der Einsatz von Anlagen nach Betriebskonzepten nach
„pay-by-resource-use“ Regeln ist hierbei vorstellbar. Wie
erste Analysen zeigten, sollten derartige Stationen innerhalb
des Bestandsnetzes an immer noch vorhandenen freien
Flächen errichtet werden können.
Ein so geänderter organisatorischer Aufbau des Transports
kann seine volle Leistungskapazität erst durch ein adäquates
ERP-System erlangen. Ein solches wird aus fahrplanmässig
verfügbaren Transport- und aus sonstigen permanent verfügbaren Schnittstellen-Ressourcen eine nach Kosten, Qualität oder Zeit optimierbaren Gesamteinheit bilden. Einer
vollen Integration des Bahntransports in Supply Chain gerechte Regelwerke wird damit der Boden bereitet.
Die Kunst der Transportsteuerung besteht darin, eine jetzt
und heute gültige exekutierbare Strategie zu entwickeln, um
die mit Kunden vereinbarten Vorgaben zu geringsten eigenen Kosten zu erfüllen. Die operativen Teilnehmer an diesem
Prozess werden in einer transparenten und fairen Form in
den Teilabschnitt eingebunden, den sie vertragsgemäß erfüllen wollen. Auch die vor- und nachgelagerten Logistik- und
Transportsysteme folgen denselben Regeln.
5.3 Automatisches physisches Handling
Für die Einführung des Fliessprinzips als neues Paradigma im
Containertransport mit der Bahn sind geeignete Einrichtungen
und Anlagen zum gesteuerten physischen Handling dieser
Ladeeinheiten an logistisch geeigneten Stellen mit einer zeitlichen Verfügbarkeit nach einem 24/7/365h Betrieb neu zu
schaffen: sie sind eine conditio sine qua non.
Dies betrifft nicht nur die Ladung von Containern auf und
von den Tragwagen, sondern auch deren automatisierbaren
Transport innerhalb des Terminalumfeldes, deren Pufferung
und Lagerung. Außerdem sind automatisch bedienbare
Fahrzeuge für innerbetriebliche Transporte zwischen LogistikService Providern und externen Lkw-Ladestationen erforderlich.
Am Gewicht der prozessierten Einheit und den sich daraus
ergebenden Anforderungen an die Mobilitätsleistung der
Transportsysteme scheiden sich die Parameter für das physische Handling, ganz besonders für die Flexibilität der logistischen Prozesse. Je geringer die Masse und je höher die Interoperabilität des physischen Handlings ist, desto einfacher
und flexibler bleibt der gesamte Prozess. Prozessautomatisierung ist für Werkstücke und Handlingeinheiten mit kleineren
Gewichten selbstverständlich. Wenn die Gewichte aber
einige wenige Tonnen überschreiten und die Kubatur die
Abmessungen von Luftfrachtbehältern übersteigt, beginnt
ein Automatisierungsgebiet mit besonderen Anforderungen.
Die bisher bekannten automatische Sonder-Förderanlagen
und automatischen Lagerkrane in Hafenanlagen können
keinen Beitrag an der Bahn im obigen Sinne leisten. Die
Bereitstellung von robusten Systemen, wie dem hier beschriebenen, ist daher unabdingbar.
5.4 Entkopplung physischer Prozesse durch Puffer
Im derzeit praktizierten Schienengüterverkehr sind mehr als
eine Ressource beteiligt, deren Kostensensitivität und Reaktion bei kleinsten Störungen hoch bis sehr hoch ist. Es wird
vorgeschlagen, auch im Bahnbetrieb des Containertransports
Verfahren aus der Fliessfertigung anzuwenden. Dazu zählen
die Organisation einer Funktionsgruppe mit einer dominanten Ressource im Mittelpunkt, oder Verfahren mit aktiver
Einbindung von Pufferlagern. Für die Prozesse im Bahnbetrieb bieten sich wahrscheinlich Pufferlager als Lösung zur
Entkopplung der Ressourcen an bestehenden oder erwarteten Engpässen an.
Die Integration dieser Pufferlager in einen Bahnbetrieb ist
eine technische Herausforderung, die nur mit einem effizienten und automatisierten physischen Ladeprozess, wie beispielsweise nach dem raiload-Verfahren, erfüllt werden kann.
Abgesehen von seiner technischen Realisierbarkeit spielen
darüber hinaus geeignete Planungs-, Steuerungs- und Simulationsmodelle, deren Sichtweisen und Algorithmen und die
Frage von Echtzeit-Datenkommunikation eine wichtige Rolle.
6. Zusammenfassung und Ausblick
Für eine Steigerung der logistischen Attraktivität des Bahntransports zählt neben einem automatischen physischen
Handling der Ladeeinheiten auch die Effektivität einer künftigen Transportsteuerung, die auf allen Systemebenen ansetzen kann und von beteiligten Akteuren an unterschiedlichen
Standorten bedient und verantwortet wird. Auf der Grundlage des automatischen Ladesystems unter dem Fahrdraht
nach dem raiload Verfahren scheint seine Realisierung technisch möglich zu sein.
Ein so nach den Anforderungen logistischer Systeme gestalteter Bahntransport wird nicht nur leistungsmäßige, sondern
auch bezüglich seiner Umweltfreundlichkeit neue Maßstäbe
setzen. Während die Zugtransporte sowohl mit elektrischer
als auch mit nicht-elektrischer Traktion bedient werden können, erfolgen sämtliche physische Manipulationen innerhalb
des Terminals mit einem systemtechnisch bedingten deutlich
niedrigeren Masse-Weg-Bewegungsprofil und somit geringerem Energiebedarf als heutige Terminals. Es ist vorstellbar,
nach dieser Technologie auch “Zero-Energy-Terminals“ zu
errichten und zu betreiben.
Erste Schätzungen über Kosten lassen auf ein attraktives
Gesamtkostenniveau schliessen; dieses facettenreiche Thema
ist stets fallweise zu untersuchen und es ist noch zu früh,
allgemein gültige Zahlen zu publizieren.
Zur Bildung von Szenarien für künftige Anwendungen werden die folgenden vier Hypothesen für eine signifikante
Kostensenkung die neue Sichtweise auf den Bahntransport
angeboten. Die Hypothesen sind nach Inhalt und Zeitraum
gestaffelt und fallweise zu wichten:
– Hypothese 1:
Durch eine technische und automatisierbare Lösung des
Ladeproblems unter dem Fahrdraht lassen sich Zugabfertigungsleistungen von normierten Ladeeinheiten an Zügen
mindestens um den Faktor zwei im Vergleich zu den heute
installierten KV-Terminals erhöhen. In optimierten und verfahrensgesteuerten Produktionsanlagen steigt die Leistungserhöhungen auf den Faktor vier oder mehr.
– Hypothese 2:
Die Betriebsabläufe von Knotenterminals, die mit Technologien nach Hypothese 1 errichtet sind, erlauben nicht nur eine
Kostensenkung im Bahn-Bahn-Umschlag, sondern auch eine
im Bahn-Straßen-Umschlag. Dadurch wird es möglich werden, signifikant attraktivere und wettbewerbsfähige Marktangebote zu offerieren. Dieser Nutzen schlägt mit einer
spürbaren Verlagerung des Straßen- auf den Bahntransport,
oder einem zusätzlichen Aufkommens im
Hinterlandtransport im Umfeld von Knotenterminals zu Buche.
– Hypothese 3:
Die in Deutschland bestehenden Bahnanlagen bieten nach
Ort, Lage und Fläche Optionen zum Aufbau einer geeigneten
Netzstruktur mit Knotenterminals, mit deren Hilfe die Netzeffizienz insgesamt im Netz gesteigert werden kann. Insgesamt
einige Milliarden Zug-km-Trassen mehr könnten damit für
den Güterverkehr zusätzlich zur Verfügung gestellt werden.
– Hypothese 4:
Die Volumensteigerungen der norddeutschen Terminals
lassen sich ab 2020 ohne Mehrkosten in ihrem gesamten
Umfang GHG (green-house-gas) -neutral über die ‚first-100km/m-distance’, d.s. die ersten 100 km oder Meilen Transportdistanz ab Kaikante transportieren. Damit verfügen die
norddeutschen Containerterminals nicht nur über die Option, neben den niedrigsten Kosten für die Anbindung des
Hinterlands in Europa ab 2018 auch noch über einen etwas
längeren Zeitraum das weltweit umweltschonendste Konzept
einer Hinterlandanbindung umzusetzen.
In diesem Beitrag sind Ansatzpunkte zur Umsetzung von
technischen Lösungen beschrieben, die sich zur Verifikation
der Hypothesen eignen.
7. Literatur
Engelmann, Jens, 2003, Zielorientierte Forschung und Entwicklung für den Schienengüterverkehr, Berlin, Schriftenreihe A des Instituts für Land- und Seeverkehr, Universitätsverlag der TU Berlin.
Gudehus, Timm, 2005, Logistik, Grundlagen Strategien
Anwendungen, 3. Auflage, Springer-Verlag Berlin Heidelberg.
Johanson, Fredrik, 2009, Quay crane productivity? Beitrag
zur Terminal Operators Conference Asia, Shenzhen.
Kotzab, Herbert / Unseld, Hans G., 2008, Fast Transhipment
Equipment and Novel Methods for Rail Cargo, in: Kersten,
W., Blecker, T. und Flämig, H. (eds.): Global Logistics Management, Berlin: Erich Schmidt Verlag, 393-403.
Unseld, Hans G., 2008, Das EU-Projekt „FastRCargo“, Moderner Schienengüterverkehr, Seite 42 bis 53, Bahntechnik
aktuell, 18:42-53.
Vahrenkamp, Richard, 2008, Logistik, Management und
Strategie, München, 5. Auflage, Oldenbourg Wissenschaftsverlags GmbH.
Wildemann, Horst, 2004, Produktionsorganisation, Handwörterbuch Unternehmensführung und Organisation, 4.
Auflage, Schreyögg, v. Werder [Hrsg.]
TRENDS DER OBJEKTERKENNUNG VON ROBOTIKSYSTEMEN IN LOGISTIKFABRIKEN – VON DER
ZUSTANDSBASIERTEN
ERKENNUNG ZUM OBJEKTTRACKING
--------------------------------------------------------Dipl.-Ing. Pat.-Ing. Claudio Uriarte, Dipl.-Wi.-Ing. Matthias Burwinkel, M.Sc.
Christian Gorldt
BIBA – Bremer Institut für Produktion und Logistik GmbH, Bremen
LEBENSLAUF
Dipl.-Ing. & Pat.-Ing. Claudio Uriarte
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
BIBA - Bremer Institut für Produktion und Logistik GmbH
Hochschulring 20
28359 Bremen
Tel.: +49 (0)421 218 56 35
E-Mail: uri@biba.uni-bremen.de
13.09.1978
Geboren in Santiago de Chile
1998 – 2002
Universidad de Chile, Santiago de Chile
Fachbereich Maschinenbau
Abschluss: „Licenciatura en Ciencias de la Ingeniería, mención Mecánica“
(Magister in Ingenieurwissenschaften, Fachbereich Mechanik)
2003 – 2008
Technische Universität Berlin
Fachbereich Maschinenbau, Schwerpunkt Kraft- und Arbeitsmaschinen
Abschluss: Diplomingenieur
2008 – 2009
FernUniversität Hagen
Gewerblicher Rechtschutz,
Abschluss: Patentingenieur
07.2007 – 06.2009
Jonas & Redmann Automationstechnik GmbH, Berlin
Diplomand und Entwicklungsingenieur von Automatisierungstechnik in der
Solarindustrie
Seit 07.2009
Abteilung Logistikfabrik
Forschungstätigkeiten in Bereichen:
Automatisierungstechnik, Mechatronik, Objekterkennung und
Bildverarbeitung
LEBENSLAUF
Dipl.-Wi.-Ing. Matthias Burwinkel
Hochschulring 20
28359 Bremen
Tel.: +49 (0)421 218 55 77
E-Mail: bur@biba.uni-bremen.de
31.10.1981
Geboren in 49393 Lohne, Deutschland
2001 – 2007
Universität Bremen, Bremen
Fachbereich Produktionstechnik
Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen
Abschluss: „Diplom-Wirtschaftsingenieur“
2001 und 2007
Diverse Praktika in In- und Ausland
Seit 07.2007
Forschungsschwerpunkt: Standardisierung von Robotiksystemen
LEBENSLAUF
M.Sc. Christian Gorldt
BIBA Bremer Institut für Produktion und Logistik GmbH
Hochschulring 20
28359 Bremen
Telefon: +49 (0) 421 - 218 55 81
E-Mail: gor@biba.uni-bremen.de
19.04.1976
geboren in Bremen
1982-1995
Schulbildung, Abschluss Abitur
1995-1996
Wehrdienst
1996-1997
Universität Bremen, Wirtschaftswissenschaften
1997-2000
Akademie der Wirtschaft Bremen
Studium Betriebswirtschaft
Abschluss Betriebswirt (AdW)
Abschluss Industriekaufmann
Betriebspraxis Bremer Erfrischungsgetränke - GmbH (Coca-Cola)
2000-2004
Universität Bremen
Studium Medieninformatik (Digital Media/Multimedia)
Abschluss B.Sc.
2003-2004
Trinity College Dublin, Auslandssemester im Fachbereich Computer Science,
Sokrates/Erasmus Stipendium
2004-2007
Universität Duisburg-Essen
Studium Wirtschaftsinformatik
Abschluss M.Sc.
seit 07/2004
Forschungstätigkeiten in den Bereichen: AutoID, RTLS, Telematik.
Branche: KEP Dienst, Luftfracht
TRENDS DER OBJEKTERKENNUNG VON
ROBOTIKSYSTEMEN IN LOGISTIKFABRIKEN –
VON DER ZUSTANDSBASIERTEN ERKENNUNG
ZUM OBJEKTTRACKING
Dipl.-Ing. Pat.-Ing. Claudio Uriarte, Dipl.-Wi.-Ing. Matthias Burwinkel, M.Sc. Christian Gorldt
1. Einführung
Die Entwicklung der weltweiten Logistik hebt auch zukünftig
die sogenannten Logistikfabriken in den Fokus der
logistischen Wertschöpfung. Eine Logistikfabrik leistet als
physische Einheit logistische Dienstleistungen in den
Bereichen Input (Wareneingang und –vereinnahmung),
Throughput (Warenbearbeitung und –veredlung) und Output
(Warenausgang). Eine essentielle Aufgabe einer
Logistikfabrik ist die optimierte Gestaltung der Material- und
Informationsflüsse der Extra- und Intralogistik. Ein zentraler
Ansatz der Optimierung der Materialflüsse in den
Logistikfabriken ist der Einsatz von Robotiksystemen, welche
unterschiedliche Aufgaben in der logistischen Kette abbilden
können. Das Aufgabenspektrum der Systeme reicht
beispielsweise von einfachen Pick and Place-Aufgaben bis zu
komplexen Handhabungsaufgaben in dynamischen
Szenerien. Weiterentwicklungen der Sensorik und im Hardund Softwarebereich der Objekterkennung machen es
möglich, dass immer komplexere Aufgaben automatisiert
werden können.
können selbstverständlich erst nach Detektion der Änderung
auf diese reagieren. Proaktive und präventive Maßnahmen,
die auf Grund der neuen Situation erforderlich wären,
werden demnach nicht rechtzeitig ergriffen. Als proaktive
Maßnahme bezeichnet man Änderungen im Verhalten eines
Roboters, die aufgrund von Änderungen seiner Umwelt
hervorgerufen werden: Beispielsweise das Fahren einer
alternativen Bahn bei einer unerwarteten Blockierung der
ursprünglichen Bahn durch Hindernisse oder der Abbruch
eines Greifzyklus, falls das zu bewegende Objekt plötzlich
nicht mehr vorhanden ist.
Die Entwicklung von neuer Sensortechnik wirkt sich stark auf
die klassische Konzeption von Erkennungssystemen aus.
Insbesondere die Technologie der Photonen-MischDetektoren (PMD) hat sich in den letzten Jahren
weiterentwickelt. Derartige neue Technologien eröffnen
neue Perspektiven der Objekterkennung in Robotiksystemen
in Logistikfabriken. Sie ermöglichen die Erweiterung der
Objekterkennung, hin zu einer kontinuierlichen Perzeption
der prozessualen Zustände - das Objekttracking.
Im Gegensatz zur Automobilindustrie herrscht in logistischen
Szenarien eine signifikant geringere Prozessstandardisierung
vor. Dies wird insbesondere durch die globale Entwicklung
der Warenströme erzeugt. Diese Situation erzeugt
dynamische und volatile Prozesse; Robotiksysteme in der
Logistik müssen daher in der Lage sein, flexibel auf
prozessuale Änderungen reagieren zu können. Diese
Anforderung führt zu komplexen Systemen, die aus einer
Vielzahl von Komponenten und Subsystemen bestehen.
Besonders der Einsatz von Sensorik und
Objekterkennungssystemen nimmt bei der
geringstandardisierten Handhabung von Stückgütern eine
zentrale Rolle ein.
Objekttracking fokussiert auf eine stetige Wahrnehmung der
Umwelt. Zentraler Aspekt des Objekttrackings ist die direkte
Wahrnehmung von Veränderungen der Umwelt. Ändert sich
plötzlich der Arbeitsbereich eines Robotersystems, beeinflusst
dies nicht erst den nachfolgenden Zyklus, sondern kann
zeitnah detektiert und entsprechend verarbeitet werden, so
dass eine sofortige Reaktion erfolgt. Das Objekttracking
bietet somit einen entscheidenden Ansatz zur Überwindung
des Defizits der zustandsorientierten Wahrnehmung des
prozessualen Umfelds; bei der Objekterkennung sollte 3DVideoerkennung eingesetzt werden. Insbesondere in den
roboterbasierten Anwendungen in Logistikfabriken erscheint
dieser Paradigmenwechsel potenzialträchtig.
Die Algorithmen für die Objekterkennung basieren in der
Regel auf dem Prinzip der zustandsbasierten Erkennung.
Dieser diskrete Erkennungstypus nimmt das logistische
Umfeld zu einem definierten Zeitpunkt auf und gibt diese
Informationen an das Steuerungssystem weiter. Nachfolgend
auftretende Änderungen des abgebildeten Umfelds werden
demnach erst im folgenden Aufnahmezyklus erkannt. Die
technischen Systeme, die die erworbenen Daten nutzen,
2. Objekterkennung in der Robotik-Logistik heute
Das maschinelle Sehen spielt seit Jahren eine große Rolle in
den logistischen Prozessen und ist zum Teil für das schnelle
Wachstum der Branche in den letzten Jahren verantwortlich.
Die Bildverarbeitung und Objekterkennung ermöglicht nicht
nur die Automatisierung von vielen logistischen Prozessen,
sondern auch eine Erhöhung der Zuverlässigkeit derselben.
Diese Systeme bestehen aus Hardware, die zuständig für die
Datensammlung der Szenarien ist und einer Software, die die
aufgenommenen Daten auswertet und die gesuchten
Objekte oder Features identifiziert. Die Hardware und
Erkennungsmethoden, die in der Logistik angewendet
werden, werden in diesem Kapitel beschrieben.
2.1 Hardware
Als Hardware bezeichnet man alle mechanischen,
elektronischen und elektromechanischen Komponenten
eines Systems. Bei Erkennungssystemen in der Robotik
handelt es sich in der Regel um Kamera- und
Scannertechnik, welche in zwei Gruppen unterteilt werden
können: Intensitäts- und Entfernungssensoren.
Zu der ersten Gruppe gehören zum Beispiel 2D- und
Videokameras. Die meistverbreiteten Sensoren für
Objekterkennung, die in der Automatisierungstechnik
angewendet werden, basieren in der Regel auf CCD Technik
(Charge-Coupled Device oder ladungsgekoppeltes Bauteil)
(Haun, 2007) und bestehen aus ladungsgekoppelten
Halbleiterbausteinen, die nach dem Eimerkettenprinzip
(Gevatter & Grünhaupt, 2006) arbeiten. Die Intensität des
Lichtes, das von einem Objekt reflektiert wird, wird von den
in einem Raster angeordneten Photodioden erfasst und als
2D Matrizen mit den Grauwerten der einzelnen Pixel
geliefert. Ein CCD-Sensor kann nur die Lichtintensität einer
Wellenlänge erfassen. In der Regel hat diese die Länge
500nm, was der Farbe Grün entspricht. Diese Information
wird als Schwarz-Weiß (S/W) Bild dargestellt. Durch die
Kombination von 3 CCD-Sensoren mit entsprechenden
Filtern, können die Intensitäten von unterschiedlichen
Wellenlängen gemessen werden, in der Regel Rot, Grün und
Blau (RGB), und somit Farbbilder erzeugt werden. Auf Grund
des Aufbaus des Sensors erreichen diese Kameras hohe
Einzelbildraten von typischerweise 25-30Hz. Sehr verbreitet
bei diesen Kameras sind Auflösungen von 800x600 oder
1024x768 Pixel. Der Messbereich einer solchen Kamera
hängt nicht nur von der Anzahl an Pixel, sondern auch von
dem Öffnungswinkel des Objektivs und von der Entfernung
des zu messenden Objektes vom Sensor ab. Da die
Auflösung mit dem Satz des Pythagoras berechnet wird, ist
sie nicht pauschal zu definieren und sollte je nach
Anwendung berechnet werden. Eine Kamera mit einer
Sensorauflösung von 800x600 Pixel und einem Objektiv mit
40° Öffnungswinkel bei einer Entfernung von 5m erreicht
eine Auflösung von ca. 5mm pro Pixel.
In der zweiten Gruppe –die Entfernungssensoren- wird der
Abstand zwischen einem Objekt und dem Sensor erfasst.
Diese Entfernungen können nach einer geeigneten
Nachbearbeitung als XYZ-Punkte im Raum dargestellt
werden – in einer sogenannten Punktwolke. Zu den
üblichsten Sensoren, die in der Objekterkennung eingesetzt
werden, gehören die LIDAR-Scanners (LIght Detection And
Ranging), besser bekannt als Laserscanner. Sie nutzen das
Licht, das von einer Lichtquelle im Scanner produziert wird
und von einem Objekt reflektiert wird, um den Abstand zum
Sensor zu ermitteln. Die LIDAR-Scanner lassen sich je nach
Auswertungsmethode in zwei Kategorien unterteilen: Die
Time-of-Flight Scanner (ToF) und die Phasenscanner.
Bei Scannern der ersten Kategorie wird ein Lichtstrahl von
einer Laserquelle im Scanner auf das Objekt gestrahlt. Das
reflektierte Licht wird vom Scanner erfasst und die Zeit, die
das Licht für den Hin- und Rückweg benötigte, von der
Auswertungselektronik gemessen und der Abstand zum
Objekt berechnet. Da die Lichtgeschwindigkeit bekannt ist,
kann die Entfernung des Objektes unmittelbar berechnet
werden. Aufgrund der hohen Geschwindigkeit des Lichtes 6,6 Pikosekunden pro Millimeter- werden große
Anforderungen an die Elektronik gestellt. Da der
eindimensionale Laserstrahl über einen rotierenden Spiegel
gelenkt wird, wird nur in einer Ebene gemessen (also 2D).
Um die dritte Dimension einzubeziehen, muss der Scanner
um eine Achse geschwenkt werden. Da die
Lichtgeschwindigkeit konstant bleibt, kann die Entfernung
des Objekts unabhängig zum Luftdruck, -feuchtigkeit und
Umgebungslicht gemessen werden. Der LMS-200 der Firma
Sick ist ein klassischer ToF-Laser-Scanner, bei dem ein Laser
über einen rotierenden Spiegel gelenkt wird. Dieser hat
einen Öffnungswinkel von 180°, eine maximale
Winkelauflösung von 0,25° und eine Reichweite von 30m.
Bei einer Winkelauflösung von 0,25° und einer Entfernung
von 30m erreicht das System eine Auflösung von ca.
130mm. Bei gleicher Auflösung und einer Entfernung von
5m erreicht man eine Auflösung von 22mm.
Sender
Start
Objekt
Empfänger
Stop
Abbi l du ng 1: Ar bei t s pr i nzi p des ToF S canner S i ck L MS 200
Eine Alternative dazu stellen die Phasenscanner dar. Diese
Scanner arbeiten -wie auch die ToF-Scanner- auf Grundlage
des Lichts, das von einem Objekt reflektiert wird. Im
Gegenteil zu den ToF-Scannern wird nicht die Laufzeit
gemessen, sondern die Phasenverschiebung des reflektierten
Lichts. Daraus kann die Entfernung des Objektes abgeleitet
werden. Diese Scanner arbeiten, wie auch die ToF-Scanner,
mit einem Laser, welcher über einen rotierenden Spiegel
gelenkt wird. Phasenscanner haben jedoch den Vorteil, dass
sie eine höhere Winkelauflösung haben und dass mehrere
Messungen pro Sekunde gemacht werden können. Der Leica
HDS6100 ist ein klassischer Phasenscanner mit einer
Winkelauflösung von ca. 0,007° und eine Reichweite von
maximal 79m. Auf Grund des Preises werden diese Systeme
nicht in der Automatisierungstechnik sondern eher für
Vermessungsaufgaben eingesetzt.
Objekt
Sensor
Phasenverschiebung Moduliertes
Ausgangssignal
Reflektiertes Licht
Abbi l du ng 2: Ar bei t s pr i nzi p des Phas ens canner L ei ca
HDS 6100
Stereoskopie stellt ein alternatives Verfahren dar, das häufig
angewendet wird, um 3D-Bilder und -Videos zu erzeugen.
Bei diesem Verfahren werden mindestens zwei 2D-Bilder
eines Szenarios gemacht, sogenannte Halbbilder, in der
Nachbearbeitung werden korrespondierende Punkte mit
Sondermerkmalen (Features) gefunden und die Bilder
fusioniert. Zwischen einem Punkt und beiden Kameras bildet
sich ein Winkel, welcher für jedes Feature gemessen wird. Je
näher ein Punkt zur Kamera liegt, desto größer ist der Winkel
und umgekehrt. Nach einer Kalibrierung der Kamera kann
die genaue Korrelation zwischen Entfernung und Winkel
berechnet werden. Für dieses Verfahren können
hochauflösende CCD-Kameras eingesetzt werden. Die
Auflösungsgrenze der 3D-Bilder liegt nicht an der
Kameratechnik selbst, sondern an der Rechenleistung bei der
Nachbearbeitung der Daten, da bei ansteigender
Datenmenge die Nachbearbeitung und die Kalibrierverfahren
der Kamera aufwendiger werden. Aufgrund der großen
Rechenleistung sind diese Systeme bedingt geeignet für
Echtzeitanwendungen (Hussmann, Ringbeck, & Hagebeuker,
2008).
Kamera 1
Objekt
Kamera 2
Abbildung 3: Ar beitsprinzi p der Stereokamera
Bumbl ebee3
2.2 Anwendung und Methoden
Die bereits genannten Aufnahmesysteme werden in einer
Vielzahl von Erkennungsaufgaben eingesetzt. Die Barcodeund Zeichenerkennung, Pick-and-Place-Anwendungen und
Griff-in-die-Kiste gehören mit Sicherheit zu den
meistverbreiteten Anwendungen von Objekterkennung in
der Logistik.
Barcodes und Datamatrizen sind mit Sicherheit die
bekanntesten Anwendungen der Objekterkennung. Dabei
werden die einzelnen Linien oder Punkte des Codes mit
einem Scanner gelesen und mit den in einer Datenbank
gespeicherten Codes verglichen. Diese Systeme findet man
heute in nahezu jedem Supermarkt.
Zeichenerkennungssysteme, besser bekannt als OCR-Systeme
(Optical Character Recognition), werden an Stellen
eingesetzt, wo Buchstaben und Schrift erkannt werden
müssen. Sie werden sehr oft von Postdiensten in der
Erkennung von Adressen auf Briefen und Päckchen
eingesetzt.
Die zu erkennenden Codes und Zeichen werden mit einer
CCD oder CMOS Kamera erfasst, welche entweder
getriggert einzelne Aufnahmen machen oder kontinuierlich
Bilder in Form eines Videosignales liefern. Ein
Erkennungsalgorithmus sucht dann permanent nach Codes
und Zeichen. Systeme für Barcode- und
Datamatrixerkennung müssen vor der Anwendung
„geteacht“ werden. Dies bedeutet, dass vor der Anwendung
die Codes im System gespeichert werden müssen.
Unbekannte Codes werden nicht erkannt.
Zeichenerkennungssysteme können je nach Algorithmus
unbekannte Symbole trotzdem erkennen und die passenden
Buchstaben zuordnen. Ein OCR System, das auf neuronalen
Netzen basiert, wurde von (Rajavelu, Musavi, & Shirvaikar,
1989) programmiert.
Pick-and-Place Anwendungen sind ebenfalls sehr verbreitet,
insbesondere in der Produktion, wo chaotisch angeordnete
Objekte mit bekannter Form von A nach B transportiert
werden müssen. Diese Systeme kennzeichnen hohe
Genauigkeit sowie hohe erreichbare Geschwindigkeiten. Die
Objekte werden zu einer Abnahmeposition befördert, wo sie
von einem Handling- oder Robotersystem gegriffen und zu
einer Ablageposition transportiert werden. Die Position und
Orientierung der Werkstücke muss für das Handlingsystem
bekannt sein und wird in der Regel mechanisch festgelegt.
Diese wird entweder durch eine Zentriereinheit in der
Aufnahmeposition oder durch einen Werkstückträger, der
die Teile transportiert, definiert. Sollte es zu einer
Fehlpositionierung kommen, fährt der Roboter leer zur
Ablageposition oder es kommt im schlimmsten Fall zum
Crash.
Neuere Systeme machen ein Bild des Werkstückes mit einer
CCD oder CMOS Kamera in der Aufnahmeposition. Die
Position und Orientierung des Objekts wird über
Geometrieabgleich, Form- und Farbanalyse (Lalitha, 2007)
ermittelt und dem Roboter mitgeteilt. Wenn
Transportbänder eingesetzt werden, können Videokameras
die Position und Orientierung der Objekte auf dem Weg zur
Abnahmeposition ermitteln. Sie werden dann verfolgt und
von einem Handlingsystem entnommen. Dieses System setzt
voraus, dass die Form und Höhe der Objekte bekannt ist.
Griff-in-die-Kiste ist eine klassisch industrielle Anwendung
mit Erkennungssystemen, wo Halbzeuge und Einzelbauteile
aus Kostengründen chaotisch in Behältern transportiert und
gelagert werden. Nach dem Transport werden Position und
Orientierung der Objekte in dem Behälter identifiziert und an
einem Roboter weitergeleitet. Er greift in die Kiste, nimmt
die Teile heraus und legt sie ordentlich in einer
Ablageposition ab. Robotersysteme werden für die
Vereinzelung der Werkstücke bevorzugt, da diese
platzsparender, leiser und schonender für die Bauteile als
Beispielsweise Rütteltöpfe sind.
Für die genaue Ermittlung der Position und Orientierung der
Werkstücke ist eine 3D Aufnahme des Inhalts der Kiste
notwendig. Die drei gängigen Methoden zur
Objekterkennung sind mittels Stereoskopie, 3D-Scannern
und texturiertem Licht.
erkennt dies nicht und muss bei dem nächsten Zyklus neue
Aufnahmen machen, um die Objekte neu zu identifizieren
und deren Position und Orientierung zu ermitteln. All dies
verlängert die Zykluszeiten unnötig.
3. Neue technische System ermöglichen neue
Verfahren für neue Anwendungen
3.1 Neue technischen Komponenten
Stereoskopische Aufnahmen werden entweder mit einer
Stereokamera, welche zwei Halbbilder macht oder mit einer
2D Kamera, die mehrere Aufnahmen von unterschiedlichen
Seiten macht, gemacht. Um diese Bilder zu erzeugen, muss
die Kamera jedes Mal neu positioniert werden. Anschließend
werden die einzelnen Intensitätsbilder kombiniert, um das
3D Szenario zu rekonstruieren. Dies kann je nach System bis
zu fünf Sekunden pro Zyklus dauern.
Alternativ kann strukturiertes Licht angewendet werden.
Dabei wird ein ein- oder zweidimensionales Muster auf die
Werkstücke von einem Beamer oder einem Laser projiziert
und von einer 2D Kamera erfasst. Systeme, die einen
Laserstrahl nutzen (eindimensional), müssen den Laser
schwenken, um das ganze Szenario mit dem Muster zu
beleuchten. Dies kann je nach System in der
Produktionstechnik bis zu drei Sekunden dauern. Ein System
mit einem zweidimensionalen Muster kann bis zu 120 Bilder
pro Sekunde unter optimalen Bedingungen schaffen. Diese
sind aber in industriellen Anwendungen kaum einzuhalten,
da das Umgebungslicht nicht konstant gehalten werden
kann.
Eine dritte Alternative stellen 3D-Scanner dar. Die
unterschiedlichen Messmethoden von 3D-Scannern wurden
bereits erläutert. Da Laserscanner immer mit einem durch
einen Spiegel gelenkten Laserstrahl arbeiten, müssen sie
zusätzlich mit einem mechanischen Modul geschwenkt
werden, um das Szenario vollständig zu erfassen. Dies dauert
ca. zwei Sekunden pro Aufnahme. So ein System wurde
bereits im Paketroboter verbaut.
Die Erkennungsalgorithmen lassen sich in zwei Gruppen
teilen. Bei der modellbasierten Erkennung werden die
Aufnahmen mit bereits in einer Datenbank gespeicherten
CAD-Modellen der Bauteile verglichen. Ein klassisches
Beispiel ist die Entladung von Werkstücken aus einer
Gitterbox. Zu der zweiten Gruppe gehören Anwendungen,
bei denen die zu entladenden Objekte unbekannt sind und
deren Form in einer Objekterkennung identifiziert werden
muss. Robotersysteme für die automatische Entladung von
chaotisch angeordneten Packstücken, wie der Paketroboter
vom BIBA Institut, gehören zu dieser Gruppe.
Ein großer Nachteil aller dieser Systeme ist, dass sie nur den
Zustand der Objekte in der Kiste wahrnehmen, was eine
Überwachung der Objekte unmöglich macht. Bei der
Entladung eines Werkstücks kann es sein, dass benachbarte
Teile sich bewegen oder verschoben werden. Das System
Die Forschung und Entwicklung neuartiger
Sensortechnologien hat sich in den letzten Jahren sowohl in
der Grundlagen- als auch in der Industrieforschung
signifikant ausgebreitet.
Durch die industrielle Forschung wurde die evolutionäre
Weiterentwicklung von Sensorsystemen dahingehend
ausgeweitet, dass Leistungsperformance und Kosten von 3DScannern (z.B.SICK LMS-200) deutlich optimiert wurden. Des
Weiteren wurde die Weiterentwicklung von Technologien
der Objekterkennung, die auf der Nutzung von 3D-Daten
basieren, intensiv vorangetrieben, sodass die Analyse von
Machbarkeiten und Anwendungsimplementierung von
Interesse sind. Unabhängig vom Erkennungsalgorithmus
bieten 3D-Daten viele Vorteile gegenüber Verfahren, die auf
2D- Bildern und Intensitätsinformation basieren. Die Nutzung
von Tiefendaten ist von robusterer Qualität und dadurch gut
geeignet für Objekterkennungsanwendungen (Jähne, 2008).
Aus den echten 3D-Daten können geometrische Körper und
Oberflächen mit deren Abmessungen (Länge, Breite und
Höhe), sowie Positionen und Orientierung direkt ermittelt
werden. Die bisherigen Verfahren fokussieren auf die
Gewinnung von 3D-Informationen aus 2D-Daten. Dieses
Prinzip ist insofern nicht robust und nicht allgemein gültig,
da diese Daten sehr stark von Reflexionen und der
Umgebungsbeleuchtung beeinflusst werden(Ledermann,
2005).
Eine beispielhafte industrielle Kamera, die auf dem Prinzip
einer Objekterkennung unter Verwendung von 3D-Daten
basieren, ist die sogenannte PMD-Kamera (Photonic Mixer
Device). Sie arbeitet nach dem Time-of-Flight Prinzip, und
wurde vor einigen Jahren in den Markt eingeführt. Bis dato
wurde sie aufgrund ihrer limitierten Auflösung in
Anwendungen als Abstandssensor oder Stützsensor für die
Objekterkennung eingesetzt. Durch die Entwicklung zu
höheren Auflösungen (204x204 Pixel) hat sich das
Anwendungsfeld für diese Kamera erweitert, wodurch sie
unter anderem interessant für den Einsatz in logistischen
Anwendungen ist. Eine PMD-Kamera besteht aus einer
Empfangsdiode, einem Verstärker, einem Bandpassfilter und
einem Empfangssensor. Im Empfangssensor ist das
sogenannte PMD-Pixel integriert. Dieser erfasst das
modulierte Licht, das von den Dioden erzeugt und vom
Objekt reflektiert wird. Dank eines integrierten Mischers,
ermittelt das PMD-Pixel direkt die Entfernungsinformation,
ohne Komponente der hochfrequenten Signalverarbeitung
nutzen zu müssen. Durch die standardisierte Herstellung
nach dem CMOS-Prinzip (Complementary Metal Oxide
Semiconductor), können die Sensoren mit in einer Matrix
angeordneten PMD-Pixeln gefertigt werden. Diese Pixel
haben durch ihre Anordnung eine Reihe von Vorteilen
gegenüber anderen Systemen, wie zum Beispiel Laserscanner
oder Systemen, die beispielsweise nach dem Prinzip des
Strukturierten Lichts arbeiten. Da die Pixel unabhängig
voneinander das reflektierte Licht bearbeiten, können sie
gleichzeitig die gesamten Tiefeninformationen des Szenarios
ermitteln. Durch die schnelle Bildfolgefrequenz kann eine
PMD-Kamera echte 3D-Videos liefern. Ein weiterer Vorteil
dieser Technik ist, dass sie als Nebenprodukt
Intensitätsinformationen und die Amplitude jedes Pixel des
Szenarios liefert. Diese Informationen sind einem
Schwarz/Weiß-Bild gleichzusetzen, sowie die Amplitude einer
Größe, die die Stärke des Signales darstellt. Ein Nachteil der
PMD-Technik liegt daran, dass die Frequenz des gepulsten
Lichtes (ca. 20kHz) einen Eindeutigkeitsbereich von 7,5m
definiert. Das Licht, das von einem Objekt mit einem
Abstand von mehr als 7,5m reflektiert wird, hat die gleiche
Phasenverschiebung wie ein Objekt, das sehr nah am Sensor
liegt.
Die hier im Fallbeispiel genutzte Kamera ist eine CamCube
2.0 der Firma PMDTechnologies GmbH. Diese Kamera hat
eine Sensorauflösung von 204x204 Pixel und eine
Messreproduzierbarkeit unter 3mm für Entfernungen von
2m. Des Weiteren hat sie eine Bildfolgefrequenz von 25 fps
(frames per second) und ein Blickfeld von 40° x 40°, welches
aber nach Bedarf vergrößert werden kann. Zusätzlich zu den
o.g. Eigenschaften besitzt die CamCube 2.0 eine sogenannte
SBI-Funktion (Suppression of Background Illumination), die
das Hintergrundlicht unterdrückt und somit die Messungen
vom Umgebungslicht unabhängig macht.
Abbi l du ng 4: CamCu be 2. 0 der F a. PMD -Technol ogi es
GmbH
3.2 Mögliche Anwendungen der neuen technischen
Systeme
Die Möglichkeit sowohl Intensitäts- als auch
Tiefeninformation in einem Signal ohne aufwendige
Nachbearbeitung zu detektieren, eröffnet eine Reihe neuer
Möglichkeiten für die Objekterkennung in der Logistik. Die
Möglichkeit dieser Information als kontinuierliches Signal, in
Form von Videos, weist Potenziale für die Entwicklung von
Überwachungssystemen auf, die bisher nicht möglich waren.
Weiterhin ermöglicht die Erfassung von 2D- und 3DInformationen mit einem Sensor die sofortige Nutzung der
Daten, ohne auf die Probleme der Datenfusion achten zu
müssen. Der Signalrausch, die unterschiedlichen
Sensorauflösungen und insbesondere die Kalibrierung bei
der Datenfusion (Santrac, Friedland, & Rojas, 2006) stellen
nun kein Problem mehr dar.
Die PMD-Technik wird für die im folgenden Abschnitt
vorgestellten Anwendungen interessant, insbesondere bei
Aufgabenstellungen, die dem Problem des Griffs-in-die-Kiste
zugeordnet werden. Naheliegende Anwendungsmöglichkeit
ist die Verwendung als Ersatztechnologie für Stereokameras
oder Laserscanner. Der Austausch ermöglicht massive
Potenziale der Taktzeitreduktion, da PMD-Kameras 1/25
Sekunde Aufnahmezeit für ein Bild benötigen. Die
Algorithmen der Objekterkennung müssen nicht geändert
werden, solange die Daten im richtigen Format gespeichert
sind.
Der größte Vorteil aber liegt darin, dass die PMD-Kamera
Intensitäts- und Tiefeninformation liefert. Dies bedeutet, dass
Algorithmen für die 2D- und 3D-Objekterkennung
kombiniert werden können um robustere Systeme zu bauen.
Die Vorteile dieser Kombination wurden bereits von (Pierard,
Leens, & Van Droogenbroeck, 2009) bei der Segmentierung
von hochauflösende Videosignalen erkannt. Schwierigkeiten
in der Fusion von 2D- und 3D-Daten haben (Santrac,
Friedland, & Rojas, 2006) und (Lindner, Lambers, & Kolb,
2008) gezeigt. Der Grund hierfür sind die unterschiedlichen
Betrachtungspositionen, für die die beiden Kameras mit
ihren Eigenschaften synchronisiert und kalibriert werden
müssen.
4. Entwicklungen und Potentiale der
Objekterkennung in der Robotik in Logistikfabriken
Die Entwicklung der Robotik in der Logistik beginnt in den
50er-Jahren und hat sich seitdem massiv weiterentwickelt.
Robotiksysteme bearbeiten heute die unterschiedlichsten
Logistikprozesse wie das Handling, Lagern und Verpacken
von Stückgütern. Hohe Stückgutvariabilitäten, geringe
Prozessstandardisierung und dynamische und volatile
Objektaufkommen stellen die Robotik in der Logistik vor
große Herausforderungen. Hier nimmt die Verwendung von
Objekterkennungstechniken einen zentralen Stellenwert ein.
Im Folgenden sollen drei repräsentative Prozesse der drei
Bereiche einer Logistikfabrik (Input, Throughput, Output)
hinsichtlich heutiger und zukünftiger Objekterkennung näher
dargestellt werden.
4.1 Input
Der Bereich Input einer Logistikfabrik fokussiert auf die
Einlagerung der Waren und Stückgüter. Dieser Bereich ist die
physische Schnittstelle zur logistischen Außenwelt. Die
Stückgüter werden zum Beispiel im Seehafen aus Übersee in
Containern oder in Logistikzentren in Wechselbrücken auf
Lastkraftwagen angeliefert. und an die Tore der
Logistikfabrik angestellt. Die Waren kommen aus den
unterschiedlichsten Regionen und Ländern weltweit und
können palettiert oder lose, mit Laschmaterial oder
Sicherungsnetzen versehen sein. Diese Verpackung ist also
sehr variabel und häufig nicht bekannt. Des Weiteren
können Versetzungsprozesse, Verschiebungen oder
Beschädigungen der Waren auftreten. All diese Restriktionen
müssen Robotiksysteme im Input-Bereich berücksichtigen
können und darauf entsprechend reagieren. Die
Handhabung der Güter wird mit
Objekterkennungstechnologien gewährleistet.
Die Erkennungsstrategie basiert grundsätzlich auf einer
diskreten Detektionsmethode. Das technische
Erkennungssystem nimmt eine vorhandene Situation im
Input-Bereich auf und gibt diese Informationen weiter an die
Steuerungen der Robotiksysteme. Vor jedem weiteren
Greifzyklus wird erneut der Umgebungszustand
aufgenommen. Die Prozesse der Objekterkennung und der
Roboterbewegung lassen sich dadurch nur schwer
parallelisieren, was sich negativ auf die Taktzeit auswirkt. Das
Objekttracking kann einen Beitrag dazu leisten diese
Herausforderungen zu überwinden und die folgenden
Potenziale zu realisieren:
– Aktive und stetige Aufnahme der Szenerie
Der Grundansatz des Objekttrackings zielt auf die
kontinuierliche Aufnahme und Verfolgung der
Umweltszenerie ab. Dieser unterscheidet sich dadurch
vollständig von der bisherigen Erkennungsstrategie. Anstatt
einzelne Situationen der Szenario aufzunehmen, wird sie nun
kontinuierlich erfasst und aktiv und stetig überwacht. So
werden Verschiebungen der Stückgüter wie zum Beispiel
zusammenbrechende Warenstapel direkt detektiert. Das
Robotiksystem kann sofort reagieren und die Trajektorien
und Greifstrategien direkt anpassen.
– Von der Kollisionserkennung zur Kollisionsprävention
Die Vermeidung von Kollisionen mit Objekten der
Umweltszenerien (z.B. Containerwand) oder des
Robotiksystems selber (Roboterarm) wird durch die
Objekterkennung geleistet. Bis dato erfolgt die Erkennung
von Kollisionen mit Hilfe der Bildverarbeitungs-Software und
der Einbindung von Stützstellen in die Trajektorienplanung.
Jede Stützstelle wird auf Kollision mit einem Objekt
untersucht. Liegt ein berechneter Kollisionspunkt vor, wird
die Berechnung einer alternativen Bahnbewegung
angestoßen. Beim Tracking kann auf die Verwendung von
Stützstellen verzichtet werden. Dadurch, dass nun die
kompletten Objekte erkannt werden, kann die
Trajektorienplanung auf Basis des spezifischen
Umweltszenerios durchgeführt werden.
–
Parallelisierung von Objekterkennung und
Roboterbewegung
Durch den bisherigen Ansatz der zustandsorientierten
Identifikation der Szenerie laufen die Roboterprozesse
sequentiell ab. In einem ersten Schritt identifiziert die
Objekterkennung die Umweltszenerie und berechnet auf
dieser Basis die Robotertrajektorie, die das Robotersystem
anschließend abfährt. Mit der Verwendung von
Objekttracking können diese Prozessschritte parallelisiert
werden. Nachdem die Objekte erkannt wurden, können sie
mittels Tracking verfolgt werden. Dies kann auch dann
durchgeführt werden, wenn der Roboter eine Bewegung
durchführt und zum Beispiel ein Stückgut greift. Sollten es
nach dem Greifen keine Änderungen in der Position der
restlichen Pakete geben, kann unmittelbar ein weiterer
Greifprozess anfangen werden, ohne erneut die Umgebung
erkennen zu müssen. Die Parallelisierung dieser Prozesse
optimiert den Prozessablauf sowie die
Prozessgeschwindigkeit und die Prozesssicherheit.
4.2 Throughput
Im sogenannten Throughput einer Logistikfabrik wird der
Wert der Logistikleistung an der Ware erzeugt. Waren
werden hier zum Beispiel ausgepackt, eingelagert, veredelt,
nachbearbeitet und verpackt. Die vollständige
Automatisierung dieser Prozesse ist bis dato aufgrund der
Komplexität eine große Herausforderung. In diesem Bereich
gibt es intensive Forschungsaktivitäten hinsichtlich MenschMaschine-Kooperationen. Das Robotiksystem agiert dabei als
Helfer oder Zuarbeiter für den Menschen. Die Sicherheit des
Menschen muss stets gewährleistet sein. Ansätze hier sind
zum Beispiel reaktive Bahnbewegungen des Roboters, wenn
der Mensch mit dem Roboter in Kontakt kommt. Ein
alternativer Ansatz ist die Definition eines
Sicherheitsbereichs, in den der Mensch nicht eingreifen darf.
Hier wird bis dato eine Vielzahl von
Objekterkennungstechnologien eingesetzt, die auf der
zustandsbasierten Überwachung des Arbeitsraums basieren.
Mit diesem Prinzip verbleibt stets ein gewisses Maß an Risiko
bzgl. Kontakt zwischen Mensch und Maschine zwischen den
diskreten Kollisionsüberprüfungen. Hier kann das
Objekttracking ein Beitrag zur Steigerung der Sicherheit vor
Kollisionen leisten. Die Erstellung von 3D-Videos ermöglicht
die permanente Überwachung der Szenerie bzgl. Position
des Menschen und Position des Robotiksystems.
An einem zweiten Beispiel, Palettierung und Depalettierung
von Kunststoffkisten und Versandhaus-Katalogen lassen sich
die Potenziale des Objekttrackings sehr gut darstellen.
Logistikdienstleister palettieren und depalettieren
quaderförmiges Stückgut.
Beladezyklus ab und passt die Beladestrategie dieser
Änderung des Szenarios an.
5. Fallbeispiel
Diese Waren können sowohl Kunststoffkisten als auch
Versandhauskataloge sein. Eine Palette Versandhauskataloge
kann zum Beispiel eine hohe Stückgutvariabilität oder die
ungeordnete Stapelsituation aufweisen. Des Weiteren
können die Kataloge eingeschweißt oder mit zu einem
Gebinde verstrapst sein. Paletten sind mit Zwischenlagen
versehen, die aus Pappe oder Papier bestehen. Die
Handhabung erfolgt für diese Stückgüter generell mit einem
vakuumbasierten Flächensauger. Diese hohe Schwankung
der Prozessparametern der (De-)Palettierungsstation
erfordert bis dato den Einsatz vielzähliger Sensoren. Des
Weiteren ist es möglich, dass der Mensch eingreifen muss,
um z.B. neue Zwischenlagen einzugeben oder neu
auszurichten. Ein Objekttracking-Verfahren kann hier
einerseits die Prozesssicherheit optimieren, indem z.B. sich
verschiebende Zwischenlagen bei der Ablage von
Versandhauskatalogen auf der Palette erkannt werden.
Andererseits kann durch die reduzierte Notwendigkeit der
Sensorenanzahl erhebliche Kosteneinsparungen erzielt
werden.
4.3 Output
Im Output-Bereich von Logistikfabriken wird die Ware für die
Versendung bereitgestellt. Zum Beispiel werden sie, lose oder
palettiert, in Container verladen. Hierzu werden auf
manuellem Weg Stapler oder automatisierte fahrerlose
Transportsysteme genutzt. Ebenso werden Robotiksysteme
eingesetzt, die die Stückgüter von einem Förderband
aufnehmen und in den Container stapeln. Objekttracking
kann hier als zur Optimierung der Prozesssicherheit
eingesetzt werden.
Ein beispielhaftes Einsatzgebiet ist hier das Beladen von
Paletten oder loser Ware in einen. Herkömmliche
Beladesysteme detektieren die bereits containerisierte Ware
und fahren dann „Blind“ in den Container hinein um die
neuen Packstücke in eine gefundene Lücke zu laden. Mit
dem Objekttracking können die bereits gefundenen Lücken
während des Beladens kontinuierlich überwacht werden.
Sollte durch das eventuelle Verrutschen bereits beladener
Packtücke die Lücke blockiert sein, bricht das System der
Die Objekterkennung basiert auf einem SICK-Laserscanner
LMS-200, der auf ein Schwenkmodul der Firma Amtec
montiert ist. Der Scanner hat eine Winkelauflösung von
einem Grad und eine Reichweite von zehn Meter.
© Thyssen Krupp Krause
Abbi l du ng 5: Depal et t i erz el le i n ei ner L ogi s ti kf abr i k
Im Rahmen dieses Kapitels soll anhand eines Fallbeispiels
dargestellt werden, inwiefern ein bestehendes Robotiksystem
von den vorteilhaften Eigenschaften einer PMD-Kamera
profitieren kann. Dies wird anhand des Paketroboters aus
dem Bereich Input einer Logistikfabrik vorgestellt. Dieses
System wurde vom BIBA mit Industriepartnern entwickelt
und wird von Thyssen Krupp Krause vertrieben. Das
Robotiksystem entlädt vollautomatisch Container mit losem
Stückgut. Es besteht aus einem Roboter, der die Packstücke
aus dem Container entlädt und auf einem Teleskopband
ablegt, das die Pakete aus dem Arbeitsbereich des Roboter
wegtransportiert. Die Objekterkennung identifiziert die
Pakete im Container und überträgt diese Informationen an
die Robotersteuerung.
Abbi l du ng 6: Ent l ader obot er des BI BA I ns t it ut s und
TKK
Dieses Arbeitsprinzip hat drei wesentliche Nachteile:
– Zustandsorientierte Erkennung:
Vor jedem Greifzyklus wird eine Aufnahme des
Containerinnenraums gemacht. Diese wird ausgewertet und
auf dessen Basis eine Robotertrajektorie berechnet. Der
Greifprozess selber erfolgt „blind“. Dadurch kann der
Roboter auf Änderungen im Szenario nicht reagieren. Dies
kann als Konsequenz eine Kollision hervorrufen. As diesem
Grund muss vor jedem Greifzyklus eine neue Aufnahme und
Erkennung des Szenarios erstellt werden. Dies wirkt sich
negativ auf die Taktzeiten aus.
– Sequentielle Prozessablauf:
Das zustandsorientierte Arbeitsprinzip bedingt einen
sequentiellen Prozessablauf. Es muss stets im Vorfeld eine
Aufnahme des Szenarios vorliegen, bevor der nachfolgende
Prozess der Bahnplanung angestoßen werden kann.
Zusätzlich können keine Aufnahmen erfolgen, wenn der
Roboter im Einsatz ist, da er sich im Arbeitsbereich des
Scanners befinden könnte. In diesem Fall blockiert der
Roboterarm den Messbereich des Scanners. Eine
Parallelisierung der Arbeit ist somit nicht möglich. Dies wirkt
sich negativ auf die Taktzeiten aus.
– Dauer der Aufnahme:
Das dreidimensionale Bild wird mit einem 2D-Laserscanner
und einer Schwenkeinheit erzeugt. Dieses mechanische
Schwenken nimmt pro Zyklus zwischen einer und zwei
Sekunden Zeitaufwand in Anspruch. Dies wirkt sich negativ
auf die Taktzeiten aus.
Die Änderung der Erkennungsstrategie von einer
zustandsorientierte hin zu einer trackingbasierten
Identifizierung kann einen Beitrag zu Überwindung der
beschriebenen Probleme leisten.
Die PMD-Kamera erzeugt echte 3D-Videos und ermöglicht
dadurch die kontinuierliche Überwachung des
Containerinnenraums. Dieses ermöglicht auch die
Parallelisierung der Datenerfassung, Auswertung und
Roboterbewegung. Durch Lieferung von Videosignalen
verkürzt sich die Aufnahmezeit von ca. zwei Sekunden auf
1/25 Sekunde. All dies wirkt sich positiv auf die Taktzeiten
aus.
Desweiteren können diese Eigenschaften der PMD-Technik
die herkömmliche Objekterkennungsstrategien in
Logistikfabriken ändern. Diese basieren bisher auf 3DInformation und haben vor allem bei kleinen
Abstandsunterschieden Probleme Objekte zu vereinzeln.
Aufgrund der Schwierigkeiten der Datenfusion wurden in
der Vergangenheit die Intensitätsinformationen aus 2DKameras nicht berücksichtigt. Die PMD-Aufnahme
(Abbildung 7) zeigt ein Beispielszenario, das diese Nachteile
zeigt. In Teilbild (a) und (c) sind eine isometrische und eine
frontal Ansicht einer Stapelsituation im Container als
Intensitätsbild zu sehen. Teilbild (b) zeigt die gleiche Situation
als Tiefeninformation. Hier ist deutlich zu sehen, dass die
Erkennung der einzelnen Pakete nicht möglich ist, wenn die
Pakete zu einer sogenannten „Wand“ aufgebaut sind. Ein
herkömmliches Erkennungssystem weist hier eine hohe
Wahrscheinlichkeit einer Fehlerkennung auf. Dieses kann
durch eine einfache Detektion der Kanten aus einem
Intensitätsbild (c) gelöst werden. Teilbild (d) zeigt die
Ergebnisse einer solchen Detektion.
a
b
c
d
Abbi l du ng 7: PMD-Bi l d ei ne S t apel si t uat i on im
Cont ai ner
6. Fazit
Der vorliegende Beitrag behandelt das Thema Objekttracking
und dessen Einsatzmöglichkeiten in Robotiksystemen in
Logistikfabriken. Objekterkennung in der Logistik ist ein
zentraler Erfolgsfaktor für den Betrieb von Robotiksystemen
mit der geforderten Prozessgeschwindigkeiten und
Prozesssicherheiten. Aufgrund der volatilen und
dynamischen Prozessumwelt und deren geringe
Prozessstandardisierung übernimmt die Objekterkennung die
Aufgabe, sich ändernde Prozessumwelten zu detektieren
und das Robotiksystem daraufhin anzupassen.
Repräsentative Anwendungen in den Bereichen Input,
Throughput und Output in Logistikfabriken wurden
vorgestellt. Hier werden die typischen Aufgabenstellungen
für Objekterkennungssysteme dargestellt. Bis dato werden
diese Aufgaben mit unterschiedlichen Erkennungstechniken
durchgeführt. Dies können u.a. sowohl Laserscanner als auch
CCD-Kameras sein. Sämtliche Erkennungstechniken werden
jedoch nach dem Prinzip der zustandsbasierten Erkennung
implementiert. Die zustandsbasierte Erkennung nimmt in
diskreten Zeitintervallen die prozessuale Szenerie auf und
leitet daraus die Roboterbewegungen und –aktionen ab.
Dies bedingt zum Einen einen sequentiellen Prozessablauf
des Robotiksystems und zum anderen das fehlende Wissen
der Szenerie zwischen den Erhebungen der
Szenariozustände. Das Robotiksystem reagiert somit erst mit
der Erhebung des nächsten Zustands auf eine geänderte
Szenerie. Dies gefährdet Prozessgeschwindigkeit und
Prozesssicherheit. Ansätze des Objekttrackings sind bis dato
noch nicht in industrielle Anwendungen gebracht worden.
Dies lag bis dato an der fehlenden Reife der dafür
notwendigen Technologien.
In den letzten Jahren hat sich die PMD-Technologie
signifikant weiterentwickelt. Die Grundlagenforschung hat
die PMD-Technologie in den letzten Jahren derart
vorangetrieben, dass mittlerweile neue Generationen dieser
Kameras auf dem Markt kommerziell verfügbar sind.
Industrielle Anwendungen hierfür sind bis dato nicht
bekannt. Dieser Beitrag beschreibt die Fähigkeit der PMDKameras zur Implementierung des Objekttrackings in
roboterbasierten Prozessen von Logistikfabriken. Werden in
einem ersten Teil die Potenziale des Objekttrackings in
logistischen Prozessen dargestellt, beschreibt der zweite Teil
an einem konkreten Fallbeispiel den Einsatz von PMDKameras in einem Robotiksystem im Bereich Input einer
Logistikfabrik. Zukünftig ist dieses Verfahren in industrieller
Umgebung zu testen. Des Weiteren ist das Objekttracking in
weiteren Prozessen der Logistikfabriken zu etablieren.
7. Literaturverzeichnis
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Segmentation with a Time of Flight 3d-camera Using the
Example of a Lecture Scene.
LOGISTIKSTANDORTE DER
ZUKUNFT
--------------------------------------------------------Dipl.-Kfm. Thoralf Schuster-Gutjahr
ECE Industries und Logistics GmbH & Co. KG
Dipl.-Soz.-Wirt. Alexander Nehm
Fraunhofer SCS, Nürnberg
LEBENSLAUF
Dipl.-Kfm. Thoralf Schuster-Gutjahr
ECE Industries & Logistics G.m.b.H. & Co. KG, Geschäftsführung
Heegbarg 30, 22391 Hamburg
Telefon: 040 / 60 60 6 9423
Telefax: 040 / 6060 6 1 9423
E-Mail: Thoralf.Schuster-Gutjahr@ece.com
März 1993 bis August 1993
Deutsche Shell AG: Controlling
September 1993 bis Juni 1996:
Hermes Versand Service: Mitarbeiter Bereich Controlling / strategische
Unternehmensplanung
Juli 1996 bis Juni 1997
Dreist-Textil: Leiter Vertrieb: Import (Fernost) und Vertrieb (Europa) von Textilien
Juli 1997 bis Februar 1998
Reinecke & Associates: Personal- und Unternehmensberatung Logistik
April 1998 bis Dezember 2000
Hermes Versand Service (HVS) / Hermes General Service (HGS)
Abteilungsleiter Vertrieb HVS (April 1998 – Februar 1999)
Abteilungsleiter Vertrieb HGS (März 1999 – Februar 2000)
Bereichsleiter Vertrieb HGS (März 2000 – Februar 2001)
- Akquisition und Betreuung von key-account-Kunden
Januar 2001 bis Februar 2003
Hermes Versand Service, Bereichsleiter Serviceentwicklung, Mitglied der
Geschäftsleitung
- Ausbau Services
- strategische Kooperationen
März 2003 – Dezeber 2007
ECE Projektmanagement, Objektentwicklung, Leiter Logistics
- Aufbau der Sparte ECE-INDUSTRIES / LOGISTICS
- Akquisition und Realisierung neuer Logistikimmobilien
- Masterplanung Industrieunternehmen
Seit Januar 2008
ECE Industries & Logistics
Geschäftsführer
LOGISTIKSTANDORTE DER ZUKUNFT
Dipl.-Soz.-Wirt. Alexander Nehm, Dipl.Kfm. Thoralf Schuster-Gutjahr
1
Logistikstandorte heute auch Logistikstandorte der Zukunft?
Bevor die Frage nach den »Logistikstandorten der Zukunft« beantwortet werden kann, muss zunächst einmal
geklärt werden wo bereits heute Logistikstandorte sind
und was diese auszeichnet. Denn die Aufgabe der transparenten Bewertung von Logistikstandorten hinsichtlich
ihrer Attraktivität bzw. ihrer tatsächlichen Stärke wurde in
den vergangenen Jahren kaum beachtet. Und das, obwohl sich der Markt für Logistikimmobilien - zumindest
bis zur Wirtschaftskrise - besonders in Deutschland in den
letzten Jahren enorm entwickelt hat.
Es mangelte in Deutschland nach wie vor an wissenschaftlichen Grundlagen für eine umfassende Untersuchung. Immobilien- wie Logistikbranche finden in öffentlichen Statistiken kaum Berücksichtigung. Zudem fehlten
einheitliche Definitionen für den Begriff der Logistikimmobilie. Die Fraunhofer SCS hat im Mai 2009 die Studie
»Logistikimmobilien in Deutschland – Markt und Standorte« veröffentlicht, die erstmalig eine transparente Methodik zur Bewertung und Klassifizierung und somit zur
Vergleichbarkeit von Logistikstandorten anbietet. Die
Untersuchung bezieht sich in Ihrer ersten Version auf den
Deutschen Markt.
Der vorliegende Artikel soll zeigen, wie Logistikstandorte
generell bewertet werden können und wie die zukünftige
Entwicklung von Logistikstandorten skizziert werden
kann.
2
Vergleichbarkeit von Logistikstandorten
»Logistikimmobilien in Deutschland – Markt und Standorte«
Logistikstandorte können zum einen hinsichtlich Ihrer
Attraktivität für logistische Ansiedlungen und zum anderen bezüglich der tatsächlichen Ansiedlungsdichte in einer
Region bewertet werden. Dieses Vorgehen ermöglicht
bspw. neben der Identifikation der wichtigsten Logistikstandorte auch das »Aufspüren« von »Hidden Champions«, nämlich dann, wenn eine hohe Attraktivität einer
eher geringen Ansiedlungskonzentration gegenübersteht.
2.1
Attraktivität von Logistikstandorten
Um nicht »Äpfel mit Birnen« zu vergleichen und Standorte bzgl. Ihrer Attraktivität für die logistische Nutzung
bewerten zu können, müssen Bewertungsfaktoren auf
gemeinsamer geografischer Zuordnung gefunden werden. 438 Kreise in Deutschland bieten eine gute Vergleichbarkeit, da diese statistisch vergleichsweise gut
erfasst sind. Die zur Attraktivitätsbestimmung relevanten
einzelnen Standortfaktoren, sowie deren Gewichtung
werden letztlich von den Investoren bzw. den Nutzern
von Logistikimmobilien bestimmt. Unterschiedlichste
Parameter können eine Standortentscheidung positiv oder
negativ beeinflussen.
Dreierlei zusammenfassende Faktoren gilt es dabei zu
unterscheiden, die für jeden Kreis dargestellt und indiziert
werden können. Die Abbildung zeigt, wie sich letztlich ein
Indexwert der Attraktivität von Logistikstandorten auf
Kreisebene ermitteln lässt. Sie stellt ebenso die Gewichtung und die Detailtiefe der Einzelfaktoren dar.
Abbildung 1: Attraktivitätsindex
Angebotsfaktoren:
Standortentscheidungen hängen in erster Linie von den
Angeboten der einzelnen Kreise ab. Hierzu zählen vor
allem infrastrukturelle Angebote des Standortes, wie die
Anbindung an Autobahn, an Flug-, See- und Binnenhafen
oder an Schiene bzw. multimodale Umschlagsmöglichkeiten. Zur Angebotsseite der Standorte zählen zudem Kostenaspekte, wie Miet-, Lohn- oder Grundstückspreise.
Letztlich ist vor allem die strategische Lage des Standorts
von Bedeutung.
Nachfragefaktoren:
Unternehmen streben bei der Standortentscheidung vor
allem strategisch langfristige Ziele an. Dies bedeutet
nachhaltige Standortattraktivität bei gleichzeitig günstigen Kosten. Logistikdienstleister achten darauf, dass der
Standort auch Auftragspotenziale nach dem »Erstauftrag« bietet. Dies lässt sich am deutlichsten an der Industriedichte bzw. am Besatz der regionalen verladenden
Wirtschaft feststellen. Wo diese hoch ist, ist die Wahrscheinlichkeit von zusätzlichem standortbezogenem
Wachstum hoch. Verlader suchen die Nähe zu ihren Kundenmärkten. Im Handelsbereich sind dabei die Ballungsräume von besonderer Attraktivität für die Logistik.
Managementfaktoren:
Hier spielen vor allem »weichere« Faktoren eine Rolle. Die
Faktoren bewerten, inwieweit eine Region »offen« für
Logistikansiedlungen ist, bzw. ob diesbezügliches Know
How angeboten wird. Nach wie vor zählt die Logistik
nicht überall zu den wünschenswerten Ansiedlungsbranchen. Auch logistikspezifische Aus- und Weiterbildungsbildungsmöglichkeiten erhöhen die Attraktivität von
Logistikstandorten.
Die folgende Abbildung zeigt sowohl die Ergebnisse aus
Attraktivitätsindex, als auch aus Intensitätsindex. Überall
dort wo beide Werte einen festgelegten Grenzwert überschreiten, kann von einer Logistikregion gesprochen
werden.
Durch die Bewertung und die Gewichtung der Einzelfaktoren auf Basis öffentlich zugänglicher Statistiken (soweit
wie möglich) kann für alle Kreise Deutschlands ein Attraktivitätswert generiert werden. Das Ergebnis zeigt sich in
der folgenden Abbildung:
Abbildung 3: Logistikregionen in Deutschland
Die Attraktivität ist hier auf Kreisebene grau hinterlegt.
Die Intensität ist den gelb/roten Einfärbungen auf 5stelliger Postleitzahlebene zu entnehmen.
Überall dort wo Attraktivitätsindex und Intensitätsindex
einen Index-Grenzwert überschreiten kann man von einer
TOP-Logistikregion sprechen.
Abbildung 2: Logistik-Attraktivität in Deutschland
Vor allem die Ballungsräume schneiden hier durch ihr
attraktives wirtschaftliches Umfeld positiv ab. Hier entstehen kontinuierlich logistische Aufträge. Ebenfalls zeigen
sich Knotenpunkte an strategisch wichtigen Achsen mit
guter Infrastruktur und/oder multimodalen Umschlagsmöglichkeiten hoch attraktiv (u.a. Bad Hersfeld, Ulm).
2.2
Intensität von Logistikstandorten
Der Attraktivitätsindex zeigt vor allem das theoretische
Potential von Logistikstandorten. Allerdings gibt er keinerlei Informationen darüber, wie erfolgreich der Standort
für Logistikansiedlungen tatsächlich ist. Dieser Aufgabe
kommt der Intensitätsindex nach. Hier werden anhand
einer Datenbank mit mehr als 5.000 Einzeleinträgen die
gebauten Quadratmeter Logistikflächen fünfstelligen
Postleitzahlgebieten zugeordnet. So kann letztlich nahezu
auf Gewerbegebietsebene ermittelt werden wo in
Deutschland wieviel Quadratmeter gebaut wurden.
Insgesamt gibt es in Deutschland 18 TOPLogistikregionen:
–
Berlin/Brandenburg
–
Bremen
–
Donau
–
Hamburg
–
Hannover
–
Kölner Bucht
–
Leipzig/Halle
–
Mitte »D«
–
Mittleres/Östliches Ruhrgebiet
–
München
–
Münster/Osnabrück
–
Niederrhein (Duisb., Düsseldorf)
–
Nürnberg
–
Rhein-Main
–
Rhein-Neckar
–
Saarland
–
Schwaben
–
Stuttgart
Wie bereits erwähnt lassen sich nun zahlreiche Interpretationsmöglichkeiten ableiten. So fällt bspw. auf, dass am
Standort Göttingen bislang kaum Logistikansiedlungen zu
verzeichnen waren. Dies war primär der fehlenden Autobahnverbindung in Richtung Osten geschuldet. Diese
Verbindung wurde nun geschlossen, wodurch der Standort deutlich an Attraktivität gewonnen hat. Keine Überraschung ist, dass es kaum nennenswerte Ansiedlungsverdichtungen abseits der Autobahnen gibt. Vielmehr zeigen
sich starke Verdichtungen vor allem an Autobahnkreuzen.
Die Auswertung der Daten deutet darüber hinaus deutlich
auf eine Abwanderung der Logistik aus den Stadtgebieten in die umliegenden Speckgürtel hin. Gerade Berlin mit
den umliegenden GVZ ist hierfür ein gutes Beispiel.
Grundsätzlich zeigt sich, dass die Logistik auch in dezentralen Lagen eine attraktive Ansiedlungsbranche darstellt
und damit zahlreiche Beschäftigungsmöglichkeiten bietet.
3
Logistikstandort ist nicht gleich Logistikstandort - Differenzierte Betrachtung einer
heterogenen Branche
Die 18 TOP-Logistikregionen lassen sich nur schlecht in
ein Ranking überführen. Wer dies tut vergleicht letztlich
wieder »Äpfel mit Birnen«. Denn ein Interessent für den
Logistikstandort Hamburg wird sich wohl kaum auch für
den Standort Bad Hersfeld interessieren oder umgekehrt.
D.h. die Standorte stehen nur bedingt im Wettbewerb.
Für strategische oder für die Drittverwendung ausgerichtete Logistikimmobilien werden je nach Logistikkonzept
Standortfaktoren wie die Anbindung an mehrere Verkehrsträger, die Verfügbarkeit qualifizierter Arbeitskräfte,
die Bevölkerungsdichte und Wirtschaftsstruktur der Region oder eine aktive Ansiedlungsunterstützung durch
Wirtschaftsförderer und Logistikinitiativen u.v.m. teilweise
sehr unterschiedlich gewichtet. Je nachdem welche Aufgabe die Immobilie im Logistikprozess des Nutzers einnimmt, kommt diesen Standortfaktoren bei der Standortwahl eine unterschiedliche Bedeutung zu:
Die folgende Abbildung zeigt fünf Standorttypen der
Logistik, die grundsätzlich voneinander unterschieden
werden müssen. Top Standorte für diese einzelnen Typen
stehen folglich wiederum sehr wohl in einem Wettbewerbsverhältnis.
Typ 1: »Import« [Orientierung: Quelle]
Logistikimmobilien an »Import«-Standorten dienen dem
gebündelten Import von in Übersee produzierten Gütern
und deren großräumiger Verteilung über mehrere Länder
hinweg. Besonders stark gewichtet wurden bei diesem
Typ vor allem die infrastrukturellen Aspekte wie Nähe
zum Seehafen oder die Möglichkeit zum Containerumschlag.
Besonders geeignet für den Ansiedlungstyp »Import« sind
vor allem die infrastrukturstarken Regionen mit Seehafenanbindung Hamburg und Bremen. Bei dieser Betrachtung
zeigt sich ein Küsten- und Hinterlandgürtel von Duisburg
über Emden, Bremen und Hamburg bis nach Rostock.
Darüber hinaus erhielten die Regionen ein positives Ergebnis, die über notwendige Kombiterminals verfügen
und somit den Containerumschlag auch im Hinterland
abbilden können. Auch Standorte mit Binnenhäfen wie
Duisburg oder mit internationalen Flughäfen wie Frankfurt und Leipzig/Halle mit hohen Mengen- bzw. Frachtvolumina sind hier an der Spitze. Nischenanbieter, da lediglich bei diesem Ansiedlungstypen attraktiv, ist hier beispielsweise die Region Rostock.
Typ 2: »Zentrale Distribution« [Orientierung: Senke]
Bei diesem Ansiedlungstyp, der zentral in Zielregionen
distribuiert, sind vor allem Autobahnknotenpunkte von
besonderer Relevanz. Hannover eignet sich als zentraler
Standort für Norddeutschland, die Region Ulm für die
Belieferung in Süddeutschland. Die Regionen in der geografischen Mitte Deutschlands mit Bad Hersfeld und
Göttingen sowie dem Gürtel von Rhein-Main bis nach
Leipzig/Halle stellen attraktive Alternativen für die zentrale
Distribution Gesamtdeutschlands dar. Zentrale Lagen für
Warenverkehre nach Südosteuropa bieten Nürnberg und
München. Kaum Relevanz hat bei diesem Ansiedlungstyp
die Logistiknachfrageseite.
Sicherlich sind vorhandene Ballungsräume und Industrieansiedlungen von Vorteil, jedoch nicht entscheidend. Da
die attraktiven Regionen dieses Ansiedlungstyps primär
außerhalb der Ballungszentren lokalisiert sind, also folglich bei Ansiedlungsentscheidungen nicht immer sofort im
Fokus der Investoren sind, ist es umso wichtiger für diese
Regionen, aktives Logistikstandortmarketing aufzubauen,
um am Markt sichtbar zu sein.
Die Region Erfurt, die in den letzten Jahren – auch durch
attraktive Logistikansiedlungen – verstärkt auf sich aufmerksam gemacht hat, stellt für diesen Typen eine interessante Alternative dar.
Typ 3: »Regionale Distribution«: [Orientierung: Senke]
Hohe Kaufkraft und hohe Einwohnerdichte, folglich der
vorhandene Ballungsraum, sind beim Typ »Regionale
Distribution« die Argumente für eine Logistikansiedlung.
Hauptsächlich Handelsunternehmen aus dem Bereich
»Food«, die ihre Filialen versorgen, sind die Hauptadressaten. Die bekannten Ballungsräume sind hier das gesamte
Ruhrgebiet, Berlin, Hamburg, München, die Kölner Bucht,
Rhein-Main, Stuttgart und Rhein-Neckar, aber auch die
Regionen Nürnberg, Hannover und Bremen sind für diese
Investitionen interessant. Die dezentralen Lagen fallen
dabei folglich stark ab, da hier keine ausreichende Nachfrage erreicht wird. Im Gegensatz zu Typ 2 sind Logistikimmobilien an Regional-Standorten für die Versorgung
nur eines Ballungsraumes zuständig. Diese kleinräumige
Distribution bietet sich besonders bei zeitkritischen Gütern an.
Typ 4: »Produktion« [Orientierung: Quelle]
Auch bei diesem Typ ist die Logistiknachfrage der entscheidende Faktor. Im Gegensatz zum Typ »Regionale
Distribution«, bei dem die Ansiedlung an den Gütersenken, also den Kunden ausgerichtet ist, orientiert sich der
Produktionstyp an der Industriedichte,
folglich der Herkunft bzw. der Quelle der Güter.
Die hohe Industriedichte gibt beim Typ »Produktion« den
entschiedenen Ausschlag. Vor allem Industriehochburgen
in Süddeutschland, Rhein-Main und NRW sollten bei
diesem Ansiedlungstyp im Fokus der Investitionen liegen.
Auch Standorte, die bisher weniger berücksichtigt wurden, wie Braunschweig/Wolfsburg, das Saarland, Halle/Leipzig, Dresden, Heilbronn, Schwaben (Ulm & Augsburg) sind interessante Alternativen.
Die Methodik der 5 Typen ermöglicht es durch eine
Umgewichtung der Faktoren jeweils spezifische Karten zu
kreieren. Standorte haben dadurch die Möglichkeit ihre
Tauglichkeit für unterschiedliche logistische Aufgaben zu
prüfen. Anschließend ist es möglich deutlich fokussierter
auf potentielle Investoren und Nutzer zuzugehen oder
identifizierte Schwachstellen zu beheben. Ebenso haben
Unternehmen die Möglichkeit die Faktoren hinsichtlich
ihrer spezifischen Anforderungen zu gewichten, um sehr
individuelle Standortoptionen passgenau zu identifizieren.
Die einzelnen Karten für die fünf Standorttypen können
der Studie »Logistikimmobilien in Deutschland – Markt
und Standorte« entnommen werden.
Aufgabe der Logistik, der hierfür errichteten Immobilien
ist die Ver- bzw. Entsorgung eines oder mehrerer Standorte der produzierenden Industrie. Um eine möglichst
schnelle Anlieferung von Produktionsteilen und Abholung
von Fertigwaren zu gewährleisten, ist die Nähe zu diesen
Produktionsstandorten von großer Bedeutung (z.B. Produktionslogistisches Zentrum eines Automobilherstellers).
Auf Basis der beschriebenen Untersuchung und durch
zahlreiche Gespräche mit Unternehmen aus Industrie,
Handel und Logistikdienstleistungswirtschaft wurden
einige wichtige Trends erkannt, die in besonderem Maße
auf die Zukunft von Logistikstandorten auswirken.
Aus Sicht der Autoren werden sich folgende Logistikstandorte in Zukunft positiv entwickeln:
Typ 5: »Strategischer Netzwerk-Logistikstandort:
Für den Ansiedlungstyp »Netzwerk« spielen neben einer
guten, möglichst multimodalen Verkehrsinfrastruktur
auch »weiche« Faktoren wie das Image eines Standorts
als Logistikregion oder eine gut ausgeprägte örtliche
Logistikbranche eine entscheidende Rolle. Die eigene
Präsenz an diesen renommierten Standorten kann Wachstums- und Synergiepotenziale für Logistikinvestoren erschließen.
Am besten schneiden hier die Knotenpunkte der deutschen Verkehrsinfrastruktur, wie Hamburg, Berlin, Frankfurt a.M., Nürnberg oder München ab. Die strategisch
günstige Lage im Verkehrsnetzwerk Europas lässt aber
auch den Raum Nordhessen, Hannover, das Ruhrgebiet
und das Saarland als attraktive Standorte erscheinen. Das
hohe Potenzial für die Logistikbranche in diesen Regionen
sollte, falls nicht bereits geschehen, gezielt durch eine
aktive Vernetzung der verschiedenen Interessengruppen
Logistikwirtschaft, Politik und Bildungsträger gefördert
werden. Diese Logistikimmobilien dienen als Umschlagspunkte und Schnittstellen zwischen den Nah- und Fernverkehrsrouten eines Transportnetzwerks. Steht die Erweiterung oder Verdichtung dieses Netzwerks im Vordergrund der Standortentscheidung, wird besonders auf eine
gute Verkehrsinfrastruktur und die Nähe zu anderen
Logistikdienstleistern geachtet. Übliche Immobilien diesen
Typs sind kleinere Umschlagsanlagen(z.B. Depot eines
Stückgut-Spediteurs), teilweise auch mit technischer Ausstattung (z.B. Sortieranlagen).
Standorte nahe der großen Ballungsräume,
da diese kaum verlagerbar sind. D.h. zum einen, dass dort
eine konstante Konsum-Nachfrage besteht, die für die
Logistik sichere Aufträge bedeuten. Davon profitieren vor
allem KEP (Kurier-, Express-, Paket-Dienstleister) und die
Konsumgüterlogistik für den Einzelhandel. Allerdings ist
in diesen Bereichen auch ein entsprechend enger Wettbewerb der Logistikdienstleister zu beachten.
4
Logistikstandorte der Zukunft
Standorte die von wachsenden/neuen Güterströmen
profitieren,
da diese für viele Unternehmen strategische Planbarkeit
bedeuten. Zum einen werden die Güterflüsse in Deutschland weiter zunehmen, Absatz-und Produktionsmärkte
sind in Bewegung Zum anderen interessieren sich bereits
heute steigende Zahl von Unternehmen zunehmend für
die Häfen im Mittelmeerraum, um durch kleinere
Feederverkehre die längere Strecke um die iberische Halbinsel bis zu den ARA-Häfen oder den deutschen Nordseehäfen Bremen und Hamburg zu sparen. Neue europäische
Einfallstore werden zukünftig entstehen. Von den neuen
Logistikketten werden vor allem Standorte im Süden
Deutschlands profitieren, die hier infrastrukturell gut
erschlossene Verteilerknoten anbieten können.
Standorte, die noch Hidden-Champions sind und sich
stark fokussieren,
da diese konkrete Unternehmensanforderungen besonders gut abbilden können. Gute Beispiele gibt es hier
genügend: Bad Hersfeld konnte sich in der Vergangenheit
in der Nische für zentrale Logistikstandorte sehr gut positionieren. Auch Göttingen hat für diesen Markt beste
Ausgangsmöglichkeiten. Auch der Bereich Schwaben, der
sich stark auf die Produktion fokussiert und Leipzig/Halle,
wo nach wie vor der Frachtflughafen für Logistikansiedlungen sorgt können hier genannt werden.
Standorte, die sich im Bereich Nachhaltigkeit frühzeitig
glaubhaft positionieren können,
da dieser Trend nicht umkehrbar ist. Im Gegenteil: Unternehmen sind immer stärker gezwungen CO2-Bilanzen
und Nachhaltigkeitsberichte nachzuweisen. Lieferketten
werden sich unter diesem Druck ändern. Schließlich wird
alles was diese Öko-Bilanzen positiv beeinflusst von Unternehmensseite zukünftig an Bedeutung gewinnen.
Zukünftig und bekanntermaßen etwas langsamer als die
Unternehmen werden deshalb auch ganze Logistikstandorte und –parks das Thema Nachhaltigkeit als Wettbewerbsvorteil für sich erkennen, wenn es darum geht
Alleinstellungsmerkmale für potentielle Ansiedler herauszuarbeiten. Der ursprüngliche Synergiegedanke der Güterverkehrszentren (GVZ) wird dabei sicherlich eine Renaissance erleben und neben ökomischen ServiceKooperationen (gemeinsame Staplerpools, Personaleinrichtungen oder Entsorgungslösungen) auch nachhaltige,
umweltschonende Lösungen beinhalten, wie bspw. gemeinsame Nutzung von Biogasanlagen. Gerade in bereits
bestehenden Logistikstandorten oder GVZ liegen deshalb
noch deutliche Potentiale der Nachhaltigkeit.
Realisiert
In Bau und Planung
bzw.
Dienstleis-
Abbildung 4: Logistikprojekte der ECE Industries und Logistics
Autor: Alexander Nehm
Die im Artikel teilweise vorgestellten Ergebnisse sind
Bestandteil der Studie »Logistikimmobilien in Deutschland
– Markt und Standorte«, die 2009 von der Fraunhofer
SCS 2009 veröffentlicht wurde. Die Fraunhofer SCS berät
Unternehmen und Standorte darüber hinaus bei der
Entwicklung von Nachhaltigkeitsstrategien.
Neben der Realisierung einzelner Projekte erarbeitet ECE
Industries & Logistics zusammen mit seinen Kunden darüber hinaus die Konzeption von Masterplänen, bei der
Standorte und große Werksareale hinsichtlich Erweiterungsmöglichkeiten, Teilbarkeiten, Teilrückzügen, Umnutzungen und Veräußerungen überprüft werden.
5
Ein Logistikstandort mit Zukunft hängt insbesondere von
folgenden Kernfaktoren ab:
Logistikstandorte der Zukunft aus Sicht eines
Projektentwicklers / Investors
1.
Aufbauend auf den zuvor dargestellten Ergebnissen und
Untersuchungen stellt sich für einen Entwickler und Investor die Frage, welche Logistikstandorte nachhaltig sind –
im Sinne von langfristig abgesicherten Investments und
damit verbundenen stabilen Rückflüssen. Die ECE Industries & Logistics entwickelt seit über 40 Jahren Industrieund Logistikimmobilien für ausgewählte Kunden an langfristig investitionssicheren Standorten. Die fast 500.000
qm Logistikflächen, die dabei realisiert wurden, befinden
sich überwiegend in den Regionen, die gemäß den
Fraunhofer-Untersuchungen zu den 18 TOP-Regionen in
der Bundesrepublik gehören.
Erfüllung der Anforderungskriterien des Kunden
Dies bedeutet zunächst die Sicherstellung der langfristigen, flexiblen, wirtschaftlichen und effizienten Nutzungsmöglichkeit durch den Kunden und mögliche Nachnutzer. Ferner gehört dazu eine größtmögliche Flexibilität
im Logistikprozess, in der Arbeitsplatzgestaltung, der Zuund Abwegung, Erweiterungs- und Teilbarkeitsszenarien
sowie eine effiziente und nachhaltige Gebäudebewirtschaftung.
2.
Einhaltung der Anforderungskriterien an einen etablierten Makrostandort
Hierzu gehört aus Sicht eines Entwicklers ein Standort
möglichst innerhalb der zuvor aufgeführten 18 TOPRegionen in Deutschland sowie die selbstverständlich
passende Verkehrsträgerinfrastruktur, auskömmliches
Planrecht für größtmögliche Ausnutzung und Flexibilität,
uneingeschränkte 24-h-Nutzung sowie ein hinreichendes
Arbeitskräfteangebot. Üblicherweise sind diese Faktoren
an den etablierten Makrostandorten gegeben.
3.
Erfüllung der Anforderungskriterien für den Mikrostandort
Hier zählen die unmittelbar für die Projektrealisierung
relevanten Eckdaten, wie insbesondere Größe und Zuschnitt des Grundstückes, Preis und Erschließungskosten,
Baugrund sowie weiteres Bebauungs- und Erweiterungspotenzial.
4.
Erfüllung der flexiblen Gebäudeanforderungen
Ein nachhaltiger Logistikstandort setzt zwingend einen
wirtschaftlichen und effizienten Zuschnitt des Gebäudes
voraus. Hierzu zählen insbesondere Teilbarkeiten, flexible
Einzelnutzungen und Erweiterungsmöglichkeiten sowie
klassisch drittverwendungsfähige Gebäudeausstattungen
/ Merkmale, wie insbesondere
-
Hallenhöhe von ca. 10 bis 12 m,
Stützenraster von mindestens 12 x 12 m,
Bodenbelastung von mindestens 5 t / qm,
min. 1 Laderampe pro 1.000 qm,
5 – 10 % Büroanteil,
ESFR-Sprinklerung,
ausreichende Tageslichtzufuhr zur Senkung des
Energieverbrauches,
ausreichende Dämmung des Gebäudes.
Darüber hinaus sollten durch moderne Haus- und Heiztechnik die Betriebskosten weitest möglich reduziert
werden, um somit das Gebäude langfristig nachvermietungsfähig zu gestalten.
5.
Erfüllung der Mietvertragsanforderungen
Langfristige Investments in Logistikstandorte setzen stabile und sichere Mietverträge voraus. Diese werden insbesondere gesichert durch bonitätsstarke Mieter, mittel- bis
langfristige Mietverträge, volle Indexierung zur Sicherung
des Werterhaltes für den Vermieter, Tragung der umfänglichen Betriebskosten durch den Nutzer / Mieter sowie
eine marktübliche Mietsicherheit.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass Logistikstandorte der Zukunft sowohl von der Makro- und Mikrolage,
als auch von der Konzeptionierung des Grundstückes und
Gebäudes sowie von der Stabilität des Erstmieters und der
Nachmieter abhängig sind. Nur der Zusammenklang aller
Faktoren ermöglicht ein nachhaltiges und gesichertes
Investment in Logistikimmobilien für Projektentwickler
und Investoren. Aus Sicht eines Kapitalgebers hängt die
Zukunftsfähigkeit eines Standortes und seiner Nutzung
davon ab, ob ein Zeitraum von mindestens 10, besser 15
oder 20 Jahren, gesichert erscheint. Schärfstes Kriterium
hierfür ist die Fragestellung, ob alle an einem Projekt
Beteiligten sich mit ihrem eigenen Kapital an einer Projektierung beteiligen würden. Wenn dies von allen Beteiligten bejaht und im Zweifelsfall auch praktiziert wird, ist
dies ein sehr hoher Gradmesser für einen langfristig zukunftsfähigen Logistikstandort und ein gesichertes Investment.
TAXIBOT – INFRASTRUKTURELLE UND LOGISTISCHE
HERAUSFORDERUNGEN BEIM
SCHLEPPEN VON VERKEHRSFLUGZEUGEN ZUM STARTPUNKT
--------------------------------------------------------Dipl.-Ing. Alexander Stern
Lufthansa Engineering & Operational Services, Frankfurt (Main)
LEBENSLAUF
Lufthansa Engineering and Operational Services
Geschäftsführer
Lufthansa – Basis
60546 Frankfurt-Flughafen
Telefon: +49 69 696 2522
Telefax: +49 69 696 6416
E-Mail: alexander.stern@lht.dlh.de
1977
Absolvierung Grundwehrdienst
1979
Studium Allgemeiner Maschinenbau an TU Darmstadt
1984
Trainee der Lufthansa in Frankfurt im Technischen Kundendienst der
Flugzeugwartung. Anschließend Team- und Gruppenleiter in der
Produktionsplanung und Steuerung für die Basiswartung in Frankfurt.
1991
Assistent des Lufthansa Technik Vorstands
1993
Übernahme der Leitung der Betriebsplanung der Wartungsstationen
innerdeutsch und weltweit.
1995
Leitung der die Produktionsplanung und Steuerung der Flugzeugmuster B747,
B777, A300 und A310 im Geschäftsbereich Flugzeugwartung.
2000
Übernahme des Bereiches Flugzeugwartung der Station Frankfurt.
2005
Leiter der Flugzeugwartung Langstrecke, verantwortlich für die Instandhaltung
der Typen A330, A340-300 und A340-600.
2008
Technischen Geschäftsführer der Lufthansa Engineering and Operational
Services. Verantwortlich für die Entwicklung/ Beschaffung von
Spezialwerkzeugen/ -fahrzeugen, die Gerätewartung, Personen-transportdienste
und das Flugzeugschleppen.
TAXIBOT – INFRASTRUKTURELLE UND LOGISTISCHE
HERAUSFORDERUNGEN BEIM OPERATIONELLEN
SCHLEPPEN VON VERKEHRSFLUGZEUGEN
1
Einleitung
Der internationale Luftverkehr ist durch ein stetiges
Wachstum gekennzeichnet. Mobilitätsbedürfnisse und die
globale Vernetzung von Wirtschaftsräumen beschleunigen
diesen Trend. Gleichzeitig wächst der Druck auf die Effizienz
der benötigten Infrastruktur und Systeme.
Flughäfen in Ballungsregionen sind baulich limitiert und
unterliegen extrem langwierigen Entwicklungsprozessen.
Politik und Gesellschaft fordern den Einsatz von
umweltfreundlichen Technologien zur Sicherung der
Lebensqualität in den Regionen.
Airlines bemühen sich, den Einsatz der Flugzeuge über eine
höhere tägliche Nutzung, effizientere Flug- und
Bodenprozesse sowie Produktoptimierungen dem schärferen
und globalen Wettbewerb zu begegnen.
Flugzeughersteller, Infrastrukturbetreiber und
Bodengerätehersteller sind mit diesen Veränderungen
ebenso konfrontiert und stellen sich der Aufgabe, diese
investitionsintensiven Technologien und Verfahren zu
optimieren.
Extrem vernetzte und voneinander abhängige Strukturen
erfordern eine integrative Vorgehensweise. Verbände,
Allianzen und andere Kooperationsformen sind nötig, um die
Veränderung zu ermöglichen. Externe Faktoren, wie
steigende Treibstoffpreise oder Umweltauflagen motivieren
zu einer Beschleunigung dieser Entwicklung.
Rollzeiten am Boden insbesondere zur Startposition, die
sogenannte Taxizeit, sind ein weiteres Merkmal effizienter
Infrastruktur. Je nach Taxizeit liegt der Treibstoffverbrauch
eines Langstreckenflugzeuges zwischen 200 kg und 700 kg.
Die Einflussgrößen auf die Taxizeit sind Wegstreckenlänge,
Streckenführung (Kreuzungsverkehr, Kurvenfahrten),
Rollgeschwindigkeit des Flugzeuges (auf 32 km/h limitiert)
und die Wartezeit bis zur Startfreigabe.
1.2 Herausforderungen
Start- und Landebahnen internationaler Flughäfen verfügen
über Längen zwischen 4 und 5 km, sodass die Wegstrecken
von der Abfertigungsposition zum Startbahnkopf in einer
gleichen Größenordnung liegen.
1.1 Merkmale der Infrastruktur
Große Start- und Landebahnsystem in Deutschland
ermögliche 50 bis 70 Flugbewegungen pro Stunde.
Die Anflugverfahren sind weitgehend treibstoff- und
emissionsoptimiert. Ein in den internationalen Gremien
behandeltes Floating Verfahren im Anflug fokusiert
Einsparungen von 150-600 kg CO2 pro Anflug.
Zu Verkehrsspitzenzeiten und im Falle von ungünstigen
Wetterlagen oder flugsicherungsbedingten Engpässen
können die Wartezeiten bis zur Startfreigabe um den Faktor
3-4 ansteigen.
Während der gesamten Rollzeit bewegt sich das bis zu 400
Tonnen schwere Flugzeug durch die Schubkraft der eigenen
Triebwerke vorwärts und verursacht Treibstoffemissionen,
Lärm und Kosten. An bestimmten Verkehrsflughäfen
kalkulieren die Piloten deshalb mehrere Tonnen Taxifuel (inkl.
Sicherheitsmarge) ein.
1.3 Idee
Lufthansa hat bereits in den frühen 90er Jahren die Idee des
Dispatch Towing, das heißt des Schleppens von flugfertigen
Flugzeugen nach der Abfertigung hin zum Startpunkt
erprobt.
Hierzu wurden mit der Firma Krauss Maffei die ersten
stangenlosen Flugzeugschlepper mit entsprechendem
Leistungsvermögen gebaut und zur Einsatzreife entwickelt.
Diese Flugzeugschlepper haben sich in ihrer Bauart bis heute
durchgesetzt und ermöglichen höchst effiziente
Schleppvorgänge.
Der Einsatz von Flugzeugschleppern für das Dispatch Towing
scheiterte allerdings an zwei Punkten.
Fehlende Einflussmöglichkeit des Flugzeugführers auf das
Schleppgespann: luftrechtlich beginnt der Flug nach dem das
Flugzeug die Abfertigungsposition verlässt. Ab diesem
Moment übernimmt der Flugkapitän die alleinige
Verantwortung für das Flugzeug und der Flugzeugführung.
Durch die fehlenden Kontrolle beim Flugzeugschlepp, fehlte
bislang die Akzeptanz der Cockpitbesatzung
Hohe Krafteinleitung am Bugfahrwerk:
Beschleunigen und Bremsen eines vollbesetzten Flugzeuges
mit einem Schlepper führt zu einer großen Belastung der
Flugzeugstruktur.
Speziell das "leicht" gebaute und ohne Bremsen
ausgestattete Bugfahrwerk wäre hierbei hohen Belastungen
ausgesetzt. Folge wären sehr hohe Instandhaltungskosten
für Fahrwerk und Flugzeugzelle gewesen.
Zwei Jahrzehnte später: Steuerungs- und Messtechniken,
sowie die Leistungsfähigkeit von Fahrantrieben sind so weit
entwickelt, dass eine Kooperation aus Unternehmen, mit
Hintergrund aus der Robotik, sowie dem Bau- und Betrieb
von Flugzeugschleppern, die Idee des Dispatch Towing
technisch neu bewertet, als operativ möglich und
angegangen wurde.
Lufthansa Engineering and Operational Services (LEOS) ist als
Konzerngesellschaft seit vielen Jahrzehnten im Bodenbetrieb
Experte für Schleppen ohne Schleppstange. Sie ist in der
Entwicklung von Dispatch Towing stark beteiligt. In
Zusammenarbeit mit Israel Aerospace Industries (IAI) hat sie
das erste durch den Piloten gesteuerte Flugzeug-Transport–
System entwickelt, das keinerlei Umbau des Flugzeugs
erfordert.
Unter der Kontrolle des Flugkapitäns und ohne laufende
Triebwerke, wird das Flugzeug zur Startbahn geschleppt.
Dies mindert die Triebwerkslaufzeiten, den
Rollkraftstoffverbrauch, den Lärm und letztendlich die
Luftverunreinigung.
Um die Funktionsfähigkeit des Taxibot-Systems vorzuweisen,
modifizierte Israel Aerospace Industries einen Stangenlosen
Schlepper der Lufthansa LEOS mit ihrem patentierten
Ankoppelsystem. Praktischen Erfahrungen konnten Piloten
der Lufthansa und von IAI mit einer Boeing B747 in Dunsfold
und mit einem Airbus A340 in Toulouse sammeln. Die
Funktionsfähigkeit wurde hierbei bewiesen und die
Akzeptanz der Piloten bestätigt.
Abbi l du ng 1: Tax i Bot währ end des Er pr oben i n
Duns f ol d (S ept 2009 bi s März 2010).
1.4 Praxistest
Lufthansa LEOS wird dem SESAR-Programm - Single
European Sky ATM Research - ein funktionierendes
Demonstrationsmodell mit dem Namen Taxibot bereitstellen.
Beim SESAR-Projekt werden optimale Flugverläufe - von
“Gate to Gate“- an realen Linienflügen simuliert.
Alle Durchläufe, vor dem Start, während dem Flug und nach
der Landung, werden optimal gesteuert und bevorzugt
behandelt. Die hierbei gewonnen Erkenntnisse über
Kraftstoffverbrauch und Zeiten sollen helfen, Flugverläufe zu
optimieren. Während diesem Programm, sollen erstmalig die
Vorteile durch Dispatch Towing im Echtbetrieb bestätigt
werden.
Die Hauptvorteile des patentierten Taxibot-Prinzips sind:
–
–
–
–
–
–
Verminderter Rollkraftstoffverbrauch
Reduzierte Bugfahrwerkbeanspruchung
Steuerung während des gesamten Rollbetriebs durch
den Pilot
Unverändert wahrgenommenes Fahrverhalten des
Flugzeugs für den Piloten
Den Piloten ist das System transparent
Keine Modifikation des Flugzeuges
2
Technische Beschreibung
2.1 Das Lenken des TaxiBots
Der Pilot lenkt das Bugfahrwerk wie gewohnt über das
Steuerrad (Tiller) im Cockpit. Das Bugfahrwerk, eingespannt
auf einer frei drehbaren Drehkreutzlattform, erkennt über
Sensoren den Lenkwinkel und überträgt diese Information an
die 4-Radlenkung des Taxibots. Durch die Zeitnahe und
exakte Übertragung der Daten, entwickelt der Piloten das
selbe „Gespür“ wie beim normalen Lenken des Flugzeuges.
Abbi l du ng 3: Di e Pl at tf or m kann hi n u nd her pen del n.
3
Das Bedienen des TaxiBots
3.1 Push Back
Der Push Back, d.h. das Herausdrücken des Flugzeuges aus
einer Abfertigungsposition erfolgt durch den Schlepperfahrer
gemäß des normalen Verfahrens für stangenlose Push-BackSchlepper:
–
–
–
–
Abbi l du ng 2: Das Bugf ahr we r k wi r d an ei ner fr ei
dr ehbar en Dr ehkr euz pl at t f orm gekl emmt.
2.2 Das Beschleunigen und das Bremsen des TaxiBots
Der Fahrantrieb vom Taxibot ähnelt dem Automatikgetriebe
eines PKW´s. Er zieht ständig leicht vorwärts, vergleichbar
wie der Schub der Düsentriebwerke im Leerlauf. Der Pilot
muss die Flugzeugbremsen betätigen, um Rollen zu
vermeiden. Löst der Pilot die Bremse, wird dies von den
Sensoren in der Drehkreuzpendelplattform erfasst. Der
Taxibot fährt langsam an und beschleunigt. Zum Reduzieren
der Fahrgeschwindigkeit, oder zum Anhalten, betätigt der
Pilot die Flugzeugbremse. Taxibot passt sich hierbei
automatisch der Bremsgeschwindgkeit an. Dadurch werden
Bremskräfte am Bugrad vermieden und die Flugzeugstruktur
entlastet.
–
Deaktivierung der Bugfahrwerkshydraulik und
Ankuppeln des Schleppers
Kommunikationsverbindung zwischen dem Pilot und
dem Fahrer herstellen
Bugfahrwerk aufnehmen und in der Plattform des
Schleppers verspannen
Flugzeug in die Rollrichtung ausrichten und Push Back
durchführen
Deaktivierung der Bugfahrwerkshydraulik entfernen
3.2 Rollbetrieb
Der Schlepperfahrer übergibt die Steuerung des Taxibots an
den Piloten indem er aus dem „Fahrermodus“ in den
„Pilotsteuerungsmodus“ schaltet. Nach dem Lösen der
Feststellbremse am Flugzeug hat der Pilot die volle Kontrolle
über den Taxibot und führt das Rollen wie gewohnt aus. Die
einzigen Unterschiede sind:
–
Alle Triebwerke sind ausgeschaltet
–
kein Kraft-stoffverbrauch
–
kein Lärm
–
keine Luftverunreinigung
–
Vermeidung von Schäden am laufenden Triebwerk
durch eingesaugte Fremdkörper (so genannte FOD)
–
Die Hilfsturbine im Heck des Flugzeuges (APU) versorgt
alle nötigen Flugzeugsysteme mit Energie (elektrisch,
hydraulisch, pneumatisch).
Während des Rollens des Flugzeugs verbleibt der
Schlepperfahrer ohne Eingriff auf die Steuerungen in der
Fahrkabine des Taxibots.
3.3 Triebwerkstart
Flugzeugtriebwerke benötigen ca. 3 Minuten Warmlaufzeit,
bevor die maximale Startleistung abgefordert werden kann.
Dieser Zeitraum ist erforderlich, um den Verschleiß gering
und das Leistungsvermögen hoch zu halten. Bei optimalem
Betrieb sollten die Triebwerke kurz vor oder während der
Abkoppelvorgangs des Flugzeugs gestartet werden.
3.4 Das Abhängen des Flugzeugs vom TaxiBot
Der Flughafenbereich zum Abkuppeln des TaxiBots vom
Flugzeug sollte im Idealfall nahe am Startbahnkopf und in
einer Fläche liegen, wo es den normalen Verkehrsfluss nicht
beeinträchtigt, z. B. in den Enteisungsflächen.
Der finanzielle Anreiz für die Fluggesellschaften besteht
darin, dass die Kosten für das Taxiing bei maximal gleichen
Prozesszeiten und abhängig vom Treibstoffpreis um bis zu
50% reduziert werden können.
Nach dem Erreichen des Trennbereichs in der Nähe des
Startbahnkopfes finden folgende Teilprozesse statt:
–
Der Pilot legt die Flugzeugfeststellbremse an
–
Der Pilot fordert den Schlepperfahrer auf, aus dem
„Pilotmodus“ in den „Fahrermodus“ zu schalten.
–
Der Schlepperfahrer setzt das Flugzeug ab
–
Der Schlepperfahrer entkoppelt das Kommunikationsgerät
–
Der TaxiBot fährt zum Betriebszentrum zurück
Gleiches gilt für Geräusch- und Abgasemissionen. Hier ist
von Bedeutung, dass sich die Luftverkehrsgesellschaften der
IATA in Copenhagen zur Beibehaltung bzw. Reduktion der
CO2 Emissionen erklärt haben und somit die Effizienz des
Taxibot-Konzeptes weitere Bedeutung erhält.
4
Potenziale
Die Vorlauf- und Entwicklungskosten des Taxibotsystems
sowie der spätere Betrieb wurden in verschiedenen Szenarien
bewertet.
5
Aktueller Stand und Ausblick
Die bedeutendsten Meilensteine des Projektes waren der Bau
und die erfolgreiche Erprobung des "Demonstrators" durch
Piloten sowie die Freigabe des Verfahrens durch Airbus.
Der Prototyp absolviert derzeit ein umfassendes
Testprogramm in Toulouse. Die Zulassung des Gerätes ist bis
Jahresende geplant.
Die Technologie ist dann einsatzreif. Der Gesamtprozess der
Abfertigungs- und Rollverfahren wird im Rahmen einer
Computer- Simulation durch die DLR sowie der Teilnahme an
dem CESAR Programm zur Durchführung extrem
"treibstoffoptimierter" Flüge bis zur produktionsreife
weiterentwickelt.
In 2011 soll der erste praktische Einsatz an einem
internationalen Verkehrsflughafen erfolgen.
IDENTIFIKATION UND TRACEABILITY VON MOBILEN
OBJEKTEN IN DER ALUMINIUMINDUSTRIE
--------------------------------------------------------Dipl.-Phys. Michael Ließmann
Aluminium Norf GmbH, Neuss
LEBENSLAUF
Aluminium Norf GmbH, Projektleiter RDIF-Projekte, Anwendungen SAP
Koblenzer Str. 120 , 41468 Neuss
Telefon: +49-2131-937 8551
Telefax: +49-2131-937 8897
E-Mail: Michael.Liessmann@alunorf.de
1987-2000
Tätig in der Chemieindustrie / Automobilzulieferer im Bereich Verfahrenstechnik,
Anlagenbau und Instandhaltung
Seit 2000
Tätig in der Aluminiumindustrie bei der Aluminium Norf GmbH mit Sitz in Neuss.
Zuständig für die Planung und Dokumentation der Instandhaltungsprozesse und
deren Abwicklung im SAP ERP.
Projektleiter diverser Projekte zur Einführung und Einbindung von RFIDTechnologie in bestehende Produktions- und Instandhaltungsprozesse.
IDENTIFIKATION UND TRACEABILITY VON
MOBILEN OBJEKTEN IN DER ALUMINIUMINDUSTRIE
1
Schwerpunkte
- Behälter-, Barren-, Kokillenverfolgung
- Ortungssytem im Recyclingcenter
- Anbindung von SAP
- Nutzen der Systeme für Produktion und Instandhaltung
2
Problematik / Anwendung
In der Lagerhalle des im November 2009 eingeweihten
Schrottrecyclingcenters der ALUNorf GmbH mit Sitz in
Neuss sollte ein System für eine intelligente chaotische
Lagerverwaltung mit automatisierter Überwachung der
Warenein- und Warenauslagerung installiert werden. Mit
diesem System sollte es in Zukunft möglich sein, alle Einund Auslagerungen zeitnah und ortsbezogen zu erfassen
und automatisiert in die Datenbank des Lagerverwaltungssystem einzutragen.
Der grundlegende Ablauf im Betrieb sieht vor, dass der
Staplerfahrer über sein BDE-Terminal einen angenommenen und durchgeführten Ein- oder Auslagervorgang per
Knopfdruck an eine Lagerverwaltungssoftware „fertig“
meldet. Die Lagerverwaltungssoftware fragt daraufhin ein
Ortungssystem ab, das die Koordinate und die Ausrichtung des Staplers und darüber die genaue Position der
ein- bzw. ausgelagerten Ware ermittelt.
Aus der Analyse der Anforderungen an das System ergaben sich zwei Lösungswege:
sich. Das gilt natürlich entsprechend auch bei der Erweiterung des Systems auf weitere Flächen. Es wurde sich für
die Entwicklung einer Hybridlösung entschieden, die in
vordefinierten, kleineren Bereichen mittels eines
optoelektronischen Identifikations- und Lokalisierungsverfahrens die geforderte Ortungsgenauigkeit sichert. Zur
ganzheitlichen Analyse der Logistikprozesse im Unternehmen wird für die Lokalisierung von Gabelstaplern eine
feldstärkebasierte Fingerprint-Ortung auf Basis von WLAN
genutzt, die niedrige Investkosten gestattet. Der Vorteil
der WLAN-Ortungsmethode liegt in der flexiblen Erweiterbarkeit. Das im Recyclingcenter eingemessene System
kann ohne Mehrkosten auf andere Gebäudestrukturen
übertragen werden, wenn in den zu beobachtenden
Bereichen eine WLAN-Infrastruktur vorhanden ist.
3
Ausblick
Die Entwicklungsarbeiten haben gezeigt, dass in der
Kombination von funkbasierten und optoelektronischen
Verfahren zur Identifikation und Ortung neuartige Systemlösungen entstehen, die speziell auf die hohen Kundenanforderungen eingehen und darüber hinaus ein sehr
gutes Preis-Leistungsverhältnis aufweisen. Die Nutzung
von Virtual Reality Szenarien erzielt hohe Einspareffekte in
der detaillierten Planung von Videosystemen, da nachträgliche Korrekturen in der Installationsphase weitestgehend wegfallen. Diese VR-basierten Planungstätigkeiten
sind weiter zu standardisieren.
- Einsatz eines klassischen funkbasierten UWBOrtungssystems
- Entwicklung einer Hybrid-Lösung in der Kombination
von optoelektronischen und funkbasierten Verfahren
Der Einsatz eines klassischen UWB-Ortungssystems in
einem solchen Umfeld erfordert eine sehr hohe Anzahl an
Empfängerstationen, um die geforderte Genauigkeit in
dem abzudeckenden Bereich zu gewährleisten. Diese
hohe Anzahl der Empfänger liegt im metallischen Umfeld,
das sich zum Teil auch noch über die Zeit verändert, begründet, da hier mit einer beachtlichen Anzahl an Reflektionen zu rechnen ist. Außerdem lässt die angegebene
maximale Lagerhöhe von 3 Meter Verdeckungen der
kleineren Gabelstapler erwarten, womit die bei UWBSystemen geforderte freie Sichtlinie zwischen Sender und
Empfänger bei einer geringen Empfängeranzahl nicht
gewährleistet werden kann. Eine hohe Anzahl der Empfängerstationen zieht hohe Anschaffungskosten nach
FAM-TELESERVICE: VON DER
IDEE ZUM STANDARD
--------------------------------------------------------Dr.-Ing. Sergiy Kaverynskyy, Dipl.-Ing. (TU) Bernd Petermann
LEBENSLAUF
Dr. Sergiy Kaverynskyy
Mitarbeiter Servicedienst
Sudenburger Wuhne 47
39112 Magdeburg
Telefon: +49 0391 63 80 607
Telefax: +49 0391 63 80 504
E-Mail: sergiy.kaverynskyy@fam.de
01.07.1994
Nationale Technische Universität „KhPI“, Kharkow, Ukraine
Fakultät für Maschinenbau, Fachrichtung „Fördertechnik, Bau-,
Straßenbaumaschinen und Ausrüstung“.
01.10.1998
Otto-von-Guericke Universität Magdeburg, Fakultät für Maschinenbau,
Teilstudium am Institut für Fördertechnik, Stahlbau und Logistik (IFSL)
Diplomarbeit, Abschluss als Dipl.-Ing.
01.09.1999
SIGMA Innovation Magdeburg
Praktikum
01.01.2000
Otto-von-Guericke Universität Magdeburg, Fakultät für Maschinenbau,
Teilstudium am Institut für Fördertechnik, Stahlbau und Logistik (IFSL) Promotion,
Abschluss als Dr.-Ing.
01.01.2002 bis heute
Mitarbeiter Servicedienst
Schwerpunkt: Entwicklung Teleservice-Systeme
FAM-TELESERVICE: VON DER IDEE ZUM
STANDARD
Dr. Sergiy Kaverynskyy, Dipl.-Ing. Bernd Petermann
1. FAM Magdeburg
FAM Förderanlagen Magdeburg ist ein mittelständiges
Unternehmen mit Hauptsitz in Magdeburg, das mit seiner
weit in das 19. Jahrhundert zurückreichenden Historie auf
eine lange Tradition als Hersteller fördertechnischer Systeme
verweisen kann. FAM stellt schlüsselfertige Anlagen für die
Gewinnung, Förderung, Lagerung, Zerkleinerung,
Homogenisierung und Verladung von Mineralien, Rohstoffen
und Gütern her. Das gerätespezifische FAM-Know-how
erlaubt es, den kompletten Service der fördertechnischen
Anlagen hinsichtlich der Wartung und Instandhaltung
innerhalb effizienter Infrastrukturen anzubieten, zu
organisieren und durchzuführen. So werden im Moment die
Kunden weltweit vom Servicedienst aus Magdeburg betreut,
mit spezifischen Ersatzteilen und aktuellen Informationen
versorgt. Neben dem zentralen Service gibt es regionale
Filialen, die sich um die landesspezifischen Projekte kümmern
und die Inspektions-, Wartungs- und InstandhaltungsMaßnahmen nach Absprache mit der Service-Zentrale in
Deutschland durchführen.
Zu den größten Service-Organisationen innerhalb der FAMGruppe gehören:
–
–
–
FAM Anlagen-Service GmbH (Deutschland) mit der
Zentrale in Peitz zur Betreuung mehrerer
Kohlekraftwerke und Tagebaue;
FAM Servicio Minera Spence (Chile), um den Integralen
Service der Kupfermine Spence von BHP Billiton zu
gewährleisten;
FAM Servicio Minera Escondida (Chile) für den Integralen
Service der Leach Pad Anlagen des Betreibers Minera
Escondida Limitada.
Auf diese Weise fungiert FAM für den Kunden nicht nur als
reiner Anlagenlieferant, sondern auch als Lösungsanbieter,
der seine Maschinen und Geräte selbstständig entwickelt
und herstellt, weltweit montiert, in Betrieb nimmt sowie im
Betrieb wartet und pflegt. Gebündelt durch die modernen
Kommunikations-Technologien bleiben die weltweit
aufgestellten Anlagen immer greifbar, so dass der Kunde
jederzeit unterstützt und betreut werden kann.
Im Rahmen der 15. Magdeburger Logistiktagung wird die
Entwicklung des eigenen Teleservice-Portfolios und dessen
Integration in das standardisierte Produktangebot des
Anlagenherstellers vorgestellt. Teleservice-Leistungen sind
heute ein fester Bestandteil der kompletten
Dienstleistungspalette des Unternehmens und werden als
eigenständige Produkte neben den Anlagen und Maschinen
der FAM angeboten.
2. Teleservice-Idee
Fernerbrachte Dienstleistungen, die unter dem
Sammelbegriff „Teleservice“ / „Remote Service“
zusammengefasst sind, werden seit Ende des 20.
Jahrhunderts intensiv diskutiert und sehr umstritten
dargestellt. In einem sind aber alle Anbieter und Anwender
einig: Teleservice eröffnet eine faszinierende Welt an neuen
Möglichkeiten, die durch strategische Ausrichtung seitens
der Anbieter auf die Kunden-Besonderheiten, sowie
entsprechende Gestaltung und Nutzung des erarbeiteten
Portfolios den wirtschaftlichen Erfolg vieler Unternehmen
zunehmend mitbestimmt. Besonders im Bereich des
konventionellen Maschinen- und Anlagenbaus werden diese
Leistungen mit dem enormen Potential immer öfter
angeboten und eingesetzt.
Für FAM, als einen klassischen Anbieter von langlebigen
Gewinnungs- und Transportsystemen, stand vor einigen
Jahren die anspruchsvolle Aufgabe, durch neue
Dienstleistungen die Wettbewerbsfähigkeit zu erhöhen,
weitere Geschäftsfelder zu erschließen, die vorhandenen
Servicefelder zu erweitern und sich durch entsprechend
qualifizierte Angebote von Billiganbietern zu differenzieren.
Die Erarbeitung eines Teleservice-Portfolios wurde als eine
der strategischen Schwerpunkte innerhalb der FAM-Gruppe
festgelegt.
3. Motivation und Vision
Folgende unternehmensinterne Anforderungen wurden an
die zu erarbeitende Lösung definiert:
–
–
–
–
–
–
Beurteilung der Anlagenfahrweise im
Gewährleistungszeitraum,
Analyse des Anlagenzustandes durch automatische
Erfassung von Maschinen- und Prozessdaten,
Senkung der Reisekosten sowie schnellere Unterstützung
im Störfall durch Nutzung von Kommunikationsmedien,
Unterstützung einer zustandsorientierte Instandhaltung,
Kundenbindung durch langfristige Serviceverträge
innerhalb sowie nach dem Ablauf der
Gewährleistungsperiode,
Informationsakquisition aus der Produktnutzungsphase.
4. Von der Idee zum Standard
Der Startschuss wurde im Jahr 1998 mit der Test-Installation
im Kraftwerk Heyden in Nordrhein-Westfalen gegeben. Das
Kraftwerk Heyden ist ein deutsches Steinkohle-Kraftwerk
und eines von siebzehn Steinkohle-Kraftwerken des
Betreibers E.ON AG.
Für FAM stand die Erprobung der Datenaufnahme und der
Kommunikationsstrecken, der Organisation und der internen
Informationsverteilung im Vordergrund. Er wurde
entschieden, folgende Arbeitsschritte zu gehen:
–
–
–
–
–
–
Aufbau eines Pilotprojektes,
Erprobung des Datentransfers,
Datenverdichtung und Aufarbeitung der Daten,
Auswertung und Nutzung der aufgenommenen Signale,
Pilotprojekt-Analyse,
Formulierung der Anforderungen zur Ausrüstung
weiterer Projekte.
leistungsfähige Servertechnik, spezielle Software zur
Verbindungssicherheit und Schnittstellen-Problematik
ermöglichen es, die Daten zu sammeln, zu speichern und zu
übertragen. Nach dem Einrichten der Datenaufnahme mit
der Kommunikation zwischen dem FAM-Stammhaus und
dem Server im Elektro-Raum der Kraftwerks-Leitwarte ist
allen Projektbeteiligten bewusst geworden, dass es in
Zukunft primär um Untersuchungen in Richtung der tiefen
Diagnose des laufenden Anlagenzustandes mit der
Möglichkeit der Trenderkennung, Restlebensdauer-Prognose
und Zustandsorientierung in der Wartung von Maschinen
und Anlagen handeln wird. Nur die speziellen teil- oder
vollautomatisch ablaufenden Auswertungen der
gesammelten Daten erlauben eine umfassende begleitende
Anlagendiagnose durchzuführen und dem Wartungspersonal
entscheidende Hinweise zu erforderlichen
Instandhaltungsaktivitäten zu geben. Ohne diese Aufgaben
wandeln sich die Daten rasant zu einem Daten-Friedhof und
werden nie wieder angefasst und benutzt.
Folgende generelle Schlussfolgerungen konnten nach der
Pilotprojekt-Analyse formuliert werden:
–
–
–
–
Ab b i l d u n g 1 : F AM - L ag e rp l a tz g e rä te Kra ftw e rk He yd e n
Teleservice wird Bestandteil intelligenter DienstleistungsKonzepte.
Teleservice wird multimedial und erlaubt parallele
Übertragung von Daten, Videos und Sprache.
Teleservice wird Werkzeug zur Begleitung der Anlage
über den gesamten Lebenszyklus.
Teleservice wird zum Standardangebot im Service von
Schüttgut-Großanlagen gehören.
Die Aufgaben des aufgebauten Systems umfassten:
Genauso wurden auch die Probleme der neuen
Dienstleistungsstrategie erkannt.
–
5. Herausforderungen beim Einsatz von Teleservice
–
–
–
–
–
–
Langfristige Erfassung und Speicherung aller Signale aus
den Anlagensteuerungen durch die Installation eines
Datensammlers in der Anlagenähe.
Aufbau einer sicheren Fernverbindung ins Kraftwerk und
Datentransfer per ISDN.
Visualisierung des aktuellen Gerätezustandes.
Generierung der Alarme, Hinweise und Empfehlungen im
Ergebnis der Regel-Definition einzelner
Anlagenparameter und deren Zusammenstellungen.
Analyse des Anlagenbetriebes durch Erfassung von
Betriebsstunden und Schaltzyklen einzelner Baugruppen
und Bauteile.
Detaillierte Recherche der Störungsursachen im Störfall
durch die Erfassung und Auswertung aller relevanten
Anlagenparameter zum Zeitpunkt der Störung sowie die
Vorhistorie, um die Signal-Entwicklung nachzuvollziehen.
Optimierung der Steuerungssoftware durch den
autorisierten Fernzugriff auf die Steuerung.
Alle geplanten Aktivitäten wurden erfolgreich realisiert. Zu
den ersten Erkenntnissen gehörte damals u.a. die
Feststellung, dass die Technik eine untergeordnete Rolle im
Aufbau der zukünftigen Teleservice-Projekte spielen wird.
Elektronische Telekommunikations-Technologien,
Teleservice bringt, trotz des grundsätzlich festgestellten
Nutzens, auch Herausforderungen mit sich. Sie sind
einerseits für die Anlagenhersteller und andererseits für ihre
Kunden, die Betreiber der Anlagen, aufzuzeigen.
Nachfolgend sind die die wichtigsten erwähnt, mit denen die
FAM im Rahmen der Konzept-Entwicklung konfrontiert
wurde.
–
Organisation
Es sind die organisatorischen Veränderungen zu analysieren
und auszuwerten, die beim Servicegeber
unternehmensintern erforderlich sind. Umfassende und
interdisziplinäre Kompetenzen sind von allen Beteiligten
(beim Anbieter sowie beim Kunden) zu bringen bzw. werden
vorausgesetzt. Neue Qualifikationsprofile für
Servicemitarbeiter (Sprachen, Kundenumgang) sind
erforderlich. Auch geringe Erfahrungen mit Dienstleistungen
müssen kompensiert werden. Das Angebot der speziellen
Auswertungen oder einer Zustandsanalyse aus der Ferne
stellt enorme Anforderungen an das eingesetzte Personal
und birgt auch die Risiken einer Falschhandlung in sich, da
der visuelle Kontakt zum Produktionsprozess oder zur
Maschine oftmals komplett fehlt. Es wird auch befürchtet,
dass es durch Teleservice zu einem Verlust an persönlichen
Kontakten und Vor-Ort-Erfahrungsverlust kommen kann.
Die Interdisziplinarität der Anforderungen und hohe
Kooperationsintensität zwischen allen UnternehmensBereichen, beginnend mit der Projektierung bis zur Montage
und Inbetriebnahme, erschweren die standardmäßige
Einführung von Teleservice.
–
Teleservicefähigkeit der Maschinen
An dieser Stelle sind Auf- und Umrüstungsmaßnahmen an
bestehenden Maschinen und evtl. auch auf dem Umfeld zu
erwähnen, die aufwendig oder gar technisch unmöglich
sind, um das gezielte Niveau der Fernkommunikation zu
erreichen. Oft sind Neuentwicklungen von Steuerungen und
Bauteilen notwendig.
–
Akzeptanz und Vermarktung
Ab b i l d u n g 2 : Kom p a k t-Sch a u fe l ra d b a gg e r b ei m Ab ba u
d e s a u sg e la u g ten Ku p fe re rz e s (M i ne ra Ma n to ve rd e ,
Chile)
In den Jahren 2006 und 2007 hat FAM zwei weitere
chilenische Minen Spence und Escondida nicht nur
hinsichtlich der Projektierung, Fertigung, Lieferung, Montage
und Inbetriebnahme der kompletten Tagebau-Ausrüstung,
sondern auch für den integralen 24x7-Service und fest
installierten Teleservice-Einsatz gewonnen.
Geringe Akzeptanz von Teleservice seitens potentieller
Anwender gehört zu den Herausforderungen, die durch
gezieltes Marketing und Aufklärungsarbeit gelöst werden
können, z.B. durch die Erhöhung der System-Transparenz
sowie Darstellung komplexer Zusammenhänge in den
technisch-informationellen Beziehungen zwischen den
Teleservicepartnern. Die Immaterialitätseigenschaft erschwert
es zusätzlich dem Servicegeber, den Nutzen bzw. Mehrwert
von Teleservice dem Betreiber zu vermitteln.
Die Lösung ist die Strategie, im Rahmen einer langfristig
konzipierten Zusammenarbeit zwischen den Serviceparteien
den Anwendern die Sicherheit vor missbräuchlicher
Ausnutzung von z.B. sensiblen Anlageninformationen,
bestimmten Ereignissen oder Kennzahlen zu geben. Der
Kunde fühlt sich „beobachtet“, unsicher und lässt oft
generell keine Fernzugriffe in die internen Netzwerke zu.
6. FAM-Teleservice in Chile
Nach der Analyse der Pilot-Installation und erkannten
Problemstellen wurde ein FAM-Teleservice-Konzept erstellt,
in dem man einzelne Entwicklungen und Komponenten in
Form von Leistungspaketen gebündelt hat, die
standardmäßig zu jedem Projekt im Vertrieb als ZusatzPosition angeboten werden. Dieses Konzept wurde im Jahr
2003 im chilenischen Tagebau Minera Mantoverde des
Kunden Anglo American erfolgreich umgesetzt. Zum
Teleserviceumfang gehörten 6 Anlagen, deren Steuerungen
via Internet angesprochen werden konnten, eine
permanente Datenaufnahme mit der Anbindung an ein
Instandhaltungs-Managementsystem und weitere
Teleservice-Komponenten, wie fest installierte
Schwingungsüberwachungssysteme, elektronische
Ersatzteilkataloge und eine Online-Projekt-Dokumentation,
die per Fernzugriff weltweit verfügbar waren.
Ab b i l d u n g 3 : Au fh al d u n g ssyste m (M i ne ra Sp e nc e ,
Chile)
Zum Einsatz kamen neben den bewährten Komponenten die
Thermographie-Inspektionen, mobile SchwingungsMessungen, kundenspezifische Web-Portale, umfangreiches
Berichtswesen und der Aufbau eines Service-Netzwerkes mit
entsprechenden Sicherheits-Mechanismen, damit die ondemand-Unterstützung seitens des Stammhauses reibungslos
funktioniert.
Ab b i l d u n g 4 : Wel tw e i te E rre ic h b a rk e i t de r F AM Se rv i c e -Stü tz p un k te
Das Teleservice-Portfolio ist flexibel aufgebaut. In
Abhängigkeit vom Projektinhalt, Installationsort sowie
vorgegebenen Rahmenbedingungen werden die Lösungen:
–
–
–
–
–
Ab b i l d u n g 5 : Th e rm o g ra p h i eb i l d e i n e s
B a n d a n trie b -E l ek tro m o to r s
(M i n e ra Sp e nc e, C h i le )
zur Anlagenüberwachung und Diagnose,
zur Unterstützung der Anlageninstandhaltung,
zur Versorgung des Betreibers mit den Ersatzteilen,
zur Anlagendokumentation und Schulung,
zum Berichtswesen und Knowledge Network
angeboten. Am Ende sichert ein gesunder Mix der sinnvoll
kombinierten Leistungen den Erfolg in der AnlagenBetreuung und Senkung der Instandhaltungskosten.
7. FAM-Teleservice 2010
Die FAM wird ihr Angebot an Dienstleistungen in den
nächsten Jahren weiter ausbauen und entwickeln. Das
Dienstleistungs-Portfolio wird zum entscheidenden
Wettbewerbsfaktor. Im Mittelpunkt aller Veränderungen
steht weiterhin der Kunde. Nur wer seine Produkte und
Dienstleistungen kundenorientiert entwickelt und
präsentiert, wird sich erfolgreich gegenüber dem
Wettbewerb differenzieren können. Für den Erfolg einer
Dienstleistung ist es wichtig, dass die Prozesse und
Potenziale der Leistungen systematisch geplant und
entwickelt werden. Für die Servicequalität ist das Erkennen
der Kundenanforderungen eine entscheidende Grundlage.
Mit der systematischen Entwicklung und Erweiterung des
Teleservice-Portfolios hat FAM eindeutig den Nerv der Zeit
getroffen.
Das Teleservice-Tätigkeitsfeld des FAM-Servicedienstes im
Jahr 2010 umfasst das Konzipieren, Projektieren,
Implementieren und Inbetriebnehmen komplexer (Fern)Überwachungssysteme sowie die Unterstützung bei ihrem
Betrieb und ihrer Anwendung, das Erarbeiten der
Kundenlösungen für die Instandhaltung und die
Durchführung von Messungen zur Analyse des
Anlagenzustandes während der flexiblen Service-Einsätze.
Ab b i l d u n g 7 : Sc hw i n gu n g sme ssu n g am Ha mm e rb rec h e r
(So to , Sp a n i e n )
Ab b i l d u n g 6 : Be i sp i e l d e r B ed i e n ob e rfl äc h e e i n e s
e l e k tro n i sc h e n E rsa tz te il - Ka ta l og e s
(F AM -i n te rn e Da rste l l u n g )
8. Organisatorischer Ausblick
Sehr gute Servicequalität mit einem breiten Spektrum an
Dienstleistungen für einen angemessenen Preis ist die
langfristige Strategie der FAM-Service-Organisation. Diese
Strategie wird als Differenzierungsstrategie betrachtet. Hier
steht das Angebot qualitativ hochwertiger Produkte und
Dienstleistungen im Vordergrund, die sich gegenüber dem
Wettbewerb durch einen hohen Zusatznutzen auszeichnen.
Die konventionellen Dienstleistungen, wie Montage,
Inbetriebnahme, Ersatzteildienst, Beratung, Wartung,
Reparatur und Inspektion stellen derzeit eine große
Bedeutung für die FAM-Gruppe dar. Die Bedeutung dieser
traditionellen Dienstleistungen wird auch in der Zukunft sehr
groß bleiben. Bestehende Kunden von FAM kennen dieses
Angebot, da sie es ständig in verschiedenen Varianten in
Anspruch nehmen.
Erweiterte Dienstleistungen, wie Teleservice, Thermographie,
Schwingungsüberwachung, E-Dokumentationen, weltweiter
Remote Access auf die Steuerungsprogramme haben die
Aufgabe, den Nutzen der konventionellen Dienstleistungen
und des Sachproduktes für den Kunden zu erhöhen. FAM
vergrößert sein Angebot an erweiterten, wissensintensiven
und produktferneren Dienstleistungen und wandelt sich so in
einen aktiven Anbieter von Dienstleistungen, wobei gilt, dass
nicht die Zahl der angebotenen Dienstleistungen, sondern
die Qualität und die Funktionalität dieser auf das Projekt und
den Kunden zugeschnitten, entscheidend ist. Ein genereller
Trend geht zu einer Erreichbarkeit des Servicedienstes von 24
h und 7 Tage in der Woche. Diese Erreichbarkeit wird von
den Kunden im Bereich der industriellen Dienstleistungen
sehr oft gewünscht. FAM-Service intensiviert die
Anstrengungen in diesem Bereich und untersucht die
Lösungen zum Aufbau eines Service-Portals und ServiceHelp-Desk-Systems.
–
Virtuelles Training
Diese Art der Kundenschulung erlaubt es, prozedurale
Fertigkeiten ohne Störung der laufenden Produktion zu
vermitteln, personengefährdende Abläufe zu simulieren,
Fehlerszenarien zu trainieren und noch nicht realisierte oder
aufwändige Prozesse zu analysieren.
In Richtung aktiver Vermarktung der FAM-Dienstleistungen
wurden die Anforderungen der Kunden untersucht und mit
den derzeit eingesetzten Medien verglichen. Fazit: Die
Kunden fühlen sich sehr oft nicht ausreichend über die
Dienstleistungen informiert und es besteht eine Differenz
zwischen den eingesetzten und den gewünschten Medien.
Drei aus Kundensicht wichtige Marketinginstrumente sind
der Newsletter, ein Service-Flyer und die Darstellung von
Referenzen.
9. Technischer Ausblick
Qualitativ neue Erkenntnisse im Anlagenservice bringen neue
Technologien und Messwerkzeuge, mit deren Hilfe das
Bedien-, Wartungs- und Instandhaltungspersonal mit
Informationen unterschiedlichster Natur versorgt wird, um
die Einsatz-Entscheidungen schnell und sicher zu treffen.
Diese Informationen sind in der modernen Zeit fast zu 100%
digital vorhanden und können weltweit ohne großen
Aufwand übertragen werden. Das Vorhandensein solcher
Quelldaten stellt eine ideale Basis für das Angebot und die
Erbringung der Teleservice-Leistungen.
FAM bleibt ständig am Ball, verfolgt die aktuellen
Entwicklungen, evaluiert das praxisorientierte Potential und
setzt diese weltweit ein. Im Weiteren werden einige Beispiele
zu den aktuellsten Forschungsrichtungen aus den Bereichen
der Messtechnik und der Software dargestellt:
–
Akustische Zustandsanalyse mit dem Ziel, Ursachen und
Wirkungszusammenhänge von betriebsbedingten
Geräuschemissionen der Anlage zu analysieren und zu
dokumentieren.
Ab b i l d u n g 9 : Vi rtu e ll e r Si m u la to r e i n e s
k o n ti n u i e rli c he n Sc hiffse n tl a d e rs (F AM -i n te rn e
Da rste l l u n g )
Im Moment laufen die Untersuchungen zum
handlungsgerichteten Einsatz im Bereich der Endoskopie und
optischer Überprüfung an Bauteilen mit Bildkommunikation.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass durch die
zunehmende Digitalisierung, weltweite Vernetzung und
grenzenlose Kommunikation immer wieder neue
Problemstellungen und Einsatzfelder der altbekannten sowie
noch nie da gewesenen Technologien entdeckt werden.
Bedingt durch den technischen Fortschritt und den ständigen
Wandel der oft gesättigten Märkte mit starkem
Preiswettbewerb ist die Entwicklung und Verbesserung von
Dienstleistungen ein nicht endender Prozess.
Ab b i l d u n g 8 : Vi su al i si e ru n g Ge rä u sc h e mi ssi o n a n
L a g e rp la tz ge rä te n (M l a dá B o l e sla v , T sch ec h i sch e
R e p u b l ik )
ANTIZIPATIVE VERÄNDERUNGSPLANUNG INTRALOGISTISCHER SYSTEME ALS
BEITRAG ZUR WANDLUNGSFÄHIGKEIT VON PRODUKTIONSSYSTEMEN
--------------------------------------------------------Dipl.-Wirt.-Ing. André Wötzel
TU Dortmund
Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML, Dortmund
LEBENSLAUF
Dipl.-Wirt.-Ing. André Wötzel
Lehrstuhl für Fabrikorganisation, Wissenschaftlicher Mitarbeiter
TU Dortmund, Lehrstuhl für Fabrikorganisation
Leonhard-Euler-Straße 5, 44227 Dortmund
Telefon: +49 (0) 231/ 755 5770
Telefax: +49 (0) 231/ 755 5772
E-Mail: woetzel@lfo.tu-dortmund.de
03.01.1983
Geboren in Zwickau
01.09.1989 - 30.06.2001
Schulzeit mit Abschluss Abitur in Schneeberg
01.09.2001 – 31.05.2002
Ableistung des Grundwehrdienstes in Halle / Saale und Bad Frankenhausen
01.10.2002 – 31.03.2008
Studium des Wirtschaftsingenieurwesens an der TU Dortmund mit dem
Abschluss Diplom
01.11.2004 - 01.06.2006
Studentische Hilfskraft am Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik, Abt.
Verpackungs- und Handelslogistik in Dortmund
01.08.2006 – 05.01.2007
Auslandssemester an der JAMK University of Applied Sciences in Jyväskylä,
Finnland
01.08.2007 – 31.12.2007
Diplomand bei der AluNorf GmbH in Neuss
Seit 01.04.2008
Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Fabrikorganisation in Dortmund.
LEBENSLAUF
Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik, Instandhaltungslogistik
Fraunhofer IML
Joseph-von-Fraunhofer-Straße 2-4, 44227 Dortmund
Telefon: 0231 9743 188
Telefax: 0231 9743 77188
E-Mail: gerhard.bandow@iml.fraunhofer.de
Jahrgang 1959
10/1978-09/1984
Studium der Allgemeinen Elektrotechnik an der Technischen Universität
Dortmund, Abschluss Diplom
10/1984-06/1987
Software-Ingenieur bei der Krupp Atlas Elektronik GmbH in Bremen
07/1987-11/1988
Software-Ingenieur bei der Gesellschaft für Prozessautomatisierung mbH in
Dortmund
Seit 12/1988
Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut für Materialfluss und
Logistik in Dortmund
2001
Promotion
2009
Habilitation für das Fach „Industrielles Instandhaltungs- und
Servicemanagement“
Seit WS 1999/2000
Lehrauftrag der TU Dortmund für die Vorlesung „Instandhaltungsmanagement I
& II“
Seit 2005
Stellvertretender Leiter der Stipendiatenklasse „Instandhaltungslogistik“ der
Graduate School of Production Engineering and Logistics an der Technischen
Universität Dortmund (seit Oktober 2009 als Graduate School of Logistics
weitergeführt)
Seit 2008
Stellvertretender Vorsitzender des wissenschaftlichen Beirats des Forums Vision
Instandhaltung e.V.
Seit 2009
Mitarbeit im Curriculumsbeirat für den dualen Studiengang „Industrielles
Servicemanagement“ an der Fachhochschule Dortmund
ANTIZIPATIVE VERÄNDERUNGSPLANUNG
INTRALOGISTISCHER SYSTEME ALS BEITRAG
ZUR WANDLUNGSFÄHIGKEIT VON
PRODUKTIONSSYSTEMEN
Dipl.-Wirt.-Ing André Wötzel, PD Dr.-Ing. habil. Gerhard Bandow
1.
Einleitung
Heutige Produktionssysteme stehen vor der
Herausforderung, schlecht prognostizierbare, dynamische
Marktbedürfnisse bei einem permanent wachsenden
Wettbewerbsdruck zu beherrschen. Produktionssysteme
müssen daher wandlungsfähig sein. Unter einem
Produktionssystem wird dabei nach Eversheim (1992: S.
2058ff) eine »technisch, organisatorisch (und
kostenrechnerisch) selbstständige Allokation von Potentialund Mittelfaktoren zu Produktionszwecken« verstanden. Zu
solch einem gehören nicht nur Elemente zur Herstellung
eines oder mehrerer Produkte, sondern vor allem auch die
Planung und Steuerung der Produktionsprozesse inklusive
der damit verbundenen logistischen Prozesse. Diese
beinhalten Transport und Lagerung von Roh-, Hilfs- und
Betriebsstoffen sowie Halb- und Fertigteilen. Die logistischen
Prozesse prägen das Logistiksystem, das aufgrund der
unternehmensinternen Ausrichtung heute als
1
Intralogistiksystem bezeichnet wird. Produktions- und
Intralogistiksystem stehen dabei in interdependenter
Beziehung. Die dynamischen Anforderungen an ein
Produktionssystem haben daher einen gravierenden Einfluss
auf das zugehörige Intralogistiksystem (vgl. Dulliner 2000: S.
48). Als logische Konsequenz ist ein Forderungsgerechter
Betrieb intralogistischer Systeme ebenfalls dynamischen
Anforderungen unterworfen, die zu wechselnden
Auslastungen von Kapazitäten führen (Figgener 2006: S.
26ff). Durch die unterschiedliche Nutzung der Kapazitäten
entstehen Über- oder Unterlasten, die die geplante
wirtschaftliche Leistungsfähigkeit und Verfügbarkeit eines
Intralogistiksystems limitieren.
Ziel muss es sein, die durch ein Produktionssystem
induzierten, sich dynamisch verändernden Anforderungen an
die Leistungsfähigkeit eines Intralogistiksystems frühzeitig zu
erkennen, um adäquate Gegenmaßnahmen einleiten zu
können. Auf diese Weise ist es möglich, den
forderungsgerechten Betrieb von intralogistischen Systemen
sicherzustellen. Zur Realisierung dieser Zielsetzung sind
1
Intralogistik: »Die Intralogistik umfasst die Organisation,
Steuerung, Durchführung und Optimierung des innerbetrieblichen
Materialflusses, der Informationsströme sowie des Warenumschlags
in Industrie, Handel und öffentliche Einrichtungen« (Arnold 2006: S.
1).
Simulationsmodelle erforderlich, die in der Lage sind, die
unterschiedliche Nutzung der einzelnen Kapazitäten in
2
Abhängigkeit von der Systemlast abzubilden. Es bedarf
einer nutzungsabhängigen Simulation, um aus ihren
Ergebnissen den notwendigen Veränderungsbedarf
abzuleiten und durch eine antizipative Veränderungsplanung
wirtschaftlich sinnvolle Maßnahmen zur Systemanpassung zu
ermitteln. Alternative Systemanpassungen sind dann
wiederum mittels Simulation zu überprüfen, um zum einen
die unter den gegebenen Rahmenbedingungen beste Lösung
zu bestimmen und zum anderen eine Verkürzung der
erforderlichen Implementierungszeit für die gewählte Lösung
zu erreichen. So kann erreicht werden, dass die
Wandlungsfähigkeit eines Produktionssystems nicht durch
die mangelnde Wandlungsfähigkeit des zugehörigen
Intralogistiksystems limitiert wird.
2.
Wandlungsfähigkeit
Als Wandlungsfähigkeit ist die Anpassung- und
Entwicklungsfähigkeit über die Phasen der Lebenszyklen
sowie aller Elemente eines Systems an veränderte
Anforderungen definiert (i.A.a. Schenk, Wirth 2004: S.9). In
diesem Kontext bedeutet (i.A.a. Schenk, Wirth 2004: S. 10f)
Anpassungsfähigkeit
–
Flexibilität (Fähigkeit einer Anpassung von einer
3
oder mehreren Potentialklassen ),
–
Variabilität (zeitliche Anpassung an veränderte
Anforderungen) und
–
Mobilität (räumliche Veränderung)
und Entwicklungsfähigkeit
–
Agilität (Eigendynamik) und
–
Vitalität (Potential zur kontinuierlichen
Verbesserung).
2
Systemlast: »Die Systemlast gibt die Menge von Leistungsobjekten
an, die in einem Betrachtungszeitraum in einen Wirkraum
(Netzwerk, Standort, System) zu definierten Zeiten
(Zwischenankunftszeiten) und in definierter Anzahl (Pulklänge)
eintreten« (Bernhard et al. 2007)
3
Potentialklassen nach (Kuhn et al.1995: S. 47) sind Personal,
Fläche, Aufbauorganisation, Steuerung etc. (in Summe sind 17
Potentialklassen definiert).
Auslöser für die Planung (Planungsanstöße oder
Wandlungsauslöser) zur Ermittlung der notwendigen
Wandlungsprozesse bei Produktions- bzw.
Intralogistiksystem sind:
–
Systemlaständerung (neue Produkte, neue Menge,
neues Sortiment etc.)
–
Kostendruck (Produktivität, Bestand,
Kapazitätsauslastung etc.) oder
–
Leistungsveränderung (Servicegrad aller Art,
Durchlaufzeiten, Termintreue etc.).
Um ein Produktionssystem entsprechend dieser
4
5
determinierbaren oder schwer determinierbaren
Planungsanstöße wandlungsfähig zu gestalten, existieren
verschiedene Möglichkeiten, die die Führung, den
Menschen, die Technik oder die Organisation eines
Unternehmens betreffen (Westkämper et al. 2000: S. 24ff).
Im Folgenden werden die genannten Planungsanstöße
anhand des Gestaltungspunktes »Technik« - exemplarisch
vorgestellt, da an diesem Beispiel der Einfluss der
Wandlungsfähigkeit auf ein intralogistisches System
besonders plakativ verdeutlicht werden kann.
Eine Systemlaständerung kann beispielsweise die Erhöhung
der Anzahl zu produzierender Produkte über einen längeren
Zeitraum zur Folge haben. Das Produktionssystem muss
dieser Änderung Rechnung tragen. Sind die vorhandenen
Produktionsanlagen nicht in der Lage, die neue
Produktionsmenge zu produzieren, führt der
Produktionsmengenanstieg (zum Beispiel aufgrund der
Erschließung eines neuen Marktes) zu einem Bedarf nach
Investitionen in zusätzliche Anlagen. Das dazugehörige
Intralogistiksystem muss dementsprechend die logistischen
Prozesse anpassen. Eine größere Menge bedeutet, dass die
Ver- und Entsorgung der einzelnen Produktionsstationen neu
angepasst werden muss. Für die Neukonzeption bieten die
17 Potentialklassen des Dortmunder Prozesskettenmodells
(Erhöhung der Pufferfläche, Neupriorisierung der
Förderprozesse zwischen Quelle und Senke, neue Stetigbzw. Unstetigförderer etc.) einen bewährten Rahmen zur
Identifikation und Verortung von Maßnahmen zum Wandel
der Prozesse.
Ein weiterer Wandlungsauslöser ist ein erhöhter Kostendruck
auf ein Unternehmen. Dieser kann sich beispielsweise durch
einen zu hohen Bestand im Lager bemerkbar machen. Ein zu
hoher Bestand im Lager wird in einem Ganzheitlichen
Produktionssystem als Verschwendung angesehen und
indiziert meist eine Überproduktion von Produkten (vgl.
Erlach 2007: S. 107). Möglichkeiten um Lagerbestände zu
reduzieren, bieten unter anderem neue Logistikkonzepte,
4
Determinierbar: „vorhersagbare“ Engpässe / Über- oder
Unterlasten (z.B. Ressourcenauslastung) sowie institutionelle
Terminvorgaben (z.B. juristisch-rechtliche / vertragliche Vorschriften)
(vgl. SFB 2010: S. 708).
5
Schwer determinierbar: schwer „vorhersagbare“ Störungen /
Ausfälle (z.B. Ressourcenausfälle) sowie politisch, konjunkturelle
Ereignisse / Katastrophen (z.B. Wirtschaftskrisen, Hallenbrand) (vgl.
SFB 2010: S. 708).
wie zum Beispiel Just-in-Time- oder Just-in SequenzLieferkonzepte. Eine Just-in-Time-Steuerung in einem
bestehenden Intralogistiksystem zu etablieren, ist allerdings
mit einem gewissen Wandlungsaufwand verbunden, der
nicht zu unterschätzen ist.
Eine Leistungsveränderung beispielsweise durch Änderungen
der Durchlaufzeit stellt einen weiteren Wandlungsauslöser
dar. Eine Durchlaufzeitverringerung kann als Reaktion auf
eine veränderte Wettbewerbssituation auftreten. Um eine
Verringerung der Durchlaufzeit eines Auftrages zwischen
Quelle und Senke eines Unternehmens realisieren zu können,
ist es notwendig die Produktionszeit sowie die Prozesszeit
der Logistikprozesse zu optimieren. Eine mögliche
Maßnahme bei intralogistischen Systemen kann eine
Erhöhung der Fördergeschwindigkeit oder der Einsatz von
mehr Personal bei Kommissionier- oder Palettierstationen
bedeuten, die eine Änderung der Steuerung von
intralogistischen Prozessen erfordern können.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass unter
Wandlungsfähigkeit eine Systemeigenschaft zu verstehen ist,
die ein System in die Lage versetzt, auf determinierbare oder
schwer determinierbare Veränderungen effektiv und effizient
zu reagieren. Eine innovative Möglichkeit, um proaktiv mit
Veränderungen in intralogistischen Systemen umzugehen, ist
das Dortmunder Konzept zur antizipativen
Veränderungsplanung, mit dem auf eine Wandlung agiert
werden kann (vgl. SFB 2010: S.704).
3.
Antizipative Veränderungsplanung
In der Literatur existieren verschiedene Lösungsansätze, die
die Wandlungsfähigkeit von intralogistischen Systemen
erhöhen. Beispiele, die an der Technik ansetzen, sind
kleinskalige, multidirektionale Transportmodule (vgl.
Overmeyer et al. 2010: S. 231ff), kleinskalige autonome
redundante Intralogistiksysteme (Hippemeyer et al. 2009: S.
163ff) oder eine zellulare Fördertechnik (ten Hompel 2006).
Diese technischen Innovationen werden heute bei der
Planung von neuen intralogistischen Systemen
berücksichtigt. Bestehende Systeme weisen solche
technischen Möglichkeiten in der Regel jedoch nicht auf,
wodurch der Bedarf für andere nicht technische
Lösungsansätze steigt. Zusätzlich werden intralogistische
Systeme in den Unternehmen lange genutzt. Üblicherweise
werden sie für einen Planungshorizont von rund 20 Jahren
konzipiert. Danach erfolgt eine Modernisierung, die oft auf
eine Einsatzzeit von weiteren 15-20 Jahren zielt (Bandow et
al. 2010: S. 383ff). Bei einer Anzahl von mehr als 10000
realisierten und betriebenen Intralogistiksystemen in
Deutschland ist die Forderung nach Wandlungsfähigkeit
entsprechend hoch (vgl. Dullinger 2000; S. 48f; Lange 2009).
Eine Möglichkeit bestehende intralogistischen Systeme
»wandlungsfähig« zu gestalten, bietet eine
nutzungsabhängige Simulation zur antizipativen
Veränderungsplanung. Nach Kuhn et al. (Kuhn et al. 2009:
S. 136) ist darunter »das Vorhaben, künftige notwendige
Umgestaltungsmaßnahmen in einem System, Standort oder
Eine antizipative Veränderungsplanung ist ein methodisch,
strukturiertes Vorgehen, welches mehrere Phasen (zum Teil
iterativ) durchläuft. Abbildung 1 visualisiert die Phasen und
die in den Phasen unterstützend eingesetzten Werkzeuge.
Systemlast
bestimmen
Phasen
Aktivitäten
Geplante Aufträge
Ungeplante Aufträge
Werkzeuge
Systemlastmodell
Veränderungsbedarf bestimmen
Veränderung
planen
Maßnahmen
auswählen und
überprüfen
Engpässe
ermitteln
Veränderung
umsetzen
(Kostenfilter, Qualitätsfilter etc.) eine strukturierte Suche
nach einer problemorientierten Lösung, welche sich in einem
gewissen Flexibilitäts- und Leistungskorridor (vgl. Abbildung
3) befindet.
1
3
Leistung
Netzwerk vorwegzunehmen [zu verstehen]. Sie umfasst
Aktivitäten zur vorausschauenden Identifikation von zum
Beispiel Kapazitätsänderungen in Logistik- oder
Produktionssystemen sowie die Auswahl und Planung
geeigneter Kompensationsmaßnahmen.« Als Basisgröße
einer antizipativen Veränderungsplanung gilt die jeweilige
antizipierte Systemlast.
2
Maßnahmen
umsetzen und
bewerten
Simulationsmodell
Maßnahmenfiltermodell
Bewertungsmodell
Abbi l du ng 1: Phas en un d Wer kz euge z ur anti zi pat i v en
Ver änder ungs pl an un g (Uy gu n, Wöt z el 2009 : S . 1132 ).
Zeit
Legende:
Das wesentliche Werkzeug einer antizipativen
Veränderungsplanung ist die nutzungsabhängige Simulation
eines intralogistischen Systems, der ein SimulationsRegelkreis-Modell zugrunde liegt (vgl. Abbildung 2).
Erkenntnisse
Modellierung
Regelgrößen
(betrachtete
Leistungsgrößen)
Systemlastparameter
Reales Intralogistiksystem
Simulationsmodell
Störgrößen
(Umwelteinflüsse)
Parametrisierung, wenn möglich
Kapazitätsdaten
(Über- oder Unterlast)
Experimentierbereich
Führungsgrößen
(Soll-Leistungsgrößen)
Kapazitätsharmonisierung
Regler
(Maßnahmenselektion)
Stellgrößen
Parametrisierung
Anpassungsmaßnahmen
(kurz-, mittel- oder langfristig
Abbi l du ng 2: S i mul ati ons -Regel kr ei s -Model l (v gl . Kuhn
et al. 2009 : S. 138 ; Uy gun et al . 2009 : S. 273 )
Wie aus dem Modell ersichtlich ist, wird zu Beginn die
Systemlast des zu untersuchenden Intralogistiksystems
ermittelt, womit im Anschluss die Parametrisierung des
Simulationsmodells (aktuelle und zukünftige Systemlast)
erfolgt. Im Anschluss wird ein erster Simulationslauf
durchgeführt, mit dessen Hilfe die Ergebnisse (Regelgrößen
bzw. Führungsgrößen) der Simulation ermittelt werden
können. Die anschließende Ergebnisauswertung des
eingesetzten computerunterstützten Materialflusssimulators
(Dosimis-3 der SDZ GmbH) erfolgt anhand von Graphiken
und Tabellen. Mit Hilfe der Auswertungsfunktion des
Simulators ist vom Anwender des Simulationsmodells
frühzeitig erkennbar, ob und wo Handlungs- bzw.
Veränderungsbedarf bei den Regelgrößen besteht.
Wurde ein Handlungsbedarf identifiziert, sind im nächsten
Schritt einer antizipativen Veränderungsplanung geeignete
operative, taktische oder strategische ressourcen- oder
kapazitätsbezogene Kompensationsmaßnahmen
auszuwählen. Die Auswahl erfolgt mit dem sogenannten
Maßnahmenfiltermodell (Uygun, Luft 2009: S. 213-231).
Dieses Modell unterstützt durch seine verschiedenen Filter
Obere bzw. untere Grenze eines
Leistungskorridors
Abbi l du ng 3: Ver s chi edene Lei s t ungs kor r i dor e über di e
Zei t (Kuhn et al. 2009: S. 150)
Die ausgewählte Kompensationsmaßnahme bzw.
-maßnahmen werden mit dem Simulator auf ihre Eignung
überprüft. Hierzu wird das Simulationsmodell entsprechend
der ermittelten Lösung parametrisiert und der
Simulationslauf erneut gestartet. Bei einem positiven Resultat
der Simulation, d.h. die definierten Maßnahmen erfüllen die
neuen Anforderungen, kann die Wandlungsmaßnahme
realisiert werden. Wurde keine adäquate Lösung gefunden,
werden weitere Maßnahmen mit Hilfe der
nutzungsabhängigen Simulation auf ihre Wirksamkeit
geprüft.
Im Folgenden verdeutlicht ein Anwendungsbeispiel die
praktische Umsetzung der theoretisch beschriebenen
Vorgehensweise zur antizipativen Veränderungsplanung.
4.
Anwendungsbeispiel
In Abbildung 4 ist ein Intralogistiksystem entsprechend seiner
vorliegenden Ausgangsituation (Ausgangsszenario) inklusive
der zugehörigen technischen Spezifikationen
(organisatorischen, technischen Daten) visualisiert. Die
Dimensionierung des Simulationsmodells erfolgt in diesem
Anwendungsbeispiel auf Basis von vorher festgelegten
Rahmenbedingungen.
Die Ausgangsituation stellt sich wie folgt dar: In den
Wareneingang des Intralogistiksystem gehen zu
verschiedenen Tageszeiten zum Einen sortenreine Paletten
und zum Anderen Paletten mit drei verschiedenen Artikeln
ein. Die sortenreinen Paletten werden direkt zum
Palettenlager (statisches Lager mit Regalbediengerät)
gefördert und eingelagert. Die Mischpaletten werden zuerst
in die Depalettierstationen transportiert. Dort werden die
Artikel sortenrein auf verschiedene Kleinladungsträger (KLT –
600x400x300 mm) verteilt. Die KLT werden anschließend in
x
x
-
0,5
1
1
1
0,5
1
1
1
1
1
30
15
5
4
4
4
3
4
3
2
4
4
2
3
2
6
3
1
4
2
4
3
2
3
4
2
5
3
2
3
30
10
5
4
4
4
394
394
0,45
1
4
3
3
342
171
0,19
2
Flexibilität
Bei dem vorliegendem Beispiel sind mit Hilfe des
Maßnahmenfiltermodells (vgl. Abbildung 6) die Maßnahmen
6
Verklemmung oder Engpass – Begriff aus der Informatik
Bedeutung
Zieldreieck
Eine Erhöhung der Systemlast im vorliegenden
6
Intralogistiksystem hat verschiedene „Deadlocks “ zur Folge.
Ein Deadlock kann beispielsweise bei einer der
Depalettierstationen identifiziert werden (vgl. Abbildung 5).
Zusätzlicher
Gabelhubwagen
Neupriorisierung
von Aufträgen
0,5
1
1
1
0,5
50
10
40
4
4
3
3
3
3
325 292
163 146
0,18 0,16
3
4
Q-Filter
Abbildung 5: Zeitendi agramm einer Depalettierstation
nach ei ner S ys t eml ast änder ung
o
K-Filter
Zu Beginn der Betrachtung existiert ein
computerunterstütztes Simulationsmodell, anhand dessen
die Parameter (Regelgrößen) eines Intralogistiksystems
bestimmt werden. Wenn ein Änderungsbedarf prognostiziert
wird (Systemlasterhöhung), werden die entsprechenden
Parameter in der vorhandenen Simulationsumgebung
angepasst und neu simuliert.
o
o
-
Z-Filter
Im weiteren Verlauf wird eine Systemlasterhöhung mit Hilfe
des Simulations-Regelkreis-Modells (vgl. Abbildung 2)
exemplarisch eingesteuert, um eine nutzungsabhängige
Simulation zur antizipativen Veränderungsplanung zu
verdeutlichen.
-
F-Filter
Abbi l du ng 4: S i mul ati ons model l - Aus gangs model l
o
1
1
1
1
1
Gewichtung
Qualifikation
rechtliche Voraussetzungen
physischer Zustand
psychische Einstellung
Π Spezifische Flexibilität
Kurze Umsetzungsdauer
Beschaffungszeit
Umsetzungszeit
Auflösungszeit
geringe Kosten
Einführungskosten
Anwendungskosten
Auflösungskosten
hoher Zielerreichungsbeitrag
Prozessbeherrschung
soziale Integrationsfähigkeit
Belastbarkeit
Σ Zieldreieck
absolut
relativ
Rangfolge
o
o
o
zusätzlicher
Mitarbeiter
Ressourcen
Prozess
Struktur
Lenkung
akut
chronisch
Geschwindigkeitserhöhung
Zusätzlicher Mitarbeiter
Zusätzlicher Gabelhubwagen
Neupriorisierung von Aufträgen
I-Filter
Maßnahmen
Verlauf Problemart
Die KLT werden bei Bedarf ausgelagert und zu den
Kommissionierstationen transportiert, um dort die Artikel
entsprechend der vorliegenden Aufträge zu kommissionieren
bzw. zu palettieren, bevor die Paletten zum Warenausgang
gefördert und mehrmals am Tag abtransportiert werden.
Erhöhung der Fördergeschwindigkeiten, Einsatz eines
zusätzlichen Gabelhubwagens (Wareneingang) sowie die
Erhöhung der Taktzeit durch den „zeitbegrenzten“ Einsatz
eines weiteren Mitarbeiters ermittelt worden, so dass diese
genannten Maßnahmen (Stellgrößen) im Weiteren
parametrisiert und simuliert werden.
Geschwindigkeitserhöhung
einem Kleinteilelager eingelagert, das mit zwei so genannten
MultiShuttles als Fördertechnik ausgerüstet ist.
Legende:
I-Filter: Interdependenzenfilter; K-Filter: Kostenfilter;
F-Filter: Flexibilitätsfilter; Q-Filter: Qualitätsfilter; Z-Filter: Zeitfilter
„-“ limitierende Korrelation; „o“ neutrale Korrelation;
„+“ unterstützende Korrelation
Abbi l du ng 6: Abbl ei t un g v on Maßnahmen mi t H i l f e des
Maßna hmenf i l t er model l s
Nach einem erneuten Simulationslauf werden die Regel- mit
den Führungsgrößen verglichen. Aus dem Ergebnis (vgl.
Abbildung 7) des Simulationslaufs resultiert, dass die
ermittelten Maßnahmen zur Kompensation des Engpasses
gut geeignet sind. Dementsprechend werden diese
Maßnahmen in die Realität umgesetzt.
Abbi l du ng 7: Zei t endi agr amm - Depal et ti ers t ati on
Das veränderte Simulationsmodell (vgl. Abbildung 8)
repräsentiert nun das neue, veränderte System, das als
Grundlage für die Ermittlung neuer Wandlungsbedarfe
genutzt werden kann.
Abbi l du ng 8: Ange pas s t es S imul at i ons model l mit
Ber ücks i cht i gung v on o per at i v en Maßnahmen
Das Beispiel hat veranschaulicht, dass die
nutzungsabhängige Simulation zur antizipativen
Veränderungsplanung sich durch folgende Charakteristika
auszeichnet:
–
Präventiver und proaktiver Ansatz
–
Kontinuierliche Bewertung von Auswirkungen auf
intralogistische Systeme
–
Kontinuierlicher Einsatz von Simulationsmodellen
–
Direkte Integration der Simulationsmodelle in die ITLandschaft eines Unternehmens.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die antizipative
Veränderungsplanung einen ganzheitlichen Ansatz
hinsichtlich Analyseobjekt und Funktionsumfang darstellt.
5.
Fazit
Unter einer antizipativen Veränderungsplanung kann wie im
Beitrag aufgezeigt wurde, der Prozess verstanden werden,
zukünftig notwendige »Wandlungen« eines
Intralogistiksystems modellunterstützt zu analysieren und die
abgeleiteten Veränderungsmaßnahmen entsprechend
definierter Kriterien zu bewerten. Es stellt dadurch ein
geeignetes simulationsunterstütztes Werkzeug dar, um die
Wandlungsfähigkeit von Produktionssystemen ganzheitlich
zu unterstützen.
Wichtig bei der Betrachtung der Wandlungsfähigkeit von
Produktions- und Intralogistiksystemen ist eine einheitliche
und aktuelle Datenbasis. Nur dadurch ist eine »Wandlung«
von Produktion und Intralogistiksystemen gegeben. Bei
einem unterschiedlichen Datenbestand besteht das Risiko
einer unterschiedlichen, nicht zielführende Wandlungen, so
dass nicht adäquat auf eine zukünftig prognostizierte
Situation problemorientiert agiert werden kann.
Eine antizipative Veränderungsplanung kann bisher (Ende
der ersten Phase des Sonderforschungsbereich 696,
Teilprojekt C4) nur auf determinierbare Schwankungen
angewendet werden. Zukünftig muss sie für schwer
determinierbare Veränderungen eingesetzt werden können.
Des Weiteren ist zu berücksichtigen, wie Veröffentlichungen
des Sonderforschungsbereiches 696 (Teilprojekt C3) zeigen,
dass intralogistische Systeme bzw. deren Komponenten
überdimensioniert und auf einen nutzungsgerechten und
lebenszyklusorientiertes Niveau zu reduzieren sind (Bandow
et al. 2008: S. 12ff; Wenzel, Bandow 2009: S. 142ff). Als
logische Konsequenz entsteht somit die Notwendigkeit, z.B.
Instandhaltungsmaßnahmen bei der Ableitung von
Kompensationsmaßnahmen mit in die Betrachtung
einzubeziehen. Dieses Beispiel verdeutlicht zusätzlich, dass
die bisherige Systemlast nicht mehr nur als Durchsatz eines
Intralogistik- bzw. Produktionssystems betrachtet werden
kann, sondern auf die resultierende Nutzung der
Systembereiche und -komponenten herunter gebrochen
werden muss. Dies wird zukünftig die Forschung im Rahmen
einer antizipativen Veränderungsplanung bestimmen.
6.
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Werkstattstechnik 1,2/2000.
OPTIMIERUNG DER INSTANDHALTUNGS-SUPPLY CHAIN
UND DES ERSATZTEILMANAGEMENTS AUF BASIS
EINER IT-PLATTFORM
--------------------------------------------------------Dipl.-Wirt.-Ing. Arno Schmitz-Urban, Dipl.-Wirt.-Ing. Christian Fabry, Dipl.-Wi.Ing. Gregor Klimek
FIR e. V., Aachen
LEBENSLAUF
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OPTIMIERUNG DER INSTANDHALTUNGSSUPPLY CHAIN UND DES ERSATZTEILMANAGEMENTS AUF BASIS EINER
IT-PLATTFORM
Dipl.-Wirt.-Ing. Arno Schmitz-Urban, Dipl.-Wirt.-Ing. Christian Fabry, Dipl.-Wi.-Ing. Gregor Klimek
1.
Logistische Herausforderungen der
Instandhaltungs-Supply Chain
Einer der wichtigsten unterstützenden Bereiche industrieller
Herstellprozesse ist die betriebliche Instandhaltung (IH),
welche die Leistungsfähigkeit der industriellen
Produktionsanlagen über den gesamten Lebenszyklus
sicherstellt und somit entscheidend zur Wertschöpfung eines
Unternehmens beiträgt (vgl. Abbildung 1). Mit einem
volkswirtschaftlichem Umsatz von ca. 250 Mrd. € liegt die
Instandhaltung zudem deutlich vor anderen industriellen
Branchen in Deutschland (Neuhaus 2006).
Branche
Volkswirtschaftlicher Umsatz
Volkswirtschaftlicher
Umsatz
in Mrd.
in
Mrd.
Instandhaltung
250
250
Straßenfahrzeugbau
135
135
Baugewerbe
131
131
Elektrotechnik
122
122
111
111
Ernährungsgewerbe
108
108
Chemische Industrie
50
100
150
200
250
300
Quelle: FVI und GFIN 2006
Ab b i l d u n g 1 : Vo lk sw i rtsc ha ftl i ch e Re l ev a nz d e r
I n sta
n d h a l tun
g 2 00 6
Parallel zur wachsenden wirtschaftlichen
Bedeutung
der
Instandhaltung nimmt der Anteil an vorbeugenden und
zustandsorientierten Instandhaltungsstrategien zu. Dies wird
insbesondere durch die Nutzung von InstandhaltungsPlanungs- und Steuerungssystemen (IPS-Systemen) sowie
mobilen Endgeräten unterstützt (Lorenz 2007; Schuh 2009),
was eine Zunahme an planbaren Maßnahmen zur Folge hat.
Diese höhere Planbarkeit ermöglicht im Rahmen der
Vorbereitung von Instand-haltungstätigkeiten eine
bedarfsbezogene Bestellung eines wachsenden Anteils an
Ersatzteilen.
Diese Entwicklung in der Instandhaltung führt zu einer
Erhöhung des Outsourcinganteiles im Ersatzteil-management
(ETM), um darauf aufbauend Lager-bestandsund
Beschaffungskosten zu minimieren. Dieses
Auslagerungspotential ist nicht mehr nur für C-Teile möglich
und wirtschaftlich. Auch die Bewirtschaftung höherwertiger
oder im Sinne der Anlagenverfügbarkeit kritischer Bauteile
(A- und B-Teile) kann zur Kostensenkung auf Seiten des
Anlagenbetreibers nun an externe Dienstleister vergeben
werden. Auf Grund der hohen Teilevielfalt und Anzahl von
Lieferanten im ETM sind Aggregationseffekte, die zu einer
Konsolidierung der Einzelbedarfe führen können, bisher
systemimmanent nicht gegeben. Die Folgen sind schon
heute geringe Sendungsgrößen und ein hohes
Verkehrsaufkommen durch Ersatzteil-Einzellieferungen.
In Forschung und Praxis hat die Optimierung logistischer
Abläufe der Lieferkette bezüglich nachgelagerter und
unterstützender Prozesse (Ersatzteillogistik) bislang eine
sekundäre Rolle eingenommen (Barkawi 2004). Es bieten
sich jedoch deutliche Optimierungspotentiale im Hinblick auf
Verkehrsvermeidung sowie effizientere Fahrzeug-auslastung.
In der bisherigen Transportplanung wurde der Fokus auf die
optimale Ausgestaltung von Transporten zwischen
Knotenpunkten (Hubs) in Logistiknetzwerken gerichtet
(Stadtler 2005; Polster 2002). Eine knoten-übergreifende
Betrachtung des Logistiknetzes erfolgte jedoch nur in
Einzelfällen und nicht entlang der gesamten Transportkette.
Der in Zukunft zu erwartenden Steigerung des
Verkehrsaufkommens und den damit verbundenen
Kapazitätsengpässen kann nur durch eine integrierte
Betrachtung der Transportplanung vom Lieferanten bis zum
Endkunden entgegengewirkt werden. Die relevanten
Zielgrößen bestehen in der Aufrechterhaltung der Flexibilität
sowie der Erfüllung des vom Kunden geforderten
Servicegrades bei möglichst geringem Transportaufkommen.
2.
Ziel des Forschungsprojektes MSCO
Das Ziel des vom Bundesministerium für Wirtschaft und
Technologie geförderten Projektes MSCO - Maintenance
Supply Chain Optimisation (Laufzeit 2007-2010) ist es, ein
neues Logistikkonzept für ein bedarfsgerechtes ETM in der
Instandhaltung zu entwickeln. Dieses soll durch die
Integration aller am Geschäftsprozess Beteiligten und
Synchronisation der gesamten Transportkette der MSC einen
wesentlichen Beitrag zur Minimierung des Güterverkehrs in
diesem Segment leisten. Der Fokus des Konzeptes für das
bedarfsgerechte ETM ist auf die Koordination und
Optimierung der gesamten Transport-kette für ein Ersatzteil
gerichtet: vom Produzenten über den Lieferanten bis hin
zum Endkunden. Durch die zunehmend zustandsorientierte
Datenerfassung und
-verarbeitung in der Instandhaltung ist eine höhere
Planbarkeit von sporadisch auftretenden Instandhaltungs-
ereignissen möglich (Kuhn 2006). Werden diese frühzeitig
verfügbaren Informationen nicht nur unternehmensintern als
Grundlage für Outsourcing-Entscheidungen und die
Instandhaltungsmaßnahmenplanung verwendet, sondern
darüber hinaus zeitnah an Ersatzteillieferanten und
Logistikdienstleister weitergeleitet, so kann die logistische
Bedarfsplanung und daraus folgend die Gestaltung der
gesamten Transportkette verbessert werden. Der systematische Einsatz dieser planbaren Bedarfe in der Bestandsund Tourenplanung korreliert direkt mit einem verminderten
Verkehrsaufkommen und einer Reduzierung der
Lagerbestände des Ersatzteillieferanten.
Auf Basis der Bedarfsplanung können die notwendigen
Bestände in der richtigen Höhe an der richtigen Stelle der
MSC vorgehalten werden. Dies führt unmittelbar zu einem
verminderten Verkehrsaufkommen, da beispielsweise das
Auftreten von Eilbestellungen und Sonderfahrten verringert
wird. Des Weiteren können die Ergebnisse der
Bedarfsplanung für die Tourenplanung des Logistikdienstleisters in Kombination mit der Disposition der
Servicetechniker genutzt werden, um unnötige Transporte
und Fahrtwege zu vermeiden sowie kürzere Lieferzeiten zu
realisieren.
Das neue Logistikkonzept stellt auf diese Weise, ausgelöst
durch den über ein IPS-System generierten Bedarf, die
zeitgenaue Versorgung des Endkunden (bzw.
Instandhaltungsdienstleisters) mit genau den für die
Instandhaltungsaufgabe notwendigen Ersatzteilen sicher.
3.
Dienstleistungskonzept mittels integrativer ITPlattform
Die technische Basis des neuen Dienstleistungskonzeptes für
den Instandhaltungssektor unter Berücksichtigung der
logistischen Anforderungen bildet eine IT-Plattform. Unter
Nutzung dieser Plattform übernimmt z. B. ein
Ersatzteilhändler in Form einer Komplettleistung das ETM des
Kunden und ist verantwortlich für die Gestaltung der
gesamten Transport- und Lieferkette sowie die Integration
und Steuerung aller Beteiligten (Anlagenbetreiber,
Ersatzteilhersteller, Ersatzteilhändler, Transportunternehmen, Servicetechniker, etc.) (vgl. Abbildung 2).
Dabei werden die IT-Systeme der jeweiligen partizipierenden
Unternehmen über die Plattform miteinander verbunden, so
dass die Auftragsabwicklung innerhalb des LieferkettenNetzwerkes medienbruchfrei ausgestaltet werden kann.
Manuelle Eingaben und somit ein Großteil der Fehlerquellen
hinsichtlich falscher oder unvollständiger Datensätze sind nur
noch vereinzelt notwendig. Mittels der qualitativ
hochwertigen, zentral auf der IT-Plattform vorliegenden
Auftragsdaten können die Ressourcen der
Auftragsdurchführung (Personal- und Materialressourcen)
übergreifend geplant und koordiniert werden (Transportund Distributionsplanung). Alle Beteiligten sind in die
Transport- und Lieferkette integriert, so dass die gesamte
Transportkette im Hinblick auf eine Minimierung des
Güterverkehrs in diesem Segment synchronisiert und
optimiert wird, allerdings unter strikter Berücksichtigung
weiterer Randbedingungen wie Zeitrestriktionen,
Servicequalität sowie Auftrags-priorisierung. Dabei ist eine
Reduzierung sämtlicher Kosten (Auftragsabwicklungs-,
Lager- und Bestands-, Instandhaltungsfolgekosten durch zu
späte Lieferung usw.) sowie der Anzahl der insgesamt
zurückgelegten Streckenkilometer bei einem konstant
gehaltenen Servicegrad anzustreben.
Für den Betrieb der IT-Plattform muss ein Unternehmen als
Plattformbetreiber ausgewählt werden. Aufgabe des
Plattformbetreibers ist die Bereitstellung der technisch
funktionsfähigen IT-Plattform sowie die Sicherstellung des
reibungslosen Betriebes. Der Plattformbetreiber ist dafür
verantwortlich, die vom Nutzerkreis geforderten
Funktionalitäten zu gewährleisten. Dies beinhaltet, neben
der Abbildung erforderlicher (Markt-)Funktionen und deren
Anpassung an Veränderungen der Rahmenbedingungen,
auch die Übernahme der Verantwortung für die
bereitgestellten Inhalte (z.B. Ersatzteilkataloge). Ferner bietet
der Plattformbetreiber Support bei der
Transaktionsabwicklung über die IT-Plattform.
Im Rahmen des Plattformbetriebes muss ein
Dienstleistungsportfolio mit einzelnen Leistungsbündeln
definiert werden. Abbildung 3 zeigt die Leistungspyramide
für das Dienstleistungsportfolio der IT-Plattform. Auf der
untersten Ebene der Leistungspyramide befinden sich
Einzelleistungen. Hierbei handelt es sich um einzelne Güter
oder Dienstleistungen, die unabhängig voneinander
Ab b i l d u n g 2 : Di en stl e i stu n g sp l a ttfo rm z u r Ko o rdi n a ti o n d e r I H -Ak tiv i tä te n d e r g e sa m te n M SC .
gehandelt werden (z.B. Ersatzteile). Die zweite Ebene des
Dienstleistungsportfolios enthält Leistungsbündel. Diese
Bündel setzen sich aus Einzelleistungen zusammen und
sollen einen Mehrwert für den Kunden generieren (z.B.
Ersatzteileinbau). Das Angebot auf der dritten Ebene der
Leistungspyramide beinhaltet eine strategische Partnerschaft.
Es wird eine, über den Handel von Güter und
Dienstleistungen hinaus gehende, Zusammenarbeit mit dem
Kunden angeboten (z.B. Ersatzteilbewirt-schaftung). Im
Rahmen dieser übernimmt der Plattform-betreiber definierte
Aufgabenstellungen und zeichnet sich für deren Erfüllung
verantwortlich. Die Spitze des Leistungsspektrums bildet das
Full-Service Angebot. Der Plattformbetreiber wird in die
Instandhaltungsprozesse des Instandhalters integriert und
übernimmt weitrechende Planungs- und
Steuerungsfunktionen.
Integrationsgrad
des
Kunden/Partners
Daraus folgt, dass der Ersatzteilhändler und der Instandhalter
als am geeignetsten für den Betrieb der IT-Plattform
einzustufen sind. Der Ersatzteilhändler zeichnet sich durch
seine großen Kompetenzen bei der Ersatzteilbewirtschaftung
aus und kann die IT-Plattform als zentrales Instrument zur
Bewirtschaftung mehrerer Lager nutzen. Der Instandhalter
empfiehlt sich auf Grund seiner Erfahrung bei der
Organisation und Durchführung von Instandhaltungsmaßnahmen. Er kann neben dem Einbau von Ersatzteilen
auch die komplette Instandhaltung über das elektronische
System anbieten sowie, mit Einschränkungen, die
Lagerbewirtschaftung übernehmen und zur Optimierung der
MSC beitragen.
Zur Konzeption eines Geschäftsmodells für die IT-Plattform
wird hier der Ersatzteilhändler als Betreiber der IT-Plattform
betrachtet. Dazu wird ein Geschäftsmodell (siehe Abbildung
Integration von Kundenprozessen
Verantwortung für komplette Instandhaltung,
Anlagenverfügbarkeit vertraglich garantiert
FullService
Strategische Partnerschaft
Ersatzteilbewirtschaftung
Autonome Durchführung vorgegebener
Aufgaben, Gemeinsame Ziele & Anreize
Leistungsbündel
Ersatzteilbeschaffung
Ersatzteil
-einbau
Synergieeffekte, Reduktion des
Koordinationsaufwandes
Einzelleistungen
Ersatzteile
Servicetechnikerkapazitäten
Transportkapazitäten
Produktportfolio mit
Basis Leistungen
Ab b i l d u n g 3 : Le i stu n g sp yra m id e fü r d a s Die n stl e i stu n g s -po rtfo l i o d e r IT - P l a ttfo rm
4.
Betreiberauswahl & Konzeption eines
Geschäftsmodells zum Betrieb der IT-Plattform
Vor dem Hintergrund des Forschungsprojektes, mit dem
Fokus Ersatzteillogistik und dem Ziel der Optimierung der
MSC, sind die Leistungsbündel Ersatzteilbeschaffung,
Ersatzteileinbau sowie die strategische Partnerschaft der
Lagerbewirtschaftung als besonders relevant für die Auswahl
des Betreibers einzustufen. Im Gegensatz zu den
Einzelleistungen, die lediglich die Unterstützung des Handels
durch den Plattformbetreiber umfassen, beinhalten diese
Leistungen die Möglichkeit zur Optimierung der
Maintenance Supply Chain durch den Plattformbetreiber.
Große Potenziale können insbesondere durch eine bessere
Planung der Ersatzteilbeschaffung und eine effizientere
Transportabwicklung erschlossen werden. Der Full-Service,
als Spitze der Leistungspyramide, bietet zwar die größten
Potenziale zur Optimierung, allerdings ist die Abwicklung
dieses umfassenden Leistungsspektrums über die ITPlattform auf Grund des großen Abstimmungsbedarfs und
dem erforderlichen Vertrauen aktuell noch nicht realistisch.
4) erarbeitet, welches das Leistungs-erstellungsmodell in den
Mittelpunkt stellt (Gremmel 2004). Das Geschäftsmodell
definiert die Rahmenbedingungen
für das Leistungsbündel „Ersatzteilbeschaffung“, welches die
Bestellung der Ersatzteile und die Transport-organisation
umfasst. Es lässt sich in zehn Teilmodelle zerlegen:
–
–
–
–
Das Beschaffungsmodell beschreibt, welche Leistungen
(Ersatzteile, Transportkapazitäten) vom Ersatzteilhersteller
oder Ersatzteilhändler bestellt werden müssen.
Das Leistungserstellungsmodell definiert, was für die
Abwicklung von Angebotsaufbereitung,
Angebotspräsentation, Angebotsabwicklung,
Kommunikation ET-Bedarf, Transportorganisation und
Zahlungsabwicklung nötig ist.
Das Informationsmodell benennt, welche ersatzteil- und
transportmittelbezogenen Informationen benötigt
werden.
Das Finanzierungsmodell beschreibt die Verrechnung der
verschiedenen Leistungen bzw. das Pricing, welches sich
aus den Erlösen abzüglich der Kosten ergibt.
UMWELT
Informationsmodell
Finanzierungsmodell
Erlösmodell
Leistungsangebotsmodell
LIEFERANT
Beschaffungsmodell
Leistungserstellungsmodell
NACHFRAGER
Distributionsmodell
Nachfragermodell
Wettbewerbsmodell
Ressourcenmodell (Infrastruktur, Mitarbeiter etc.)
Ab b i l d u n g 4 : Ge sc h ä ftsm o de l l z u m B e tri e b de r I T -P l a ttfo rm
–
–
–
–
–
–
Das Ressourcenmodell erfasst die Infrastruktur (Gebäude,
IT, Kommunikation) und die Mitarbeiter (Technisches
Personal, Spezialisten) die zum Betrieb der Plattform
nötig sind.
Das Erlösmodell definiert, wie durch Ersatzteile,
Transportorganisation und sonstige Einnahmequellen
Erlöse durch die Plattform zu erzielen sind.
Das Leistungsangebotsmodell erfasst, welche Leistungen
(Vertrieb von Standardteilen, Beschaffung von
Sonderteilen) unter welchen Lieferbedingungen (Zeit,
Ort) erbracht werden können.
Das Distributionsmodell beschreibt wie die Abwicklung
über die IT-Plattform erfolgen soll. Die physische
Abwicklung erfolgt dabei über die Transporteure.
Das Nachfragermodell gliedert die direkten
(Instandhalter) und indirekten Nachfrager
(Ersatzteilhersteller, Ersatzteilhändler, Transporteure)
nach Anzahl, Größe, Nachfragevolumen, Standorte etc.
Das Wettbewerbsmodell beschreibt den Markt
potenzieller Teilnehmer (Ersatzteilhersteller,
Ersatzteilhändler, Transporteure und Instandhalter).
Darüber hinaus werden potentiell vergleichbare
Plattformen betrachtet.
erfolgen. Diese Integration ist notwendig, um alle relevanten
Planungsdaten der Netzwerkpartner einbeziehen zu können.
Auf diese Weise wird die Effizienz in der MSC gesteigert.
Darüber hinaus sichert ein ständiger Austausch von Kundenund Lieferantendaten, dass die Lagerbestände optimiert und
die Ersatzteilversorgung effizient gestaltet werden können.
6.
Literatur
Barkawi, K., Monzanus, S., 2004, Effizientes
Servicemanagement und Ersatzteillogistik. Industrie
Management, Vol. 5.
Gremmel, M., 2004, Internet Commerce: B2CGeschäftsmodelle im grenzüberschreitenden
Geschäftsverkehr, ePub.
Kuhn, A., Schuh, G., Stahl, B., 2006, Studie Nachhaltige
Instandhaltung, Frankfurt, VDMA Verlag.
Lorenz, B., Rieble, I., 2007, Nutzenpotenziale für die
Instandhaltung durch Mobile und Ubiquitous Computing,
VDI-Berichte Nr. 1991, Düsseldorf, VDI Verlag GmbH.
Eingebettet in die Umwelt aus Nachfragern und Lieferanten,
aber auch anderen Stakeholdern wie z.B. den Staat, kann so
das Geschäftsmodell der IT-Plattform beschrieben und auf
dieser Basis über eine Umsetzung des Betriebs der ITPlattform entschieden werden.
Neuhaus, H., 2006, Forum Vision Instandhaltung, www.fviev.de.
5.
Schuh, G. et al., 2009, Informations- und
Kommunikationstechnologien für die Instandhaltungsplanung und –steuerung, Betriebliche Instandhaltung, Berlin,
Springer-Verlag.
Fazit
Das in diesem Beitrag vorgestellte Geschäftsmodell für den
Betrieb einer IT-Plattform zur Optimierung der
Instandhaltungs-Supply Chain und des Ersatzteilmanagements, muss jetzt in der Praxis umgesetzt und
genutzt werden. Dafür soll im nächsten Schritt die SoftwareIntegration aller möglichen Teilnehmer der Plattform
Polster, R., Goerke, S., 2002, Strategischer Nutzen des
Supply Chain Managements, Beschaffung Aktuell.
Stadtler, K., Kilger, C., 2005, Supply Chain Management and
Advanced Planning, 3. Aufl., Berlin, Springer-Verlag.
ENERGIESPAREN MIT
SYSTEM
--------------------------------------------------------Dr.-Ing. Meinhard Schumacher
SEW-EURODRIVE GmbH & Co. KG, Bruchsal
LEBENSLAUF
SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG
Product Management
AC-Drives
Ernst-Blickle-Str. 42
D-76646 Bruchsal
Telefon: +49 7251 75 2417
Telefax: +49 7251 75 50 2417
E-Mail: meinhard.schumacher@sew-eurodrive.de
1990-1995
Institut für Fördertechnik,
1994
Universität Karlsruhe TH
Promotion
1995-2004
viastore systems GmbH, Stuttgart
2004-2005
Gebhardt Fördertechnik GmbH, Sinsheim
2006-heute
SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG, Bruchsal
ENERGIESPAREN MIT SYSTEM
1.
Einleitung
„Der Mensch braucht keine Produkte sondern Lösungen “ –
dieser Satz des langjährigen Firmeninhabers der SEWEURODRIVE, Hr. Ernst Blickle, bestimmt auch heute noch das
Denken und Handeln des Unternehmens. Natürlich werden
Produkte bei der Lösung von Problemen benötigt, aber ein
Produkt per se schafft dieses nicht. Lösungen werden auch
nur dann benötigt, wenn eine konkrete Problemstellung
vorhanden ist – und zur Lösung gehört immer und vor allem
auch der Verstand des Menschen, der seine Ideen sinnvoll
einbringt und die Lösungsfindung optimiert.
Eine der großen - aktuellen und zukünftigen Problemstellungen ist der Energieverbrauch der Menschheit
und die damit verbundenen Umweltaspekte wie der CO2Ausstoß. Dabei ist der Weltenergieverbrauch nicht nur
aufgrund des rasanten Weltbevölkerungswachstums stark
angestiegen, vielmehr ist der Pro Kopf Energieverbrauch
massiv gewachsen. Beide Verläufe – Bevölkerung und
Energieverbrauch – sind in Bild 1 grafisch dargestellt, wobei
verbrauchsdämpfende Effekte wie z.B. die
Weltwirtschaftskrise in den dreißiger Jahren des letzten
Jahrhunderts nur eine äußerst geringe Auswirkung auf den
Verlauf zeigen.
Bi l d 1 Welt bev öl ker ungs wachs t um und
Wel t ener gi ev er br auch
(Quelle: Technologie und Förderzentrum, Bayerisches
Staatsministerium für Landwirtschaft und Forsten)
Der überproportionale Anstieg des Energieverbrauchs
verglichen mit dem Bevölkerungswachstum hat nicht zuletzt
starken Einfluss auf den CO2-Ausstoß, da nur ein Bruchteil
der Energie aus CO2-neutralen Energiequellen wie z.B.
Wasser- oder Kernenergie gewonnen wird. Die Verknappung
der Ressourcen (in manchen Fällen auch die gefühlte
Verknappung von Ressourcen) führte in den letzten Jahren
auch zu einem starken Anstieg der Preise für alle Arten von
Energieressourcen. Noch Mitte 2008 lag der Ölpreis bei fast
150 $ pro Barrel. In Zeiten der Finanz- und mittlerweile
Wirtschaftskrise haben sich die Energiepreise wieder ein
wenig der nun sinkenden Nachfrage angepasst – der
langfristige Trend zu steigenden Energiepreisen ist bei
Experten jedoch unumstritten. Bezogen auf Deutschland
lässt sich dies am Strompreisindex, den der VIK (Verband der
Industriellen Energie- und Kraftwirtschaft e.V.) regelmäßig
veröffentlicht, klar belegen (siehe Bild 2).
Bi l d 2 St r ompr eis i ndex i n Deut s chl and
(Quelle: VIK, Verband der Industriellen Energie- und
Kraftwirtschaft e.V., April 2010)
Der mittlere Strompreis hat sich von 2002 bis 2008 nahezu
verdoppelt und ist erst in den letzten Monaten wieder
deutlich zurückgegangen. Verbunden mit dem starken
Anstieg des Energieverbrauchs – insbesondere auch der
elektrischen Energie – sind Verbrauchssenkungsmaßnahmen
dringend gefordert. Verschärfend kommen aus
wirtschaftlicher Sicht die geplanten CO2-Abgaben hinzu.
Einfache Lösungen zur Senkung des Energieverbrauchs gibt
es nicht, da Produktivitäts- und Wirtschaftswachstum eine
weitere Steigerung des Verbrauchs erwarten lassen. Es
bedarf deshalb intelligenter Lösungen zur Senkung des
Verbrauchs bei gleichbleibender oder sogar wachsender
Produktivität.
2.
Einsparpotentiale in der elektrischen
Antriebstechnik
Der ZVEI (Zentralverband Elektrotechnik- und
Elektronikindustrie e.V.) hat bereits im Jahr 2006 die
Einsparpotentiale in der elektrischen Antriebstechnik für die
deutsche Industrie ausgiebig untersucht und in seiner
Broschüre „Energiesparen mit elektrischen Antrieben“
publiziert. Nach dieser Studie beträgt das Einsparpotential
bei elektrischen Antriebssystemen ungefähr ein Drittel des
Gesamtverbrauchs, sofern alle Maßnahmen wie z.B. Einsatz
von Energiesparmotoren (2,2 %), Einsatz von elektronischer
Drehzahlregelung (9 %) und mechanische Optimierung
umgesetzt würden. Allein diese Aussage verdeutlicht, dass
pauschale Ansätze nur geringes Potential bieten.
eine gut gemeinte Maßnahme zu einem letztendlich höheren
Energieverbrauch führt.
3.
Bi l d 3 St r omv er br auch und Ei ns par pot ent i al e i n der
deutschen Industrie 2004
(Quelle: Energiesparen mit elektrischen Antrieben,
ZVEI, April 2006)
Die Verwendung von Energiesparmotoren, also
Asynchronmotoren der Wirkungsgradklassen (IE2 und IE3),
die zumeist am Netz geführt sind, bieten zwar dem Namen
nach ein erhebliches Potential, die absolute Einsparung hält
sich jedoch in einem relativ bescheidenen Rahmen. In
einfachen Anwendungen als Dauerläufer in Pumpen und
Lüfter ist der Einsatz unumstritten und absolut sinnvoll. Zu
beachten ist allerdings, dass insbesondere in dynamischen
Anwendungen ein Energiesparmotor sogar zu höheren
Gesamtverbräuchen führen kann. Prinzipbedingt haben
Energiesparmotoren höhere Massenträgheiten, was sowohl
für Kupferrotoren als auch für Aluminiumrotoren gilt.
Häufiges Beschleunigen und Verzögern in der Applikation
kann durch die größere rotatorische Masse sogar einen
höheren Energieverbrauch bewirken. Der Vorteil des
besseren Wirkungsgrades können Energiesparmotoren nur
dann ausschöpfen, wenn sie lange und möglichst in
Konstantdrehzahl betrieben werden. Alleine dieses einfache
Beispiel verdeutlicht, dass Lösungen, die mehr oder weniger
auf einzelnen Produkten mit spezifischen
Energiespareigenschaften aufgebaut sind, auch nur in
bestimmten Applikationen funktionieren. Um das wirklich
volle Einsparpotential nutzen zu können, bedarf es auf die
Applikation angepasste Lösungen.
Auch der häufig zitierte pauschale Ansatz, der Einsatz eines
frequenzgeregelten Antriebes führe zu einem geringeren
Energieverbrauch ist nur dann korrekt, wenn durch den
Umrichter die Drehzahl abgesenkt werden kann und somit
auch die abgegebene Leistung sinkt. Im direkten Vergleich
mit einem Netzantrieb unter gleichen Betriebsbedingungen –
also bei Konstantdrehzahl – verbraucht ein System mit
Umrichter prinzipbedingt mehr Energie. Deshalb muss auch
der Einsatz eines Frequenzumrichters bei der
Energiebetrachtung auf die Anwendung angepasst werden,
ansonsten kann auch hier der negative Fall auftreten, dass
Potentiale der Energieeinsparung am Praxisbeispiel
Regalbediengerät
Viele Anwendungen in der Antriebstechnik können heute
nur noch mittels Drehzahlregelungen und Lageregelungen
sinnvoll umgesetzt werden. Als typisches Beispiel in der
Antriebstechnik wird im folgenden das Regalbediengerät
betrachtet, das sowohl Fahr- als auch Hubbewegungen
durchführt. Diese Kombination von Bewegungen finden wir
auch bei vielen Kränen – im englischen Sprachraum wird ein
Regalbediengerät auch als „crane“ bezeichnet. Auch die
Normen und Richtlinien bei Regalbediengeräten wurden
letztlich aus Kranbaunormen abgeleitet.
Um ein Regalbediengerät sicher und schnell von Position A
nach Position B zu bewegen, werden üblicherweise
frequenzgeregelte Antriebe eingesetzt. Bei kleineren Geräten
kommen dabei bereits Servo-Motoren zum Einsatz, bei
größeren Geräten findet man vorrangig DrehstromAsynchronmotoren, die vektorgeregelt betrieben werden.
Die Aufgabe des Gerätes ist es, möglichst schnell die Ladung
zu übernehmen und ins Regal einzulagern bzw. diesen
Vorgang beim Auslagern in umgekehrter Reihenfolge
abzuarbeiten. Energetisch betrachtet speichert das
Regalbediengerät mit der transportierten Ladung potentielle
Energie im Regal. Beim Auslagern wird diese Energie unter
Berücksichtigung von Wirkungsgradverlusten wieder
freigesetzt. Das Regal stellt somit einen riesigen
Energiespeicher dar. Bei konventioneller Bauart wird die
freiwerdende Energie des beim Senken generatorisch
arbeitenden Motor über den Brems-Chopper des Umrichters
in einem Bremswiderstand in Wärme umgewandelt. Sofern
man das Regalbediengerät nicht als Heizung verwenden
möchte ist die Energie damit zur weiteren Nutzung verloren.
Die freiwerdende Energie kann aber sinnvoll genutzt – quasi
recycled werden:
-
Recycling der Energie durch Rückspeisung ins Netz
Direkte Nutzung der freiwerdenden Energie durch
intelligente Zwischenkreiskopplung
Beide Verfahren sind mittlerweile Stand der Technik und in
vielen Anlagen erprobt. Das Einsparpotential beider
Lösungen hängt jedoch von vielen Faktoren ab, so dass die
wirtschaftlichste Variante von Fall zu Fall beurteilt werden
muss.
3.1 Energieeinsparung mit Rückspeisung
Ein am Netz betriebener Asynchronmotor wirkt bei
übersynchronem Betrieb als Generator und speist im
Schiebebetrieb – also beispielsweise beim Senken einer Last
oder beim Verzögern – Energie zurück ins Netz. Auch am
Umrichter erreicht der Motor in diesen Betriebsarten einen
übersynchronen Betriebspunkt und entwickelt ein der
Bewegung entgegengesetztes Moment. Die Leistung des
Motors ist dabei negativ, d.h. die Energie muss über den
Umrichter abgeführt werden. Die einfachste Maßnahme, die
Energie zu entsorgen, stellt der Bremswiderstand da. Wird
das maximale Spannungsniveau im Zwischenkreis des
Umrichters überschritten, wird die überschüssige Energie
über den Brems-Chopper durch den Bremswiderstand
regelrecht verheizt. Bei kleinen Energiemengen ist dies
technisch durchaus akzeptabel, bei großen Energiemengen
ist jedoch der Einsatz einer Netzrückspeisung wirtschaftlich
sinnvoll. Die überschüssige Energie wird dabei in der
Rückspeisung recycled, was durch den Wechselrichter der
Rückspeisung erfolgt.
Im Falle des Regalbediengeräts hat man es beim Hubwerk
mit durchaus nennenswerten Energiebeträgen zu tun, die im
Falle der Senkbewegung des Hubwagens zurückgespeist
werden können. Begünstigt wird die Rückspeiserate durch
die üblicherweise hohen Wirkungsgrade der mechanischen
Übertragungsglieder, so dass in der Hubachse bis zu 60 %
der aufgewendeten Energie zurückgewonnen werden
können. Im Fahren ist die Rückspeiserate geringer, da dort in
der Konstantfahrt kontinuierlich Verluste auftreten und nur
in der Verzögerung der Motor generatorisch betrieben wird.
In den Messungen (Bild 4) sind jeweils ein Fahrzyklus in xRichtung sowie das Heben und Senken für ein Zwei-MastRegalbediengerät dargestellt. Alle Leistungen, die Werte
kleiner Null annehmen, führen zu Energiebeträgen, die
zurückgespeist werden. Die Gesamtrückspeiserate dieses
Geräts unter Berücksichtigung aller möglichen
Fahrkombinationen liegt knapp unter 50 %, d.h. die mit
dieser Rückspeisung ausgestatteten Geräte verbrauchen nur
halb so viel Energie wie Geräte in konventioneller Bauart.
Je nach Anzahl der gefahrenen Spiele pro Stunde und
Anzahl der Betriebstage im Jahr, ergibt sich eine
unterschiedliche Amortisierungsdauer für die zusätzlichen
Investitionskosten der Rückspeiseeinheit. Da
Regalbediengeräte üblicherweise einer hohen Auslastung
unterliegen, können Amortisierungszeiten in einer
Größenordnung von 2 Jahren erreicht werden. Als nicht zu
vernachlässigender Nebeneffekt sollte die CO2-Einsparung
berücksichtigt werden, die in dem beschriebenen Fall bei 35
t pro Jahr liegt.
Regenerative
Power supply
Travel axis
MOVIDRIVE®
Hoist axis
MOVIDRIVE®
CO2
Energieverbrauch:
Amortisierung:
- 50 %
< 2 Jahre
- 35 t / a
Bi l d 5 Ei ns par pot ent i al dur ch Rücks pei s ung bei
Regal bedi en ger ät en
3.2 Energieeinsparung durch intelligente
Zwischenkreiskopplung
Power consumption travel unit
Recycled
energy
Power consumption hoist
Recycled
energy
Bi l d 4 Ver l auf der L eis t ungs au f nahme des F ahr - und
Hub wer ks ei nes Regal bedi enger ät s mi t Rücks pei s ung
Ein wesentliches Leistungskriterium des RBG ist die Anzahl
der pro Stunde möglichen Einzel- und Doppelspiele nach
FEM 9.851, die den Mittelwert der pro Stunde technisch
möglichen Aus- und Einlagerungen spezifizieren. Der dabei
erzielbare Durchsatz ist abhängig von der Nutzlast, der
Regalgeometrie wie Länge und Höhe und den maximalen
Geschwindigkeiten der RBG-Achsen und nicht zuletzt vom
eingesetzten Lastaufnahmemittel. Hochleistungs-RBG sind
dabei auf maximale Doppelspiele optimiert, der
Energieverbrauch tritt zunächst in den Hintergrund. Da in
den meisten Fällen eine chaotische Lagerverwaltung
eingesetzt wird, sind die tatsächlichen Spielzeiten von den
jeweiligen zufällig ermittelten Fachpositionen abhängig – der
Mittelwert für ein Spiel stellt sich erst nach einem genügend
langem Beobachtungszeitraum ein. Es ist daher auch nicht
möglich, durch eine einfache Rechnung den typischen
Energieverbrauch pro Doppelspiel anzugeben. Durch die
Kombination aller möglichen Fahrten lassen sich jedoch die
Einzelverbräuche ermitteln und daraus ein Mittelwert für ein
typisches Spiel ermitteln.
Die Idee der Optimierung des Energieverbrauch durch die
Zwischenkreiskopplung beruht auf dem Prinzip, dass zwei
Partner freiwerdende Energien teilen. Vereinfacht kann man
sagen, was der eine gibt, nimmt der andere. Das Prinzip
funktioniert dann optimal, wenn beide Partner ungefähr
gleich stark sind. Als weiteres Kriterium gilt, dass die Spielzeit
des RBG nicht verschlechtert werden darf – der Kunde
möchte seinen Durchsatz ja beibehalten. Die
Zwischenkreiskopplung beider Umrichter alleine führt aber
nur zu einem geringen Einspareffekt, sofern die Steuerung
die Fahr- und Hubbewegung nicht energieoptimal
aufeinander abstimmt. Vor dem eigentlichen Abarbeiten des
Fahrbefehls ermittelt die Steuerung MOVI-PLC® die
optimalen Ein- und Umschaltzeitpunkte der Fahr- und
Hubbewegung, wobei der Algorithmus die Gesamtspielzeit
nicht verschlechtert. Erst diese intelligente Ansteuerung
macht das Verfahren so effektiv, wie die Messung in Bild 6
zeigt.
MOVI-PLC®
Travel axis
MOVIDRIVE®
Hoist axis
MOVIDRIVE®
CO2
DC-Link S/R-machine
30
Total consumption without DC-Link
Power [kW]
sofort
- 20 t / a
Total consumption with DC-Link
15
10
5
0
0
5
10
15
20
Time [s]
25
30
35
40
45
Bi l d 6 Ver l auf der L eis t ungs auf nahme mi t und ohne
Zwi s chenkr ei s koppl ung
Für ein Einmast-Gerät mit 30 m Gesamthöhe ist die
Leistungsaufnahme während zweier Fahr-/Hubzyklen
dargestellt. Im ersten Bereich (bis t=22 s) fährt das
Regalbediengerät in x-Richtung und der Hubwagen wird
gleichzeitig angehoben. Im zweiten Zeitabschnitt fährt das
Regalbediengerät erneut in x-Richtung, der Hubwagen wird
jetzt aber abgesenkt. Der Unterschied zwischen den beiden
Varianten – mit (gestrichelt) und ohne (durchgezogen)
intelligente Zwischenkreiskopplung - wird deutlich, wenn das
RBG in Phase 1 im Fahrwerk bremst; der Energiebedarf sinkt
dort deutlich ab während ohne Zwischenkreiskopplung der
Energiebedarf konstant bleibt. Noch deutlicher wird dieser
Effekt in Phase 2, wenn der Hubwagen abgesenkt wird und
kontinuierlich Energie aus der Hubbewegung für die
Fahrbewegung genutzt werden kann. Während der
Konstantfahrphase in x-Richtung muss keine weitere Energie
aus dem Netz zur Verfügung gestellt werden, der
Energiebedarf ist zu diesem Zeitpunkt Null.
Ein weiterer interessanter Aspekt dieser Messung ist, dass die
Eigenfrequenz des Mastes direkt aus der Konstantfahrphase
des Gerätes (Messung ohne Zwischenkreiskopplung)
entnommen werden kann. Durch die Schwingung des
Mastes wird das Gerät beschleunigt und verzögert, was zu
Änderungen der Fahrgeschwindigkeit führt. Die Regelung
reagiert auf diese Abweichungen und beschleunigt bzw.
verzögert das Gerät, um die konstante Geschwindigkeit zu
halten.
Amortisierung:
- 25 %
Bi l d 7 Ei ns par pot ent i al dur ch i nt el l i gent e
Zwi s chenkr ei s koppl ung bei
Regal bedi en ger ät en
25
20
Energieverbrauch:
Je nach Regalgeometrie kann die intelligente
Zwischenkreiskopplung den Energieverbrauch des Geräts um
bis zu 25 % senken. Für die Hardware sind keine
Investitionskosten notwendig. Vielmehr wird der
Gesamtaufwand sogar etwas geringer, da nur ein
Bremswiderstand statt zwei benötigt wird. Sofern die
Software einmal implementiert wurde, entstehen durch
deren Multiplikation keine weiteren Kosten. Das System
amortisiert sich also unmittelbar. In der beschrieben
Ausprägung werden pro Gerät und Jahr ca. 20 t CO2
eingespart.
4.
Zusammenfassung
Zur Reduktion des Energieverbrauchs in der Antriebstechnik
sind vor allem intelligente Lösungen gefragt. Je nach
Anwendung können die richtigen Lösungen unterschiedlich
ausfallen. Was für die eine Anwendung richtig ist, kann für
eine andere Applikation sogar zu einem höheren
Energieverbrauch führen. Die Analyse der Anwendung ist zur
Lösungsfindung unverzichtbar und wie die beiden Beispiele
des Regalbediengeräts zeigen, können selbst in einer
Applikation unterschiedliche Konzepte zum Ziel führen.
Durch die steigenden Energiepreise, verbunden mit der
Diskussion zur Reduktion der Treibhausgase, werden die
richtigen Maßnahmen zur Verbrauchsenkung inzwischen
immer häufiger umgesetzt, weil sie sich auch wirtschaftlich
darstellen lassen. Technologien und Produkte hierzu sind auf
dem Markt verfügbar – sie müssen nur sinnvoll zu Lösungen
kombiniert werden.
TRANSPORT GEFÄHRLICHER
GÜTER IN LOGISTISCHEN
KETTEN
--------------------------------------------------------Prof. Ing. Václav Cempírek, Ph. D., Doc. habil. Dipl. Ing. Jaromír Siroký, Ph. D.,
Ing. Hana Císarová
Universität Pardubice, Tschechien
LEBENSLAUF
Prof. Ing. Václav Cempírek, Ph.D.
Leiter des Lehrstuhls der Technologie und Steuerung des Verkehrs
Universität Pardubice, Fakultät für Transportwesen Jan Perner
Str. Studentská Nr. 95, PLZ: CZ-532 10, Ort: Pardubice
Telefon: +420 466 036 176
GSM: + 420 607 935 278
E-Mail: vaclav.cempirek@upce.cz
1978
Absolvent der Hochschule für Transportwesen und Post- und Fernmeldewesen in
Žilina (SK)
Hochschule für Transportwesen und Post- und Fernmeldewesen in Žilina (SK)
2002
Habilitationsleitung im Fach Management und Leitung im Transport und
Fernsteuersysteme an der Universität Pardubice (Doz. Habil.)
2008
Professurleitung im Fach Management und Leitung im Transport und
Fernsteuersysteme an der Universität Pardubice (Prof.)
1978 - 1982
Tschechoslowakische Staatsbahnen, Leiter der Planungsabteilung für die
Bahnbetriebswerke
1982 - 1996
Fachlehrer an der Verkehrsberufsschule in Ceska Trebova
1996 - bisher
Professor an der Universität Pardubice, Fakultät für Transportwesen Jan Perner
2001 - bisher
Mitglied des Redaktionskonsiliums der Zeitschriften Logistika und Logistic News
2009 – bisher
Mitglied des Präsidiums der Tschechischen Logistischen Assoziation
LOGISTISCHE KETTEN MIT GEFAHRGÜTERN
Prof. Ing. Václav Cempírek, Ph. D., Doc. habil. Dipl. Ing. Jaromír Široký, Ph. D., Ing. Hana Císařová
1
Zusammenfassung
Der Beitrag befasst sich mit dem Transport durch verschieden Transportarten (vor allem dem Eisenbahn- und
Straßenverkehr). Er behandelt die technische Ausrüstung
der Beförderungsmittel und ihre Sicherheit beim Transport von Gefahrgütern. Im weiteren Verlauf wird auch ein
ökonomischer Vergleich der Kosten zwischen dem Eisenbahngüterwagen und LKW hinsichtlich ihrer Beschaffung
vorgenommen.
2
Gütertransport im Binnen- und im internationalen Verkehr
Der Binnenverkehr mit Gütern sank im Jahre 2008 auf
426.957 Tausend Tonnen, dh. um 0,47 % v im Vergleich
zum Jahr 2000. Der Transport chemischer Produkte (Gütergruppe 8) sank in diesem Jahr auf 8.231 Tausend
Tonnen, dh. auf 45,4 % des Umfangs des Jahres 2000.
Im Jahre 2000 hatten chemische Produkte einen Anteil
am gesamten Transportaufkommen von 4,23 %, im Jahre
2008 sank dieser Anteil auf 1,93 %. Auf den Eisenbahnverkehr entfiel 2008 ein Anteil von 0,28 %, auf den Straßenverkehr von 1,64 %. Die Eisenbahn transportiert im
Binnenverkehr nur 17 % des Umfangs des Straßengüterverkehrs.
Bild 1 zeigt die Entwicklung des gesamten Gütertransports bei den einzelnen Verkehrsarten. Der Beitrag befasst
sich mit dem Eisenbahn- und Straßenverkehr unter Einbeziehung des kombinierten Verkehrs.
Gesamttransport im Tsd. t
600 000
Gesamttransport
(Tsd. t)
500 000
Eisenbahnverkehr
400 000
300 000
Strassenverkehr
200 000
Binnenverkehr
100 000
Luftverkehr
0
2000 2004 2005 2006 2007 2008
Im internationalen Verkehr kam es beim Import im Jahre
2008 zu einem Wavhstum des Transportumfangs auf
39.936 Tausend Tonnen, was 118,4 % im Vergleich zum
Jahr 2000 entspricht. Der Anteil chemischer Produkte im
Eisenbahnverkehr am Gesamtimport betrug im Jahre
2008 7,56 % und im Straßenverkehr 7,71 %. Im Import
transportierte die Eisenbahn um fast 20 % mehr Güter als
der Straßenverkehr.
2.1
Sicherheit im Verkehr
Der Eisenbahnverkehr ist im Vergleich mit dem Straßenverkehr die sicherere Verkehrsart. Aus diesem Grund wäre
es wünschenswert, dass der Eisenbahnverkeh seinen
Anteil am Transport chemischer Produkte im Binnenverkehr erhöht. Die Unfallstatistiken enthalten keine Kategorie Straßenverkehrsunfälle mit Gefahrgütern, aber es
handelt sich um häufige Unfälle. Im Eisenbahnverkehr
passieren Unfälle mit chemischen Gütern nur vereinzelt.
Die Verkehrspolitik sollte festlegen, welche Arten von
Gefahrgütern nicht im direkten Straßenverkehr transportiert werden können. Der Hauptlauf kann dann mit Hilfe
des kombinierten Verkehrs realisiert werden.
Für solch einen Transport eignet sich im Binnenverkehr
ein System von Wechselbehältern, das um das
Telematiksystem E-Rail Tracking & Traviny ergänzt werden
kann. Das System ermöglicht:
–
die Sendungen GPS-unterstützt im Internet zu
verfolgen,
–
Elektronische Daten vom Kunden zu bekommen,
–
die Containerverladung zu verfolgen,
–
den Fahrplan zu kontrollieren,
–
ein höheres Niveau der Steuerung; mit Hilfe
einer e-Mail weist es auf eine Überschreitung der Umschlagzeiten oder anderer Fristen, auf Änderungen einer
geforderten Temperatur oder Anstöße hin.
Telematiksysteme optimieren die Transporttrasse, die
Verkehrsmittel können Schutzzonen umfahren (z.B. Wasserschutzgebiete).
Pipelinen
Jahren
Abbi l du ng 1: Der Ges amt tr ans por t i n 1000 t
Im internationalen Verkehr kam es beim Export im Jahre
2008 zu einem Rückgang des Transportumfangs auf
41.079 Tausend Tonnen, was 94,33 % im Vergleich zum
Jahr 2000 entspricht. Der Anteil chemischer Produkte im
Eisenbahnverkehr am Gesamtexport betrug im Jahre
2008 5,36 % und im Straßenverkehr 7,39 %. Im Export
transportierte die Eisenbahn 79 % des Umfangs des
Straßenverkehrs.
3
Anschaffungswert der Verkehrsmittel
Im Zeitraum 2000 bis 2008 kam es zu einem Ansteig der
Straßengütertransportmittel um mehr als 70 %, hingegen
zu einem Rückgang des Eisenbahngüterwagenparks um
79 %. Das Ergebnis entspricht der schnelleren Anpassungsfähigkeit der Straßenverkehrsmittel an logistische
Anforderungen. Im Eisenbahnverkehr sank mit verstärktem Rückgang des Transports auch die Anzahl der Güterwagen. Im Hinblick auf ihr Alter wurden viele verschrottet.
Im Jahre 2008 betrug der Anteil des Eisenbahnverkehrs
am gesamten Transportumfang in Tonnen ca. 17 % und
der des Straßenverkehrs fast 80 %.
Der durchschnitliche Anschaffungspreis eines neuen
Kesselgüterwagens beträgt 2,6 Mio. CZK (100.000 €), der
eines LKW-Aufliegers ca. 1,9 Mio. CZK (73.000 €).
3.1
Preisbeispiele für den Transport
Im Markt sind die bedeutendsten Faktoren für den Kunden für die Auswahl des Transportmittels der Preis, die
Transportdauer und die Zuverlässigkeit. Der Kunde kann
dann aus den gebotenen Möglichkeiten gemäß seiner
Prioritäten die optimale Möglichkeit wählen.
Ein Vergleich der Transportkosten für Gefahrgüter für
verschiedene Verkehrsarten:
Für dieses Beispiel wurde ausgewählt: Schwefelsäure;
NHM: 2807 (UN 1831, RID 8.0); Transportstrecke Lhotka
nad Bečvou – Kralupy nad Vltavou; Ladung 500 t.
Die Preise sind Richtwerte mit Rücksicht auf den Konkurrenzkampf auf dem Transportmarkt. Genaue Angaben
können nicht gemacht werden, da diese vertraulich sind.
Direkter Straßentransport
die Transportentfernung im direkten Straßentransport
beträgt ca. 400 km (berücksichtigt die Umfahrung von
Wasserschutzgebieten). Die Transportdauer beträgt ca. 6
Stunden, der Vertragspreis für 20 t in einem ADRKesselauflieger beträgt 13 600 CZK (ca. 520 €); der Einheitspreis 680 CZK/t.
4
Abschluss
Für den Transport von Gefahrgütern, die im direkten
Straßenverkehr nicht transportiert werden dürfen, ist z.B.
das Umschlagsystem „Mobiler“ geeignet. Es handelt sich
um eine Vorrichtung, die auf Seren-LKW montiert werden
kann. Das Eigengewicht dieser Vorrichtung beträgt 1,5
bis 2,5 t in Abhängigkeit von der Tragkraft, das bedeutet,
dass die Leistungsparameter des Fahrzeugs nicht
verrringert werden. Die Vorrichtung ist geeignet für den
Umschlag von Wechselbehältern der Länge 7.150 bis 7
850 mm und für ISO 20´, 30´ und 40´-Container. Wechselbehälter müssen mit zwei Quertunneln im Bodenrahmen ausgestattet sein, in die die Umschlagschienen greifen können. Kessel-Wechselbehälter oder Container
können mit einer dauerhaft montierten oder adaptiven
Konsole für die Umschlagschienen ausgestattet sein. Für
ihren Transport können LKW mit 3, 4 oder 5 Achsen oder
Dreiachs-Auflieger mit Hydraulikkipper benutzt werden.
Standardeisenbahnwagen für den kombinierten Verkehr
müssen auf der Ladefläche über Querstreifen verfügen,
weche die Bewegung der Umschlagschienen ermöglichen. Die „Mobiler“-Vorrichtung kann Transporteinheiten
mit einem Gesamtgewicht von 18, 25 und 32 t umschlagen, sie kann flexibel an jedem Ort und zu jeder Zeitb
eingesetzt werden, der Umschlag dauert nur einige Minuten (das Abladen einer leeren Transporteinheit und das
Umladen einer beladenen Transporteinheit dauert ca.10
Minuten), der Umschlag ist unter Fahrleitung möglich und
sicher auch für den Umschlag von Gefahrgütern.
Das geplante Transportvolumen lässt sich mit 25 Aufliegern transportieren. Der gesamte Transportpreis beträgt
340.000 CZK (cca 13.075 €)
Direkter Eisenbahntransport
die Transportentfernung beim Eisenbahntransport beträgt
352 km; die Transportdauer einer einzelnen Sendung 5
Tage; der Vertragspreis für einen Privatkessselwagen (50
t) 20.300 CZK (405 €/t); der Vertragspreis für einen
Privatkessselwagen (50t) in einem Ganzzug 14.900 CZK
(300 €/t); der Preis für den Rücktransport eines leeren
Wagens 3.450 CZK (70 €/t).
Der Gesamtpreis des Ganzzuges beträgt 183.500 CZK
(7.460 €).
Bei Nutzung von Einzelwagen beträgt der Preis 237.000
CZK (9 115 €).
Die Preise verstehen sich ohne weitere Gebühren.
Der Vergleich zeigt, dass der Straßenverkehr um 69 %
teurer ist. Trotzdem wird er im Hinblick auf die kürzere
Transportdauer und seine Flexibilität häufiger genutzt.
5
Literatur
[1] CEMPÍREK, Václav, Cargo Domino, Logistika, Praha
2004, 10, č. 3, s. 34. ISSN 1211-0957
[2] Cempírek, Václav a kol.: Logistické a přepravní technologie, Institut J. Pernera, o.p.s., Pardubice 2009
[3] CEMPÍREK, Václav. Evropský navigační systém Galileo,
Logistika. 2004, 10, č. 3, s. 32. ISSN 1211-0957
[4] CEMPÍREK, Václav, KAMPF, Rudolf ml. Nebezpečné
zboží v logistických systémech, Pardubice, 1. vydání, Institut J. Pernera, o.p.s. Pardubice: Ediční středisko Univerzity
Pardubice, 2004. 83 s. ISBN 80-86530-22-1
INTELLIGENTE UND
DYNAMISCHE STEUERUNG
VON GEPÄCKSTRÖMEN AN
HUB-FLUGHÄFEN
--------------------------------------------------------Dipl.-Ing. Stefan Wollschläger, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Patrick Katsoulis
Visality Consulting GmbH, Berlin
LEBENSLAUF
Dipl.-Ing. Stefan Wollschläger
Visality Consulting GmbH, Managing Partner, Prokurist
Fasanenstr. 5, 10623 Berlin
Telefon: 030 81 45 23 916
Telefax: 030 81 45 23 9716
E-Mail: stefan.wollschlaeger@visality.de
1994 – 1999
Studium des Wirtschaftsingenieurwesens und
der Mathematik an der Technischen Universität Berlin;
Abschluss: Diplom-Wirtschaftsingenieur
1996 - 1999
Stipendiat des Cusanuswerks
1999 - 2002
Projektleiter bei der Zentrum für Logistik und
Unternehmensplanung (ZLU) GmbH
2003 – 2007
Partner der GÖK Consulting AG
seit 2003
Managing Partner und Prokurist der
Visality Consulting GmbH
LEBENSLAUF
Dipl.-Wirtsch.-Ing. Patrick Katsoulis
Visality Consulting GmbH, Project Manager
Fasanenstr. 5, 10623 Berlin
Telefon: 030 81 45 23 919
Telefax: 030 81 45 23 9719
E-Mail: patrick.katsoulis@visality.de
1992 – 1999
Studium des Wirtschaftsingenieurwesens der Technischen Universität
Kaiserslautern;
Abschluss: Diplom-Wirtschaftsingenieur
Studium im International Master‘s Programme of Manufacturing Management
an der Universität Linköping, Schweden
1999 - 2003
Outsourcing Engineer/ Projektleiter
der 3M Deutschland GmbH.
2003 - 2005
Planungs- und Logistikleiter für Industrie- und
Telekommunikationsprodukte der 3M Deutschland GmbH
Seit 2006
Project Manager der Visality Consulting GmbH
INTELLIGENTE UND DYNAMISCHE
STEUERUNG VON GEPÄCKSTRÖMEN AN HUBFLUGHÄFEN
Dipl.-Ing. Stefan Wollschläger; Dipl.-Wirtsch.-Ing. Patrick Katsoulis
1. Einleitung
Eine wesentliche Qualitätskennzahl an Hub-Flughäfen ist die
Konnektivität von Passagier und Gepäck. Während Passagiere
selbst in den Umsteigeprozess eingreifen können, indem sie
sich vorab informieren, den kürzesten Weg erfragen und ihr
Abfluggate direkt ansteuern können, muss beim sich völlig
passiv verhaltenden Gepäck die Information zu knapper
Übergangszeit, zum Weiterflug sowie zu einer ggf. exklusiven,
beschleunigten Behandlung in einem Parallelprozess
bereitgestellt und verarbeitet werden. Dafür sind z.T.
hochkomplexe physische und informatorische Prozesse
erforderlich, deren immanente, hochdynamische
Steuerungsintelligenz im Folgenden beschrieben wird.
Von Umsteigeprozessen gehen - aufgrund ihrer zeitlichen
Kritizität und ihrer hohen Varianz der Eingangsgrößen - die
weitaus größten Komplexitäts- und Ressourcenanforderungen
aus (vgl. Abbildung 1). Insbesondere die intelligente und
dynamische Steuerung der Gepäcklogistik unter Einhaltung
höchster Sicherheitsanforderungen ist unerlässlich, um die von
den Kunden (Airlines und Passagiere) erwarteten hohen
Qualitätsanforderungen an den Hub-Prozess verlässlich zu
erfüllen.
2.1 Minimale Umsteigezeit
Die minimale Umsteigezeit (Minimal Connecting Time – MCT)
dient internationalen Hub-Flughäfen als wesentlicher
2. Marktentwicklung und geltende
Wettbewerbsfaktor. Hintergrund ist das Bestreben der Airlines,
Rahmenbedingungen in der Luftverkehrsbranche
möglichst kurze Gesamtflugzeiten für Umsteigeverbindungen
zu realisieren, da diese beim Ticket-Verkauf in der Regel
Internationale Hub-Flughäfen wie z.B. Frankfurt-Main, London- gemeinsam mit dem Ticket-Preis zur Entscheidungsfindung
Heathrow oder Paris-Charles-de-Gaulles operieren aufgrund
herangezogen wird.
des stetigen Wachstums des Flugverkehrs seit Jahren an ihren
logistischen Kapazitätsgrenzen. Die fortschreitende
Da sich im Hub-Verkehr in der Regel n:mGlobalisierung und Integration der Weltwirtschaft wird
Umsteigebeziehungen ergeben, ist davon auszugehen, dass
langfristig zu Wachstumsraten im Luftverkehr von ca. 5% p.a. sich auf jedem Inbound- und auf jedem Outbound-Flug ein
führen, wenngleich, so wie zurzeit, die Verkehrszahlen immer Gast und somit potenziell ein Koffer mit der minimalen Planwieder auch temporär rückläufig sein können. Dieses
Umsteigezeit befindet. Zwar macht deren Anteil je nach
Wachstum wird aufgrund der vorherrschenden
Flughafen nur ca. 5-20% des Gesamtaufkommens aus, die
Kapazitätsengpässe bei den langjährig etablierten GroßProzesse zur Sicherstellung der MCT müssen somit aber
Flughäfen Europas und Nordamerikas vornehmlich in Gebieten permanent greifen.
außerhalb dieser Regionen realisiert werden.
Umso wichtiger sind für Hub-Flughäfen in diesen Regionen
Die MCT wird neben den infrastrukturellen und
Wettbewerbsfaktoren wie die minimale Umsteigezeit und die Handlingsprozess-bezogenen Einflussgrößen auch durch die
Servicequalität.
Sicherheitsanforderungen bestimmt.
Start
Landung A/C
(Airline)
Positionierung
(Flughafen)
Entladung
(Ground
Handler)
Transport zur
Einschleusung
(Ground
Handler)
ggf. Zollprüfung
(Zoll)
Einschleusung
(Ground
Handler)
Röntgenstufen
(Flughafen/
Bundespolizei)
Bereitstellung
zur Verladung
für Transport
(Flughafen)
Verladung für
Transport
(Ground
Handler)
Transport zur
Position
(Ground
Handler)
Verladung in
A/C
(Ground
Handler)
Abflug A/C
(Airline)
Transport in
GFA
(Flughafen)
Ende
Abbi l du ng 1: Wer t s chöpf ung s ket t e Tr ansf er gepäck
So müssen Gepäckstücke, die auf ihrem Routing erstmalig die
EU erreichen, einer mehrstufigen Röntgenkontrolle (MRK)
zugeführt werden. Dabei wird geprüft, ob sich im Gepäck
gefährliche Stoffe oder Gegenstände befinden, die zu einem
Ausschluss vom Flug führen würden.
Gem. der EU-Verordnung Nr. 2320/2002 muss außerdem
sichergestellt werden, dass kein Gepäckstück verladen wird,
dessen Besitzer selbstverschuldet nicht an Bord ist. Um dieser
Sicherheitsanforderung zu genügen, erfolgt in der Regel ein
Abgleich zwischen an Bord befindlichen Passagieren und
Gepäckstücken, der prinzipiell zu einer Entladung der
Gepäckstücke führt, deren Besitzer nicht den betreffenden
Flug wahrnehmen.
Effizienzprogramme der Kunden-Airlines, kann somit nicht
auf die meist nur kurzen Spitzen ausgelegt sein und führt
damit zwangsläufig zu temporären Infrastruktur-Engpässen.
2.3 Einfluss der Pünktlichkeit
Der Luftverkehr reagiert trotz permanenter technischer
Weiterentwicklungen erheblich stärker auf
Wetterveränderungen als andere Verkehrsträger.
Höhenwinde, Gewitterfronten, Nebel oder Schnee haben in
der Regel unmittelbaren Einfluss auf die Pünktlichkeit der
An- und Abflüge. So werden Lande- und Startraten bei
schlechtem Wetter oder schlechter Sicht reduziert, um das
Flughafensystem zu entlasten und die Sicherheit zu erhöhen.
Abbildung 2: Ablaufschema Gepäck (Quelle:Frapor t AG)
2.2 Schwankungen im Luftverkehrsaufkommen
Das Luftverkehrsaufkommen unterliegt extremen
Schwankungen. Diese zeigen sich sowohl bei einer
saisonalen (Ferien, Messen, Events) also auch bei Wochen(Montag, Freitag und Wochenenden) und einer TagesBetrachtung (2 oder mehr Peaks je Tag) (vgl. Abbildung 1).
120
Flugbewegungen
100
80
60
Ankünfte
Abflüge
40
Gesamt
20
Die daraus resultierende Unpünktlichkeit zieht permanent
Korrekturprozesse nach sich, die den
Gepäckumschlagsprozess beeinflussen. Verspätete Inbounds
bedeuten in der Regel geringere Ist-Umsteigezeiten, da auf
dem Boden im Zuge der Abfertigung versucht wird, die in
der Luft entstandenen Verzögerungen im Rahmen der
prozessualen Möglichkeiten zu kompensieren.
Verzögerungen im Outbound gehen mit einer längeren
Blockierung der Flugzeug-Positionen einher, die wiederum
eine kurzfristige Umpositionierung des nächsten geplanten
Flugzeugs verursachen. Damit wird gleichzeitig der
Startpunkt des Gepäckprozesses unmittelbar vor
Bereitstellung der Mitarbeiter- und Equipment-Ressourcen
räumlich verlagert.
00:00
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23:00
0
Tageszeit
Abbi l du ng 3: Tages l as t kurv e F l ughaf en F r ankf ur t/ Mai n
Diese ausgeprägten Peaks verdeutlichen, dass eine
Auslegung der infrastrukturellen Kapazitäten auf die
Spitzenbedarfe zu einer deutlichen Unterauslastung in den
Off-Peak-Zeiten führen muss. Der wirtschaftliche Betrieb
einer Gepäckinfrastruktur, getrieben durch die
In Situationen hoher Unpünktlichkeit passiert es verstärkt,
dass geplante Umsteigeverbindungen nicht gehalten werden
können, da der jeweilige Outbound nicht auf alle geplanten
Zubringer-Flüge warten kann. Das Ergebnis ist eine Vielzahl
von Umbuchungen auf spätere Flüge zur ursprünglichen
bzw. zu einer nahegelegenen Destination. Dabei hat der
Passagier beispielsweise am Transfer-Schalter die
Möglichkeit, den entsprechenden Weiterflug selbst zu
bestimmen. Die Herausforderung für das Handling des
Gepäckstücks liegt darin, diese häufig sehr kurzfristige
Flugplanänderung bei dessen Routing umzusetzen.
Werden ein Passagier und ein Gepäckstück an einer Vorstation
durchabgefertigt, erhält der Passagier also schon seine
3. Kollaboration
Weiterflugbordkarte und das Gepäckstück sein Label für den
Weiterflug, wird automatisch je Gepäckstück ein Telex an den
Flughafenbetreiber sind bestrebt, ihre Prozesse in der
Umstiegsflughafen abgesetzt. Diese sogenannte Baggage
Passagier- und Gepäcklogistik kontinuierlich zu optimieren.
Source Message (BSM) enthält neben der eindeutigen
Wird berücksichtigt, dass zum einen die Verkehrsmengen
Identifikationsnummer des Gepäckstückes Daten zum
permanent steigen und zum anderen der exakte Zeitpunkt des Passagier, zum Routing sowie zur Gepäcksicherheit. Letzteres
Leistungsbedarfs (z.B. bei Unpünktlichkeit) erst wenige
heißt, das Gepäckstück kann auf dem Anschlussflug verladen
Minuten vorher bestimmt wird, so wird deutlich, dass
werden, da auch der Passagier dafür erwartet wird (eine
komplexe Umsteigeprozesse nur durch intensiven
Wiederentladung, falls der Passagier sich nicht an Bord
Datenaustausch zwischen allen Prozessbeteiligten gesteuert
einfindet, kann dennoch erfolgen und wird zu einem späteren
werden können. Hierzu müssen u.a. Daten aus
Zeitpunkt veranlasst).
Flughafensystemen, Daten von Vorstationen, Daten von
Ground-Handling-Dienstleistern sowie Daten aus den Airline- Um die BSMs sowie weitere bereitgestellte Messages zu lesen
Systemen von den jeweiligen Prozesspartnern bereitgestellt,
und zu interpretieren, haben die Flughäfen, oftmals
zentral verarbeitet und zur kollaborativen
unterstützt durch die SITA (Société Internationale de
Entscheidungsfindung aufbereitet werden.
Télécommunication Aéronautique), IT-gestützte
Übersetzungssysteme zwischengeschaltet, welche die
3.1 Daten aus den Flughafensystemen
benötigten Informationen herausfiltern und zur
Weiterverarbeitung an die entsprechenden Zielsysteme
Wie erwähnt entstehen im Luftverkehr durch z.B.
übermitteln. Aus dem Dateneingang ist der Flughafenbetreiber
Unpünktlichkeiten permanent Abweichungen von den
in der Lage, Details zu Umsteigemengen zu ermitteln. In
Planflugplänen beispielweise bzgl. der Ankunfts- und
Kombination mit den Daten des Flughafeninfosystems kann
Abflugzeiten, der Positionierungsdetails oder der eingesetzten der zeitliche Anfall der zu verarbeitenden Gepäck- und
Flugzeug-Typen. An den meisten großen Hub-Flughäfen wird Passagiermengen ermittelt werden.
vom Flughafenbetreiber ein Informationssystem zur Verfügung
gestellt, welches genau diese Details minutenaktuell
Neben der eher passiven Rolle bei der
beinhaltet. Zwar existiert kein Schnittstellenstandard für diese Informationsbereitstellung übernehmen Vorstationen immer
Informationssysteme, die Schnittstellenprogrammierung und - stärker auch eine aktive. So werden bei der Gepäckverladung
konfiguration ist allerdings in der Regel mit geringem Aufwand spezielle Gepäck-Container gebaut, in denen sich
verbunden, so dass eine nahezu flächendeckende Einbindung ausschließlich Gepäckstücke mit knappen Verbindungszeiten,
dieser Systeme bei den Prozessbeteiligten erfolgt. Diese
also z.B. bis zu MCT +15 Minuten befinden. Diese Container
speisen die Daten beispielsweise in Ihre Applikationen zur
werden dann möglichst nah an der Tür verladen, damit sie am
kurzfristigen Ressourcenallokation ein.
Hub-Flughafen frühzeitig dem Gepäckumschlagsprozess
zugeführt werden können. Ein ähnliches Ziel verfolgt die
Weitaus seltener ist der Flughafenbetreiber auch in der Lage,
Vorstation, wenn sie bei Großraum-Flugzeugen die Container
Auslastungs- und Verfügbarkeitsinformationen der relevanten mit Transfer-Gepäck auf beide Laderäume verteilt und dieses
Infrastruktur-Ressourcen bereitzustellen. Dies können zum
dem Ground-Handler an der Umsteigestation durch eine
Beispiel Details zu den Gepäck-Einschleusstellen sein, die
entsprechende Informationsübermittlung auch anzeigt. So
anzeigen, welche freien Kapazitäten in den nächsten Minuten kann bei hinreichender Geräteverfügbarkeit parallel entladen
oder Stunden bereitstehen bzw. welche Ressourcen basierend werden, und der letzte Transfer-Container steht dem
auf der derzeitigen Planung bereits an den Kapazitätsgrenzen Umschlagsprozess viele Minuten früher zur Verfügung, als das
bei einer rein sequentiellen Entladung der Fall gewesen wäre.
arbeiten und eher einer Entlastung bedürfen.
3.2 Daten von Vorstationen
3.3 Daten von Ground-Handlern
Passagier und Gepäck halten sich in der Regel nur kurz an
einem Hub-Flughafen auf. Um die Konnektivität erst dort initial
zu planen und ggf. logistisch steuernde Maßnahmen
einzuleiten, reicht die verfügbare Umsteigezeit nicht aus,
sodass die Zubringer-Flughäfen bzw. Vorstationen als
Datenlieferanten gefragt sind. Die Versorgung von möglichst
detaillierten Informationen zu Passagier- und Gepäckströmen
durch die jeweilige Vorstation erfolgt in der Regel durch den
Versand von Telexen, für die die IATA (International Air
Transport Association) Standards definiert hat.
Ground-Handling-Dienstleister erbringen die
Abfertigungsleistungen rund um das Flugzeug. Hierzu zählen
z.B.:
–
–
–
–
–
–
Flugzeugbe- und -entladung
Gepäckhandling und -transport
Containerhandling und -transport
Frachthandling und -transport
Ramp Agent Handling
Push Back und Schleppen von Flugzeugen
–
–
–
–
–
De-Icing
Fueling
Catering
Passagiertransport
Cleaning
In diesen Funktionen verfügt ein Ground-Handler über
zahlreiche Prozess-Schnittstellen zum Flughafenbetreiber und
zur Airline, über die er den gesamten Abfertigungsprozess
beschleunigen oder verzögern kann. Der Ground-Handler ist
somit angehalten, die Kunden-Airline unmittelbar zu
informieren, wann immer es zu Ressourcen-Engpässen,
technischen Problemen oder anderen Gründen für
Verzögerungen kommt. Die richtige Kanalisierung dieser
Informationen stellt sicher, dass einheitliche Entscheidungen zu
Priorisierungen bzw. Depriorisierungen getroffen werden und
ein unabgestimmter Ressourceneinsatz vermieden wird.
Anders als der Flughafenbetreiber steuert der Ground-Handler
lediglich seine eigenen Personal- und Geräteressourcen, hat
bei der Belegung der Infrastruktur allerdings nur geringe
Eingriffsmöglichkeiten. Umso wichtiger ist seine Rolle als
Informationsgeber. Die in der Praxis genutzten
Kommunikationsmedien wie Telefon oder Funk erlauben hier
in den wenigsten Fällen eine Automatisierung. Erst wenn der
Abfertiger auf Position mit einer elektronischen EingabeMöglichkeit ausgestattet wird, können die angesprochenen
Informationen online in die erforderlichen Systeme übermittelt
werden. Hierfür bieten sich z.B. robuste Tablet-PCs an, auf
denen alle für die Abfertigung erforderlichen Informationen
bereitgestellt werden können, welche sonst erst nach
Nachfrage bei z.B. der Crew in Erfahrung gebracht werden
könnten. Genau ersichtlich sind auf einem solchen Tablet-PC
im Idealfall auch die Ladeorte für Container, die kritisches
Gepäck beinhalten, damit diese bevorzugt von der Position
abgefahren werden können (vgl. Abbildung 4).
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit stellt die Übermittlung
von detaillierten Ladedaten an die entsprechenden Bereiche
der Airline oder deren Dienstleister dar. Diese beinhalten die
Verteilung von Containern und Fracht und somit dem
Gewicht. Daraus werden letztlich die erforderlichen
Einstellungen für den richtigen Trim, also die Ausbalancierung
des Flugzeugs errechnet.
Abbi l du ng 4: Mobi l es I nf or mat i ons - und
Dokume nt at i ons -s ys t em f ür den L ades er v i ce (Quel l e:
F r apor t AG)
3.4 Daten aus Airline-Systemen
Die großen Netzwerk-Airlines richten in Ihren Netzen
Umsteigeknoten (Hubs) ein, über die sie den gesamten
Umsteigeverkehr abwickeln. Um das angebotene Streckennetz
effektiv zu erweitern, wurde vor einigen Jahren begonnen,
Airline-Allianzen aufzubauen. Das im deutschen Raum wohl
bekannteste Beispiel ist die Star Alliance, in deren Mittelpunkt
die Deutsche Lufthansa steht. Dabei ist das Ziel, die HubStrukturen noch intensiver auszulasten und ein für den
Passagier komfortables Umsteigen von einer Airline auf eine
andere innerhalb der Allianz zu ermöglichen. Damit einher
gehen gesteigerte Anforderungen an den
unternehmensübergreifenden Austausch von Daten zwischen
den verbundenen Airlines. Details zu z.B. Umbuchungen, die
bisher die Airline-eigenen Systeme nicht verlassen haben,
müssen nun dem jeweils betroffenen Partner zur Verfügung
gestellt werden.
Da lediglich den Airlines die Buchungs- und schließlich die
Boardinginformationen vorliegen, entscheiden sich viele
Airlines dafür, die Überwachung der Umsteigeströme und
die Identifikation von Gästen und Gepäckstücken mit
knappen Verbindungszeiten selbst vorzunehmen. Dies ist
insbesondere dann sinnvoll, wenn der Airline die Möglichkeit
einer gezielten Prozessbeschleunigung gegeben ist. Dies
könnte ein Direkttransfer von Inbound-Flug zum OutboundFlug sein, der die Gesamtprozesszeit sowohl für Passagier als
auch für Gepäck deutlich reduziert. Der dafür erforderliche
zusätzliche Aufwand entsteht in der Regel bei
Bodenverkehrsdienstleister, der dafür entsprechende
Ressourcen vorhalten oder aus seinem Bestand
vorübergehend abstellen muss.
Eine kollaborative Aufbereitung aller genannten Daten ist
unerlässlich, um der hohen Dynamik, der der
Flughafenbetrieb unterliegt, gerecht zu werden und die
handelnden Personen und Systeme in die Lage zu versetzen,
in kürzester Zeit die richtigen Entscheidungen zu treffen.
4. Infrastrukturmanagement
Das zentrale Element des Gepäckumschlags ist die
Gepäckförderanlage (GFA), die an großen Flughäfen eine
Gesamtlänge von über 70 km erreichen kann (vgl. Abbildung
5)
Nebenstrecken, die schwächer genutzt werden. Dadurch
ergeben sich i.d.R. jeweils mehrere Alternativen, um ein
Gepäckstück von der Einschleus- zur Ausschleusstelle zu
transportieren, die sich der Betreiber der GFA zu Nutze
macht, indem er durch intelligente Steuerungsalgorithmen
insbesondere in den stark ausgeprägten Hochlast- (Peak)zeiten zeitunkritische Gepäckstücke aktiv über einen
längeren Fahrweg steuert, und so die kürzesten
Verbindungen für zeitkritische Gepäckstücke entlastet.
Zusätzliche Alternativen ergeben sich durch die Nutzung des
manuellen Bodentransports abseits der GFA. Dies erfolgt in
Form einer gezielten vorzeitigen Ausschleusung von Gepäck
mit geringen Restzeiten, wenn sichergestellt ist, das der
Bodentransport schneller als der Transport in der GFA
erfolgen kann. Ebenso können Transporte von InboundGepäck auf diese Weise beschleunigt werden, indem die
Einschleusung nicht in unmittelbarer Nähe des InboundFluges, sondern je nach Bedarf in der Nähe der
Röntgenkontrollanlage bzw. der Ausschleusung erfolgt.
Diese zumeist mit größerem Aufwand verbunden
Sonderprozesse bedürfen eines gezielten Einsatzes
ausschließlich für solche Gepäckstücke, deren Anschluss
sonst mit hoher Wahrscheinlichkeit verloren gegangen wäre.
Moderne Gepäckflusssteuerungssysteme nutzen auf
historischen Daten basierende Laufzeitmodelle und
kanalisieren unter Berücksichtigung aktueller Anforderungen
und Auslastungen die Gepäckströme Gesamtsystem-optimal,
d.h. z.B. sie stellen die maximale Konnektivitätsrate mit den
verfügbaren Ressourcen sicher.
5. Dynamik
Abbi l du ng 5: Gepäckf ör der a nl age (Quel l e: Fr apor t AG)
Hauptaufgaben der GFA sind neben dem reinen
Gepäcktransport auch die Sortierung und die
Sicherheitsüberprüfung (MRK). Wie bei jedem Straßen- oder
Schienensystem gibt es hier zumeist Hauptverbindungen, die
eine wesentlich höhere Verkehrsdichte aufweisen, und
Die hierfür erforderliche Dynamik kann heute bereits zu
einem großen Teil durch Systemintelligenz abgedeckt
werden. Dabei werden Informationen zur aktuellen und
erwarteten Ressourcenauslastung verarbeitet. Letztere
basieren in der Regel auf einer Kombination aus historischen
Daten zu Prozess- und Transportzeiten sowie
Hochrechnungen, die aus den zur Verfügung gestellten
Daten zu Umsteigemengen und -zeiten generiert werden.
Die Systemsteuerung ermittelt darauf basierend u.a.
Wegezeiten und Wartezeiten an Infrastruktureinrichtungen
und berechnet für jedes Gepäckstück die sich daraus
ergebende Gesamtprozesszeit.
Ein in der Praxis bewährtes Optimierungs- und damit
Steuerungsziel ist die Maximierung des Zeitfensters zwischen
Verladung und Start des Outbound-Fluges, wobei als
Startzeit immer die beste verfügbare Prognosezeit verwendet
werden muss. Dies ist im schlechtesten Fall die in den
Flugplänen veröffentlichte Scheduled Time of Departure
(STD) und im besten Fall eine ständig in Abhängigkeit der
laufenden Abfertigungsprozesse aktualisierte Target oder
Confirmed Off Block Time (TOBT, COB). Durch die Pflege
einer aktuellen Startzeit, die in der Regel durch den
Flughafenbetreiber erfolgt, kann sichergestellt werden, dass
knappe Ressourcen nicht auf Outbound-Ereignisse
verwendet werden, die aufgrund anderer Einflussgrößen
Verzögerungen erfahren und somit den Gepäck- und/oder
Passagierprozessen zusätzliche Zeit gewähren könnten.
Eine Ausrichtung sämtlicher Dienstleister an der TOBT oder
COB setzt wiederum eine Vernetzung der
Dienstleisterprozesse und der zeitführenden Systeme voraus.
Da Prognosen der erwarteten Verzögerungen heute noch
nicht automatisiert erfolgen können, ist in der Regel die
mündliche Bereitstellung dieser Information erforderlich,
beinhaltet demzufolge aber Ermessensspielraum der
kommunizierenden Personen. Nur langjährige Erfahrung
sowie die Bereitstellung von
Entscheidungsunterstützungssystemen hilft, die
Ungenauigkeit einer solchen Prognose auf ein Minimum zu
reduzieren.
Unplanbarkeiten, Komplexitäten und Dynamiken auf. Aber
auch im Gesundheitswesen, z.B. auf dem Feld des OPManagements in Kliniken, lassen sich interessante Parallelen
aufzeigen: auch hier stehen die Prozessbeteiligten vor der
Herausforderung, weitgehend standardisierte, jedoch nicht
bis in das letzte Detail planbare Prozesse in einem
kapitalintensiven Infrastrukturumfeld unter hohem
wirtschaftlichen Druck und höchster Knappheit der
Ressource Zeit abzuwickeln.
Angesichts der zahlreichen, teilweise unvorhersehbaren und
sich schnell ändernden Einflussgrößen wird somit in vielen
Fällen weiterhin dem Bediener die Möglichkeit gegeben,
Systementscheidungen ggf. zu überstimmen. Eine geeignete
komprimierte, in der Regel systemische Datenaufbereitung
zur Entscheidungsunterstützung ist dafür unerlässlich. Dies
trifft insbesondere in sogenannten Irreg-Situationen zu, in
denen Eingangsgrößen deutlich über dem normalen Maß
variieren. Die für den Standardprozess gültigen
Entscheidungsalgorithmen würden in diesem Fall unter
Umständen zu gravierenden Fehlsteuerungen führen. Damit
an dieser Stelle Erfahrungswerte, mündliche Absprachen
sowie Sonder- und Reparaturprozesse sinnvoll eingebracht
werden, bedarf es eines klar definierten Eingriffsprozesses,
bei dem die Freiheitsgrade und die Eskalationsstufen
eindeutig bestimmt sind.
Emmermann, Dr.-Ing. Marco, 2009, Aviation-Studie 2010,
Effizientes Kunden-, Prozess- und Ressourcenmanagement
bei Aviation-Dienstleistern
6. Ausblick
Heute werden an führenden Hub-Flughäfen alle TransferGepäckströme durch intelligente GepäcksteuerungsSoftwares permanent und on-time verfolgt. Bei kritischen
Strömen erfolgt eine eigenständige systemische
Entscheidungsfindung zum optimalen Transportpfad vom
Inbound- bis zum Outbound-Flug, sofern keine anderen
Ströme tangiert werden. Im Konfliktfall wird ein
Gepäckstrom-Steuerer eingeschaltet und gezielt mit allen
entscheidungsrelevanten Informationen versorgt. Die
Kollaboration aller Prozessbeteiligten in Hinblick auf
Informationsbereitstellung, Optimierung von
Prozessschnittstellen sowie abgestimmte
Entscheidungsfindung ist unerlässlich für das Erreichen der
herausragenden Steuerungsleistung.
Diese erfolgreich praktizierten Ansätze für komplexe
Logistikprozesssteuerung in einem hochdynamischen Umfeld
lassen sich grundsätzlich auf zahlreiche weitere Bereiche des
Verkehrswesens und der Logistikdienstleistungsbranche
übertragen. Beispielweise weisen Cargo-Center für Landund Luftverkehr, Knotenpunkte des Bahnverkehrs oder
Umschlagszentren des Handels ähnliche logistische
7. Literatur
Deutsche Lufthansa AG, Fraport AG, 2008, Integrierte
Passagier- und Gepäcklogistik am Aviation-Hub
Frankfurt/Main
Europäisches Parlament, 2002, Verordnung (EG) Nr.
2320/2002 des Europäischen Parlaments und des Rates vom
16. Dezember 2002 zur Festlegung gemeinsamer
Vorschriften für die Sicherheit in der Zivilluftfahrt
Stein, Dennis (Fraport AG), MoblS-L, Papierlos über die
Rampe
Weronek, Dr. Karsten, 2007, IT-Business Alignment am
Beispiel eines Großflughafens
IMOTRIS – INTERMODALES
TRANSPORT ROUTING
INFORMATIONSSYSTEM
--------------------------------------------------------Dipl.-Phys. Michael Scheller
Scheller Systemtechnik GmbH, Wismar
LEBENSLAUF
Scheller Systemtechnik GmbH, Geschäftsführer
Poelerstr.85a
D-23970 Wismar
Deutschland
Telefon: +49 (03841) 46000
Telefax: +49 (03841) 460046
E-Mail: gl@scheller.de
16.02.1961
Geb. in Salzwedel / Altm.
1981-1986
Physikstudium Universität Leipzig
1986-1989
Wissenschaftlicher Mitarbeiter physikalisches Institut Universität Leipzig
Entwicklung von Computersteuerungen für EPR-Spektrometer
1990-1992
Siemens AG, Hamburg
1992
Gründung der Scheller Systemtechnik GmbH, Wismar
www.scheller.de
Entwicklung von Computer-Netzwerklösungen für Industrie und
Logistik
Softwaresysteme für Collaboration Management
Systeme für Identifikation, Ortung und Sensorik
Projekte:
2003-2005
.
EIP4Y- Entwicklung einer universellen Kommunikationsplattform für
unternehmensübergreifende Geschäftsprozesssteuerungen
2005-2007
GNSS-INDOOR - Durchgehende Lösungen für Ortung und Navigation von
Outdoor to Indoor in Logistkumgebungen
2005-2008
Holz Cluster Nord - Entwicklung von Logistiklösungen entlang der
Wertschöpfungskette vom Wald ins Werk
2008-
AFORS – automatisierter Fotogrammetrischer Rohholzvermessungsservice für
Mobilfunkhandys
IMOTRIS – INTERMODALES TRANSPORT
ROUTING INFORMATIONSSYSTEM
1. Ausgangslage
2. Ziele und Inhalte
Bekanntlich führen viele Wege zum Ziel.
Ziel des Projektes IMOTRIS ist die exemplarische Realisierung
eines automatisierten Intermodalen Transport Routing
Informationssystems, insbesondere für Nord-Süd-Verkehre
über die deutschen Ostseehäfen.
Dieses System soll Servicefunktionalitäten zur Optimierung
von Planungs- und Prozessabläufe für die
Transportkettenmitglieder einerseits und Routing-,
Informations-, und Buchungsservices für Versender, Makler
und international agierende Transportdienstleister als
Auftraggeber andererseits, bereitstellen.
Mit IMOTRIS sollen optimale Transportrouten unter
Beachtung von Gutarten, Mengen, zu erbringenden
Transport-, Umschlag- und Lager-Leistungen,
Qualitätsaspekten, Verfügbarkeit, Geschwindigkeit, und
ökologischen Aspekten automatisiert berechnet und
angeboten werden. Berücksichtung finden dabei auch
angebotene logistische Mehrwertdienstleistungen z. Bsp. im
Lager- und Distributionsmanagement oder Übernahme
ganzheitlicher Transportketten.
Auf der Auftragnehmerseite wirkt IMOTRIS als Vertriebs- und
Marketingplattform sowie als zentrale Schnittstelle für
Zusatzfunktionalitäten. Diese umfassen die Planung und
Überwachung von Frachtkapazitäten durch Ortungs- und
Identifikationstechnologien sowie mögliche
Zusatzdienstleistungen durch den Einsatz von Technologien
zur Warenerfassung und Zustandsüberwachung.
Die beschriebenen Funktionalitäten können in drei
Kernschwerpunkte untergliedert werden:
Gerade in Zeiten von Veränderungen in Osteuropa und Asien
kommt es zu globalen Warenstromverlagerungen über sich
neu etablierende europäische Verkehrwege wie bspw. der
verstärkten Nutzung der Transportrouten von Italien über
polnische Ostseehäfen nach Nord-Ost Europa.
Dadurch werden Häfen, Reedereien und
Speditionsunternehmen im internationalen Wettbewerb mit
immer neuen Herausforderungen konfrontiert. Der Transport
von Gütern soll einerseits immer kostengünstiger erfolgen,
anderseits sollen Waren ihren Bestimmungsort über immer
kürzer werdende Transportzeiten erreichen. Dies erfordert u.
a. eine schnelle und effiziente Verladung der Güter an den
Knotenpunkten zwischen den Verkehrsträgern.
Abbi l du ng 1: Di r ekt er S chr ott ums chl ag auf der
Rel at i on S chi ff -S chi ene
In vielen Fällen ist es jedoch kaum möglich, für die Planung
der eigenen Logistikprozesse Informationen von
Transportkettenpartnern, wie bspw. die zeitliche
Verfügbarkeit von See- und Hinterlandverkehrsträgern,
automatisiert zu erhalten. Darüber hinaus erfolgt der
Informationsaustausch oft unkoordiniert und mit vielen
Medienbrüchen zwischen unterschiedlichen IT-Systemen und
Kommunikationswegen wie Telefon, Fax und E-Mail. Folglich
sind schnelle und effiziente Reaktionen auf neue Anfragen,
Anforderungen und Ereignisse nur eingeschränkt möglich.
-
Standardisierte Darstellung von logistischen
Dienstleistungen
Zusammenstellung von Transportketten mit
unterschiedlichen Dienstleistern
AdHoc- Warenzuladung
2.1 Standardisierte Darstellung von logistischen
Dienstleistungen
Logistische Dienstleistungen sind heute noch nicht einheitlich
in der Logistik Branche beschrieben. Daher ist es schwierig
für logistische Dienstleister in neue Transportketten
aufgenommen zu werden, da der Umfang und die Qualität
ihrer Leistungen für den Kunden nicht ohne weiteres
ersichtlich sind. Mit Hilfe einer einheitlichen Darstellung und
Beschreibung des Dienstleistungsangebotes können die
Logistikangebote verschiedener Dienstleister besser
miteinander verglichen werden. Spezialisierungen und
höhere Qualitäten von Leistungen können neben dem Preis
zu einem zusätzlichen Entscheidungskriterium werden.
Weiterhin wird durch eine einheitliche transparente
Beschreibung der Leistung eine Vertrauensbasis zum
Dienstleister geschaffen, wodurch leichter neue
Geschäftskontakte geknüpft werden können.
Für die Erfassung der Leistungsfähigkeit eines
Logistikunternehmens werden seine Transport-, Umschlagund Lagerleistungen anhand der Gutart sowie zugehöriger
Eigenschaften wie z.B. Temperatur, Gefahrgutklasse,
Abfallschlüssel definiert. Mit Hilfe eines Mengengerüstes
(max. Stückgewicht, Abmaße etc.) können Leistungen weiter
detailliert werden, um die Qualität der Angaben (des
Angebotes) zu erhöhen. Zudem können
Mehrwertdienstleistungen (z.B. Verpacken,
Kommissionieren, Qualitätsprüfung) definiert werden, um
das Leistungsportfolio des Unternehmens umfassend
darzustellen.
Die standardisierte sowie umfassende Beschreibung
logistischer Dienstleistungen erhöht die Transparenz und
ermöglicht eine Vergleichbarkeit von Dienstleistungen
hinsichtlich der Qualität.
2.2 Zusammenstellung von Transportketten
Für den intermodalen Verkehr und die Darstellung von
intermodalen Routen sind ökologische sowie auf
Schienenverkehr fokussierte Logistik-Webservices vorhanden.
Der Schwerpunkt dieser Systeme liegt vor allem auf dem
Routing oder dem Aufzeigen ökologischer Bilanzwerte. Die
Funktionalität sowie Qualität der Systeme ist jedoch nicht für
eine Transportkettenzusammenstellung mit Berücksichtigung
von Leistungsmerkmalen und Güteranforderungen ausgelegt
und bietet keine ausreichende Verknüpfung zwischen
Strecke und ausführendem Dienstleister.
Von diesen Lösungen hebt sich IMOTRIS durch ein
intermodales, gutspezifisches und leistungsorientiertes
Routing und das Aufzeigen von (alternativen)
Transportwegen sowie streckenrelevanter Dienstleister ab.
Folglich wirkt IMOTRIS als Bindeglied zwischen Versender
und Dienstleister.
Abbi l du ng 2: I MOTRI S - Zi el gruppe n un d pr i nz i pi el l e
F unkt i ons wei s e
Auf die Anfrage eines potenziellen Auftraggebers über die
IMOTRIS- Plattform nach konkreten Logistikservices hin,
werden mit innovativen Verfahren und Algorithmen,
optimierte Transportrouten berechnet sowie verschiedenste
Logistik- und Umschlagsdienstleister entlang dieser Route
entsprechend ihrem Leistungsangebot ermittelt.
Anschließend werden diese dem Auftraggeber zur Buchung
vorgeschlagen. Im weiteren Schritt werden Angebotanfragen
ausgelöst und über standardisierte Schnittstellen an die
ausgewählten Auftragnehmer versendet.
Prinzipiell geht es darum, die herkömmlichen und etablierten
Wege bei der Zusammenstellung von Logistikketten auf der
Auftraggeberseite durch einen manuellen Anfrage- und
Angebotsprozess bei bereits bekannten und etablierten
Transportkettenpartner einerseits, sowie auf der
Auftragnehmerseite durch natürlich (Budget) beschränkte
Vertriebs- und Marketingaktivitäten andererseits, durch
innovative serviceorientierte sowie teilautomatisierte Prozesse
zu ergänzen.
2.3 AdHoc-Zuladung
Im Zuge der ökonomischen und ökologischen Optimierung
von Transportprozessen, stellt die Vermeidung von Leeroder nur teilgefüllten Fahrten eine zentrale Zielstellung dar.
Mit dem Ansatz der AdHoc-Logistik soll eine automatisierte
Erfassung freier Transportkapazitäten (exemplarisch anhand
von Hinterland-Straßentransporten Æ Spediteur)
technologisch entwickelt und im Praxistest erprobt werden.
Letztendlich ermöglicht die Einbeziehung der AdHocInformationen in die IMOTRIS-Plattform eine Vermarktung
freier Kapazitäten.
3. Erwartete Ergebnisse und Nutzen
Mit IMOTRIS entsteht eine intelligente, serviceorientierte
Integrationsplattform, die das Auftragsmanagement in den
Geschäftsprozessen kleinerer und mittlerer Häfen und
Transportunternehmen mit intelligenten Schnittstellen und
Planungsservices für intermodale Hinterlandanbindungen
über die Schiene, Straße und Binnenwasserstraßen
unterstützt. International agierenden Logistik-Providern,
Maklern und Spediteuren werden mit IMOTRIS verlässliche
Planungs-, Routing- und Buchungsservices unter
Einbeziehung spezifischer Mehrwertdienste der
Logistikdienstleister angeboten.
Auf Grundlage der Erfahrungen bei der erfolgreichen
Umsetzung der Ergebnisse von Forschungsprojekten der
Entwicklungspartner wie HOLOMAN-IT 2006, Holz Cluster
Nord: e-logistics, Galileo- GNSS-INDOOR, WISSLOG, etc. wird
in IMOTRIS eine Serviceplattform geschaffen, mit der
Innovation in Informationslogistik in der Breite den kleineren
und mittleren Häfen, Dienstleistern und Hinterlandlogistikern
zu mehr Umsatz, Effektivität und so zu einer
Wettbewerbsstärkung im europäischen Maßstab verhilft.
Ebenso werden volkswirtschaftlich und ökologisch sinnvolle
Transportmodi unterstützt, die Binnenwasserstraßen, Schiene
und optimierte LKW-Verkehre wettbewerbsfähig
einbeziehen.
Durch den kombinierten Einsatz mehrerer innovativer aber
erprobter Technologien in einem
unternehmensübergreifenden Logistikszenario wird im
Vergleich zu bereits bekannten Transportbörsen, eine völlig
neuartige Qualität und Funktionalität geschaffen, die eine
deutliche Optimierung in folgenden Bereichen erwarten
lässt:
–
Synchronisation der Hafenhinterlandverkehre
–
Verbesserte Einbeziehung, insbesondere von kleinen
und mittleren Häfen, Speditionen sowie weiteren
Dienstleistungsunternehmen
–
Verlagerung von Transportvolumen auf alternative
Transportwege (Binnenwasserstraßen, Schiene)
–
Erhöhung der Fahrzeugauslastung durch Zubuchung
von Transportvolumen
–
Bessere Darstellung des Leistungsangebotes
–
Unterstützung der Marketingaktivitäten durch gezielte
Anfrage einer Dienstleistung entsprechend dem
Leistungsangebot des Dienstleisters
–
Alternativer Vertriebsweg, um bisher nicht bediente
Marktsegmente zu gewinnen oder neue geographische
Märkte zu erschließen
In Folge der angebotenen optimierten und kosteneffizienten
Logistikservices wird eine verstärkte Buchung von Logistikund Umschlagsdienstleistern im Umfeld der deutschen
Seehäfen auf den Nord-Süd Transportrouten erwartet.
4. Partner
–
Scheller Systemtechnik GmbH
–
Fraunhofer Institut für Fabrikbetrieb und automatisierung
–
Technische Universität Hamburg-Harburg
–
Fraunhofer Institut für Graphische Datenverarbeitung
–
Seehafen Wismar GmbH
–
Rostocker Fracht- und Fischereihafen GmbH
–
Seehafen Stralsund GmbH
–
Magdeburger Hafen GmbH
–
Magdeburger Flitzer GmbH
Weitere Details erhalten Sie unter: www.imotris.de
EIN WISSENSBASIERTES
VERFAHREN ZUR SIMULATIONSGESTÜTZTEN STEUERUNG VON FAHRERLOSEN
TRANSPORTFAHRZEUGEN IN
DISTRIBUTIONSZENTREN
--------------------------------------------------------Prof. Dr.-Ing. habil. Wilhelm Dangelmaier, Dr. rer. pol. Marc Aufenanger, Dr. rer.
pol. Christoph Laroque, Alexander Klaas B. Sc.
LEBENSLAUF
Dr. Christoph Laroque
Wirtschaftsinformatik, insb. CIM
Fürstenallee 11, 33102 Paderborn
Telefon: +49-5251-60-6425
Telefax: +49-5251-60-6483
E-Mail: laro@hni.upb.de
1999-2003
Studium der Wirtschaftsinformatik an der Universität Paderborn.
2003-2007
wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Fachgruppe Wirtschaftsinformatik, insb.
CIM, Universität Paderborn (Prof. Dr.-Ing. habil. W. Dangelmaier) und Stipendiat
der International Graduate School of Dynamic Intelligent Systems der Universität
Paderborn.
Titel der Dissertationsschrift: „Ein mehrbenutzerfähiges Werkzeug zur
Modellierung und richtungsoffenen Simulation von wahlweise objekt- und
funktionsorientiert gegliederten Fertigungssystemen“.
Seit Anfang 2007
Akademischer Rat und Leiter der Arbeitsgruppe Simulation & Digitale Fabrik an
obigem Lehrstuhl.
Dr. Christoph Laroque ist Gründer und Geschäftsführer der reQuire consultants
GmbH, einem Beratungsunternehmen für kleine und mittelgroße
Produktionsunternehmen in der Region OstWestfahlen-Lippe.
EIN WISSENSBASIERTES VERFAHREN ZUR
SIMULATIONSGESTÜTZTEN STEUERUNG VON
FAHRERLOSEN TRANSPORTFAHRZEUGEN IN
DISTRIBUTIONSZENTREN
Prof. Dr.-Ing. habil. W. Dangelmaier, Dr. Mark Aufenanger, Dr. Christoph Laroque, BSc Alexander Klaas
1
Abstract
Für die Leistungserstellung in Distributionsnetzwerken wird
die immer weiter voranschreitende Dynamisierung der
Märkte und Marktbedarfe die Herausforderung der nächsten
Jahre sein. Dieser kann nur mit einer Dynamisierung der
Prozesse und Strukturen mittels einer Adaption an die
Absatz- und Bezugsmöglichkeiten begegnet werden. Die
daraus resultierenden Anforderungen können mit
Gestaltungs-, Planungs- und Steuerungsverfahren, die
vorzugsweise auf statische Verhältnisse ausgerichtet sind,
nur unzureichend erfüllt werden.
Auf Steuerungsebene stellt dabei eine intelligente,
dynamische Wegfindung eine wesentliche Herausforderung
dar, die auf veränderte Transportanfragen sowie die aktuelle
Verkehrssituation reagieren kann. Speziell die gegenseitigen
räumlichen Beeinträchtigungen der Fahrzeuge müssen
berücksichtigt werden. Die in dem Paper vorgestellten
Steuerungsalgorithmen verfolgen einen
simulationsgestützten Ansatz in Kombination mit
maschinellem Lernen. Konkret wurde ein wissensbasiertes
Verfahren entwickelt, das die gesamte Verkehrslage sowie
die gegebenen Transportprobleme innerhalb des
Distributionszentrums betrachtet und anhand geeigneter
Situationsmerkmale klassifiziert. Aufgrund dieser
Klassifikation und anhand simulativ trainierten Wissens
werden die Steuerungsregeln für die einzelnen Fahrzeuge
ausgewählt. Dabei werden aussagekräftige Trainingsbeispiele
generiert und mit Methoden des maschinellen Lernens
ausgewertet.
2
Motivation
Für die Leistungserstellung in Distributionsnetzwerken wird
die voranschreitende Dynamisierung der Märkte und Ihrer
Bedarfe die Herausforderung der nächsten Jahre sein, der
nur mit einer wachsenden Dynamik der
Abwicklungsprozesse und -Strukturen begegnet werden
kann. Neue Steuerungsverfahren müssen entwickelt werden,
die herkömmliche Ansätze überwinden, die zumeist auf
statische Verhältnisse ausgerichtet sind. Innerhalb einzelner
Elemente solcher Distributionsnetzwerke bieten fahrerlose
Transportsysteme (AGV) im innerbetrieblichen
Materialtransport zahlreiche wirtschaftliche Vorteile. Sie
werden deshalb regelmäßig unter anderem in
Distributionszentren eingesetzt, um gegebene
Transportaufkommen (Ein- und Auslagerung, bzw.
Bereitstellung von Material) innerhalb des
Distributionszentrums unter zeitlichen Restriktionen
möglichst gut zu lösen, wobei des jeweilige
Transportaufkommen für einen bestimmten Tag zumeist auf
der übergeordneten Planungsebene erstellt und grob
hinsichtlich verfügbarer Kapazitäten beplant wird, in der das
betrachtete Distributionszentrum eingebettet ist.
Auf der Steuerungsebene soll im gemeinsamen DFG-Antrag
„Modellbasierte Methoden zur echtzeitnahen Adaption und
Steuerung von Distributionssystemen“ der TU Dortmund und
des Heinz Nixdorf Instituts der Universität Paderborn für den
einzelnen Distributionsknoten eine wissensbasierte Methode
zur ereignisorientierten und adaptiven Steuerung der
intralogistischen, fahrerlosen Transportsysteme erarbeitet
werden. Methodischer Ansatz zur Erreichung dieses Ziels ist
ein simulationsbasiertes Verfahren, das einerseits die
Systemmerkmale und Steuerungsregeln weiter aufschlüsselt,
um in Steuerungssituationen differenzierter und vor allem
vorausschauend reagieren zu können, und andererseits eine
wissensbasierte Regelauswahlmethodik mit systemweiten
Merkmalen trainiert, um eine dynamische / ereignisbezogene
Regelauswahl zu ermöglichen.
Eine besondere Herausforderung stellt dabei eine
intelligente, dynamische Wegfindung dar, die auf veränderte
Transportanfragen sowie die aktuelle Verkehrssituation
reagieren kann. Speziell die gegenseitigen räumlichen
Beeinträchtigungen der Fahrzeuge müssen berücksichtigt
werden. Zudem kann bei einem realitätsnahen Ansatz nicht
ausgeschlossen werden, dass äußere, unvorhergesehene
Einflüsse das System ergänzend stören. Beispielsweise ist ein
Ausfall eines Fahrzeuges oder eine unplanmäßige
Anlieferung von Waren zu nennen. Für den Einsatz in der
realen Anwendung muss die Wegfindung deshalb in Echtzeit
berechnet werden können.
3
Stand der Technik
Der folgende Abschnitt beschreibt die zum Verständnis des
später vorgestellten Verfahrens notwendigen Grundlagen
und stellt den aktuellen Stand der Technik hinsichtlich
Verfahren zur automatischen Wegeplanung, Lernverfahren
zur Steuerung von Transportfahrzeugen und kurz der
Ablaufsimulation dar.
3.1
Automatische Wegeplanung
Es existieren zahlreiche Anwendungsgebiete für Roboter, die
sich in einem physischen oder abstrakten Raum bewegen
sollen. Dazu ist stets ein Verfahren notwendig, um ihre
Bewegung zu berechnen und zu planen. Das klassische
Problem des Motion Plannings (Das „Piano Mover's“
Problem (LaValle, 2006, S. 155) liegt darin, in einem Raum
aller möglichen Konfigurationen C eines Roboters (dazu
gehören Position, aber je nach Anwendung auch etwa die
Geschwindigkeit) den kürzesten Pfad von einer
Startkonfiguration CS t ar t zu einem Endpunkt CE n d zu
berechnen. Hindernisse und andere Bedingungen (wenn
etwa eine maximale Geschwindigkeit gegeben ist) definieren
in C eine Menge von erlaubten Konfigurationen CF r ee. Der
gesuchte Pfad muss also durch CF r ee verlaufen. Eine
Schwierigkeit liegt darin, die abstrakten Mengen C und
zu beschreiben. Für typische Anwendungen, wie dem
Navigieren eines Roboters in einem 2D Raum, existieren
zahlreiche Algorithmen mit unterschiedlichen Laufzeiten
bezüglich der Form der Hindernisse (Berg, et al., 2000).
Betrachtet man mehrere Roboter, lässt sich durch Bildung
des kartesischen Produktes der Konfigurationsräume der
einzelnen Roboter ein Konfigurationsraum aller Roboter
definieren. Dadurch können die bestehenden Algorithmen
angewendet werden. Aus der Menge CF r ee müssen
Bereiche, in denen Roboter-Roboter Kollisionen stattfinden,
entfernt werden. Allerdings haben die Algorithmen dann
eine exponentielle Laufzeit bezüglich der Anzahl der Roboter
(LaValle, 2006, S. 317). Oft ist es möglich, den
Konfigurationsraum erheblich einzuschränken, indem
Roboter sich etwa auf vorgegebenen Routen anstatt frei im
Raum bewegen. Dadurch lässt sich die Laufzeit steigern. Für
alle konkreten Anwendungen ist eine Berechnung in Echtzeit
erforderlich.
Eine bisher oft eingesetzte Methode liegt im Modellieren
eines Graphen mit Zeitfenstern, in dem Pfade gesucht
werden (Qiu et al., 2002). Dies entspricht der Suche im
abstrakten Konfigurationsraum für mehrere Roboter. Ein
Zeitfenster gibt dabei für jeden Knoten an, wann dieser von
Robotern belegt sein wird. Es sind performante Algorithmen
für die Routensuche in solch einem Graphen entwickelt
worden, die polynomielle Laufzeit haben (Kim & Tanchoco,
1991) und demonstrierbar für realistische Anwendungen in
Echtzeit funktionieren (Möhring et al., 2004). Bei diesen
Verfahren werden Routenpläne für alle AGVs a priori
erstellt.
Im Gegensatz dazu existieren dynamische Ansätze, bei
denen die Pfade nicht im Voraus berechnet werden, sondern
sukzessive und situationsabhängig Teilbewegungen
berechnet werden. Insbesondere wird dabei die Vermeidung
bzw. Auflösung von Deadlocks berücksichtigt, die bei einer a
priori Planung natürlicherweise vermieden werden können.
Der Vorteil liegt in der Reaktionsfähigkeit auf ungeplante
Veränderungen wie Verspätungen oder Ausfall von AGVs.
Bei Verfahren mit einer off-line Berechnung der Pfade kann
der berechnete Plan in solchen Situationen nicht angepasst
werden und muss ungültig gesetzt werden. Andererseits
können dynamische Verfahren keine Optimalität erreichen,
da nur über einen kurzfristigen lokalen Horizont entschieden
wird, ohne das globale Optimum (und das eigentliche Ziel
der AGVs) zu betrachten (Maza & Castagna, 2005).
Beispielsweise wird bei dynamischen Ansätzen mittels einer
Heuristik wie „Verkehrsaufkommen“ abgeschätzt, welche
der möglichen Bewegungsrichtungen den schnellsten Weg
zum Ziel darstellt (Taghaboni-Dutta & Tanchoco, 1995).
Hybridlösungen setzen auf einen optimalen, vorberechneten
Routenplan, der durch ein dynamisches Verfahren ergänzt
wird, sobald der Plan durch ein Ereignis ungültig wird (Maza
& Castagna, 2005) (Sakakibara, et al., 2008). Bereits
berechnete Pfade werden entweder verworfen und neu
erstellt oder durch Verschieben der Zeitfenster weiter
verwendet – diese stellen dann allerdings nicht mehr einen
optimalen Routenplan dar.
Mittels Simulation lässt sich die Gesamtsituation betrachten
und in jeder Lage dynamisch die optimale Aktion auswählen,
ohne vorher zeitaufwändig einen Routenplan zu berechnen.
Gleichzeitig lassen sich langfristige Zieleverfolgen, indem auf
vorher gesammelte Informationen zurück gegriffen wird.
3.2
Lernverfahren zur Steuerung von
Transportfahrzeugen
Beim Überwachten Maschinellen Lernen wird aus
empirischen Lerndaten Wissen extrahiert, um damit
zukünftige Daten zu beurteilen.
Der Ansatz liegt darin, in beliebigen Zuständen passende
Aktionen mittels zu lernenden Strategien auswählen zu
können. Die Lerndaten aus konkreten Situationen und der
optimalen zu wählenden Aktion (der Hypothesenwert) in der
Situation. Eine zentrale Voraussetzung und Annahme ist es,
dass sich die erlernten Strategien in neuen Situationen
anwenden lassen. Eine Strategie weist also einer Situation
eine Aktion zu.
Trotz der kurzen Rechenzeit bei Anwendung einer Strategie
fließen in die Entscheidung langfristige Gewinne ein. So
bietet sich das Verfahren bei Problemen an, in denen
Entscheidungsprozesse nur einen kurzen Zeithorizont
betrachten, sich aber langfristig auswirken.
Für das Routing von AGVs scheint es daher gut geeignet,
wenn man ein dynamisches Verfahren wie im vorherigen
Abschnitt beschrieben anstrebt (Russell & Norvig, 2003, S.
649) (Mittchell, 1997)
Eine sehr erfolgreiche Form des Überwachten Lernens stellt
das „Decision Tree Learning“ dar. Die Strategien werden in
Form eines Entscheidungsbaums dargestellt. Es wird gelernt,
welche Attribute einer Situation für die Auswahl der Aktion
entscheidend sind.
„Decision Tree Learning“ wurde bereits erfolgreich für die
Auswahl von Prioritätsregeln bei der Erzeugung von
Produktionsablaufplänen angewendet (Aufenanger, 2009).
Dabei wird, analog zu hybriden AGV Routing Verfahren,
zunächst a priori ein Schedule erstellt. Um auf
Unsicherheiten im Fertigungsablauf zu reagieren, werden die
erlernten Prioritätsregeln angewendet.
Auch für die Steuerung von fahrerlosen Transportfahrzeugen
wurde bereits künstliche Intelligenz eingesetzt. In einem
statischen Routing Verfahren werden Konflikte zwischen
AGVs auf initial berechneten Routen durch erlernte Regeln
aufgelöst (Sakakibara, et al., 2008). Die Regeln stellen eine
Priorisierung eines bestimmten AGVs dar. Das jeweils andere
Fahrzeug passt seinen Pfad an. Sukzessive können alle
Konflikte gelöst werden und das Verfahren resultiert in einen
konfliktfreien Routenplan. Durch diesen Ansatz lässt sich die
Berechnung dezentral gestalten, indem die Fahrzeuge ihre
Routen gegenseitig übermitteln.
Die zu lernenden Strategien bilden den Situationsraum auf
eine Priorisierung ab. Die Autoren wenden einen
Genetischen Algorithmus zum Erlernen der Strategien an.
3.3
Ablaufsimulation mit d³FACT insight 2.1
Für die Planung, Absicherung und Verbesserung der
Produktionsprozesse innerhalb einer Vision der Digitalen
Fabrik ist die Ablaufsimulation ein etabliertes Werkzeug, das
die Erstellung von Struktur- bzw. Funktionsmodellen und die
Bewertung deren dynamischen Verhaltensweisen erlaubt
[LaKe00]. Am Heinz Nixdorf Institut der Universität
Paderborn wird am Lehrstuhl Wirtschaftsinformatik, insb.
CIM seit Jahren mit d³FACT insight ein Materialflusssimulator
entwickelt, der neue Einsatzbereiche der Ablaufsimulation
erschließen und den Anwender besser bei der Durchführung
von Simulationsstudien unterstützen soll[Lar07]. Die
Software lässt sich in verschiedene Funktionsmodule
untergliedern. Neben Modulen zum Erstellen und Bearbeiten
von Simulationsmodellen bieten insbesondere der Kernel
sowie die verschiedenen Visualisierungskomponenten die
Möglichkeit, die dynamische Ausführung eines
Simulationsmodells zu visualisieren und zur Laufzeit mit dem
Modell zu interagieren. Für die Datenhaltung der Modelle
kann sowohl auf die lokale Festplatte zurückgegriffen
werden, als auch eine Simulationsdatenbank angesteuert
werden, in der alle relevanten Informationen für ein
Simulationsexperiment hinterlegt werden können. Zur Zeit
befindet sich d³FACT insight in einer Redesign-Phase, wird
aber stetig weiterentwickelt. Aktuell werden alle Funktionen
für die Materialflusssimulation als eine JavaProgrammbibliothek (API) zur Verfügung gestellt, in der
Simulationsmodelle modelliert, simuliert, analysiert und
visualisiert werden können[d3FACT10-ol].
4
Konzept
Der in dem Paper vorgestellte Steuerungsalgorithmus
verfolgt einen simulationsgestützten Ansatz. Es wurde ein
wissensbasiertes Verfahren entwickelt, das die gesamte
Verkehrslage sowie die gegebenen Transportprobleme
innerhalb des Distributionszentrums betrachtet und anhand
geeigneter Situationsmerkmale klassifiziert. Aufgrund dieser
Klassifikation und anhand simulativ trainierten Wissens
werden die Steuerungsregeln für die einzelnen Fahrzeuge
ausgewählt. Dabei werden aussagekräftige Trainingsbeispiele
generiert und mit Methoden des maschinellen Lernens
ausgewertet. Der Vorteil des gewählten Ansatzes liegt im
Vergleich zu bisherigen Methoden darin, dass bei genügend
großer Wissensbasis in beliebigen Situationen in Echtzeit eine
„passende“ Steuerungsregel berechnet werden kann. Im
Gegensatz zu traditionellen, dynamischen
Wegefindungsalgorithmen, die bei einer Veränderung des
Systems entweder neu planen oder bestehende Pläne
verändern müssen, sind bei diesem Ansatz für die
Rechenzeit äußere Einflüsse unerheblich. Unter allen
Umständen ist somit eine Berechnung in Echtzeit möglich.
Im betrachteten Anwendungsfall kann aus einer begrenzten
Anzahl von operativen Maßnahmen wie „Hinzunehmen von
zusätzlichen Fahrzeugen“ ausgewählt werden, damit in einer
zweistufigen Simulation berechnet werden kann, durch
welche zusätzliche Maßnahmen definierte Kennzahlen
erreicht werden können. Hier passt sich der Algorithmus zur
Wegfindung automatisch auf die veränderten
Rahmenbedingungen an. Durch die Simulation wird die
genaue Ermittlung der Effektivität der Maßnahmen
sichergestellt.
4.1
Problemdefinition
In einem Distributionslager, bestehend aus einer Menge von
Abladepunkten sowie Hindernissen, sollen Transportaufträge
erfüllt werden. Die Transportaufträge sind durch eine Menge
von Tupeln (x; y) 2 (N; Ar ti kelsor ten) sowie eines Zieles
und einer Deadline definiert. Ziel ist es, die AGVs so zu
steuern, dass möglichst viele der Transportaufträge vor ihrer
Deadline erfüllt werden. Es sollen außerdem andere Ziele wie
energieeffiziente Wege verfolgt werden. Zusätzlich soll die
Effektivität von operativen Maßnahmen wie „Hinzunehmen
von zusätzlichen Fahrzeugen“ untersucht werden.
4.2
Grundlegender Algorithmus
Die zu untersuchenden operativen Maßnahmen verändern
die Parameter der eigentlichen Simulation und werden in
einer ersten Phase festgelegt. Die zweite Phase wird für jede
Kombination von Maßnahmen separat ausgeführt.
Das Dispatching, also das Zuweisen eines AGVs zu einem
eintreffenden Transportauftrag wird, wie das Ermitteln eines
Ablageortes für zu einlagernde Waren, durch eine Heuristik
gelöst. Der Fokus des entwickelten Verfahrens liegt im
anpassungsfähigen Routing der Fahrzeuge. Im Folgenden
wird das grundsätzliche Vorgehen erläutert:
Das verwendete wissensbasierte System basiert auf dem
Ansatz, aus durch Simulation gewonnenen Erfahrungen zu
lernen und in "`ähnlichen"' Situationen auf diese zurück zu
greifen. Dazu sind folgende Definitionen erforderlich, die
stark von der Anwendung abhängen. Ihre Wahl beeinflusst
die Leistungsfähigkeit des Ansatzes erheblich.
Da Schritt 2. nur kurze Laufzeit benötigt, müssen die AGVs
nicht den kompletten Pfad bis zum Ziel voraus berechnen.
So ergibt sich ein echtzeitfähiges Verfahren, dass in jeder
Situation eine optimale Bewegungsrichtung ermittelt.
1. Situationsmerkmale. Sie beschreiben eine Situation.
Zudem muss eine Ähnlichkeit auf dem Merkmalsraum
definiert werden, um von noch nicht gelernten Situationen
auf andere schließen zu können.
2. Aktionen. Zu lernen sind Situation - Aktion Zuweisungen,
die in der konkreten Anwendung beschreiben wie auf eine
Situation reagiert werden soll. Die Aktionen sind die
Möglichkeiten, zwischen denen ein AGV auswählen kann.
3. Generierung der Trainingsdaten - Die möglichen Aktionen
müssen bewertet werden, um eine entsprechend optimale
definieren zu können. Die Beispiele bestehen aus Attributen
– Hypothesenwert Paaren4. Verfahren zum Aufbau der Wissensbasis aus
Trainingsdaten. Dabei muss insbesondere das Problem des
"Òverfitting"' beachtet werden (Russell & Norvig, 2003, S.
662).
4.3
Die Punkte 1.-4. müssen für die konkrete Anwendung
gewählt werden.
1. Für alle AGVs wird der kürzeste Pfad zu ihrem Ziel mittels
einer performanten Methode wie etwa in (Chen et al., 1997)
berechnet. Die Wege müssen nur bis zur ersten auftretenden
Kollision mit anderen AGVs berechnet werden.
2. Auftretende Kollisionen zwischen AGVs werden durch
Zurückgreifen auf die simulativ trainierte Wissensbasis gelöst.
3. Nach Auflösen einer Kollision wird die Berechnung des
kürzesten Pfades bis zur nächsten Kollision fortgesetzt.
Wissensbasis
Der entscheidende Beitrag der Arbeit liegt in der Auflösung
von Kollisionen mittels einer Wissensbasis in Schritt 2 im
Abschnitt 4.2. Im Folgenden soll der Aufbau der
Wissensbasis sowie das verwendete Verfahren zum Training
der Daten beschrieben werden.
1. Situationsklassifikation: Es müssen relevante Merkmale,
die die Situation in der sich die AGVs bei Erkennung einer
Kollision befinden, bestimmt werden. Merkmale hier sind
relative Positionen der Hindernisse und der anderen AGVs,
deren Ziele und die Deadlines der aktiven Transportaufträge.
Abbi l du ng 2: Regel 1 - AGV2 wei cht aus
Abbi l du ng 1: Regel 2 - AGV2 bl ei bt st ehen
Abbi l du ng 3: Regel 3 - bei de AGVs f ahr en ei nen Umweg
2. Kollisionen werden durch Anpassen des Pfades aufgelöst.
Dabei gibt es folgende Möglichkeiten:
R1: AGV2 umfährt die Kollisionszone, AGV1 verfolgt den
kürzesten Pfad (Abbildung 2). AGV2 muss einen Umweg
fahren.
4. Die Wissensbasis wird durch das entsprechende
Lernverfahren mittels der berechneten Trainingsbeispiele
aufgebaut. „Decision Tree Learning“ ist ein weit verbreitetes
und kommt hier zur Anwendung. Es wurde auch schon
erfolgreich in der Produktionsfertigung eingesetzt.
R2: AGV2 bleibt stehen, AGV1 fasst AGV2 als Hindernis auf
und berechnet kürzesten Pfad (Abbildung 1). AGV2 verliert
Zeit.
4.4
R3: AGV1 und AGV2 weichen einander aus (Abbildung 3).
Beide müssen einen Umweg fahren.
In R1 und R2 wird jeweils AGV1 priorisiert, weshalb
zusätzlich R1b und R2b definiert sind: Hier wird AGV2
priorisiert.
Alle Regeln sind für eine beispielhafte Kollisionssituation
dargestellt. Sie sind auf andere übertragbar. Es wird
aufgrund der Fülle an Kollisionsstellungen nicht ein genauer
Pfad, sondern ein Verhalten als Regel vorgegeben.
Da im Betrieb die Pfade der AGVs nicht voraus berechnet
werden, sondern bei jeder Kollision immer auf bereits
gelernte Situationen verwiesen wird, kann auf natürliche
Weise im laufenden Betrieb auf Störungen sowie
Änderungen der Transportaufträge durch externe Einflüsse
reagiert werden. Es müssen im Gegensatz zu anderen
dynamischen Methoden keine bestehenden Pläne
zeitaufwendig angepasst werden. Zudem garantiert das
Verfahren auch in dynamischen Situationen Vollständigkeit,
da alle auf alten Zuständen basierenden Entscheidungen in
Echtzeit neu berechnet werden können und keine
Neuberechnung eines existierenden Planes notwendig ist.
5
3. Im Trainingsverfahren wird für eine Kollisionssituation der
weitere Simulationsverlauf bei Auswahl jeder Regel
berechnet. Der Zeithorizont endet an dem Moment, an dem
alle aktiven AGVs ihr Ziel erreicht haben werden. Die
ausgewählte Regel wird nach der Anzahl der pünktlich
erfüllten Transportaufträge bewertet. Bei im weiteren Verlauf
auftretenen Kollisionen verzweigt sich die Simulation weiter,
wobei mittels Pruning (Russell & Norvig, 2003, S. 162) nur
relevante Verzweigungen verfolgt werden.
Betrachtungen
Umsetzung und Architektur
Der Materialflusssimulator D3Fact wurde um das Verfahren
erweitert. Es wurde hierzu eine neue Komponente
„WBSMP“ entwickelt, die sich in bereits existierende
Materialflussmodelle einbetten lässt. Abbildung 4 stellt diese
Einbettung sowie den inneren Aufbau der Komponente dar.
Ein Materialflussmodell besteht aus verschiedenen
Komponenten; klassischerweise Senken, Prozessoren oder
etwa Puffern sowie Verbindungen zwischen ihnen. Der
Abbi l du ng 4: Ei nbet t ung der Kompone nt e "WBS MP" i n das Mat eri alf l us smodel l und i nner er Auf bau
Materialfluss wird durch sogenannte Tokens und ihren Weg
durch das System modelliert. Ausschnittsweise sind in
Abbildung 4 zwei Puffer des Modells zu sehen, die mit der
„WBSMP“ Komponente verbunden sind. Die Token fließen
also von den Puffern in die Komponente und werden,
nachdem durch die Simulation der Transportfahrzeuge ein
Abladezeitpunkt ermittelt wird, zu diesem wieder in den Rest
des Modells gegeben. Der Weg der Materialen während des
Transports durch die Fahrzeuge hat für den Rest des Modells
keine Relevanz und wird deswegen durch die Komponente
gekapselt.
Der interne „WBSMP“ Scheduler erstellt die Ereignisse, zu
denen die Token die Komponente verlassen bzw. betreten.
Der AGV Manager verwaltet die AGVs und simuliert ihre
Bewegungen. Der AGV Planer gibt diese Bewegungen vor
und stellt den grundlegenden Algorithmus aus Abschnitt 4.2
dar. Er verwendet zur Berechnung des kürzesten Pfades
innerhalb des Distributionszentrums unter Berücksichtigung
der Hindernisse aus der „Layout Map“ ein separates
Verfahrens („Kürzester Pfad“). Um Konflikte aufzulösen,
greift er auf die Wissensbasis zurück. In dieser Wissensbasis
sind die erlernten Strategien, die jeder Situation eine Regel
zuweisen gespeichert, wie in 4.3 beschrieben ist.
Die Wissensbasis wiederum muss die Strategien zunächst
offline trainieren mittels einer Lernkomponente. Dieser
Lernkomponente müssen Trainingsbeispiele zur Verfügung
gestellt werden. Trainingsbeispiele bestehen aus Situation –
Aktion Paaren, die im Trainingsbeispielgenerator erzeugt
werden mithilfe einer Bewertungsfunktion, die den Gewinn
aller möglichen Aktionen errechnet.
Es lassen sich verschiedene Pläne von Distributionszentren
laden und diverse Parameter wie „Anzahl an Fahrzeugen“
per Kommandozeile spezifizieren. Ebenfalls werden die zu
untersuchenden operativen Maßnahmen vorher eingegeben.
Deren Effektivität kann dann anhand der ausgegeben
Ergebnisse und Kennzahlen bestimmt werden.
6
Zusammenfassung und Ausblick
Der vorliegende Beitrag beschreibt ein Verfahren zur
wissensgesteuerten Wegeplanung fahrerloser
Transportfahrzeuge in Distributionslagern. Hauptziel der
Entwicklung stellt die „intelligente“ Wegfindung dar, die auf
veränderte Transportanfragen sowie die aktuelle
Verkehrssituation reagieren kann.
Hierzu wurde zunächst untersucht, inwieweit bereits
vorhandene wissensbasierte Methoden, die zur
Produktionssteuerung entwickelt worden sind, auf fahrerlose
Transportsysteme übertragbar sind. Vorhandenes Wissen
konnte erfolgreich transferiert werden. Das entwickelte
Verfahren wurde in der Simulationsumgebung d³FACT
insight implementiert, wodurch eine umfangreiche
Visualisierung und Wiederverwendbarkeit im Rahmen
zukünftiger Projekte erreicht werden kann.
Zur Evaluierung musste zunächst bestimmt werden, wie sich
die Güte der Klassifikation messen lässt. Die
Implementierung zeigt zunächst, dass eine funktionierende
Lösung des Problems erreicht wurde. Zusätzlich konnte
gezeigt werden, dass insbesondere unter wechselnden
Umständen, bei genügend großer Trainingsbasis, eine gute
Leistung erreichbar ist. Der Vergleich zu herkömmlichen
Verfahren ist nur unter Vereinfachung der Restriktionen
möglich.
Zukünftig sollen genauere Untersuchungen und Benchmarks
das Verfahren gegen gängige Einplanungsstrategien genauer
evaluieren und weiter verfeinern.
7
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SMART CITY LOGISTICS – EIN
KONZEPT FÜR STADTVERTRÄGLICHE UND SICHERE
TRANSPORTKETTEN
--------------------------------------------------------Dipl.-Ing. Christian Priemer, Prof. Dr.-Ing. Bernhard Friedrich
TU Braunschweig
LEBENSLAUF
Dipl.-Ing. Christian Priemer
Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, Doktorand
Institut für Verkehr und Stadtbauwesen
Rebenring 31, 38106 Braunschweig
Telefon: +49 531 391-7933
Telefax: +49 531 391-8100
E-Mail: c.priemer@tu-braunschweig.de
seit 01.10.2009
Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig
Doktorand
30.09.2009 01.09.2004
Leibniz Universität Hannover
Institut für Verkehrswirtschaft, Straßenwesen und Städtebau
31.08.2004 01.03.2004
Ingenieurgemeinschaft Schnüll Haller und Partner (SHP – Ingenieure)
Projektingenieur
28.02.2004
01.10.1998
Leibniz Universität Hannover
Studium des Bauingenieurwesens
Schwerpunkte: Verkehrsplanung, Verkehrsmanagement
SMART CITY LOGISTICS – OPTIMIERUNGSPOTENTIALE FÜR STADTVERTRÄGLICHE UND
SICHERE TRANSPORTKETTEN
Dipl.-Ing. Christian Priemer, Prof. Dr.-Ing. Bernhard Friedrich
1. Motivation
Deutschland rückt hinsichtlich der Verkehrsnachfrage durch
die EU-Osterweiterung in die zentrale Rolle der
Logistikdrehscheibe Europas. Die Globalisierungsdynamik
und deren Folgen für die weltweite Arbeitsteilung sorgen
darüber hinaus für einen fortlaufenden Anstieg im
Güterverkehr. Auf der Seite des Verkehrsangebots ist eine
weitere Verlangsamung des Fernstraßenausbaus zu
beobachten. Dazu im Gegensatz herrscht eine starke
Dynamik im Bereich der IuK-Technologien, die bedeutende
Lösungspotenziale für den Verkehrsbereich eröffnen.
Die Disparität von Wachstum des Güterverkehrs auf der
einen und Restriktionen beim straßenseitigen
Infrastrukturausbau auf der anderen Seite spiegelt sich in
Stauungen und Störungen des Verkehrsablaufs in einzelnen
Streckenabschnitten, einem erhöhten Unfallrisiko und
verminderten Verbindungsqualitäten wider. Wesentlich
negativ beeinflusst wird hierdurch die Terminzuverlässigkeit
von Transportketten. Insbesondere in Ballungsräumen
werden aufgrund der bisher schon hoch ausgelasteten
Verkehrsinfrastrukturen erhebliche Behinderungen für die
Wirtschaft und die Bevölkerung zu erwarten sein. Bereits
heute treten in der morgendlichen und abendlichen
Spitzenverkehrszeit erhöhte Emissionsbelastungen durch
Lärm und Kraftstoffe auf.
Ein wesentlicher Faktor für die Verkehrserzeugung in
Ballungsräumen sind Kurier, Paket und Express-Dienste (KEPDienste). KEP-Dienste transportieren Sendungen schnell und
flexibel und ermöglichen so die Beschleunigung vieler
wirtschaftlicher Prozesse. Kauf und Verkauf von Produkten
über das Internet wären ohne die Transportdienstleistung der
KEP-Dienste nicht denkbar. Das Transportaufkommen der
KEP-Dienste folgt deshalb direkt der Entwicklung des
Internet-Handels und verläuft ausgesprochen dynamisch.
Nach dem Umschlag der Waren in den Verteilzentren auf
Fahrzeuge bis 3,5t Nutzlast beliefern diese ihre Kunden
insbesondere in den Ballungsräumen. Die Verkehrsbelastung
trifft damit vor allem die städtischen Straßennetze. Um für
das sensible städtische Umfeld verträgliche Lösungen bereit
zu stellen, werden deshalb in der Zukunft weitaus
stadtverträglichere und umweltfreundlichere Fahrzeuge
benötigt.
Abbi l du ng 1: KEP-S t udi e 2008/ 2009, Wi rt s chaf tl i che
Bedeut u ng der Kur i er -, Paket - und Ex pr es s di enst e –
Ent wi ckl ung un d Pr ogn os e
Zunehmend rückt der Begriff der „Grünen Logistik“ ins
Blickfeld der Spediteure und Logistiker. Im Fokus steht
hierbei steht die Einsparung von Energie und CO2
stellvertretend für Treibhausgase (THG) mit unterschiedlicher
Klimawirkung. Der Transportsektor trägt mit ca. 25% zum
Rohstoffverbrauch und den schädlichen THG bei (Riechers,
2010). Durch regulative und marktgetriebene Maßnahmen
wie z.B. dem Emissionshandel, EURO VI, städtische
Umweltzonen, dem Grünbuch Städtischer Verkehr und
grünem Marketing ist der Beginn eines Umdenkprozesses in
der Logistikbranche zu erkennen. Die Bundesregierung
verfolgt das Ziel, den CO2-Ausstoss um 40% bis 2020
gegenüber 1990 zu reduzieren (Heigl, 2010). Das
Umweltbundesamt fordert darüber hinaus eine Erhöhung
der Lkw-Maut von 17Cent/km auf 37Cent/km und eine
Restriktion der Grenzwertbelastung in Wohngebieten auf
55db(A) in der Nacht (Brinkmann, 2010).
Die Forderungen zeigen deutlich, dass effiziente und
umweltbewusste Transportketten für die zukünftige Logistik
Grundvoraussetzung sind.
2. Zielsetzung
Die Zusammenführung von Kompetenzen aus
Verkehrsplanung, Verkehrstechnik, Fahrzeugtechnik, IuKTechnologie und Logistik eröffnet neue Lösungsmöglichkeiten, auf diese Herausforderungen zu reagieren
und Potentiale für grüne, sichere, stadtverträgliche
Transportketten im Bereich der Logistik aufzuzeigen. Der
Beitrag sieht vor, Optimierungspotentiale innerhalb der
Transportketten zu identifizieren, welche den städtischen
Güterverkehr in Zukunft CO2-effizienter, zuverlässiger und
stadtverträglicher aus Sicht zu machen. Im Fokus des
Beitrages stehen Methoden und Werkzeuge für die Planung
von zuverlässigen, grünen Transportketten auf der Straße
und Einsatzmöglichkeiten für alternative Fahrzeugantriebe.
Grundvoraussetzung für die Identifizierung von
Optimierungspotentialen ist eine valide Daten- und
Wissensbasis über verkehrliche Muster im städtischen
Wirtschaftsverkehr, die im Folgenden vorgestellt werden.
den Zeiträumen 07:00 – 09:00Uhr bzw. 16:00 – 19:00Uhr.
Die Ausprägung der Spitzenintervalle sowie deren zeitlicher
Beginn können regional unterschiedlich sein. Zwischen den
HVZ befindet sich die NVZ die deutlich geringere
Verkehrsstärken aufweist. Als SVZ wird der Zeitraum
zwischen der abendlichen und morgendlichen
Spitzenverkehrszeit bezeichnet. Hier treten die geringsten
Verkehrsstärken auf und können die höchsten
Reisegeschwindigkeiten erzielt werden.
3. Daten- und Wissensbasis
3.1 Analyse von Güterströmen in städtischen Räumen
Eine bedarfsorientierte Infrastrukturplanung sowie Konzepte
zur Verkehrslenkung und -steuerung setzen eine valide und
aktuelle Datenbasis voraus. Im Gegensatz zu dem
Kenntnisstand im privaten Personenverkehr liegen nur
unzureichend Kenntnisse über Verkehrsmuster im
Wirtschaftsverkehr vor. Vor diesem Hintergrund gab das
Bundesministerium Verkehr, Bau- und Wohnungswesen eine
bundesweite und flächendeckende Erhebung zum
„Kraftfahrzeugverkehr in Deutschland“ (KiD 2002) in
Auftrag, welche am Institut für Verkehr und Stadtbauwesen
der TU Braunschweig federführend bearbeitet wurde
(Wermuth, Wirth, Neef et al. 2003). Der Schwerpunkt der
KiD 2002 Studie wurde auf den Wirtschaftsverkehr mit
Kraftfahrzeugen bis einschließlich 3,5t Nutzlast gelegt, da
hier noch eine signifikante Wissenslücke über die
Verhaltensmuster bestand. Die Datengrundlage lässt zudem
differenzierte Aussagen nach den Arten der Siedlungsräume
(Agglomerationsraum, verstädtere Räume, ländliche Räume),
nach siedlungsstrukturellen Kreistypen sowie Wirtschaftszweigen zu. Momentan wird die KiD 2010 Studie
vorbereitet, dessen Ergebnisse im Frühsommer 2011
erwartet werden.
Relevante Erkenntnisse zum Wirtschaftsverkehr in
Innenstädten aus der KiD 2002 (Wermuth, Wirth, Neef et al.
2003) werden im Zusammenhang mit identifizierten
Optimierungspotentialen im Folgenden vorgestellt.
3.1.1
Tageszeitliche Verteilung der städtischen
Verkehrsstärken und Abfahrtszeiten im
Wirtschaftsverkehr
Abbildung 2 zeigt die Tageszeitganglinie der werktäglichen
Fahrten im Wirtschaftsverkehr in der Fahrzeugklasse bis 3,5t
aus der KiD 2002-Studie (Wermuth, Wirth, Neef et al. 2003).
Der überwiegende Teil aller Fahrten findet zwischen
06:00Uhr morgens und 17:00Uhr abends statt. Das
Maximum wird mit ca. 12% in der Zeit zwischen 07:00 und
08:00Uhr erreicht. Damit entspricht die dargestellte
Verteilung der Abfahrtszeiten einer typischen werktäglichen
Tagesganglinie des gesamten Kraftfahrzeugverkehrs wie sie
Abbildung 3 exemplarisch für die Innenstadt der
Landeshauptstadt Hannover zeigt. Unterschieden werden
Hauptverkehrszeiten (HVZ), Nebenverkehrszeiten (NVZ) und
Schwachverkehrszeiten (SVZ). Die HVZ sind charakterisiert
durch den morgendlichen und abendlichen Berufsverkehr in
Die Höhe der Verkehrsstärke beeinflusst maßgeblich die
realisierbaren Geschwindigkeiten und damit die Reisezeiten
zwischen Abfahrtsort und Zielort. Zudem erhöht sich die
Wahrscheinlichkeit von Störungen des Verkehrsablaufs in
Form von Störungen und Staus im Verkehrsablauf in Folge
hoher Verkehrsnachfrage. Die Kapazität von Elementen der
Verkehrsinfrastruktur wie z.B. Autobahnabschnitte,
Stadtstraßen und Lichtsignalanlagen wird teilweise bereits
heute in den HVZ erreicht.
Neben Kapazitätsproblemen in Kombination mit
Flächenrestriktionen, die einen Ausbau der
Verkehrsinfrastruktur in den Ballungsräumen erschweren,
führt ein erhöhtes Unfallrisiko in Folge vermehrter
Interaktionen der Verkehrsteilnehmer untereinander zu
weiteren Störungen im Verkehrsablauf. In der Folge erhöht
sich die Emission von THG und Lärm durch die steigende
Anzahl von Halt- und Anfahrvorgängen.
Insbesondere in Ballungsräumen, so z. B. an intermodalen
Logistikknoten, werden aufgrund der bisher schon hoch
ausgelasteten Verkehrsinfrastrukturen erhebliche
Behinderungen für die Wirtschaft und die Bevölkerung zu
erwarten sein. Die Herausforderung besteht darin, Engpässe
zu entschärfen, die vorhandenen Kapazitäten der
Verkehrsinfrastruktur möglichst schnell zu aktivieren und
dabei eine weitgehende Verlässlichkeit der Transportdauer
sowie der Ankunftszeit von Ladungen zu sichern.
Abbildung 4 zeigt deutlich wie sehr die Wahl der
Abfahrtszeit die Qualität und die Verlässlichkeit einer
Verbindung beeinflusst. Dargestellt sind 10 Trajektorien für
die Verbindung zwischen den Zentren des Oberzentrums
Frankfurt a. Main und dem Mittelzentrum Seligenstadt, die
mit Hilfe von Floating Cars generiert wurden. Als Floating
Cars werden mit GPS-Modulen ausgestattete Messfahrzeuge
bezeichnet, die im Verkehr mitschwimmen und im Idealfall
das mittlere Geschwindigkeitsniveau auf der jeweiligen
Strecke aufzeichnen. Zur Absicherung der Floating Car Daten
wurden Massendaten aus ANPR-Systemen (Automatic
Number Plate Recognition Systems) hinzugezogen. Die
Distanz zwischen Quelle und Ziel beträgt für die betrachtete
Verbindung Frankfurt a. Main – Seligenstadt ca. 23km. Die
erreichte Reisezeit in der NVZ beträgt ca. 15min und
entspricht damit einem Level of Service von B (gute Qualität
der Verbindung).
Bedingt durch die Verkehrsnachfrage in der morgendlichen
Spitzenverkehrszeit verringert sich die mittlere
Reisegeschwindigkeit per se um ca. 10 min (Abfahrtszeit
07:05Uhr) entspricht allerdings noch LoS B. Innerhalb der
morgendlichen HVZ erhöht sich die Reisezeit sukzessive. Das
Maximum von ca. 40min wird um 08:15Uhr erreicht. Dies
entspricht einer Zunahme von 15min bzw. 37,5% innerhalb
eines Zeitintervalls von 1:10h auf lediglich 23km. Die Qualität
der Verbindung entspricht LoS E (mangelhafte
Verbindungsqualität). Anzumerken ist, dass auf dem
untersuchten Abschnitt zum Zeitpunkt der Messungen
bereits Kapazitäts-erhöhende Maßnahmen seitens der
Verkehrszentrale Hessen aktiviert wurden, wie z.B. die
Freigabe des Seitenstreifens auf der BAB 3 und die
Störungen allein aus der täglich auftretenden
Verkehrsnachfrage in der morgendlichen HVZ und nicht
etwa einem Unfall resultieren.
Die Analyse zeigt deutlich, dass eine zeitlich zuverlässige
Tourenplanung bzw. die Planung von Transportketten mit
zeitsensiblen Gütern nur unter Berücksichtigung der
Verkehrsnachfrage und der Wahl unkritischer Abfahrtszeiten
zielführend ist.
Abbi l du ng 2: Tages z ei tl i che Ver t eil ungen der Abf ahr t s z ei t en; L kw bi s ei ns chl i eßl i ch 3, 5t Nut zl ast gewer bl i cher
und privater Halt er in Deut schl and (Mont ag – Freitag) (KiD 2002) (Wermuth, Wirth, Neef et al. 2003)
9,00
Anteil #Fahrzeuge am Tagesverkehr [% ]
8,00
7,00
6,00
5,00
4,00
3,00
2,00
1,00
:0
0
01
00
:0
0
-0
1:
00
-0
02
2:
00
:0
0
-0
03
3:
00
:0
0
-0
04
4:
00
:0
0
-0
05
5:
00
:0
0
-0
06
6:
00
:0
0
-0
07
7:
00
:0
0
-0
08
8:
00
:0
0
-0
09
9:
00
:0
0
-1
10
0:
00
:0
0
-1
11
1:
00
:0
0
-1
12
2:
00
:0
0
-1
13
3:
00
:0
0
-1
14
4:
00
:0
0
-1
15
5:
00
:0
0
-1
16
6:
00
:0
0
-1
17
7:
00
:0
0
-1
18
8:
00
:0
0
-1
19
9:
00
:0
0
-2
20
0:
00
:0
0
-2
21
1:
00
:0
0
-2
22
2:
00
:0
0
-2
23
3:
00
:0
0
-2
4:
00
-
Tageszeit [hh:mm]
Abbi l du ng 3: Tages gangl i ni e des Kr af tf ahr z eugv er kehrs an ei nem Wer kt ag i n der I nnens t adt der
L andes haupt s t adt Hannov er (ei gene Er hebu ngen)
ANPR 2
ANPR 1
3000
2500
LOS E
time [s]
2000
LOS D
LOS C
1500
LOS B
1000
start 07:05
start 07:25
start 07:50
start 08:15
start 08:50
start 16:10
start 16:40
start 16:45
start 17:45
start 18:15
500
0
0
5000
10000
15000
20000
25000
distance [m]
Abbi l du ng 4: Ent wi ckl ung de r Rei s ez ei t en f ür di e Ver bi ndung F r ankf ur t a. Mai n – S eligens t adt i n Abhängi gkei t
der Abf ahr t s z ei t (F ri edr i ch, Fr i edr i ch, Pr i emer , 200 6)
1
Der Level of Service (LoS) für Verbindungen wird in der Verkehrsplanung anhand der Luftliniengeschwindigkeit gemäß den Richtlinien für
die integrierte Netzgestaltung (FGSV, 2008) bestimmt. Es werden LoS von A (sehr gute Qualität) bis LoS F (schlechte Qualität) definiert.
1
3.1.2
Fahrtzweck, Fahrtweiten und Anzahl der
Fahrten im Wirtschaftsverkehr für Lkw bis 3,5t
Nutzlast
Neben der Kenntnis der Verkehrsnachfrage und den
Abfahrtszeiten sollen die im Folgenden betrachteten
verkehrlichen Kenngrößen:
Fahrtzweck,
mittlere Fahrtweite und
die mittlere Anzahl an Fahrten
eine wichtige Basis liefern, um Verbesserungspotentiale im
Bereich der straßengebundenen Logistik aufzuzeigen. Die im
Folgenden dargestellten Ergebnisse stammen aus der bereits
erwähnten KiD 2002-Studie (Wermuth, Wirth, Neef et al.
2003). Angaben über den Stichprobenumfang sind in den
folgenden Abbildungen enthalten.
Abbildung 5 zeigt die Fahrtzweckverteilung bei dienstlichen
und geschäftlichen Fahrten zwischen den Werktagen
Montag und Freitag. Mehr als die Hälfte aller Kfz-Fahrten
dienten typischen Spediteursaufgaben wie dem Holen,
Bringen, Transportieren von Gütern, Waren, Material,
Maschinen und Geräten. Auffällig ist der hohe Anteil an
Fahrten von 20%, die allein der Rückfahrt zum Betrieb bzw.
zum Stellplatz dienen. Dies lässt die Vermutung zu, dass es
sich hierbei um Leerfahrten handelt, die sowohl aus
ökonomischer wie auch ökologischer Sicht als kritisch
anzusehen sind.
Abbi l du ng 5: F ahr t z weckv er tei l ung bei di ens t l i chen
F ahr t en; L kw bi s ei ns chl i eßlich 3, 5t Nut zl as t (Ki D 2002)
(Wer mut h, Wi rt h, Neef et al . 20 03)
Den genauen Anteil von Leerfahrten an allen betrachteten
Kfz-Fahrten zeigt Abbildung 6. Von den 7.022.314 aller
erhobenen Fahrten mit Lkw bis zu einer Nutzlast von 3,5t
fand fast ein Drittel ohne Ladung statt. Die genauen
Hintergründe für diese Leerfahrten wurden zwar nicht
erhoben, jedoch kann festgestellt werden, dass hier ein
hohes Optimierungspotential vorliegt, um Wirtschaft und
Umwelt zu entlasten.
Für die Potentialabschätzung von alternativen und
umweltschonenden Fahrzeugantrieben in der städtischen
Logistik ist die Kenntnis der mittleren Fahrtweiten von
entscheidender Bedeutung. Insbesondere der Einsatz von
Elektromobilität im Bereich der Lkw bis 3,5t Nutzlast könnte
zu einer signifikanten Verbesserung der Emissionsbelastung
von Innenstädten beitragen.
Abbildung 7 zeigt die Verteilung der Fahrtweiten für Lkw bis
3,5t Nutzlast im werktäglichen Zeitraum Montag – Freitag.
Über 50% aller Fahrtweiten sind mit maximal 10km sehr
kurz. Die obere Darstellung von Abbildung 7 betrachtet
daher diese relevante Fahrtweitenklasse von 0-10km im
Detail. Es zeigt sich, dass der Großteil aller Fahrten eine
Fahrtweite von maximal 9-10km hat. Die mittlere Anzahl an
Fahrten pro Tag beträgt gemäß KiD 2002 bei Betrachtung
aller Siedlungsformen 4,34 Fahrten je Werktag – in
Kernstädten im Mittel >6Fahrten (Wermuth, Wirth, Neef et
al. 2003).
Da 80% aller Fahrten eine Weite von unter 20km aufweisen,
wäre eine derzeit limitierte Reichweite für Elektrofahrzeuge
von ca. 80 km somit kein Ausschlusskriterium für den Einsatz
von umweltschonenden Elektroantrieben im Bereich der
städtischen Logistik.
Abbi l du ng 6: Ant ei l der F ahrt en mi t L adung an al l en
di ens t l i chen/ ges chäf tl i chen F ahr t en; L kw bi s
ei ns chl i eßl i ch 3, 5t Nut zl as t (Ki D 2002) (Wermut h,
Wi r t h, Neef et al. 2003)
Abbi l du ng 7: Kumul i er t e F ahr t wei t en nach unt er s chi edl i chen Wi r t s chaft sz ei gen, L kw bi s ei ns chl i eßli ch 3, 5t
Nutzlast, Mont ag – Freitag (KiD 2002) (Wermuth, Wirth, Neef et al. 2003)
4. Effiziente und umweltschonende Tourenplanung
Ein wesentliches Optimierungspotential sehen die Autoren in
der Tourenplanung. Der straßengebundene Transportweg
vom Verteilungszentrum zum Endkunden birgt, aufgrund der
wechselnden Verkehrslage in Innenstädten, die größten
Risiken hinsichtlich unerwünschter Terminverschiebungen.
Aus Sicht der Verkehrsplanung wird die Tourenplanung nach
drei Entwicklungsstufen unterschieden:
–
–
–
ohne Berücksichtigung der Verkehrslage
unter Berücksichtigung von Tagesganglinien und
unter Berücksichtigung der aktuellen Verkehrslage
In der Regel erfolgt die Festlegung der Routen zwischen
Quelle und Ziel anhand einer Kürzesten-Wege-Suche im
unbelasteten Straßennetz. Ein bewährter und häufig
verwendeter Routingalgorithmus stammt von Dijkstra.
Insbesondere in den HVZ, in denen laut der KiD 2002–Studie
(Wermuth, Wirth, Neef et al. 2003) der überwiegende Anteil
aller gewerblichen Fahrten im städtischen Bereich stattfindet,
kommt es vermehrt zu Überlastungen der vorhandenen
Straßeninfrastruktur. In der Folge entsteht eine Diskrepanz
zwischen erwarteter und realisierbarer Ankunftszeit, die zu
Verspätungen in den Transportketten führen.
Vor diesem Hintergrund wurden Softwaretools entwickelt
und zur Marktreife gebracht, welche anhand historischer
Tagesganglinien die aktuelle und zukünftige
Verkehrsnachfrage prognostizieren, um eine zuverlässigere
Schätzung der Reisezeit zu ermöglichen. Exemplarisch für
diese Planungstools wird das Programm Map&Guide der PTV
AG an dieser Stelle erwähnt. Wesentlicher Vorteil dieses
kostenpflichtigen Programms ist die große, bundesweite
Datenbank mit historischen Verkehrsdaten. Neben der
verkehrsabhängigen Routenplanung können zudem
Emissionsberechnungen für jede betrachtete Route
durchgeführt werden.
Die Möglichkeit eine intermodale Emissionsberechnung für
weltweite Transportketten durchzuführen ermöglicht das frei
zugängliche online Planungstool EcoTransIT (Radtke, 2010).
Zunehmend mehr Logistikunternehmen und für den
globalen Markt produzierende Firmen interessieren sich für
die ökologischen Auswirkungen von intermodalen
Transportketten, um diese Auswirkungen reduzieren zu
können. Vor diesem Hintergrund haben das Institut für
Energie- und Umweltforschung (ifeu), Heidelberg, und die
Rail Management Consultants GmbH (RMCon) ein
Softwaretool mit dem Namen „EcoTransIT“ entwickelt, um
die Emissionen des Güterverkehrs quantifizieren zu können.
Dieses Projekt wurde von europäischen
Eisenbahngesellschaften initiiert: Railion AG, Schweizerische
Bundesbahnen (SBB), Green Cargo AB, Trenitalia S.p.A,
Société Nationale des Chemins de Fer (SNCF). Im Laufe der
Zeit haben sich neue Partner der Projektinitiative
angeschlossen, wie Red Nacional de los Ferrocarriles
Españoles (RENFE), Nationale des Chemins de fer Belges
(SNCB) und English Welsh & Scottish Railway Ltd (EWS). Seit
dem Jahre 2000 bringen alle Projektpartner ihre
Datenbestände in die gemeinsame Arbeit ein und entwickeln
das Tool ständig ihren nationalen Richtlinien und dem Stand
der Technik entsprechend weiter. EcoTransIT vergleicht den
Energieverbrauch und die Emissionen für Güter, die per Zug,
Lkw, (Binnen-) Schiff und Flugzeug transportiert werden.
Berücksichtigt werden auch intermodale Transportdienste
und die unterschiedlichen technischen Standards der
Fahrzeuge. Die Basis dieses Planungstools, welches für die
Berechnung von CO2-Belastungen entwickelt wurde, bildet
eine GIS-basierte Kartengrundlage für Straßen- und
Schienenetze sowie Flug- und Schifffahrtsrouten. Zudem
werden für regionale Fahrzeugtypen Emissionswerte
innerhalb der Datenbank hinterlegt. Die Abbildungen 8 und
9 zeigen exemplarische CO2-Analysen für die Verbindung
Hannover – Magdeburg. Betrachtet werden die
Verkehrsmittel Lkw, Zug und Binnenschiff. Eine
Berücksichtigung der Verkehrslage auf Basis historischer oder
aktueller Verkehrsdaten ist allerdings in EcoTransIT nicht
integriert.
Die Berücksichtigung der aktuellen Verkehrslage anhand von
stationären Detektordaten und Floating Car Daten innerhalb
der Tourenplanung wäre das Idealszenario. Nur so können
straßengebundene Routen und Touren optimiert werden.
Diese Daten liegen allerdings in der Regel nur für
Ballungsräume vor und sind in der Regel nicht frei
zugänglich, sondern der öffentlichen Hand vorbehalten.
Einen neuen Weg für die Generierung einer
flächendeckenden online Verkehrslage geht das
Unternehmen TomTom als Hersteller und Vertreiber von
Navigationsgeräten. Im Rahmen des Tools HD Traffic werden
Handydaten von sich im Fahrzeug befindlichen Personen
genutzt, um Staus und Störungen innerhalb eines
Verkehrsnetzes anhand der ermittelten Geschwindigkeit zu
identifizieren und innerhalb der Routenplanung zu
berücksichtigen. Die generierten Echtzeitdaten werden mit
Daten von Verkehrs-informationsdiensten ergänzt.
Abbi l du ng 8: CO2 -Emi s s i onen s ber echnu ng f ür di e
Ver kehr s art en L kw, Zug und Bi nnens chi f f f ür di e
Ver bi ndun g Han nov er -Magd ebur g mi t EcoTr ans I T
Abbi l du ng 9: Di s t anz bes ti mmung f ür di e Rout e
Hann ov er -Magdeb ur g f ür di e Ver kehr st r äger S tr aße,
S chi ene und Was s er st r aße mit EcoTr ans I T
5. Planung der Abfahrtszeiten
Den ökonomischen und ökologischen Nutzen einer smarten
Planung von Abfahrtszeiten unter Berücksichtigung von
Verkehrsdaten in Form einer höheren Terminzuverlässigkeit
der Transportketten, weniger Emissionen und einem
geringeren Energieverbrauch wurde bereits in den
vorherigen Abschnitten angesprochen (vgl. Abbildung 4).
Insbesondere die Anlieferung von Waren in sensiblen
innerstädtischen Gebieten (z.B. historische Ortskerne,
Fußgängerzonen) unterliegt allerdings zahlreichen
Restriktionen seitens der Kommunen und Städte, so dass hier
das Zeitfenster für eine Optimierung a priori eingeschränkt
wird. Die IHK Stuttgart schreibt hierzu:
„Die Warenanlieferung in den Städten der Region muss den
Erfordernissen des Handels, des produzierenden Gewerbes
und der Gastronomie Rechnung tragen. Vor allem in vielen
Innenstädten wird die Anlieferung von Gütern sehr
erschwert. Restriktionen der Kommunen schränken die
Anlieferzeit auf enge Zeitfenster ein. In besonderem Maße
betroffen sind hiervon die Fußgängerzonen, in denen durch
die hohe Einzelhandels- und Gastronomiedichte ein
intensiver Liefer- und Entsorgungsverkehr anfällt. Die
Transportunternehmen sind dadurch zu Anlieferungen in
den Spitzenzeiten des morgendlichen Berufsverkehrs
gezwungen. Dies führt nicht nur zu Behinderungen des
Berufsverkehrs, sondern verhindert auch eine Optimierung
der Routenplanung, was zu schlechterer Fahrzeugauslastung
und damit zu noch mehr Verkehr führt. Deshalb muss die
Anlieferung zu den Zeiten möglich sein, die den
Erfordernissen des Handels und der Transportunternehmen
entgegen kommen.“
Auch in den niedersächsischen Mittelzentren Hameln und
Hildesheim finden sich Beispiele für eingeschränkte Lieferund Ladezeiten: Im Zuge der Einrichtung einer
Fußgängerzone in der historischen Innenstadt Hamelns
wurde z.B. der Kfz-Verkehr bereits vor Jahren aus dem
überwiegenden Teil des Stadtkerns herausgenommen. Für
den Lieferverkehr wurde ein Zeitfenster von 18:00Uhr
abends bis 10:00Uhr morgens geschaffen und das zulässige
Gesamtgewicht der Lieferfahrzeuge auf 3,5t Nutzlast
beschränkt (TU HH-H 2010). Ein entsprechendes Zeitfenster
existiert auch in Hildesheim (19:00Uhr-11:00Uhr).
Quak et. al (2008) identifizieren ein Optimierungspotential
für die Planung von Abfahrtszeiten durch die gezielte
Beeinflussung des Endverbraucherverhaltens über monetäre
Anreize. Der Endkunde möchte in der Regel die georderte
Ware, insbesondere bei KEP-Diensten so schnell als möglich
empfangen möchte. Dies entspricht in den meisten Fällen
dem Vormittag am folgenden Tag. Eine Zustellung fällt somit
zeitlich mit der morgendlichen HVZ zusammen.
Möglichkeiten das Verbraucherverhalten im Sinne der
Ökologie und Ökonomie positiv zu beeinflussen, sehen Quak
et al. in monetären Anreizen. So wäre vorstellbar einen
Preisnachlass zu gewähren, wenn mehrere Kunden für den
gleichen Zeitraum Waren ordern (Bündelung von
Transporten, Vermeidung von Leerfahrten). In Zeiträumen, in
denen die Nachfrage höher ist als die Kapazität kann
ebenfalls über den Zustellungspreis steuernd eingegriffen
werden. Ein solcher Zeitraum stellt beispielsweise die
Weihnachtszeit dar. Analog zu time-slots an Flughäfen für
Starts und Landungen können so Preise für Zustellzeiträume
definiert werden. Vormittagszustellungen würden so
entsprechend teurer sein als Zeitfenster im off-peak Bereich.
Auch eine vom Wochentag abhängige Tarifstruktur wäre
denkbar.
Auf diese Weise könnte steuernd auf die Planung von
Abfahrtszeiten seitens des Zulieferers eingegriffen werden,
die Infrastruktur entlastet und die Zuverlässigkeit der
Transportketten erhöht werden.
6. Zusammenfassung
Der Beitrag zeigt Optimierungspotentiale im Bereich der
städtischen Logistik aus Sicht der Verkehrsplanung auf. Als
Optimierungsfelder werden im Rahmen der Tourenplanung
das Routing unter Berücksichtigung der (historischen)
Verkehrsnachfrage und die Terminierung der Abfahrtszeiten
fokussiert. Die Basis hierfür bilden Kenntnisse zum
städtischen Wirtschaftsverkehr aus der KiD 2002-Studie
(Wermuth, Wirth, Neef et al. 2003). Ein weiterer
Schwerpunkt bildet die Grüne Logistik und damit die
Reduzierung von CO2-Emissionen. Vor dem Hintergrund
bekannter Fahrtweiten und der mittleren Anzahl an Fahrten
je Werktag werden zudem Möglichkeiten zur Einführung
alternativer, umweltschonender Antriebe basierend auf
Elektromobilität für Lkw mit einer Nutzlast von 3,5t Nutzlast
im städtischen Bereich aufgezeigt.
7. Literatur
Brinkmann, A. (2010): Strategie für einen nachhaltigen
Güterverkehr, DVWG und 2.combi*net Seminar – Green
Logistics: Anforderungen und mögliche Umsetzungen im
Mittelstand
FGSV (2008) RIN: Richtlinien für die integrierte
Netzgestaltung., Köln, FGSV Verlag.
Friedrich, B.; Friedrich, M.; Priemer, Ch. (2006): Impacts of
the service quality of single road facilities on the service
quality in networks. Proceedings of the 5th International
Symposium on Highway Capacity and Quality of Service
Volume 2 – Technical Papers, Transportation Research Board,
25. - 29. July 2006, Yokohama, Japan
Heigl, P. (2010): Green Logistics aus der Perspektive der
mittelständischen Dienstleister, DVWG und 2.combi*net
Seminar – Green Logistics: Anforderungen und mögliche
Umsetzungen im Mittelstand
KEP (2008): KEP-Studie 2008/2009, Wirtschaftliche
Bedeutung der Kurier-, Paket- und Expressdienste –
Entwicklung und Prognose. Bundesverband Internationaler
Kurier- und Expressdienste e.V.
Quak, H.; Agatz, N.; van Nunen, J. (2008): Customized
policies for sustainable urban distribution in Innovations in
City Logistics, ISBN: 978-1-60456-725-0
Radtke, A. (2010): EcoTransIT – Energieverbrauch und
Umweltdaten weltweit bilanzieren, DVWG und 2.combi*net
Seminar – Green Logistics: Anforderungen und mögliche
Umsetzungen im Mittelstand
Riechers, E. (2010): Anforderungen an Green Logistics aus
Sicht der Verlader, DVWG und 2.combi*net Seminar – Green
Logistics: Anforderungen und mögliche Umsetzungen im
Mittelstand
Wermuth, M.; Wirth, R.; Neef, Ch. et. al. (2003):
Kontinuierliche Befragung des Wirtschaftsverkehrs in
unterschiedlichen Wirtschaftsräumen – Phase 2, Hauptstudie
– Schlussbericht zum Forschungsprojekt 70.0682/2001 im
Auftrag des Bundesministeriums für Verkehr, Bau- und
Wohnungswesen, Braunschweig, 2003
TU HH-H (2010) :
(http://www.vsl.tharburg.de/gv/4/test?menu=4c&inhalt=4c1
PAKETDIENST MIT WECHSELBEHÄLTER – EIN BETREIBERMODELL
--------------------------------------------------------Marc Hackländer
FPL FRESHParcel Logistik GmbH & Co. System KG, Köln
LEBENSLAUF
Marc Christian Hackländer
FPL FRESHParcel Logistik GmbH & Co. System KG, Geschäftsführer
FRESHParcel Logistik GmbH & Co. System KG
Sachsenring 81, 50677 Köln
Telefon: +49 (0) 541 – 580 536-72
Telefax: +49 (0) 541 – 580 536-66
E-Mail: marc.hacklaender@fplogistik.de
16.09.1967
geboren in Leverkusen
Mai 1988
Abschluss der Hochschulreife
14.08.1989
Ausbildung zum Speditionskaufmann
01.03.1992
Transportberater im Außendienst, trans-o-flex, Weinheim
01.04.1995
Vertriebsleiter (Prokurist) der Region West, trans-o-flex, Weinheim
01.10.1999
Leiter International und Unternehmensentwicklung, trans-o-flex, Weinheim
01.04.2002
Direktor International, trans-o-flex Weinheim
01.10.2005
Geschäftsführer EURODIS GmbH
01.06.2009
Mitglied der Geschäftsleitung der FP Logistikentwicklungsges.mbH., Osnabrück
01.01.2010
Geschäftsführer der FPL FRESHParcel Logistik GmbH & Co. System KG, Köln
INTELLIGENTE LOGISTIK –
DAS FRESHPARCEL – SYSTEM
Marc Christian Hackländer
1.
Von der Idee zur Realität
Am Anfang stand die Überlegung, dass es in unserer
heutigen Zeit für alle erdenklichen logistischen
Herausforderungen bereits eine oder mehrere Lösungen zu
geben scheint. Weltweite Beschaffung oder europaweite
Express-Distribution sind heute wesentliche Bestandteile aller
Wertschöpfungsketten. Konsumenten haben sich längst
daran gewöhnt, Waren, wie Bücher, Haushaltsgeräte oder
Computer über das Internet einzukaufen. Große
geografische Entfernungen oder Grenzen scheinen dabei
kaum eine Rolle zu spielen.
Scheinen - denn für Hersteller und Händler von
hochwertigen Nahrungsmitteln, die in kleineren Mengen
streng temperaturgeführt und überwacht distribuiert werden
müssen, gab es bislang keine Lösung.
Frische Lebensmittel, die üblicherweise zuhause im
Kühlschrank aufbewahrt werden, müssen von der
Herstellung über die Lagerung bis zum Endkunden in einer
geschlossenen und überwachten Kühlkette behandelt
werden. Grundsätzlich darf dabei eine Temperatur von 0
Grad nicht unterschritten und eine Temperatur von +7 Grad
nicht überschritten werden.
einer solchen Verpackung nach 36 Stunden außerhalb des
vorgeschriebenen Temperaturbereiches angelangt und nicht
mehr ohne Bedenken zum Verzehr geeignet.
Viele Hersteller und Händler unterhalten seit geraumer Zeit
einen eigenen Fuhrpark, mit dem sie meist regional
begrenzt, Kunden im Umkreis beliefern.
Alle diese Ansätze passen nicht zu den Anforderungen,
wenn es darum geht, frische und hochwertige Lebensmittel
in kleineren Mengen deutschlandweit zu verteilen.
Wenn FRESHParcel Anfang 2011 an den Start geht, dann
können alle Hersteller und Händler endlich ihre
Frischeprodukte in kleinen Mengen verkaufen, brauchen
keinen kostenintensiven Fuhrpark, müssen keine
Mindestbestellmengen verlangen und können kostengünstig,
sicher und zuverlässig jeden Kunden in ganz Deutschland
erreichen.
Dabei sind speditionelle Anbieter im temperaturgeführten
Transport auf große Stückgutsendungen und
Komplettladungen ausgerichtet. Dies liegt daran, dass rund
80% aller Nahrungsmittel über den klassischen
Lebensmitteleinzelhandel abgesetzt werden. Diese LEHKetten unterhalten große Regionalläger von denen die Ware
palettenweise zu den Filialen transportiert wird.
Einzelhändler, wie Feinkostgeschäfte oder Bioläden können
sich nicht palettenweise bevorraten, da sie nicht über
entsprechende Kapazitäten verfügen und frische
Lebensmittel ein natürliches Verfallsdatum besitzen, das
Mindesthaltbarkeitsdatum (MHD).
Dies allein zwingt entweder zum schnellen Abverkauf oder
zum Bestellen kleinerer Mengen, die innerhalb einer
gegebenen Zeit abgesetzt werden können. Ordern von
kleinen Mengen ist aber derzeit kaum möglich, da die
logistischen Anbieter auf große Sendungen ausgerichtet
sind.
Händler, die frische Lebensmittel im Internet anbieten,
müssen sich einerseits auf spezielle und teure
Isolierverpackungen und anderseits auf die Liefergenauigkeit
des logistischen Dienstleisters (i.d.R. Paketdienst) verlassen.
Je nach Umgebungstemperatur ist der empfindliche Inhalt
Ab b i l d u n g 1 : Re a k ti on ü b e r w ww . xi n g .c om
1.
Die Umsetzung
FRESHParcel ist der einzige logistische Dienstleister für die
flächendeckende Distribution temperatursensibler Güter (+2
Grad bis +7 Grad Celsius) mit kurzem
Mindesthaltbarkeitsdatum im Paketdienstsegment.
Wie bereits dargestellt, ist die Situation in der
Lebensmitteldistribution vergleichbar mit der Zeit vor der
Gründung der großen Paketdienste in den 1970er Jahren im
Trockengutbereich (ohne Temperaturführung). Auch damals
suchte der Markt nach einer Lösung für kleinere
Sendungsgrößen.
Über das neue FRESHParcel System werden Sendungen
schonend, sicher, hygienisch und kostengünstig distribuiert.
Diese neue Systematik heißt: Depotlose Distribution.
Die depotlose Distribution benötigt nur noch einen
Hauptumschlagsbetrieb und keine weiteren Depots oder
Niederlassungen, wie in herkömmlichen Systemen.
Um eine bundesweite Distribution ohne Depots in der Fläche
zu ermöglichen, kommen speziell von FRESHParcel
entwickelte Wechsel-Boxen mit aktiver Kühlung zum Einsatz.
Diese Wechselboxen mit Volumen von 10,8 Kubikmeter
kühlen autark. Dies bedeutet, dass sie sowohl auf den
Trägerfahrzeugen, als auch über eine normale 230 V
Steckdose mit dem notwendigen Strom versorgt werden.
Damit sind die Boxen universell in der Beladung, den
Transport und in der Auslieferung einsetzbar.
Alle Sendungen, die bei Kunden übernommen worden sind,
werden in diesen speziellen Wechsel-Boxen, die auf den
Trägerfahrzeugen arretiert sind, transportiert. Dabei befinden
sich die Pakete in Rollregalen, die zur schnellen und
einfachen Be- und Entladung der Boxen dienen. Jeweils
sechs Rollregale befinden sich in einer Wechsel-Box. Das
Trägerfahrzeug selbst hat ein maximales Gesamtgewicht von
3,5 to. und kann somit von jedem Inhaber eines EUFührerscheines „B“ bedient werden.
Ab b i l d u n g 3 : La yo u t d e r So rti e ra n la g e
Die einzigartige auf das FRESHParcel System angepasste
Speditions-Software mit dynamischer Tourenplanung
berechnet dabei anhand der aktuellen Tagesdaten die
optimale Verteilung auf die zur Verfügung stehenden
Fahrzeuge an den FRESHPoints.
Dies bedeutet, dass grundsätzlich immer optimale Touren
unter Wirtschaftlichkeitsaspekten gebildet werden und
andererseits, dass bereits in den Abendstunden die
Auslieferungen für den nächsten Werktag virtuell disponiert
worden sind.
Das Fahrzeug und weitere aus der Region fahren nach der
Abholtour zu einem regionalen Konsolidierungspunkt, dem
FRESHPoint. Ein FRESHPoint ist kein kostenintensives Depot bestehend aus Gebäude und Technik - sondern lediglich eine
befestigte, ausreichend große Fläche von ca. 1.500 qm. An
dem FRESHPoint werden die auf den Trägerfahrzeugen
arretierten Boxen mittels Gabelstapler auf einen
Fernverkehrszug umgeladen.
Ab b i l d u n g 4 : To u re n p la n u n g
Ab b i l d u n g 2 : FR E SHP o i n t
Der Fernverkehrszug besteht aus einer Sattelzugmaschine
und einem speziell konstruierten Trägerrahmen, der sieben
Wechsel-Boxen aufnehmen kann. Dieser wiederum fährt an
den HUB (Hauptumschlagsbetrieb).
Am HUB werden die Rollregale aus den Boxen entladen und
an die Auflagestationen der Sortieranlage geführt.
Die Sendungen werden durch eine leistungsfähige
Sortieranlage gemessen, gewogen, gescannt und qualifiziert
sortiert. Die Besonderheit dabei ist, dass die Sortierung gleich
auf die Endempfänger erfolgt.
Gerade für Internetbesteller bietet sich dadurch der Vorteil,
dass diese eine Kurznachricht mit der Auslieferzeit auf ihr
Mobilfunktelefon erhalten können.
Die Boxen werden daraufhin in der Reihenfolge der
Ausliefertour qualifiziert beladen.
Die Hauptlauf-Fahrzeuge fahren mit sieben für die
Auslieferung fertig beladenen Wechsel-Boxen zu den
FRESHPoints. Dort werden die Boxen wieder mittels
Gabelstapler auf die Nahverkehrsfahrzeuge umgeladen und
die Ausliefertour kann starten. Die Fahrer müssen ihre
Fahrzeuge nicht selbst beladen.
2. Auswirkungen des FRESHParcel Systems
Die depotlose Distribution verbraucht weniger Ressourcen,
als ein Distributionsnetzwerk mit Niederlassungen in der
Fläche. Dadurch entstehen Vorteile sowohl in ökonomischer
als auch in ökologischer Hinsicht.
2.1
Ökonomische Auswirkungen
Alle Sendungen werden in einem einzigen Umschlagsbetrieb
gescannt und qualifiziert sortiert. Dadurch benötigt das
FRESHParcel System keine Niederlassungen in der Fläche, die
in diesem speziellen Fall bei +2 Grad bis +7 Grad betrieben
werden müssten.
Die Kosten für eine derartige Infrastruktur führen
naturgemäß zu einer nicht unerheblichen Kostenbelastung
pro Auftrag (Paket oder Sendung). Herkömmliche Paket- und
Expressnetzwerke benötigen daher immer eine
Mindestanzahl an Paketen oder Sendungen, die täglich
durch das System abgewickelt werden. Diese Mindestmenge
ist im FRESHParcel System aufgrund der nicht vorhandenen
Fixkosten deutlich geringer. Dadurch ist es erstmals möglich,
bereits mit wesentlich geringeren Auftragsmengen ein
ausgeglichenes Geschäftsergebnis zu erzielen.
In herkömmlichen Paket- und Expressnetzwerken werden die
Sendungen grundsätzlich anhand eines feststehenden
Postleitzahlenschlüssels den Ausliefertouren zugewiesen. Da
die Tagesmengen in der Auslieferung stark schwanken, (bis
zu 30% täglich), ist eine effiziente Tourenauslastung nicht
möglich, da jede Tour ein ihr zugewiesenes
Auslieferungsgebiet bedienen muss. Im FRESHParcel System
existieren keinen festen Postleitzahlenschlüssel. Die jeweilige
Tagesmenge wird immer am HUB optimiert auf die
vorhandenen Nahverkehrskapazitäten verteilt, so dass sich
nicht die Mengen pro Tour, sondern die Tour selbst ändert.
2.2 Ökologische Auswirkungen
Weniger temperierte Gebäude bedeuten weniger
Energieverbrauch und CO2 Ausstoß. Um die Leistungen des
FRESHParcel Systems mit herkömmlichen
Niederlassungsstrukturen umzusetzen, würden 30
Kühlgebäude zum Einsatz kommen müssen. Im FRESHParcel
System existiert nur ein HUB, welches bei +2 Grad bis +7
Grad betrieben wird.
Im Nahverkehr werden die Ausliefertouren immer unter
Produktivitätsgesichtspunkten gebildet. Dies bedeutet, dass
die Fahrzeuge (Wechsel-Boxen) stets unter optimaler
Auslastung zum Einsatz kommen. Dies spart Leerkilometer,
Kraftstoff und minimiert umweltbelastende Emissionen.
Im Fernverkehr kommen 2 x 57 (=114) Linien mit je 320 km
zum Einsatz. Die Tagesleistung im Fernverkehr beträgt
36.500 km. Bei einem Konzept mit Direktverkehren würden
217.000 km anfallen. Die Einsparung hinsichtlich Kraftstoff
und CO2 ist auch hier enorm.
Bei Wachstum wird der Produktivitätseffekt im Nahverkehr
noch erhöht, da die Strecke zwischen FRESHPoint und den
zu tätigenden Stopps immer kleiner wird.
Die Touren, die fertig beladen am HUB stehen, werden im
Hauptlauf zu je sieben Wechsel-Boxen pro Fernzug zu den
FRESHPoints transportiert. Bei dem FRESHParcel System
handelt es sich um ein striktes HUB-and-Spoke Verfahren.
Möglich ist dies aufgrund des Zeitgewinns, da die
Sendungen nur ein einziges Mal sortiert werden.
Bei zwei oder mehr Sortiervorgängen, wie in anderen
Systemen, könnte ein 24h-Dienst bundesweit nicht mehr
sichergestellt werden.
Der Vorteil ist, dass 114 Linienverkehre ausreichen, um die
gesamte Transportleistung zum und vom HUB darzustellen.
In anderen System mit einem hohen Anteil an
Direktverkehren zwischen den einzelnen Niederlassungen
kommen durchschnittlich zwischen 450 bis 800
Linienverkehre zum Einsatz.
Bei steigenden Mengen wird die Anzahl der FRESHPoints in
der Fläche einfach erhöht. FRESHPoints sind befestigte
Flächen – keine Gebäude. Neue FRESHPoints, die eine eigene
Fernverkehrsanbindung erhalten, werden verkehrsoptimiert
eingerichtet. Dies bedeutet, dass bei steigenden Mengen die
Produktivität des Nahverkehrs weiter steigt, die Kosten auf
der letzten Meile sinken und weniger Anfahrstrecke zu dem
Empfängern anfällt. Das Netz wird so immer dichter.
TECHNISCHE SYSTEMKOMPONENTEN FÜR DEN
CONTAINERUMSCHLAG IM
CITYTRANSPORT
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EBF Dresden GmbH Forschung, Entwicklung, Erprobung
Clara-Zetkin-Str.31 01309 Dresden
Telefon: 0351 42291- 0
Telefax: 0351 42291-19
E-Mail: ebf.dd@t-online.de
1962 - 1966
Abitur und Berufsausbildung als Lokomotivschlosser im Bahnbetriebswerk Erfurt
1966 - 1971
Studium und Diplomabschuss an der Hochschule für Verkehrswesen Dresden
Fachrichtung Fahrzeugtechnik
1971 - 1976
Wissenschaftlicher Assistent an der Hochschule für Verkehrswesen Dresden
1978
Promotion zum Dr.-Ing. an der Hochschule für Verkehrswesen Dresden
1976 - 1981
Abteilungsleiter für technische Importvorbereitung/Maschinenprüfung
1981 – 1982
Gruppenleiter Technische Diagnostik, Institut für Baumechanisierung Dresden
1983 – 1987
Fachdirektor Qualitätssicherung Messwesen Stammbetrieb und Kombinat
Baumechanisierung Dresden
1988 - 1990
Bereichsdirektor Forschung und Entwicklung Stammbetrieb und Kombinat
Baumechanisierung Dresden
Seit 1990
Gründung EBF Dresden und Geschäftsführer Arbeitsgebiet Maschinen- und
Ausrüstungsentwicklung
.
TECHNISCHE SYSTEMKOMPONENTEN FÜR
DEN CONTAINERUMSCHLAG FÜR DEN
CITYTRANSPORT
1
Ausgangssituation
Für kleinvolumige Ladungen, z.B. im Frischedienst oder bei
der Versorgung kleiner Handelseinrichtungen sollen
Transporter bis 3,5 t zulässiges Gesamtgewicht genutzt
werden. Die Nutzung dieser Transporter wird entscheidend
beeinflusst durch die Marktforderung, die Fahrzeuge mit
PKW Führerschein zu fahren und damit auf eine breite
(kostengünstige) Personalbasis zurückgreifen zu können.
Aktueller Stand der Wissenschaft und Technik ist bei den
Aufbauten vorwiegend die Nutzung von Isolierkoffern,
teilweise mit aufgebautem batterie-gebundenem oder
motorgebundenem Kühlaggregat. Diese Kofferaufbauten
sind in der klassischen Paneelsbauweise mit Aluminium
Eckverbindungen ausgeführt und mit einem stabilisierenden
Zwischenrahmen fest auf Transporterfahrgestellen
aufgebaut. Der Ladungswechsel erfolgt in körperlich relativ
schwerer Arbeit, indem die Einzelverpackungen manuell beund entladen und in die Lager transportiert werden. Erste
neuere Ansätze, die von Fraunhofer IFF und RKB Döbeln
entwickelt wurden, nutzen bereits kleinvolumige
Wechselbehälter unterhalb des Wechselbehältertyp C. Sie
werden allerdings aus Gründen des Gewichtes des
Fahrzeugaufbaues über liftbare Rollenbahnen und
Scherenhubtische manuell verschoben. Dieses Konzept
kommt den Zielen sehr nahe, mindert aber den
Verbreitungsgrad noch durch das zusätzlich zum Fahrzeug
am Entladeort notwendige Equipment und die fehlende
Durchgängigkeit des hier beschriebenen Logistikkonzeptes.
Sowohl hinsichtlich eines fahrzeuggebundenen
Absetzgerätes, der masseminimierten Bauweisen, des
emissionsfreien Betriebes, der Antriebsenergie einschließlich
des Energiemanagements besteht noch erheblicher
Entwicklungsbedarf. Nachfolgend sollen dazu einige
grundsätzliche Überlegungen vorgestellt werden.
2
Technische Zielparameter für Gesamtsystem
Im Interesse der Befahrbarkeit auch von Toreinfahrten und
Ladenpassagen entsteht für den Wechselbehälter ein
optimaler Abmessungsbereich Länge/TiefexBreitexHöhe von
etwa 2500x2000x2000 mm, wobei die Höhe in
Abhängigkeit vom Ladegut und möglichen Einbauten
festzulegen ist. Das wesentliche Maß ist die Länge von 2500
mm wegen der quer orientierten Beladung von bis zu 6
Containern auf LKW-Sattelaufliegern im
Bereitstellungsverkehr. Da der Transport im Verteilerverkehr
auf 3,5 t Transportern erfolgen soll, deren Breite
einschließlich fahrzeuggebundener Umladeeinheit 2100 mm,
maximal 2300 mm, nicht überschreiten darf, ist eine
maximale Außenbreite von 2000 mm erforderlich. Die
Nutzmasse des Containers sollte bei 1000 kg liegen.
Damit ergibt sich eine Masseverteilungsstruktur für das
Transportsystem
- Basisfahrzeug 1650 – 1700 kg
- Containermasse 400 – 425 kg mit Energieversorgung,
Telematikausstattung, rollstabiler Bodenplatte,
Kühlmöglichkeit
- Absetzgerät 425 kg
Aus diesen Zielparametern ergeben sich auch die
konzeptionellen Grundforderungen an das Grundsystem
Behälter – Absetzgerät.
- Die Wechselbehälterhülle mit Türen ist als selbst tragendes
Gehäuse aus Faserverbund-Konstruktionselementen
auszulegen. An den Orten konzentrierter, punktueller
Krafteinleitungen sind Anschlusselemente aus hochfesten
Materialien (Stahl oder Aluminium) durch Klebe- oder
Laminiertechnik zu integrieren. Feste Rahmen und
Eckbeschläge wie bei Kühlcontainern entfallen.
- Zur Kompatibilität mit konventionellen Umschlaggeräten,
die konzentriert Kräfte einleiten (Rollenbahnen, Stapler)
sollen Metall-Bodengruppen in Formleichtbauweise
entwickelt und hergestellt werden, bei denen in
Hohlkastenprofilen Teile des Energiespeichersystems und
ggf. der Kühltechnik untergebracht werden. Die
Entscheidung zum Material wird im Ergebnis der Festigkeitsund Stabilitätsuntersuchungen getroffen. Die Verbindung
mit den tragenden Faser-Verbund-Kunststoff-(FVK-)
Flächenelementen des Containers erfolgt durch
Klebeverbindungen. Diese Struktur wirkt als
Verbundtragstruktur zusätzlich massereduzierend
- Die Sandwichstruktur des Containers ist geeignet, Elemente
des IT Systems wie großflächige Abschirmungen in Form von
Metallgeweben, Antennenflächen oder auch im Inneren
elektrische Kühlelemente aufzunehmen. Das kann bei
Unterbringung des Kühlaggregats in die Bodenbaugruppe
auch die Einbettung von Luftkanälen in den Sandwichbau
beinhalten,
- Die Entladeeinheit soll als Leichbau-Absetzsystem mit
ausschließlich auf den speziellen Zweck minimierter
Kinematik entwickelt werden. Dabei sollen die
Hauptelemente aus höherfesten Aluminium und KunststoffKomponenten bestehen. Ergänzend ist die konstruktive und
technologische Möglichkeit von CFK Verstärkungen in den
Im Interesse der Befahrbarkeit auch von Toreinfahrten und
Ladenpassagen entsteht für den Wechselbehälter ein
optimaler Abmessungsbereich Länge/TiefexBreitexHöhe von
etwa 2500x2000x2000 mm, wobei die Höhe in
Abhängigkeit vom Ladegut und möglichen Einbauten
festzulegen ist. Das wesentliche Maß ist die Länge von 2500
mm wegen der quer orientierten Beladung von bis zu 6
Containern auf LKW-Sattelaufliegern im
Bereitstellungsverkehr. Da der Transport im Verteilerverkehr
auf 3,5 t Transportern erfolgen soll, deren Breite
Zugzonen in Modell- und Prototypstrukturen zu
untersuchen.
3
Analyse der fahrzeugtechnischen Basis
Das Angebot an Transporterfahrgestellen mit zulässigen
Gesamtgewichten von 3,5 t ist breit, die Differenzen in der
Eigenmasse allerdings ebenfalls, wie die nachstehen-de
Übersicht zeigt.
Fahrzeugmodell
Ges.- Leer- Nutz- Radmasse masse last
stand
kg
kg
kg
mm
zul.Achslast
kg
3500
1710
1790 3450
1850 2000
Fiat Ducato 35 3500
1710
1790 3450
1850 2000
Ford Transit
350 M
3500
1635
1865 3504
1750 2250
Mercedes
Sprinter 35
3500
1771
1729 3665
1800 2250
Opel Movano
3500
1632
1868 3578
1750 2250
Renault Master 3500
120
1632
1868 3578
1750 2250
Volkswagen
Crafter 35
1771
1729 3665
1800 2250
Citroen
Jumper 35
3500
VA
4
Lösungszielstellungen für Absetzgerät
Für die Be- und Entladung des Wechselbehälters sollen
prinzipielle Lösungsvarianten für ein fahrzeuggebundenes
Entladegerät vorgestellt und diskutiert werden, das ohne die
aktuellen zusätzlichen externen Hubeinrichtungen wie
Hubtische oder Stapler die Entladung vom Sattelauflieger
und ein bodenebenes Aufnehmen und Absetzen der
Ladeeinheiten erlaubt und an die Standardschnittstellen
eines Serienfahrgestelles angepasst ist.
Wegen der zu hohen Baumasse und erforderlicher spezieller
Behältergestaltung sind existierende Absetzgeräte dafür
nicht geeignet. Durch Nutzung einer Stahl-AluminiumMischbauweise soll das höhere Gewicht des
Fahrzeugaufbaues trotz erweiterter Funktionen nicht über
dem Gewicht von aktuellen starren Rolldecks liegen.
Für das Gesamtsystem gilt das Ziel der konsequenten
Gewichtsminimierung, ohne die breite Kompatibilität zu
bestehenden bodenorientierten Umschlagsystemen wie
Stapler und Rollenbahnen einzuschränken.
Schwerpunkt der Entwicklung ist eine auf extremen
Leichtbau orientierte Struktur des Wechselbehälters
unter Berücksichtigung niedriger Kosten, da dieser
Wechselbehälter in großen Stückzahlen benötigt wird.
Die aus der Aufgabenstellung resultierenden maßlichen Beund Entladeverhältnisse sind in der nachfolgenden
Prinzipdarstellung am Beispiel einer Absetzervariante
dargestellt.
HA
Tabel l e 1: F ahr z eugaus wahl
Neben der Forderung nach minimaler Gesamtmasse stellt
sich die Forderung nach minimaler Hinterachslast des
Fahrgestells im Leerzustand. Leider erfüllen diese Forderung
nicht die in der Branche vorwiegend eingesetzten Marken.
Gegenstand der weiteren Arbeit muss deshalb die Auslotung
der akzeptablen Kompromisse hinsichtlich der
Fahrzeugmarke und der möglichen Aufbaugewichte sein, da
stärkere Batterien und ggf. erforderliche Hydraulikaggregate
die Zuladung weiter vermindern.
Abbi l du ng 1: Pr i nz i pdar st el lung A bs et z erv ar i ant e
Der maximalen Vertikalbewegung von 1200 mm beim
flurebenen Be- und Entladen ist eine Horizontal-verlagerung
mindestens in Behälterlänge zu überlagern, dabei ist wegen
des Ladegutes ein stoßfreier Bewegungsablauf zu
gewährleisten.
Als entscheidender Effekt sollen die Arbeitsschritte, für die
bisher zusätzlich Hubtische und Gabelstapler vorgehalten
werden müssen, entfallen. Damit gibt es hinsichtlich der
Umschlagorte und –flächen keine systembedingten
Einschränkungen. Damit erweitert sich auch der
Einsatzbereich
Vorzugsweise sind Aufnahmeelemente an den
Wechselbehältern zu konzipieren, die eine einfache
Handhabung beim Aufnehmen des Behälters und
bodenseitig die volle Kompatibilität mit bestehenden
Systemen wie Castordecks und Staplertechnologie
gewährleisten.
5
Behälterkonzept
Dieser Behälter muss eine robuste Handhabung ertragen und
besonders für die Nutzung im Lebensmittelbereich
entsprechend zu reinigen sein.
Entscheidende Frage in der Entwicklung ist, ob durch die
funktionelle Teilung zwischen Trag- und Behälter-funktion-,
für den Fall des konzentrierten Lasteintrages in die
Bodengruppe als Aluminium Leichtbau-Gruppe, ein
minimales Gewicht erreicht werden kann.
Damit kann die Auslegung der beiden Hauptkomponenten
Boden und Behälter nach den Zielfunktionen „Schutz der
Ladung und Temperaturführung, sowie IT-Integration“ und
„Tragwerk und Energieintegration“ erfolgen. Die
Bodengruppe wird nach den Zielvorstellungen aus statisch
und technologisch gewichtsminimierten Profilen entwickelt,
auf die der vorgefertigte Behälter aufgeklebt wird, der
lediglich noch Führungen für die Ladegutsicherung oder
Fixierungen für auf dem Boden aufgeständerte
Einschubregale enthält. Ein solcher Behälter könnte als
Einheit in spezialisierten Betrieben kostengünstig gefertigt
werden.
Die Auslegungsalternative ist ein selbst tragender Behälter
mit tragenden Wänden, an denen die Tragelemente für die
Lastaufnahme über integrierte Verstärkungen angeschlossen
sind, In beiden Fällen müssen moderne Fügeverfahren wie
Laminieren und Kleben untersucht und eingesetzt werden,
um die extrem niedrigen Massevorgaben zu erreichen. Die
meist bei Kühlaufbauten noch eingesetzte
Verbindungstechnologie über Eckprofile mit Niet- oder
Klebeverbindungen ist zu masseintensiv.
6
Sonderlösungen für den Umschlag von rollbaren
Einheiten
Als Sonderlösungen für den nicht öffentlichen
Verkehrsbereich sollen zwei Entwicklungen unserer Firma,
der Fährentrailer und das Portal-Shuttle kurz vorgestellt
werden. Der Fährentrailer, Bild 2, dient dem Umschlag von
Ganzzügen des innerbetrieblichen Transportes.
Abbi l du ng 2: F ähr ent r ail er
Grundlage ist ein durchfahrbarer Sattelauflieger der in
übereinander oder parallel liegenden Spuren zwei Züge
aufnehmen kann und dadurch Bereitstellungsflächen und
Umladevorgänge einspart.
Das Portalshuttle, Bild 3 ermöglicht im innerbetrieblichen
Verkehr die staplerlose Be- und Entladung rollfähiger
Ladeeinheiten und durch die deichsellose Lenkung eine
extreme Kurvengängigkeit, die abhängig von der
Ladeflächenlänge und –breite ist.
Abbi l du ng 3: Por t al s hut t l e
7
Logistische Relevanz und Zukunftsfähigkeit
Der Diskussionsgegenstand beschäftigt sich mit Fragen, die
sich bereits aktuell unter veränderten Verbraucher- und
Einkaufsgewohnheiten und dem demografischen Wandel
stellen. Der Bedarf an Nah- und Direktversorgungskonzepten
steigt. Das bedeutet, die Waren näher an den Endkunden
heranzubringen, ohne vor Ort umfangreiche
Lagerkapazitäten nutzen zu können.
Der Kunde will die Ware wohnortnah abnehmen, das geht
anders als bei Industriewaren im Frische- und
Lebensmittelbereich mit den bisherigen Instrumentarien des
Internet-Versandhandels nicht. Somit sind neue Lösungen
notwendig, die sich an diese Methodik aber angliedern. Wer
bei abnehmender Mobilität der Kunden Waren
wunschgerecht heranbringt, erschließt sich ein
zahlungsfähiges Kundenpotential. Das setzt aber neue
Logistikstrategien, neue fahrzeugtechnische Lösungen und
die Vernetzung mit den Möglichkeiten der modernen ITTechnologien voraus.
Ein weiterer Vorteil insbesondere für kleine Handelsunternehmen wie Kioske, Tankstellen, Marktstände ist die
Nutzung der Wechselbehälter als temporäres Lager, was die
Kosten für eigene Ausstattungen reduziert.
Hinzu kommen zunehmend Restriktionen bei der Befahrung
von Innenstädten mit großen Transporteinheiten und mit
zunehmend entstehenden Umweltzonen die Forderung nach
emissionsarmen Fahrzeugen.
FAHRWEGOPTIMIERUNG
FÜR BRÜCKENKRANE MIT
PENDELDÄMPFUNG
--------------------------------------------------------Dr.-Ing. Mario Lehnert
Lehnert Regelungstechnik GmbH, Magdeburg
LEBENSLAUF
Lehnert Regelungstechnik GmbH, Geschäftsführer
Lehnert Regelungstechnik GmbH
Werner-Heisenberg-Straße 3, 39106 Magdeburg
Telefon: +49 391 535473-20
Telefax: +49 391 535473-21
E-Mail: mario.lehnert@weblehnert.de
1982-1986
Studium an der Technischen Hochschule Magdeburg in der Fachrichtung
Elektrotechnik mit der Vertiefungsrichtung Elektroantriebstechnik und
Elektroautomatisierungstechnik
1986-1989
Forschungsstudium an der Technischen Universität Magdeburg,
Wissenschaftsbereich Elektroantriebstechnik und Elektroautomatisierungstechnik.
Wissenschaftliche Arbeiten auf dem Gebiet intelligenter Antriebsmodule für
Brückenkrane.
1990
Dissertation zum Thema "Intelligenter Antriebsmodul mit umrichtergespeisten
Asynchronmaschinen für Fahrantriebe von Brückenkranen"
1989-1996
Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Elektroantriebstechnik und
Elektroautomatisierungstechnik der TU Magdeburg
1996-2009
Geschäftsführer der CePLuS Steuerungstechnik GmbH, Magdeburg
2010
Geschäftsführer der Lehnert Regelungstechnik GmbH, Magdeburg
FAHRWEGOPTIMIERUNG FÜR
BRÜCKENKRANE MIT PENDELDÄMPFUNG
1. Automatikkrane mit elektronischer
Pendeldämpfung
In Coillagern, beim Futtermittelumschlag, bei der Bestückung
von Pressen in der Automobilindustrie und in vielen anderen
Anwendungsfällen werden Krane zunehmend teil- und
vollautomatisch betrieben. Im teilautomatischen Betrieb wird
ein Kranführer durch zeitweilige automatische
Bewegungsvorgänge des Kranes entlastet. Im
vollautomatischen Betrieb werden Krane ohne Kranführer
von Leitsystem geführt.
In beiden Fällen ist bei Kranen mit seilgeführten Lasten eine
Beruhigung der Lastpendelungen erforderlich. Diese Aufgabe
übernimmt – sofern keine mechanischen Verriegelungen
vorgesehen sind – eine elektronische Lastpendeldämpfung.
Das Grundprinzip einer elektronischen Pendeldämpfung
besteht darin, dass die Lastschwingung ermittelt und daraus
ein Fahr- oder Drehgeschwindigkeitsverlauf abgeleitet wird,
der zur Beruhigung der Schwingung führt. Der berechnete
Geschwindigkeitsverlauf berücksichtigt damit sowohl den
Fahrbefehl als auch das Schwingungsverhalten der Last.
Prinzipiell kann die Pendeldämpfung für jede Fahr- oder
Drehachse eines Kranes eingesetzt werden. Besitzt ein Kran
mehrere Achsen, so können überlagernd wirkende
Pendeldämpfungen für alle Bewegungsrichtungen installiert
werden. Die Pendelungen können mit einer Kamera
gemessen werden.
–
Krane automatisch millimetergenau positionieren und
–
den möglichen Anhalteweg unter Berücksichtigung der
Lastpendelung ermitteln
Diese beiden Eigenschaften sind für eine automatische
Fahrwegoptimierung von besonderer Bedeutung. Eine
Pendeldämpfung kann den Kran um Hindernisse herum auf
optimierten Wegen führen und rechtzeitig mögliche
Kollisionen erkennen und verhindern. [1] [2] [3] [4] [5]
2. Fahrwegoptimierung
Im Arbeitsbereich von Kranen kann es Hindernisse geben, die
umfahren werden müssen. Das sind sowohl feststehende
Objekte wie Halleneinbauten, Maschinen und
Sicherheitsbereiche als auch variable Hindernisse, wie z. B.
Übergabestationen, die sowohl vom Kran als auch von
anderen Transportsystemen bedient werden. Diese Bereiche
sind nur zeitweilig gesperrt.
Eine Fahrwegoptimierung besitzt die Aufgabe, den
schnellsten Fahrweg von einer beliebigen Startposition zu
einem Ziel unter Berücksichtigung aller bekannten
Hindernisse zu ermitteln. [6]
3. Hindernisbeschreibung
Hindernisse in Kranfahrbereichen lassen sich durch
Rechtecke beschreiben. Durch Verschachtelung und
Überlagerung verschieden großer Bereiche können praktisch
alle tatsächlichen Gegebenheiten abgebildet werden. Es
genügen meist bis zu 20 Hindernisse, um das Layout eines
Kranarbeitsbereiches zu beschreiben.
Büro
Lager
Da eine Pendeldämpfung den aktuellen Schwingungszustand
auf der Grundlage des physikalischen Verhaltens der
pendelnden Last ermittelt, kann sie
Übergabe
Abbi l du ng 1: Kamer a z ur Mes s ung der L ast pendel un g.
Abbi l du ng 2: Bei s pi el Coi l l ager
Die Genauigkeit der Abbildung liegt im Bereich von 0,1 – 0,5
m. Zweckmäßiger Weise legt man um die eigentlichen
Hindernisses noch Sicherheitsbereiche, die nur zum Erreichen
von Start- und Zielpositionen befahren werden.
4. Algorithmus von Dijkstra
Für das Umfahren eines rechteckigen Hindernisses kann man
vier Punkte an den jeweiligen Ecken als befahrbar festlegen.
N Hindernisse mit ausreichendem Abstand zueinander stellen
somit 4*N Punkte – im Folgenden als Knoten bezeichnet –
zur Verfügung, aus denen eine Auswahl für den kürzesten
Weg von einem Start- zum Zielpunkt verwendet werden
muss. Für die Bestimmung des kürzesten Weges eignet sich
der Dijkstra-Algorithmus. Der Algorithmus von Dijkstra (nach
seinem Erfinder Edsger W. Dijkstra) ist ein Algorithmus aus
der Klasse der Greedy-Algorithmen und dient der
Berechnung eines kürzesten Pfades zwischen einem
Startknoten und einem beliebigen Knoten in einem
kantengewichteten Graphen. Die Gewichte dürfen dabei
nicht negativ sein. In unserem Fall ist das Kantengewicht die
Zeit, die der Kran zwischen zwei Knoten benötigen wird. Der
Algorithmus liefert die kürzesten Routen vom Startpunkt zu
jedem einzelnen Knoten und folglich auch zum Zielknoten.
gegenüber Störungen ist und trotzdem keine Kollisionen
entstehen.
Als einfach und wirkungsvoll hat sich dabei erwiesen, dass
die einzelnen Fahrachsen mit Geschwindigkeiten und
Beschleunigungen beaufschlagt werden, die das Einhalten
der vorausberechneten Kurse gestatten aber die aktuelle
Zielposition jeder Achse sich sowohl aus der nächsten
Knotenposition als auch aus den Hindernisgrenzen der
nächsten Hindernisse ergeben kann – je nachdem, welche
Position näher ist. Damit ist das dem Lageregler übergebene
Ziel immer ein sicheres Ziel, dass angefahren werden kann
auch wenn die andere Achse ausfällt.
6. Ergebnisse
Mit dem vorgestellten Fahrwegoptimierung ist es möglich
allen Anforderungen an Kransteuerung gerecht zu werden,
wie
–
Hindernisstrukturen, die für Kranarbeitsbereiche typisch
sind,
–
Hindernisse, die nur zeitweilig aktiv sind,
–
Ausfall von Antriebsachsen und
–
Energieoptimale Steuerung der Fahrantriebe.
Ziel
7. Literatur
[1] Lehnert, Mario; 2002; Lastpendeldämpfung heute –
Entwicklungen, Erfahrungen, Trends. – 10. Kranfachtung
2002, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg,
07.06.2002
[2] Lehnert, Mario; 2003; Immer im Kreis - Pendeldämpfung
für Drehkrane. - 11. Kranfachtagung 2003, Technische
Universität Dresden, 16. Mai 2003
[3] Lehnert, Mario; 2004; Pendeldämpfungen für Krane. –
Hebezeuge und Fördermittel, Berlin 44 (2004) 11
Start
Abbi l du ng 3: Di j ks tr a -Al gor i t hmus : Der s chnel l st e Weg
v om St ar t z um Zi el
5. Kollisionsschutz
Die Möglichkeiten, einen Kran auf einer vorberechneten Linie
zu führen, sind auf Grund der geringen Dynamik begrenzt.
Mindestens an den Knoten wird der Kran die
vorausberechneten Kurse verlassen. Je nach Geschwindigkeit
kann es sich um mehrere Meter Abweichung handeln.
Außerdem können unerwartete Störungen oder
Geschwindigkeitsbegrenzungen dazu führen, dass das
Einhalten einer Bahn nicht möglich ist. Es geht folglich um
eine Strategie, den Kran so zu steuern, dass er der
vorausberechneten Bahn weitestgehend folgt, unempfindlich
[4] Palis, Stefan; Palis, Frank; Lehnert, Mario; 2005; Robuste
Regelung von automatisierten Drehkranen. – 13.
Internationale Kranfachtagung 2005, Otto-von-GuerickeUniversität Magdeburg, 03.06. 2005; Tagungsband S. 1-10;
ISBN 978-3-930385-53-8
[5] Palis, Stefan; Palis, Frank; Lehnert, Mario; 2005; AntiSway System for Slewing Cranes. – 22nd International
Symposium on Automation and Robotics in Construction,
September 11-14, 2005, Ferrara (Italy)
[6] Lehnert, Mario; Rudolph, Torsten; 2008; Immer wieder
neue Hindernisse – Pendeldämpfungen und Grenzbereiche. 16. Internationale Kranfachtagung 2008, Otto-von-GuerickeUniversität Magdeburg, 18.04.2008; Tagungsband S. 5-16;
ISBN 978-3-930385-67-6
RFID FÜR EFFIZIENTE
ERFASSUNGSPROZESSE IN
DER LOGISTIK
--------------------------------------------------------Dipl.-Wirtsch.-Ing. Marcel Schirmer
Deutsche Post DHL, DHL Innovationcenter, Troisdorf/Spich
LEBENSLAUF
Dipl.-Wirtsch.-Ing. Marcel Schirmer
DHL Solutions & Innovations, Projektmanager
Deutsche Post DHL
Charles de Gaulle Str. 20
53113 Bonn
Telefon: +49 (2241) 1203 144
Telefax: +49 (2241) 1203 333
E-Mail: M.Schirmer@deuschepost.de
11/2006-heute
Senior Projekt Manager bei DHL Solutions and Iinnovations, Auto-ID & Standards
03/1999-10/2006
Projektmanager bei der Deutsche Post AG, Transport & Briefzentren
10/1993-03/1999
Studium an der Technischen Universität Dresden im Studiengang
Wirtschaftsingenieurwesen, Vertiefungsrichtung Verkehrsbetriebslehre und
Logistik
07/1992-07/1993
Grundwehrdienst
1980-1992
Schulausbildung
RFID FÜR EFFIZIENTE ERFASSUNGSPROZESSE
IN DER LOGISTIK
Dipl.-Wirtsch.-Ing Marcel Schirmer
1. Informationsaustausch innerhalb der Lieferkette als
Garant für einen reibungslosen Ablauf im
logistischen Prozess
1.1 Status quo des Informationsaustauschs bei
heterogenen Logistikketten
Aufgrund der arbeitsteiligen Volkswirtschaft werden viele
Produkte zentralisiert produziert und anschließend in die
Zielmärkte transportiert. Ausgehend von der Konsolidierung
der produzierten Waren in sogenannten „Vendor Hubs“,
dem Übersee- oder Flugtransport in die Zielregionen
(Forwarding) und der Zwischenlagerung bis zum
abschließenden Endkundentransport ergeben sich lange und
komplexe Lieferketten. Die Logistikkette kann allein nur von
global aufgestellten und mit Erfahrungen in verschiedenen
Logistikbereichen ausgestatteten Logistikunternehmen
durchgeführt werden. Weit häufiger wird eine sogenannte
End-to-End Supply Chain aus Kundensicht von verschiedenen
Logistikunternehmen durchgeführt. Historisch bedingt
verwenden die Kunden und natürlich auch die verschiedenen
Logistikunternehmen Ihre eigenen Planungs- und
Steuerungssystemen als isolierte IT-Lösungen und besitzen
unterschiedliche Lösungen zum Informationsaustausch mit
unterschiedlichen Formaten, wie bspw. EDI-Formate wie
EDIFACT, EPC/GS1.
1.2 Die DPDHL Auto-ID Plattform verbessert den
Informationsaustausch zwischen
unterschiedlichen Bereichen von DPDHL
Um den konsistenten Informationsfluss über die komplette
Supply Chain (in Echtzeit) sicherzustellen, müssen die
verschiedenen Systeme so integriert werden, dass alle
relevanten Informationen zeitnah zur Verfügung stehen. DHL
Solutions & Innovations (DSI) hat deshalb die DPDHL interne
Auto-ID Plattform geschaffen die es ermöglicht, in Echtzeit
Erfassungsinformationen zwischen den unterschiedlichen
Bereichen von DPDHL auszutauschen. Ort und Ursprung
(Barcode, RFID, manuelle Erfassung) können dabei beliebig
sein, da die Plattform einerseits konzernweit zur Verfügung
steht und andererseits aufgrund der internen
Standardisierung der Informationsverarbeitung sämtliche
Erfassungsdaten verarbeitet werden können. Dadurch wird
konzernintern die Daten- und Informationsintegrität
sichergestellt. Natürlich lässt sich der Austausch über die
komplette Lieferkette ausweiten, so dass eine lückenlose
Informationskette realisiert werden kann.
Abbi l du ng 1: Nut z un g der DPDHL Aut o -I D Pl at t f or m
i nner hal b der L ogi s t i kpr oz ess e v on DPDHL
Abbi l du ng 2: S chemat i s che Dar s t el l ung der DPDHL
Aut o-I D Pl at t f or m
2. RFID für effiziente Erfassungsprozesse in der
Logistik anhand von Beispielprojekten bei DHL
2.1 Einleitung
Um RFID erfolgreich in die logistischen bzw. operativen
Prozesse einführen zu können sollten folgende Punkte
unbedingt vorher untersucht werden:
– Prozessanalyse: Darstellung der gegenwärtigen
logistischen Prozess und Benennung des
Anpassungsbedarfs, damit diese Technologie erfolgreich
eingesetzt werden kann
– Technische Analyse: Definition und Design der
Erfassungskomponenten, damit die vorher definierten
Erfassungsquoten tatsächlich auch erfüllt werden
– Integrationsanalyse: Definition welche Standards bei der
Datenerfassung und Datenübertragung werden
eingesetzt werden, wie die Zielsysteme aussehen bzw.
wie diese integriert werden müssen.
Abbi l du ng 3 Hau pt kompo ne nt en ei ner RF I D L ös ung
2.2 Beispielprojekt DHL – Metro C&C Frankreich
(Projekt des DHL Supply Chain Sektors „Consumer,
Retail Fashion“)
2.2.1 Herausforderungen
– Erster kompletter Rollout einer RFID Installation innerhalb
der Lieferkette von Metro Cash & Carry und DSC
– Transparenz über alle versendeten Paletten
– Optimierung der Transport- und Erfassungsprozesse
2.2.2 Fakten
– 6 DHL Lager für Metro France für Trockensortiment und
Getränke
– 91 Filialen von Metro Cash & Carry
– DHL stattet für Metro Cash & Carry alle Paletten mit
einen RFID Tag aus (Volumen: 1,3 Mio. Paletten p.a.)
– Automatische RFID Erfassung im Warenausgang bei DHL
und Transfer der Sendungsdaten zu den Metro Märkten
– Automatische RFID Erfassung in der Wareneingangs- und
Warenausgangskontrolle in den Metro Märkten
2.2.3 Mehrwert
– Automatischer Eingangsprozess in allen Metro Cash &
Carry Märkten Æ Beschleunigung der Eingangserfassung
(Reduktion der Erfassungszeit um 50%)
– Erhöhung der Produktivität und der Qualität in der
Prozessen Æ Reduktion von Beschwerden
– Automatischer Ausgangsprozess in allen DHL Lagern Æ
Beschleunigung der Abgangserfassung (Reduktion der
Erfassungszeit um 50%)
2.3 Beispielprojekt DHL – Sony (Projekt innerhalb von
DHL Freight)
– RFID Erfassung im Sektor „Consumer Electronics“
– automatisierte Ein-/Ausgangserfassungen
– Diebstahlschutz und Warenverfolgbarkeit
2.3.2 Fakten
– Sonys europäisches Zentrallager in Tilburg (NL) zeichnet
jede Umverpackung mit einem RFID Tag aus
– der Fernverkehr zum zentralen DHL Distribution Center
für Sony Sendungen ist RFID unterstützt
– ca. 10-12 Komplettladungen mit Sony Sendungen
erreichen täglich DHL Freight in Köln
– einfache Erweiterungsmöglichkeit für andere Kunden
und/oder Logistikstandorte existieren
2.3.3 Mehrwert
– automatische Kontrolle im Warenausgang bei Sony Æ
Reduktion der Prozesszeiten bei Sony
– proaktiver Diebstahlschutz und Plagiatschutz Æ
Reduktion von Beschwerden der Empfänger
– Beschleunigung des Wareneingangs bei DHL Freight in
Köln (ca. 10 min pro Trailer) Æ Änderung des
Wareneingangs vom „2-Schritt“ zum „1-Schritt“ Prozess
2.4 Beispielprojekt DHL – Gerry Weber (Projekt
innerhalb von DHL Global Forwarding)
– Source Tagging von Gerry-Weber Produkten
schwerpunktmäßig in Asien
– Identifikation auf Artikelebenen in der Supply Chain
2.4.2 Fakten
– Ausstattung von jährlich ca. 25 Mio. Artikel mit
eingenähten RFID Etiketten
– Installation von RFID Lesepunkten in allen Gerry Weber
eigenen Shops für die elektronische Artikelüberwachung
(EAS)
– Integration aller Logistikpartner in RFID
Erfassungsprozesse
– Nutzung von Standards (GS1/EPCglobal) zur einfachen
Integration bei den Logistikpartnern
2.4.3 Mehrwert
– Verbesserung der Prozess- und Datenqualität während
der Erfassung Æ Reduktion der Durchlaufzeit und der
Datenqualität durch automatische Erfassung
– höhere Informationsdichte und Transparenz auf
Artikelebene Æ Verarbeitung der zusätzlichen
Informationen durch Integration in die DPDHL Auto-ID
Plattform
– 100%ig elektronische Artikelüberwachung mittels RFIDÆ
Diebstahlschutz in den Shops
2.5 Resümee
Die aufgezeigten Beispielprojekte machen deutlich, dass sich
die RFID Technologie effizient in verschiedenen Bereichen der
Logistik einsetzen lässt.
Einerseits lassen sich mit RFID Prozesse optimieren
(beschleunigen), die Prozessqualität verbessern oder
zusätzliche Dienste anbieten.
Auf der anderen Seite lässt sich RFID nicht wie Barcode „von
der Stange“ kaufen und einfach integrieren. Es müssen
vielmehr spezifische Lösungen gesucht und gefunden
werden, damit die Technologie ihre Stärken voll entfalten
kann.
Außerdem ist von Anwendung zu Anwendung zu
entscheiden ob und wie RFID als effizientere Technologie
gegenüber dem Barcode einzusetzen ist. Insbesondere in
Bereichen in dem mit Barcode die logistischen Prozesse
weitestgehend optimiert sind, ist zum einen der Nachweis
der Wirtschaftlichkeit oft schwierig und zum anderen der
Einsatz von RFID nicht immer notwendig.
SICHERE ORTUNG UND
KOMMUNIKATION IN
KOOPERATIVEN
VERKEHRSSYSTEMEN –
ANWENDUNGSPOTENZIALE
IN WIRTSCHAFTSVERKEHR
UND LOGISTIK
--------------------------------------------------------Dipl.-Ing. Andreas Herrmann, Dipl.-Ing. Franziska Wolf
LEBENSLAUF
Andreas Herrmann
Bereichsleiter Verkehrstelematik
ifak e. V. Magdeburg
Werner-Heisenberg-Str. 1, 39106, Magdeburg
Telefon: +49 (391) 9901-440
Telefax: +49 (391) 9901-590
E-Mail: andreas.herrmann@ifak.eu
Jahrgang 1969
1985-1987
Abitur an der ABF in Halle/Saale
1988-1990
Studium der Automatisierungstechnik mit Schwerpunkt Medizinische
Gerätetechnik an der Technischen Universität Budapest
1990-1996
Studium der Automatisierungstechnik mit den Schwerpunkten Bildverarbeitung
und Simulation an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
seit 1996
Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Institut für Automation und Kommunikation e.
V. Magdeburg
2005-2006
Leiter des Forschungsschwerpunktes Verkehrsmanagement im ifak
seit 2006
Leiter des Forschungsbereiches Verkehrstelematik im ifak
SICHERE ORTUNG UND KOMMUNIKATION IN
KOOPERATIVEN VERKEHRSSYSTEMEN – ANWENDUNGSPOTENZIALE IN WIRTSCHAFTSVERKEHR UND LOGISTIK
Andreas Herrmann, Franziska Wolf
1. Motivation und Ausgangslage
Die Entwicklung unserer Wirtschaft beruht im entscheidenden Maße auf der Möglichkeit, Güter und Personen kostengünstig, schnell, zuverlässig und pünktlich zu transportieren.
Die zunehmend globalisierten Wirtschaftsprozesse erfordern
eine hohe Auslastung der Produktionsmittel bei gleichzeitig
niedrigen Durchlaufzeiten und Lagerbeständen. Hierfür ist
eine leistungsfähige Infrastruktur für alle Verkehrsträger
erforderlich. Wirtschaftswachstum und Verkehrswachstum
stehen also in einem direkten Zusammenhang.
Neben der Erhaltung der Leistungsfähigkeit der Verkehrsinfrastruktur spielen Fragen des Umweltschutzes und der Verkehrssicherheit eine zunehmend wichtigere Rolle. Zur Lösung
dieses Zielkonfliktes sind unter Berücksichtigung von wirtschaftlicher Effizienz sowie gesellschafts- und umweltpolitischen Ansprüchen innovative Ansätze im Bereich der
Telematik – also der Verknüpfung von Telekommunikation
und Informatik gefragt.
Durch Nutzung von Synergien entlang der Transportketten
und von moderner Informations- und Kommunikationstechnologie sowie durch den Einsatz von effizienten Umschlagtechniken soll zukünftig ein möglichst verkehrsarmer und
intermodaler Wirtschaftsverkehr etabliert werden. Hierbei ist
Logistik sehr viel mehr als die bloße Beförderung von Gütern.
Aufgabe der Logistik heute und in Zukunft ist ebenso die
Integration arbeitsteiliger Prozesse. Es muss dabei sichergestellt werden, dass die richtigen Güter, Personen und Informationen zur rechten Zeit in der richtigen Menge und der
richtigen Qualität zu den richtigen Kosten am richtigen Ort
sind.
Der nur noch eingeschränkt mögliche Ausbau der Verkehrsinfrastrukturen in der Vergangenheit führt heute zu der
Notwendigkeit, die vorhandenen Kapazitäten bestmöglich zu
nutzen. Bestehende Überlastungen im Verkehrsnetz sind
zurückzuführen auf permanente Übernachfrage, vor allem in
der Morgen- und Nachmittagspitze, auf temporäre Faktoren
wie Baustellen oder Verkehrsunfälle oder auf singuläre Ereignisse wie Großveranstaltungen. Das Nachfragemanagement mit Wechselwegweisung, Fahrstreifenwechsel, Verkehrsrundfunk oder individueller Navigation hat punktuell
durchaus fühlbare Entlastungen gebracht.
Die zahlreichen bereits verfügbaren Angebote an Verkehrsinformationen und -diensten in digitalen Medien orientieren
sich bisher aber mehr an den Bedürfnissen des Personenverkehrs. Dabei liegt die Wachstumsdynamik in der Zukunft
ganz eindeutig beim Wirtschaftsverkehr. Die Disponenten
von Gütertransporten sind für ergebniswirksame Verbesserungen in der Logistik, im Flottenmanagement oder in der
Standortplanung für Verteilzentren wesentlich empfänglicher
als Autofahrer, die sich stärker an tägliche Routinen gebunden fühlen.
Gleichzeitig sind die Anforderungen des Wirtschaftsverkehrs
an die Inhalte, die Qualität, die Zuverlässigkeit und die Verfügbarkeit von Verkehrsinformationen ungleich höher als die
des durchschnittlichen Verkehrsteilnehmers. Ortung, Navigation und Kommunikation sind hierbei eine wesentliche
Grundlage für die Entwicklung innovativer Anwendungen für
Wirtschaftsverkehr, Logistik und Verkehr.
Elektronisches Typenschild
Stauassistent
Verkehrsinfos
Parkleitsystem
Abstandsautomatik
Navigationsgeräte
Fahrzeug-FahrzeugKommunikation
Dynamische Fahrgastinfos
Behältermanagement
Ortung
Navigation
Kommunikation
SmartBox
RFID
Prozessoptimierung
Baustellenlogistik
Lokalisierung logistischer Objekte
Abbi l du ng 1: Or t ung und Ko mmuni kat i on al s S chl üs s el
f ür i nnov at iv e Anwendu nge n i n Ver kehr und L ogi s t i k
Wirtschaftsverkehr und Logistik sind aber auch ein sensibles,
zeitkritisches und störungsgefährdetes Geschäft. Entsprechende Bedeutung haben Sicherheitskonzepte für die Ware,
den Transportprozess und die Kommunikation mit allen
dafür nötigen Technologien. Die Sicherheit der Infrastruktur
sowohl im Verkehr als auch in der Informationstechnik wird
in Zukunft eine immer größere Rolle im internationalen
Standortwettbewerb spielen und ein Entscheidungskriterium
für Investoren sein. Um die durchgängige, zuverlässige und
sichere Logistikkette vom Hersteller über den Lieferanten bis
zum Verbraucher zu gewährleisten, sind verstärkt Risikoanalysen und Sicherheitskonzepte für die immer stärker vernetzte IT-Fahrzeuginfrastruktur gefragt.
Hierzu sind letztendlich integrierte, praxisnahe, leistungsfähige Entwicklungs- und Testfelder notwendig, die neben fachlich-wissenschaftlichem Know-How auch technische und
infrastrukturelle Ressourcen in geeigneter Weise bündeln
und allen Interessierten aus Wirtschaft und Forschung anwendungsorientiert zur Verfügung stellen.
2. Sichere Ortung und Kommunikation in kooperativen Verkehrssystemen
Kooperative Verkehrssysteme basieren im Wesentlichen auf
einem Informationsnetzwerk, in dem Fahrzeugassistenz- und
Informationssysteme, die kommunikationsfähige Verkehrsinfrastruktur wie Lichtsignalanlagen oder Wechselwegweiser
und die Verkehrs- und Leitzentralen miteinander kommunizieren.
Nutzen beispielsweise Fahrer- und Fahrzeugassistenzsysteme
für die Datengewinnung bisher vor allem bordeigene Sensoren, greifen neue Komfort- und Sicherheitssysteme zunehmend auch auf Daten aus dem Fahrzeugumfeld sowie auf
Informationen aus Verkehrszentralen und Meldestellen zu.
Die Automobil- und Zulieferindustrie hat somit ein gesteigertes Interesse an der Nutzung qualitativ hochwertiger, externer Daten. Umgekehrt können auch Infrastruktursysteme,
wie etwa Lichtsignalanlagen oder Verkehrsleitsysteme, die in
Fahrzeugen erhobenen Daten und Informationen gewinnbringend nutzen.
(Car2X) unter besonderer Beachtung des Kundennutzens im
Individualverkehr.
Die zunehmend globalisierten, intermodalen Warenketten
erfordern aber mehr und mehr Möglichkeiten zur Produktidentifizierung und -verfolgung, zur Lokalisierung, zur Zustandsüberwachung sowie zur Prozess- und Flottensteuerung. Die Logistik wird die weiter anwachsenden Warenströme nur beherrschen können, wenn neue durchgängige,
interoperable und kostengünstige Technologien eingesetzt
werden, die den gesamten logistischen Prozess verfolgen,
steuern und überwachen. Durch die Interaktion intelligenter
und zuverlässiger Logistiklösungen mit sicherer Verkehrsinfrastruktur kann das Ziel, zeitnah und flexibel zu agieren und
gleichzeitig die Auslastung der verschiedenen Verkehrsträger
zu erhöhen, dauerhaft erreicht werden. Für den Wirtschaftsverkehr, Logistikflotten und den Kunden wird es also in
Zukunft immer wichtiger, jederzeit den Ort und den Zustand
von Waren und Sendungen über die gesamte Transportkette
verfolgen zu können.
Dabei haben Ortungs-, Navigations- und Kommunikationstechnologien in der Logistik (bspw. Containerortung, Flottenmanagement) bereits breite Anwendung gefunden und
werden zunehmend um Innovationen der Fahrzeugtechnik
erweitert. Auf unternehmerischer Seite werden größere
Anstrengungen unternommen, alle erforderlichen Informationen echtzeitnah zu erhalten, zu verarbeiten und auszuwerten.
Der weitreichende Ausbau der Kommunikationsinfrastruktur
mit modernen Technologien wie GSM/GPRS, UMTS, RFID
oder WLAN/WiFi und die Verfügbarkeit hoch technisierter
preiswerter Endgeräte kommen der Forderung nach sicherer,
intelligenter Mobilität in Verkehr und Logistik entgegen.
100
Mbps
Abbi l du ng 2: Pr i nz i p der Mult i kri t eri ell en Zi elf ühr ung
f ür I ndi vi dual - und Wi r t s chaft s v er kehr (Quel l e: I NVENT VM)
Die Verkehrsteilnehmer und Akteure im Verkehrsmanagement profitieren in mehrfacher Hinsicht vom Daten- und
Informationsaustausch zwischen kooperativen Fahrzeug- und
Infrastruktursystemen. Auf digitalen Straßenkarten basierende Navigations- oder Flottenmanagementsysteme können im
Störungsfall – unter Berücksichtigung verschiedener Kriterien
wie Umwelt, Sicherheit oder Schnelligkeit – leistungsfähige
Alternativrouten anbieten oder schneller vor Gefahrenstellen
warnen (Abbildung 2). Kollektive Leitsysteme wie Lichtsignalanlagen steuern besser, weil ständig wechselnde Verkehrssituation im Kreuzungsumfeld mit zusätzlichen Fahrzeugdaten (Position, Geschwindigkeit, Fahrtrichtung) schneller und zuverlässiger erkannt werden können.
Die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Verkehr und Logistik
werden insgesamt durch das Zusammenwirken von Fahrzeugen, Fahrzeugführern und Verkehrswegen einschließlich der
Verkehrsorganisation bzw. Verkehrslenkung bestimmt. Bisher lag der Entwicklungsfokus der Automobil- und Zulieferindustrie hauptsächlich im Bereich der Fahrzeug-Fahrzeugund der ergänzenden Fahrzeug-Infrastruktur-Kommunikation
Brutto-Datenrate
IEEE802.11a
WiMAX/IEEE 802.16
IEEE 802.11g
10 Mbps
IEEE 802.11b
IEEE 802.11p
DECT
UMTS
1 Mbps
Bluetooth
Proprietär
100 kbps
IEEE 802.15.4
WirelessHART, Zigbee
GPRS
GSM
maximale Entfernung 10m
100m
1000m
10000m
Abbi l du ng 3: Br ut t o-Dat enr at en und mi t t l er e Rei chwe i t en akt uel l er F unks t andar ds
Gerade Sonder- und Einsatzverkehre sowie Wirtschafts- und
Güterverkehre an der Schnittstelle zwischen Verkehr, Logistik
und Industrie stellen diesbezüglich andere, teilweise deutlich
härtere Anforderungen an Kommunikationssysteme und technologien, die wiederum die Grundlage für Leit- und
Steuerungssysteme im Verkehr bilden. Bewegen sich beispielsweise Fahrzeuge zum Be- und Entladen in der Nähe von
Fertigungshallen oder Prozessanlagen, sind gegenseitige
Beeinflussungen der Ortungs- und Kommunikationssysteme
sowie der Prozessleitsysteme nicht ausgeschlossen. Da drahtlose Kommunikationssysteme wie Bluetooth, RFID oder
WLAN häufig in allgemein und frei nutzbaren Frequenzbereichen arbeiten, greifen zudem die geltenden Gesetze und
Bestimmungen zur Elektromagnetischen Verträglichkeit in
der Praxis kaum.
Die vor allem für stationäre Anwendungen in im Heim- und
Büronetzwerken genutzten WLAN-Standards können bei
niedrigen Geschwindigkeiten, kleinen Datenraten und wenigen Kommunikationspartnern durchaus für den Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen und Infrastruktur genutzt werden. Die Grenzen der Nutzung sind allerdings bei
höheren Geschwindigkeiten jenseits der 60km/h Relativgeschwindigkeit erreicht. Hier kann aufgrund der relativ geringen Reichweite der Sender (s. Abbildung 3) (Rauchhaupt,
2008) und des dadurch eingeschränkten Kommunikationszeitfensters keine sichere Kommunikation etabliert werden.
Sollen Fahrzeuge zukünftig spontan
Kommunikationsnetzwer-ke aufbauen und über Single- und
Multi-Hop-Kommunikation verbunden mit Geocast ihre
relevanten Informationen weitergeben und austauschen,
sind bessere und zuverlässigere Lösungen gefragt. Geocast
ermöglicht die Adressierung von Daten an Kommunikationspartner eines räumlich abgegrenzten Gebietes. Daten und
Informationen aus derzeit schon bestehenden Fahrzeugsensorsystemen sollen dabei nicht ersetzt sondern kooperativ
genutzt werden, indem ihre Informationen anderen Fahrzeugen zur Verfügung gestellt werden.
Die Reichweite der On-Board-Sensoren und Assistenzsysteme
soll so vergrößert und Verkehrsinformationen und warnungen kooperativ übertragen und genutzt werden. Die
zu erwartenden zahlreichen Kommunikationsvorgänge,
beispielsweise bei Unfällen oder Extremwetter, sind durch die
bisherigen WLAN-Standards nicht mehrabzubilden.So sollen
in sich spontan erge-benen Vehicular Ad Hoc Networks
(VANETs) eine Vielzahl von Teilnehmern bei hohen Geschwindigkeiten (Relativgeschwindigkeiten bis zu 400km/h)
und damit kurzen Kommunikations-fenstern dynamische
Informationen austauschen.
Faktoren der Nachhaltigkeit, Standardisierbarkeit und fahrzeugherstellerübergreifender Nutzbarkeit stellen einen wesentlichen Faktor bei der Entwicklung zukunftsweisender
Kommunikationgrundlagen intelligenter Verkehrssysteme
(IVS) dar.
Ein international nutzbarer und somit zukunftsfähiger
Kommu-nikationsstandard ist für die Marktdurchdringung
künftiger Applikationen in Verkehr und Logistik maßgeblich.
Eine zu-kunftsweisende intelligente Verkehrstelematik kann
nur dann erfolgreich sein, wenn auf lange Sicht hin ein spezifisches Spektrum ausschließlich für die Fahrzeug-Fahrzeugund Fahrzeug-Infrastruktur-Kommunikation zur Verfügung
gestellt und die entsprechenden Schnittstellen und Protokolle
standardisiert werden. Standardisierung steht hier für die
Möglichkeit einen einheitlichen Kommunikationsmechanismus für einen gänzlich neuen Markt möglichst so zu gestalten, dass die Zugangsbedingungen für die Teilnehmer, Hersteller, wie auch die späteren Nutzer optimiert werden (Lübke, 2008).
Gerade in der ersten Phase der Markteinführung ist eine
kritische Masse an Teilnehmern erforderlich, damit die geplanten kooperativen Systeme, wie etwa gegenseitige Warnund Störungsmeldungen oder bilaterale Kreuzungsassistenten, ihre gewünschte Wirkung zuverlässig entfalten können.
Es ist somit notwendig, dass die unterschiedlichen Fahrzeughersteller vorwettbewerbliche Einigungen über später gemeinsam nutzbare Kommunikationstechnologien treffen, so
dass entstehende Standards den Anforderungen aller Akteure und Nutzer im Verehr Rechnung tragen.
Für kooperative Systeme des Verkehrs wurde daher auch in
Hinblick auf entsprechende internationaler Standardisierungs-bestrebungen ein neues Frequenzband definiert, welches die Anforderungen bezüglich sicherheits- und zeitkritischer Aspek-te aller maßgeblichen späteren internationalen
Akteure erfüll-bar macht. Anbieter von Fahrzeugsystemen
diskuttieren zu-nehmend die Nutzung von Funktechnologien
ausgehend von Computeranwendungen, wie sie durch verschiedene Varianten von Wireless LAN IEEE 802.11 gegeben
sind.
(European Common Allocation)
Mobile
ISM
Part 2
non-safety
realted
IVC and R2V
5,850
5,865
Road
Safety
and
Traffic
efficiency
IVC and
R2V
focus on
R2V
5,875
Legende:
Inter-Vehicle Communication
Road to Vehicle Communication
Part 1
Part 2
critical road
safety
Road safety and
Traffic efficiency
IVC and R2V
focus on IVC
IVC and R2V
focus on R2V
Control
channel
5,885
5,905
5,925
GHz
– IVC
– R2C
Abbi l du ng 4: F r equenz nut z ung des WL AN-S t andar ds
I EEE 802. 11p (Dr aft ) i n Eur opa
In Erweiterung der IEEE 802.11-Norm wurde Anfang 2009
der IEEE 802.11p-Draft für spezifische Applikationen der
intelligenten Verkehrssysteme (IVS) im Frequenzband von
5,85 bis 5,925 GHz vorgestellt (Abbildung 4) (Wolf, 2009).
Durch Multikanalnutzung soll so für die spezifischen Anforderungen künftiger Car2X-Kommunikation, wie hohe Begegnungsgeschwindigkeiten und kurze Kommunikationsdauer, eine technologische Basis für die Vehicular Ad Hoc
Networks (VANET) geschaffen werden. Vor allen für den
Nahbereich bis 1000 m sollen so zukünftig Positions-, Statusund Gefahrenmeldungen aber auch andere nützliche Informationen direkt zwischen Fahrzeugen und Infrastruktur
ausgetauscht werden.
3. Anwendungspotenziale in Verkehr und Logistik
In Zusammenarbeit der öffentlichen Hand mit der Industrie
wird mit GALILEO zukünftig ein europäisches Satellitennavigationssystem verfügbar sein, mit dessen Anwendungen
weltweit über 100.000 Arbeitsplätze entstehen sollen. Weitgehend offen ist jedoch, wie sich GALILEO neben anderen
globalen Navigationssatellitensystemen (GNSS – Global Navigation Satellite System) wie GPS oder GLONASS behaupten
wird und insbesondere, welchen Anteil sich die deutsche
Wirtschaft bei der Technologie und Anwendungsentwicklung sichern wird.
Der überwiegende Teil der Anwendungen von GALILEO wird
im Bereich Verkehr, Mobilität und Logistik liegen. Die zahlreichen Ansätze, die heute schon realisiert sind, werden um
neue Produkte im Automotive-Markt, im öffentlichen und im
Wirtschaftsverkehr oder bei mobilen Endgeräten ergänzt.
Innovative Technologien in den Bereichen Ortung, Navigation und vor allem Kommunikation stellen dabei das Binde
Neben der funktionellen Sicherheit (Safety - hier Schutz vor
Personen- und Sachschäden) gewinnen Komfortfunktionen
bei Fahrzeugen immer stärker an Bedeutung. Beide Themenkomplexe bedienen sich zunehmend innovativer Kommunikationstechnologien, mit deren Hilfe neue Anwendungen im
Fahrzeugbereich möglich sind (Abbildung 5).
Begünstigt wird dieser Fortschritt auch durch neue, kostengünstige und zuverlässige Sensor- und Aktorsysteme. Die
offensichtlichen Vorteile bei Informationsgewinnung und
Datenaustausch bedingen zugleich weitergehende Heraus
Digitaler Rundfunk
Verkehrsinfos,
Infos in Krisenfällen
GPS/Galileo
Industrie
Flottenmanagement
Warenverfolgung
Positionsdaten
Navigation
Flexible
Bedienformen
Wirtschaftsverkehr
Fahrplaninfos
Verkehrslage
Internet
Personalisierte
Verkehrsinfos
Mobile
Reiseassistenz
Linienbus
Straßenbahn
Linienbus
Straßenbahn
Wohnort
P+R
Arbeitsplatz
Baustellenoder Stauinfos
Car2XKommunikation
KEPDienste
Fahrplaninfos
Disposition
ÖPNV-Beschleunigung
Verkehrsunternehmen (HAVAG)
oder Auskunftsplattform (INSA)
Wohnort
Abbi l du ng 5: Anwe nd ungs f äl l e i n Ver kehr und L ogi s t i k
glied zwischen Anwendungen in Verkehr und Logistik dar.
Andererseits kommen aber die dafür notwendigen Entwicklungsarbeiten nicht richtig in Gang. Einige Gründe dafür sind
u. a. die unzureichende Abstimmung zwischen den Akteuren
im Verkehr und der eher technologieorientierten Welt der
GALILEO-Entwickler sowie die Tatsache, dass die organisatorischen und technischen Randbedingungen von GALILEO
nicht auf die Bedürfnisse des Hauptanwendungsgebiets
Verkehr und Logistik ausgerichtet sind.
Durch die enge Kopplung und Vernetzung von Geschäftsund Produktionsprozessen mit der bestehenden ITLandschaft werden die Systeme der Logistik und
Verkehrstelematik zunehmend den bekannten und zukünftigen Bedrohungen der IT-Welt ausgesetzt. Dieser Umstand
wird durch den verstärkten Einsatz von Standard-ITTechnologie in Hard- und Software befördert, die ursprünglich nicht für den harten industriellen Einsatz entwickelt
wurde. Andererseits ist gerade die Standardisierung und
Offenlegung von Protokollen und Schnittstellen ein wesentlicher Erfolgsfaktor für die Verbreitung moderner Informations- und Kommunikationstechnologien. Weiterhin sind die
Koexistenz und die mögliche gegenseitige Beeinflussung von
verschiedenen RF-Technologien noch nicht hinreichend unter
den realen Bedingungen in Verkehr und Logistik untersucht.
forderungen. Einerseits sind neue Methoden bezüglich der
Speicherung (als Teil der Verfügbarkeit) der Informationen
erforderlich. Gleichzeitig stellen sich Fragen zur Integrität von
Daten und vor allem zur Gewährleistung der Vertraulichkeit
zwischen Kommunikationspartnern. Letzteres erfordert zunächst eine Klassifizierung und Abstraktion sämtlicher fahrzeugsensitiver Informationen und macht eine Gefahren- und
Risikoanalyse notwendig. Schwerpunkt von zukünftigen
Untersuchungen wird daher auch verstärkt das Thema ITSicherheit (Security) mit den Aspekten Integrität, Verfügbarkeit und Vertraulichkeit bezogen auf sensitive Fahrzeug-,
Prozess- und Infrastrukturdaten sein.
Einerseits sind im Vorfeld von Geräte- und Komponentenentwicklungen die Grenzbedingungen zu ermitteln, unter
denen ein ungestörter Betrieb aller Ortungs-, Navigationsund Kommunikationssysteme möglich ist. Anderseits sind die
auf den Markt gebrachten Geräte auf die Einhaltung von
Grenzbedingungen zu testen. Für beide Szenarien ist eine
Testumgebung erforderlich, in denen u. a. folgende Geräte
und Systeme vorhanden sind:
–
–
–
–
–
–
satellitengestützte Navigationssysteme
lokale funkgestützte Navigationssysteme
Car2X-Kommunikationssysteme
Mobilfunksysteme
RFID-Systeme
drahtlose lokale Kommunikationssysteme (WLAN, UWB)
Die Vorbereitung, Durchführung und Auswertung der Tests
müssen systematisch, einheitlich und reproduzierbar erfolgen
können. Im Fokus der Tests stehen z.B.
– der zuverlässige Betrieb von Funklösungen unter den
genannten Bedingungen,
– die Verifizierung des Zeit- und Fehlerverhaltens,
– die Koexistenz verschiedener Funkanwendungen,
– die Eignung von Funksystemen für funktional sichere
Anwendungen (Safety),
– die Beeinflussung der Funkkommunikation durch Bewegung, bewegte Hindernisse.
Die Verhaltensmodellierung auf der Grundlage der Testergebnisse schafft die Voraussetzung für gezielte Entwicklungen zuverlässiger Funklösungen.
Die ersten Erfahrungen und praktische Untersuchungen in
Verbundforschungsprojekten wie AKTIV oder simTD zeigen,
dass drahtlose Kommunikationstechnologien wie insbesondere der WLAN-Standard 802.11p (Draft) grundlegend für
kooperative Anwendungen in Verkehr und Logistik geeignet
sind. Bisherige Entwicklungen und Untersuchungen sind
allerdings noch sehr stark technologiegetrieben, d. h. es geht
vorrangig um den Nachweis der prinzipiellen Funktionstüchtigkeit der Fahrzeug- und Kommunikationskomponenten.
Seitens der Wirtschaft aber auch der Forschung und Entwicklung wächst gegenwärtig das Interesse an einem systematischen Nachweis der Zuverlässigkeit, Interoperabilität und
Sicherheit funkbasierter Systeme im praxisnahen Zusammenspiel von Navigations- und Kommunikationstechnik. Die
Hersteller von Geräten und Assistenzsystemen werden von
der Automobilindustrie diesbezüglich in die Pflicht genommen und benötigen deshalb ein adäquates anwendungsund entwicklungsorientiertes Testfeld. Für einzelne Hersteller
und Entwickler ist ein solches integriertes Testfeld, das alle
genannten Aspekte berücksichtigt, nicht immer wirtschaftlich darstellbar und es würde darüber hinaus als Einzellösung
auch nicht die erforderliche Akzeptanz bei der Automobilindustrie finden.
Hier sind Wissenschaft, Forschung und insbesondere die
Politik gefragt, geeignete Randbedingungen für Unternehmen und Forschungseinrichtungen zu schaffen, die neue
Dienstleistungen und Produkte für Ortung, Navigation und
Kommunikation in den Bereichen Verkehr und Logistik entwickeln.
Die Politik des Landes Sachsen-Anhalts ist darauf ausgerichtet,
Im Rahmen der Landesinitiative Angewandte Verkehrsforschung / GALILEO-Transport Sachsen-Anhalt wird in Zusammenarbeit des Ministeriums für Landesentwicklung und
Verkehr des Landes Sachsen-Anhalt (MLV), des Kultusministeriums des Landes Sachsen-Anhalt (MK), des Ministeriums
für Wirtschaft und Arbeit des Landes Sachsen-Anhalt (MW)
und der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg (OvGU)
daher ein Entwicklungslabor und Testfeld für Ortung, Navigation und Kommunikation in Verkehr und Logistik (GALILEO-Testfeld Sachsen-Anhalt) errichtet.
Wenn Endgeräte für Navigationssatellitensysteme und Kommunikation sowie darauf aufbauende Anwendungen hinsichtlich Kosten und Technik optimal aufeinander abge-
stimmt werden, können wirtschaftlich ertragreiche und
verkehrlich sinnvolle Lösungen entstehen, die in Bezug auf
Sicherheit, Umweltaspekte, Finanzierung und Qualität des
Verkehrsablaufs zukünftig neue Maßstäbe setzen.
Der optimierte Material- und Informationsfluss ist für die
Industrie- und Handelsunternehmen unter den Bedingungen
einer arbeitsteiligen, kundenorientierten und – national wie
international – hochgradig vernetzten Wirtschaft zu einem
der wichtigsten Wettbewerbsfaktoren geworden. Seine
Bedeutung wird zukünftig aber noch weiter zunehmen,
denn Komplexität und Dynamik der Material- und Informationsflüsse werden weiter rapide wachsen.
Die weltweite Verflechtung von Beschaffung, Produktion
und Distribution wird immer enger. Diese Tendenz wird vor
allem durch das Internet befördert, das die bisherigen Kaufund Lieferbeziehungen nachhaltig beeinflusst. Moderne
Technologien zur Ortung, Navigation und Kommunikation
wie GPS, GALILEO, GSM, UMTS, WLAN/WiFi oder RFID machen Material-, und Warenströme transparent und ermöglichen so eine verminderte Lagerhaltung und optimal angepasste Produktion. Dabei ist eine integrative Betrachtung von
Waren- und Verkehrsströmen erforderlich, da diese immer
stärker miteinander verflochten sind und sich so gegenseitig
beeinflussen.
Es werden mehr denn je innovative Lösungen gebraucht,
wenn die Mobilität von Personen, Waren und Dienstleistungen gesichert werden soll. Durch die Migration von
Telematiktechnologien in die Waren und die Wirtschaftsverkehre kann es gelingen, im Zeitalter der Globalisierung die
inländische Lieferantenstruktur mit den weltweiten Warenströmen in Einklang zu bringen und so die Kostenpotenziale
beim Material- und Informationsfluss auszuschöpfen. Forschung, Wissenschaft und Technik, gepaart mit leistungsfähigen, gut ausgestatteten Laboren und Testfeldern für Ortung, Navigation und Kommunikation leisten hierzu ihren
sichtbaren Beitrag.
5. Literatur
Wolf, F.; Libbe, S.; Herrmann, A.: 2009, Co-operative traffic
light - Applications for Driver Information and Assistance,
Third International Workshop on Intelligent Vehicle Controls
& Intelligent Transportation Systems on 6th International
Conference on informatics in Control, Automation and Robotics, 04.-05.07.2009 Milano. Proceedings
Rauchhaupt, L., Gnad, A.: 2008, Multi-Functional Interface
for Test of Industrial Wireless Solutions, embedded world
Conference 2008, Proceedings & Conference materials,
Session 13 "Wireless Technologies", ISBN 978-3-7723-39615, Nürnberg, 26.-28.02.2008
Lübke, A.: 2008, Der aktuelle Stand der Car-to-X Kommunikation, Zukunftstechnologien: Innovationen - Märkte –
Nachwuchs, Proceedings: VDE-Kongress, München, 2008
IEEE P802.11p D4.0; Draft Standard for Information Technology - Telecommunications and information exchange
between systems – Local and metropolitan area networks Specific requirements - Part 11: Wireless LAN Medium Access
Control (MAC) and Physical Layer (PHY) specifications;
Amendment 7: Wireless Access in Vehicular Environments
AKTIV – Homepage der BMWi-Forschungsinitiative Adaptive
und kooperative Technologien für den intelligenten Verkehr
mit dem Projekt CoCar; http://www.aktiv-online.org/
simTD – Homepage des Forschungsvorhabens Sichere Mobilität – Testfeld Deutschland: http://www.simtd.de
FLEXIBILITÄT ALS
UNTERNEHMENSSTRATEGIE
--------------------------------------------------------Jörg von Garrel M.A., Dipl.-Wirtsch.-Ing. Thomas Dengler, Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH)
Nadine Doden M.Sc.
LEBENSLAUF
Jörg von Garrel M.A.
Fraunhofer IFF, Projektleiter
Sandtorstr. 22
39106 Magdeburg
Telefon: +49 (0) 391/40 90 714
E-Mail: joerg.garrel@iff.fraunhofer.de
1996
Albertus-Magnus-Gymnasium Friesoythe
Abschluss: Abitur
1997 - 2004
Carl-von-Ossietzky-Universität Oldenburg
Studium Lehramt berufsbildende Schulen
Fachrichtung Wirtschaftswissenschaften, Nebenfach Mathematik
2004 -2005
Magisterstudium
Hauptfach Berufs- und Betriebspädagogik
Nebenfächer Mathematik und Betriebswirtschaftslehre
Abschluss: Magister Artium (Note: 1,8)
Seit 2006
Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und –automatisierung (IFF)
Projektleiter
FLEXIBILITÄT ALS
UNTERNEHMENSSTRATEGIE
Jörg von Garrel M.A., Dipl.-Wirtsch.-Ing. Thomas Dengler, Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH) Nadine Doden M.Sc.
1. Einleitung
Produzierende KMU am Standort Deutschland sind in Zeiten
von wirtschaftlichen Krisen, verschärften Wettbewerbs- und
Konkurrenzbedingungen, erhöhter Marktdynamik und einer
insgesamt voranschreitenden Globalisierung vielfältigen
Turbulenzen ausgesetzt. Der globale Markt und die
ansteigende Heterogenität von Kundenwünschen fordern
somit innovative sowie schnell verfügbare Produkte, auch in
geringen Stückzahlen, hoher Variantenvielfalt und zu
geringen Kosten. Unternehmen müssen flexibel sein, denn
„nur Unternehmen mit hoher Flexibilität sichern sich
1
langfristig ihre Existenz“. Die Grundvoraussetzung hierfür ist
ein effizientes, flexibles Produktionssystem.
Theoretische Forschungen zur Flexibilität von
Produktionssystemen sind dabei in der Literatur weit
verbreitet.2 Welchen Stellenwert die Flexibilität in der
Unternehmenspraxis einnimmt, ist jedoch weit weniger
erforscht. Im Rahmen des Artikels werden daher neben
theoretischen Grundlagen zu dem Themengebiet Ergebnisse
einer empirischen Untersuchung zur Flexibilität dargestellt.
2. Flexibilität
2.1 Definition
Der am häufigsten diskutierte Begriff zur
Veränderungsfähigkeit von Produktionssystemen ist die
Flexibilität.3 Im wirtschaftswissenschaftlichen Bereich sind
Forschungen zur Flexibilität bereits ab Beginn der zwanziger
Jahre des vergangenen Jahrhunderts vorzufinden4, wobei
insbesondere die Anpassung von Unternehmen an
Schwankungen des Marktes untersucht wurde. Der Begriff
der Flexibilität wird dabei unterschiedlich verstanden. 5 So
wurden im Rahmen einer Untersuchung über 50
verschiedene Definitions- und Klassifizierungsversuche für
den Begriff der Flexibilität identifiziert.6 Eine einheitliche
Begriffsterminologie herrscht hier allerdings nicht vor.
Synonym werden von einigen Autoren auch die Begriffe
Elastizität, Mobilität, Reaktionsfähigkeit,
1
Becker, J.; Kahn, D. (2005), S.10
Vgl. Sethi, A. K.; Sethi, S. P. (1990), S.290
3
Vgl. Wiendahl, H.-P. (2002), S.123
4
5
Vgl. Schi, D.; Daniels, R. L. (2004), S.415
6
2
Wandlungsfähigkeit, Agilität, Anpassungsfähigkeit oder
Variabilität genutzt.7
Trotz unterschiedlichster Auffassungen über die Bedeutung
der Flexibilität in der Produktion vertreten nahezu alle
Autoren die Meinung, dass Flexibilität die Fähigkeit eines
Systems ist, sich an Änderungen von Eingangsgrößen,
Randbedingungen und sonstigen Einflussgrößen anzupassen.
Anhang 1 gibt eine Übersicht über die in der Literatur am
häufigsten verwendeten Flexibilitätsdefinitionen.
Bei der Betrachtung der verschiedenen Begriffsdefinitionen
ist zu erkennen, dass eine Gemeinsamkeit hinsichtlich der
Elemente zur Beschreibung der Flexibilität vorhanden ist. So
kann die Flexibilität verstanden werden als die Fähigkeit eines
Produktionssystems sich
8
– innerhalb kürzester Zeit
9
– sowohl proaktiv als auch reaktiv
10
– in einem gegebenen Handlungsspielraum
11
– auf Veränderungen durch interne und externe Einflüsse
anpassen zu können, um die vorgegebenen Ziele realisieren
zu können12.
Auf Basis einer von der OECD durchgeführten
Operationalisierung kann die Flexibilität in die
Flexibilitätsarten (1) interne vs. (2) externe Flexibilität sowie
(3) numerische (quantitative) vs. (4) funktionale (qualitative)
13
Flexibilität unterschieden werden.
Danach beschreibt die funktionale Flexibilität
mitarbeiterbezogene Maßnahmen, die sich auf Funktionen
oder Stellen im Unternehmen beziehen. Die numerische
7
Beispiele finden sich in den Arbeiten von Nagel, M. (2003), S.10
und Wirth, S. (2000), S.25ff.
8
Vgl. hierzu die Definitionen von REFA (1990), S.45; Spath, D.;
Hirsch-Kreinsen, H.; Kinkel. S. [Hrsg.] (2008), S.11; Nyhuis, P. [u.a.]
(2009), S.206 und Janssen, H. (1997), S.32
9
Vgl. hierzu die Definitionen von Kaluza, B.; Blecker, Th. (2005b),
S.9; Voigt, K.-I.; Wildemann, H. (2007), S.46 und Oelsnitz, D. von
der (1994), S.71
10
Vgl. hierzu die Definitionen von Pibernik, R. (2001), S.899;
Hernández Morales, R. (2003), S.27 in Anlehnung an Westkämper,
E. [u.a.] (2000), S.22ff.; Spath, D.; Hirsch-Kreinsen, H.; Kinkel. S.
[Hrsg.] (2008), S.11; Tempelmeier, H.; Kuhn, H. (1992), S.18 und
Janssen, H. (1997), S.32;
Nyhuis, P. [u.a.] (2009), S.206 bezeichnen diese
Handlungsspielräume auch als Raum innerhalb eines Korridors.
11
Vgl. hierzu die Definitionen von Pibernik, R. (2001), S.899;
Engelbrecht, A. (2001), S.4; Hernández Morales, R. (2003), S.27 in
Anlehnung an Westkämper, E. [u.a.] (2000), S.22ff.; Nagel, M.
(2003), S.10; Kaluza, B.; Blecker, Th. (2005b), S.9; Voigt, K.-I.;
Wildemann, H. (2007), S46; Günther, H.-O.; Tempelmeier, H.; Kuhn,
H. (1992), S.18 und Pfohl, H.-C. (2000), S.319
12
Vgl. hierzu die Definitionen von Pibernik, R. (2001), S.899; Nagel,
M. (2003), S.10 und Voigt, K.-I.; Wildemann, H. (2007), S46
13
Vgl. u.a. OECD 1986
Flexibilität betrifft die Kapazitätsanpassung durch
Personalveränderungen bzw. flexible Arbeitszeitmodelle zur
Kompensation saisonaler oder auftragsbedingter
Schwankungen im Arbeitsprozeß. Die interne Flexibilisierung
bezieht sich auf Veränderungen der Unternehmensstruktur.
Die externe Flexibilisierung bezeichnet Kontakte des
Unternehmens nach außen (PR-Arbeit, Informationsquellen,
Internationalität).
Internal
Flexibility
Veränderungen in der internen
Unternehmensstruktur
External
Flexibility
Kontakte zu anderen Märkten und
Firmen
Numerical
Flexibility
Je nach Arbeitsanfall variierende
Mitarbeiteranzahl, flexible
Arbeitszeitmodelle, Teilzeitarbeit,
Outsourcing
Functional
Flexibility
Breit gefächerte Aufgabeübernahme,
vielseitige Fähigkeiten, hohes Ausmaß an
Aus- und Weiterbildung und
Selbstmanagement
Abbi l du ng 1: F l exi bi l it äts ar ten ( nach Wi l demann 2005)
Darüber hinaus kann zwischen einer subjekt-, objekt- und
vorgangsorientierten Flexibilität unterschieden werden. Auf
dieser Basis ist es möglich, eine Matrix aufzuspannen, die mit
unterschiedlichen Flexibilisierungsstrategien und –
maßnahmen gefüllt werden kann.
welche sich erst nach langer Einarbeitungszeit in
Großunternehmen als rentabel erweisen.
Derart verwendete Methoden14 versucht man wirtschaftlich
sinnvoll auf KMU anzuwenden, jedoch gelingt eine
Umsetzung bis hin zur Produktionsebene äußerst selten.
Auf die Fragestellung, welche Eigenschaften flexible
Produktionssysteme besitzen,
lässt sich ein Katalog mit Anpassungsbefähigern mit
folgenden Eigenschaften darstellen:
– Modularität
Unter Modularität lässt sich die Rekonfiguration eines
Objekts für eine bestimmte Anwendung beschreiben.
Darunter wird die Aufteilung eines Gesamtsystems in kleine
Subsysteme, den Modulen, verstanden. Diese Module
15
müssen standardisiert und einfach austauschbar sein. Das
Hauptziel der Modularisierung von Fertigungsmitteln ist die
Reduktion der inneren Komplexität bei gleichzeitiger
16
Bereitstellung einer hohen äußeren Vielfalt.
So lassen sich die Objekte mit Hilfe der Module zu einer
gewünschten Konfiguration wie in einer Art
Baukastensystem montieren und demontieren und für
17
spezifische Lebenszyklen gestalten . In technischer Hinsicht
ist die Modularisierung des Produktionssystems eine wichtige
Voraussetzung für ein flexibles Produktionssystem. „Module
sind autonom agierende Einheiten oder Elemente, die eine
hohe und aufwandsarme Austauschbarkeit sowie
18
Kompatibilität untereinander gewährleisten“ . Neben der
rein technischen Auslegung, ist es aber auch denkbar
personelle Ressourcen, bzw. deren Kompetenzen als Module
intern
numerisch
funktional
extern
subjektorientiert
Arbeitszeitmodelle
Einstellungen und Entlassungen
betriebsinterne Arbeitsplatzmobilität Zeitarbeit
Werkstudenten, Aushilfen, etc.
Vergütungssystem
objektorientiert
Anlagenauslastung
Benchmarking, Marktanalyse
subjektorientiert
Hierarchieabbau
Arbeitsorganisation (z. B. Job
Rotation, Job Enrichment)
(Weiter-)Qualifikation
Auslagerung von Funktionen
(Subcontracting, Personaldienstleister,
Unternehmensberater)
Einbinden der Kunden
Öffentlichkeitsarbeit
objektorientiert
Fertigungskonzepte (z. B. integrative
Fertigung, dezentrale Minifabriken)
F&E im Unternehmen und
Technologiefrühaufklärung
Betreiber- und Leasingmodelle
verteilte Produktentwicklung/Produktinnovationen
Informationsbeschaffung (z. B. durch
Lieferanten, Kunden, von Universitäten,
etc.)
vorgangsorientiert
Dezentralisierung
Segmentierung
Gruppenarbeit
Erschließung neuer Märkte,
Marketingstrategien
Prozessinnovationen
Tabel l e 1: F l ex i bi li si er ungs maßnahme n un d -s t r at egi en
2.2 Unterstützende Eigenschaften
In der Literatur existieren unterschiedliche Formen von
bereits „erfolgsgekrönten Produktionssystemen“. Diese
Produktionssysteme, die sich überwiegend vom
Gedankentum des Toyota Produktionssystems (TPS) ableiten,
beinhalten umfassende methodische Vorgehensweisen,
14
Vgl. Baszenski 2003, S. 32.
Vgl. Heinen, T.; Rimpau, Ch.; Wörn, A. (2008), S.27
16
Vgl. Westkämper, E. (2001), S.479ff.
17
Vgl. Schuh, G. [u.a.] (2006), S.102
18
Hernández Morales, R. (2003), S.55
15
zu verstehen und diese entsprechend den Anforderungen zu
konfigurieren. Auch die Zerlegung eines komplexen
Produktionsprozesses in Teilprozesse bzw. Prozessmodule
unterliegt der Eigenschaft Modularität.
– Mobilität
Nach Hernández Morales gewährleistet der
Anpassungsbefähiger Mobilität „die örtliche,
uneingeschränkte Beweglichkeit von Objekten in einer
19
Fabrik“ . Sie lässt sich zusammenfassend beschreiben, als
die Fähigkeit eines Objekts im Rahmen von Veränderungen
in der Struktur, den Standort zu wechseln. Sie hebt die
klassische Trennung von Immobilien und Mobilien auf, so
dass z.B. Betriebsmittel oder Teile von Gebäuden mit
geringstem Aufwand verlagert werden und an anderen
20
Orten wieder aufgestellt werden können. So kann bei
Betriebsmitteln eine Mobilität erreicht werden, indem sie mit
21
Transporthilfen (z.B. Rollen, Ösen) ausgestattet werden.
Wesentliche Einflussfaktoren für die Mobilität sind vor allem
das Gewicht, die Abmessungen und die Transportart
(Aufnahmepunkte, Transportmittel). Die Mobilität der
Mitarbeiter bezieht sich hingegen auf den Spielraum für
Personalverschiebungen innerhalb von Abteilungen, aber
auch in andere Abteilungen. Voraussetzung hierfür ist die
positive Einstellung der Mitarbeiter gegenüber einem
Arbeitsplatzwechsel. Organisatorische Möglichkeiten
bestehen bspw. durch die Strategien Job-Enlargement, Job22
Enrichment oder Job-Rotation .
– Universalität
Unter Universalität wird die Fähigkeit von technischen
Anlagen und Maschinen verstanden, für verschiedene
Aufgaben, Anforderungen und Funktionen hinsichtlich
Organisation, Produkt und Technologie verwendbar zu
23
sein . Die Universalität ist auch auf den Menschen
übertragbar. Durch Schulung oder Weiterqualifikation kann
auch das Personal befähigt werden, eine Vielzahl
unterschiedlicher Aufgaben zu übernehmen und somit
flexibel einsetzbar zu sein.
– Kompatibilität
Die Kompatibilität beschreibt die Vernetzungsfähigkeit von
Produktionsmodulen bzw. -elementen bezüglich Material,
Medien und Energie sowie die Integrationsfähigkeit von
Produktionsmodulen bzw. -elementen in bestehende
Strukturen. Sie ermöglicht vielfältige, potentielle Material-,
Informations- und Personalbeziehungen. Dafür leisten
Schnittstellen einen wesentlichen Beitrag. Der Begriff
Schnittstelle ist in diesem Zusammenhang nicht nur auf
Verbindungen und Anschlüsse bezogen, sondern auch auf
Logistikeinrichtungen und Systementscheidungen
(Werkzeugsysteme). Relevante Schnittstellen sind die
Maschinenanschlüsse (mechanische und energetische
Schnittstellen), die Materialflussschnittstelle, die
Informations- und Kommunikationsschnittstelle, die
Steuerungsschnittstelle, die Benutzerschnittstelle und die
Aufstellung (räumliche Schnittstelle, Umweltschnittstelle). Für
Kompatibilität sorgt bspw. ein lückenloses
Medienversorgungsnetz im Fabrikgebäude, an der Decke
oder im Keller installiert, dass mit einheitlichen
24
Medienschnittstellen ausgestattet ist.
– Skalierbarkeit
Skalierbarkeit, also die maßstäbliche Anpassbarkeit der
Leistungseigenschaften, beschreibt die Eigenschaft einer
technischen Anlage oder Maschine bzw. der Ressource
Personal mit streng begrenztem Mittel- und Zeiteinsatz auf
wechselnde Anforderungen einstellbar zu sein. Diese
Eigenschaft ist gekennzeichnet durch eine technische,
räumliche, organisatorische und personelle
25
Atmungsfähigkeit. Das bedeutet also eine Erweiter- und
Reduzierbarkeit für räumliche Freiheitsgrade bezüglich
Ausdehnung, Wachstum oder auch Schrumpfung. Sie kann,
übertragen auf die Produktionsmittel, zu einer Steigerung
der Mengenleistung beitragen, indem durch die
Parallelisierung der Bearbeitungsoperationen die
Bearbeitungszeiten verkürzt werden. Ebenso ist die
Minimierung unproduktiver Zeiten möglich, da mit Hilfe der
Skalierbarkeit eine Steigerung der Betriebsmittelverfügbarkeit
erreicht wird. Als Beispiele dienen der Automatisierungsgrad
an Maschinen, flexible Arbeitszeitmodelle oder erweiterbare
26
Flächen von Fabriken.
Ein Unternehmen, das über Flexibilität erfolgreich sein will,
sollte sich strategisch entsprechend positionieren, operativ
flexibilitätsorientiert agieren und den jeweils erreichten
27
Flexibilitätsgrad kontinuierlich monitoren.
Inwieweit deutsche Unternehmen eine Flexibilitätsstrategie
verfolgen und welche Performance die Unternehmen im
Bereich der Flexibilität erreichen, ist jedoch weitgehend
unbekannt.
Eine bundesweite empirische Untersuchung, die vom
Fraunhofer IFF durchgeführt wurde, soll Aufschluss über
diese und weitere Fragestellungen geben.
3
Quantitative Untersuchung
3.2 Stichprobe
Insgesamt nahmen 1227 Unternehmen an der Befragung
teil. 835 dieser Unternehmen (ca. 68%) lassen sich dem
produzierenden Bereich zuordnen. Weitere ca. 15% der
befragten Unternehmen kommen aus dem tertiären Sektor.
19
Hernández Morales, R. (2003), S.55
Vgl. Roscher, J. (2008), S.28
21
22
Die Begriffe Job-Enlargement, Job-Enrichment und Job-Rotation
werden in Kapitel 3.2.4 näher erläutert.
23
Wiendahl, H.-P. [u.a.] (2005), S.26
20
24
26
Vgl. Wiendahl, H.-P. [u.a.] (2005), S.26; Vgl. Heinen, T.; Rimpau,
Ch.; Wörn, A. (2008), S.27
27
Vgl. Kinkel u.a. 2007, S. 2
25
Ein anderes Bild zeigt dagegen die Auswertung des
Veränderungsbedarfs. Über 44% der Unternehmen erachten
eine Erhöhung ihrer Flexibilität für notwendig.
Abbi l du ng 2: Ver t eil ung der an der Unt er s uchung
t ei l nehmenden Unt er nehme n
Hinsichtlich der Unternehmensgröße sind bei über 93% der
befragten Unternehmen unter 250 Mitarbeiter beschäftigt.
3.3 Flexibilität als strategischer Faktor
Analysiert man die in Deutschland verfolgten
Unternehmensstrategien, stellt
man fest, dass mehr als ein Viertel der teilnehmenden
Unternehmen (ca. 29%) auf eine Flexibilitätsstrategie setzen.
Damit ist die Flexibilität noch vor der Innovations- und
Technologieführerschaft das zweitgenannte oberste Ziel in
einem Unternehmen. Die Qualitätsführerschaft bildet das
wichtigste Ziel. Über 40% der Unternehmen fokussieren ihre
langfristigen Zielsetzungen auf diesen Faktor.
Die Selbsteinschätzung der Flexibilität zeigt eine eher
normalverteilte Charakteristik. Fast 82% der befragten
Unternehmen schätzen ihre Flexibilität als (mindestens) hoch
ein.
Abbi l du ng 4: Zukünf t i ge F l ex i bi li t äts ei ns chätz ung
Das Thema Flexibilität wird somit auch in Zukunft für die
Unternehmen eine weiterhin wichtige Rolle einnehmen, so
dass Unternehmen diesen Themenbereich auch zukünftig
mit entsprechenden Maßnahmen untersetzen müssen.
Zieht man nun die Größe der befragten Unternehmen in die
Betrachtungen mit ein, wird deutlich, dass die
Selbsteinschätzung der Flexibilität mit der Größe des
Unternehmens sinkt. Im Mittelwert schätzen somit
Kleinstunternehmen ihre Flexibilität im Vergleich zu
Unternehmen mit anderer Größe als am höchsten ein,
Großunternehmen hingegen als am geringsten.
Abbi l du ng 5: F l exi bi l it äts ei ns chät z ung (nach
Unt e r nehmens gr ö ße)
Bei einer Betrachtung des zukünftigen Flexibilitätsbedarfes
ergibt sich entsprechend der Selbsteinschätzung ein
entgegengesetztes Bild, in dem die Großunternehmen einen
erhöhten Bedarf zur Steigerung ihrer Flexibilität sehen.
Abbi l du ng 3: F l exi bi l it äts ei ns chät z ung
Nur ca. 3% der Unternehmen schätzen ihre Flexibilität als
äußerst gering, sehr gering und gering ein.
Aus der Einschätzung, dass ein Großteil der Unternehmen
sich bereits für (mindestens) hoch flexibel hält, könnte
geschlossen werden, dass die Unternehmen bereits
entsprechende Maßnahmen eingeleitet und umgesetzt
haben.
Abbi l du ng 6: Zukünf t i ge F l ex i bi l i t äts ei ns chätz ung
(nach Unt er neh me ns gr öße)
3.4 Fazit
Die Ergebnisse der Untersuchung verdeutlichen, dass bei
zunehmender Kostenkonkurrenz die Fähigkeit flexibel zu
agieren für Unternehmen einen strategischen
Wettbewerbsvorteil bedeutet. Neben der Qualität der
Produkte ist die Flexibilität die wichtigste Möglichkeit sich
von Wettbewerbern zu differenzieren und Kostennachteile
zu kompensieren. Mehr als ein Viertel der deutschen
Unternehmen setzt im Wettbewerb auf den Faktor
Flexibilität. Den Kunden individuelle Lösungen anzubieten
oder schnell und termintreu liefern zu können ist damit für
viele Firmen das oberste Ziel.
Dafür stehen den Unternehmen unterschiedlichste Strategien
und Maßnahmen zur Verfügung, die geeignet sind,
Flexibilitätsvorsprünge zu realisieren. Gleichwohl scheinen
die Möglichkeiten dieser Maßnahmen zur Steigerung der
betrieblichen Flexibilität in Deutschland noch nicht
ausgereizt. Durch die Entwicklung von, auf die individuellen
Bedarfe spezifisch zugeschnittenen, Konzepten, könnten
weitere Flexibilitätspotenziale erschlossen und so die
Wettbewerbsposition weiter verbessert werden.
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EINFLUSSGRÖSSEN DER
ANLERNZEIT
--------------------------------------------------------Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. Tim Jeske, Dipl.-Päd. Katharina Hasenau, Dipl.-Wirt.Ing. Sven Tackenberg, Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. Christopher M. Schlick
Institut für Arbeitswissenschaft der RWTH Aachen University
EINFLUSSGRÖSSEN DER ANLERNZEIT
Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. Tim Jeske, Dipl.-Päd. Katharina Hasenau, Dipl.-Wirt.-Ing. Sven Tackenberg, Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Christopher M. Schlick
Kurzfassung
Manuelle Tätigkeiten in Fertigung und Montage erfordern
sowohl sensorische als auch motorische Fertigkeiten – sie
werden als sensumotorisch bezeichnet. Da Fertigkeiten
erlernt und durch Übung verbessert werden können bzw.
müssen, wird bei der erstmaligen Ausführung einer
sensumotorischen Tätigkeit eine geringere Leistung erbracht,
als nach mehrfacher Wiederholung. Der Zeitraum
übungsbedingter Leistungszunahme bis zum Erreichen einer
vordefinierten Bezugsleistung wird als Anlernzeit bezeichnet.
Die Kenntnis der Anlernzeit bei der Zeitplanung von
Produktionsanläufen und Umstrukturierungsmaßnahmen
kann deren Qualität erheblich verbessern. In diesem
Zusammenhang kann auch die Liefertreue bei internen wie
externen Kunden verbessert werden.
Vor diesem Hintergrund wird eine Methode zur Prognose der
Anlernzeit sensumotorischer Tätigkeiten entwickelt. Im
Beitrag wird ein Überblick über die mit der Entwicklung
verbundenen Arbeiten gegeben und eine empirische
Untersuchung des Einflusses der kulturellen Herkunft von
Arbeitspersonen auf die Anlernzeit beschrieben. Die
Ergebnisse dieser Untersuchung bestätigen das Auftreten
von Lerneffekten, jedoch keinen signifikanten Einfluss der
Kultur.
Arbeitsaufgaben sind zumeist manueller Art und erfordern
sowohl sensorische wie auch motorische Fertigkeiten – sie
werden daher als sensumotorisch bezeichnet. Da Fertigkeiten
erlernt und im Falle wechselnder Arbeitsaufgaben angepasst
werden müssen, können diese Aufgaben nach erfolgter
Neuzuordnung nicht sofort produktiv ausgeführt werden
(Rohmert et al. 1974). Dabei wird unter produktiver
Arbeitsausführung das Erreichen bzw. Einhalten von
Vorgabezeiten verstanden. Eine Bestimmung derartiger
Vorgabezeiten kann mit Hilfe von Systemen vorbestimmter
Zeiten (SvZ), wie Methods-Time Measurement (MTM) oder
Work Factor (WF) erfolgen. Der Zeitraum, den eine
Arbeitsperson benötigt, um eine ihr unbekannte
Arbeitsaufgabe kennen zu lernen und die dazu benötigten
sensumotorischen Fertigkeiten bis zum Erreichen der
Bezugsleistung zu üben, wird als Anlernzeit bezeichnet.
Die Kenntnis der Anlernzeit ist sowohl in heutigen, wie auch
zukünftigen Produktionssystemen von großer Bedeutung. So
kann die mangelnde Berücksichtigung von Anlernzeiten –
insbesondere ein Unterschätzen –bei Produktionsanläufen
beispielsweise dazu führen, dass sich die Markteinführung
neuer Produkte verzögert und in Folge dessen
Wettbewerbsvorteile nicht realisiert werden können.
2. Theoretischer Hintergrund
1. Einleitung
Die in heutigen Produktionssystemen häufig eingesetzten
hochautomatisierten Produktionsanlagen sind oftmals nicht
zur effizienten Produktion von Kleinserien geeignet (bis hin
zur Losgröße eins) und dementsprechend auch nicht flexibel
genug, um zahlreiche Varianten herzustellen. Zukünftig
werden in Produktionssystemen Menschen und Anlagen, wie
beispielsweise Roboter voraussichtlich kooperativ
zusammenarbeiten. Dabei können Roboter repetitive oder
gefährliche Arbeitsaufgaben begrenzter Komplexität
übernehmen, während der Mensch Aufgaben hoher
Komplexität, wie beispielsweise Varianten bearbeitet, die nur
mit großem Aufwand automatisierbar sind (Mayer et al.
2009). In diesem Zusammenhang werden Arbeitspersonen
beständig mit wechselnden Arbeitsaufgaben betraut. In
begrenztem Umfang ist dies bereits in heutigen
Produktionssystemen der Fall. So führen Anlässe wie die
Inbetriebnahme oder Umstrukturierungen von
Produktionsanlagen zu veränderten Zuordnungen von
Arbeitspersonen zu Arbeitsaufgaben.
Ein Großteil der Arbeitsaufgaben an deren Ausführung der
Mensch beteiligt ist, kann dabei den Bereichen Fertigung
und Montage zugeordnet werden. Derartige
Bereits Smith (1776) und Babbage (1832) beobachteten
einen Zusammenhang zwischen der Häufigkeit der
Ausführung einer Arbeitsaufgabe und der dabei erbrachten
Leistung. Eine erste theoretische Beschreibung dieses
Zusammenhangs, die auch ein mathematisches Modell
beinhaltet, wurde von Wright entwickelt (Wright 1936,
Laarmann 2005). Die mathematische Darstellung beschreibt
Wright in Form einer Lernkurve wie folgt:
tn
n
k
t1
(1)
mit:
tn - Zeit der n-ten Ausführung
n - Nummer der Ausführung
k - Proportionalität
t1 - Zeit der ersten Ausführung
Dieses Modell wurde dahingehend kritisiert, dass es die
Möglichkeit einer unbegrenzten Leistungssteigerung
beinhaltet (Hieber 1991). Vor diesem Hintergrund
entwickelte Levy eine Theorie und eine mathematische
Beschreibung, die diesen Kritikpunkt berücksichtigen (Levy
1965). Statt einer Potenzfunktion nutzt Levy eine
Exponentialfunktion zur Beschreibung der Lernkurve:
tn
(t1 c) e
k ( n 1)
c
(2)
mit:
tn - Zeit der n-ten Ausführung
n - Nummer der Ausführung
k - Proportionalität
t1 - Zeit der ersten Ausführung
c - Grenzwert
Der Zeitraum übungsbedingter Leistungszunahme bis zum
Erreichen einer vordefinierten Bezugsleistung – die Anlernzeit
– kann auf Basis von Lernkurven nur ex post dargestellt
werden. Eine Prognose der Anlernzeit mit Hilfe von
Lernkurven ist nur begrenzt und im Rahmen von
Ähnlichkeitsbetrachtungen möglich. Eine allgemeingültige
Aussage über die zu erwartende Anlernzeit kann auch nicht
mit SvZ oder anderen Verfahren getroffen werden
(Bokranz/Landau 2006). Zeitplanungen im Bereich von
Produktion und Montage sind daher mit großen
Unsicherheiten behaftet, was sich beispielweise in geringer
Termintreue beim jeweiligen internen oder externen Kunden
widerspiegeln kann.
3. Vorgehensweise:
Um die Qualität von Zeitplanungen für Produktionsanläufe
wie auch für Umstrukturierungen zu erhöhen, ist es
erforderlich, Arbeitsplaner und Personaldisponenten in ihrer
Arbeit mit einer Methode zur Prognose der Anlernzeit zu
unterstützen (Jeske et al. 2009). Die Entwicklung einer
solchen Methode für einfache sensumotorische Tätigkeiten
ist Bestandteil des vom BMBF mit ESF Mitteln geförderten
Forschungsprojekts FlexPro (Förderkennzeichen:
01FH09019). Im Rahmen dieses Projekts werden flexible
Fertigungssysteme weiterentwickelt, so dass
Fertigungsprinzipien tagesaktuell und auftragsabhängig
ausgewählt bzw. verändert werden können. So soll
beispielsweise eine Serienfertigung kurzfristig – in
Abhängigkeit der Auftragslage – zu einem One-Piece-Flow
umgestaltet werden können. Eine wechselnde Zuordnung
von Arbeitspersonen zu Arbeitsaufgaben geht damit einher.
In vorangegangenen Untersuchungen konnten bereits
mehrere Einflussgrößen der Anlernzeit identifiziert werden.
Diese lassen sich zwei wesentlichen Bereichen zuordnen:
Einerseits Einflussgrößen, die charakteristisch für die
Arbeitsaufgabe sind, wie beispielsweise die Zykluszeit einer
einmaligen Ausführung einer Arbeitsaufgabe oder die Dauer
eines solchen Zyklus. Andererseits Einflussgrößen, die die Art
und Weise der Anlernung beschreiben. Zu diesen zählen u.
a. die Methode der Arbeitsunterweisung sowie Art und
Umfang ergänzender Schulungsmaßnahmen (Jeske et al.
2009).
Ergänzend dazu sind die Einflüsse personenbezogener
Merkmale auf die Anlernzeit zu nennen.
Zur Quantifizierung der Einflussgrößen bzw. der
Zusammenhänge zwischen den Einflussgrößen und der
Anlernzeit werden verschiedene empirische Studien
durchgeführt.
Eine erste Laborstudie zum Einfluss von personenbezogenen
Merkmalen wurde bereits abgeschlossen; die Ergebnisse
werden nachfolgend vorgestellt. Einen Schwerpunkt bildete
dabei die Untersuchung des Einflusses der kulturellen
Herkunft einer Arbeitsperson auf die Anlernzeit. So soll
sichergestellt werden, dass das zu entwickelnde Verfahren
eine Prognose der Anlernzeit für Arbeitspersonen mit
beliebigem kulturellem Hintergrund ermöglicht und somit
international einsetzbar ist. Vorläufige Ergebnisse dieser
Studie wurden bereits in Jeske et al. 2010 veröffentlicht. Die
Untersuchung erfolgte in Kooperation mit dem an der
Fakultät für Maschinenbau der RWTH Aachen University
angesiedelten Exzellenzcluster „ Integrative
Produktionstechnik für Hochlohnländer“. Die Fragestellung
des Exzellenzclusters bei der Durchführung der Laborstudie
richtete sich auf einen möglichen kulturellen Einfluss auf die
Aufbaustrategie einfacher geometrischer Objekte. Die
Ergebnisse dieser Fragestellung werden im Rahmen dieses
Beitrags nicht weiter betrachtet.
Neben der Darstellung der Studie zu kulturellen Einflüssen,
wird ein Einblick in eine weitere, laufende Untersuchung
gegeben. Diese ist auf den Einfluss der
Aufgabenbeschreibung auf die Anlernzeit gerichtet.
4. Laborstudie zum kulturellen Einfluss
4.1
Probanden
Insgesamt nahmen 60 Probanden an der Studie teil, die zur
Hälfte aus dem europäischen und dem asiatischen
Kulturraum stammen. Die Probanden wurden in zwei
Versuchsreihen aufgeteilt: Der Versuchsreihe A wurden die
aus Deutschland stammenden europäischen Probanden
zugordnet, der Versuchsreihe B die aus China stammenden
asiatischen Probanden. Die Geschlechterverteilung ist jeweils
balanciert. Das Durchschnittsalter in Versuchsreihe A (27,10
Jahre; SD: 4,163; Min: 21; Max: 41) ist höher als in
Versuchsreihe B (22,87 Jahre; SD: 2,224; Min:19; Max: 29).
Die Mehrheit der Teilnehmer ist rechtshändig (Versuchsreihe
A: rechts: 28; links: 2; Versuchsreihe B: rechts: 30; links: 0).
4.2
Aufgabe und Versuchsaufbau
Die Untersuchung erforderte von den Probanden die
wiederholte Ausführung einer einfachen Montagetätigkeit.
Dabei handelte es sich um das Aufbauen einer genau
definierten Pyramide aus 30 identischen und grundsätzlich
beliebig kombinierbaren Bausteinen. Die zu erstellende
Pyramide wurde auf einem Bildschirm dargestellt und war
auf einer definierten Arbeitsfläche zusammenzusetzen (siehe
Abbildung 1). Die Erfassung der zum Aufbau benötigten Zeit
erfolgte durch das Positionieren des Vorrats an Bausteinen in
einer Apparatur, die bei jedem Hineingreifen einen Zeitwert
speicherte. Die Zeiterfassung war vom Probanden durch
Klicken auf eine Computermaus zu stoppen. Durch eine
symmetrische Arbeitsplatzgestaltung hatten Rechts- sowie
Linkshänder die gleichen Arbeitsbedingungen.
Vorrat an
Bausteinen
Analysen gewählt. Regressionsmodelle wurden mit Matlab
R2009a berechnet.
5. Ergebnisse und Auswertung
Die Ergebnisse beider Versuchsreihen lassen das Auftreten
eines übungsbedingten Leistungszuwachses bereits an Hand
der Mittelwerte der einzelnen Arbeitsausführungsdauern und
ihrer 95% Konfidenzintervalle erkennen (siehe Abbildung 2):
Beginnend bei vergleichsweise hohen Werten für die erste
Arbeitsausführung fällt der Zeitbedarf zunächst schnell ab,
um dann ein annähernd stabiles Niveau zu erreichen, von
dem aus nur noch geringfügige Verbesserungen erfolgen.
Arbeitsfläche
Spiegelbarer Aufbau
Abbi l du ng 1: Ver s uchs auf bau
4.3
Unabhängige Variablen
Als unabhängige Variable wurde die kulturelle Herkunft
betrachtet. Abhängige Variablen waren die
Arbeitsausführungszeiten (Bauzeiten) für die einzelnen
Pyramiden.
4.4
Zunächst wurden die Probanden aufgefordert, einen
Fragebogen hinsichtlich demografischer Daten wie Alter,
Geschlecht etc. auszufüllen. Darüber hinaus wurden die
Probanden zu ihrem Bildungsgrad und ihrer Erfahrung mit
Montagearbeiten sowie mit den zu verwendenden
Bausteinen befragt. Die Aufgabe wurde den Probanden in
ihrer jeweiligen Muttersprache (Deutsch bzw. Chinesisch) mit
Hilfe eines Leitfadens einheitlich erläutert. Die Probanden
wurden angewiesen, die Aufgaben zügig auszuführen; eine
zeitliche Vorgabe wurde jedoch nicht gegeben. Die
Probanden wurden darüber informiert, dass ihre Hände
während der Aufgabenausführung gefilmt und die
benötigten Zeiten erfasst werden. Um einen ausreichenden
Übungsgrad bzw. Lerneffekt zu erreichen, war die Aufgabe
jeweils zehn Mal auszuführen.
4.5
Abbi l du ng 2: Gegen über s t el lung der mi t t l er en
Ar bei t s aus f ühr ungs dauer n b ei der Vers uchs r ei hen
Vorgehensweise
Statistische Analyse
Die statistische Auswertung wurde mit Hilfe der Software
SPSS Version 18.0 durchgeführt. Der Leistungszuwachs der
Probanden wurde mit einer multifaktoriellen Varianzanalyse
mit Messwiederholung untersucht. Dabei wurden die
kulturelle Herkunft bzw. die Zuordnung zu den beiden
Versuchsreihen als Zwischensubjektfaktor sowie die
Wiederholung der einzelnen Arbeitsausführungen als
Innersubjektfaktor untersucht. Für signifikante Ergebnisse
wurde die Effektstärke ω² berechnet (Field 2005).
Rangkorrelationen wurden nach Spearman zweiseitig
analysiert. Als Signifikanzniveau wurde α=0,05 für alle
Die statistische Analyse weist einen signifikanten Haupteffekt
der Wiederholung der Aufgabenausführung auf die
Ausführungsdauer nach (F=51,034; df=2,539; p=0,000) und
bestätigt die zuvor beschriebene Leistungszunahme. Die
zugehörige Effektstärke ist groß, sie beträgt ω²=0,352.
Dieses Ergebnis konnte durch einen post-hoc Test nach
Bonferroni bestätigt werden (siehe Tabelle 1). Insbesondere
die erste Aufgabenausführung unterscheidet sich signifikant
von allen folgenden Ausführungen (jeweils p=0,000).
Darüber hinaus unterscheiden sich auch die zweite und
teilweise die dritte Ausführung der Aufgabe signifikant von
allen weiteren (p<0,05).
Somit bestätigt die statistische Analyse die Existenz einer
anlernbedingten Leistungszunahme und damit, dass
sensumotorische Fertigkeiten erlernt und geübt werden
können. Anzumerken ist, dass diese Leistungszunahme
erreicht wurde, ohne Zeitdruck auf die Probanden
auszuüben.
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
19,062* 23,438* 24,008* 24,378* 27,553* 27,353* 27,444* 27,224* 28,809*
2
19,062*
3
23,438*
4,376*
4
24,008*
4,946*
,57
5
24,378*
5,316*
,94
,37
6
27,553*
8,492*
4,116*
3,545
3,175
7
27,353*
8,291*
3,915*
3,345
2,975
-,2
8
27,444*
8,382*
4,006
3,436
3,066
-,109
,091
9
27,224*
8,163*
3,787
3,216
2,846
-,329
-,129
-,219
10
28,809*
9,747*
5,371*
4,801
4,431
1,256
1,456
1,365
4,376*
4,946*
5,316*
8,492*
8,291*
8,382*
8,163*
9,747*
,57
,94
4,116*
3,915*
4,006
3,787
5,371*
,37
3,545
3,345
3,436
3,216
4,801
3,175
2,975
3,066
2,846
4,431
-,2
-,109
-,329
1,256
,091
-,129
1,456
-,219
1,365
1,584
1,584
*Die mittlere Differenz ist signifikant (p<0,05)
Tabel l e 1: Mi t t el wer t dif f er enz en der
Aus f ühr un gs z ei t en
Einflüsse persönlicher Merkmale
Alle Probanden verfügen über eine
Hochschulzugangsberechtigung, unterscheiden sich jedoch
hinsichtlich ihrer Montageerfahrung sowie ihrer Erfahrung
mit den im Versuch eingesetzten Bausteinen. Die Werte für
die Erfahrung wurden jeweils auf einer fünfstufigen Skala
erfasst (0=keine, ... , 5=große Erfahrung). Gemessen am
Mittelwert haben die europäischen Probanden (Mittelwert:
2,02). größere Montageerfahrung als die asiatischen
Teilnehmer (Mittelwert: 1,23). Gleiches gilt für die Erfahrung
mit den Bausteinen: Die europäischen Probanden
(Mittelwert: 2,85) haben größere Erfahrung, als die
asiatischen (Mittelwert: 0,97).
Signifikante Zusammenhänge zwischen den Charakteristika
der Probanden und den Arbeitsausführungszeiten konnten
nicht ermittelt werden. Insbesondere konnte kein
signifikanter Zusammenhang zwischen dem Alter und den
Arbeitsausführungsdauern festgestellt werden. Die
Händigkeit konnte auf Grund der geringen Anzahl an
Linkshändern nicht analysiert werden (zwei von sechzig).
Darüber hinaus wurden die Charakteristika der Probanden
auf Interdependenzen hin untersucht (siehe Tabelle 2). Die
Auswertung zeigt einen signifikanten Zusammenhang
(Versuchsreihe A; r=0,446; p=0,014) bzw. keinen
signifikanten Zusammenhang (Versuchsreihe B; r=0,154;
p=0,417) zwischen der Montageerfahrung und der
Erfahrung mit den verwendeten Bausteinen. Die höhere
Erfahrung, die die Probanden der Versuchsreihe A in beiden
Bereichen aufweisen, kann möglicherweise durch eine
Präferenz montageaffiner Personen für die eingesetzten
Bausteine erklärt werden. Da weder die Montageerfahrung
noch die Erfahrung mit den Bausteinen in einem
signifikanten Zusammenhang mit den
Arbeitsausführungszeiten stehen, wird diese Interdependenz
im Rahmen zukünftiger Untersuchungen nicht betrachtet.
Alter
A – Europa
(Deutschland)
Erfahrung mit
Montage
Erfahrung mit
Bausteinen
Alter
B – Asien
(VR China)
Alter
Erfahrung
mit Montage.
Erfahrung mit
Bausteinen
1,000
-,014
,029
-,014
1,000
,446*
,029
,446*
1,000
1,000
-,384*
,179
Erfahrung mit
-,384*
1,000
,154
Montage
Erfahrung mit
,179
,154
1,000
Bausteinen
*Korrelation ist zweiseitig signifikant (p<0,05)
Tabel l e 2: Korr el at i ons koef f iz i ent en nach S pear man
Weiterhin liegt in Versuchsreihe B ein signifikanter
Zusammenhang zwischen dem Alter und der Erfahrung mit
Montage vor (r=-0,384; p=0,036). Dieses Ergebnis kann mit
den bestehenden Daten nicht ausreichend erklärt werden.
Da ein signifikanter Zusammenhang weder zwischen dem
Alter und den Ausführungszeiten noch zwischen der
Montageerfahrung und den Ausführungszeiten vorliegt, wird
dieser Zusammenhang im Rahmen weiteren Studien nicht
untersucht.
5.2
Anpassung an bestehende Modelle
Da ein signifikanter Lerneffekt nachgewiesen wurde, konnte
untersucht werden, inwieweit eine Übereinstimmung der
Daten mit den bestehenden Modellen zur Beschreibung von
Lernkurven vorliegt.
Zunächst wurden die Versuchsergebnisse beider
Versuchsreihen an das Modell von Wright (siehe Gleichung
1) approximiert. Die ermittelten Potenzfunktionen weisen
nur eine geringe Übereinstimmung mit dem Modell auf
(siehe Abbildung 2). Dies wird auch an der
Varianzaufklärung R² deutlich, die Werte von -0,1809
(Versuchsreihe A) bzw. 0,075552 (Versuchsreihe B) erreicht.
A – Europa
Wright
Wiederholung der Ausführung
Mittlere Ausführungszeit [s]
5.1
Versuchsreihe
Die kulturelle Herkunft der Probanden hat keinen
signifikanten Einfluss auf die Ausführungszeit (F=3,259;
df=1; p=0,076). Somit zeigen die Ergebnisse keine
signifikanten Unterschiede zwischen europäischen und
asiatischen Probanden hinsichtlich des Erwerbs von
Fertigkeiten zur Ausführung niedrig komplexer,
sensumotorischer Aufgaben. Folglich hat die kulturelle
Herkunft im Rahmen der durchgeführten Studie keine
Auswirkung auf das Anlernen einfacher sensumotorischer
Aufgaben.
Ein Interaktionseffekt zwischen den einzelnen
Arbeitsausführungen und der kulturellen Herkunft (F=0,609;
df=2,539; p=0,583) kann ebenfalls nicht ermittelt werden.
B – Asien
Wright
Abbi l du ng 2: Anpas s un g der Aus f ühr un gs z ei t en i n
ei ner Pot enz f unkt i on f ür beide Ver s uchs r ei hen .
Die Approximation der erfassten Daten an das Modell von
Levy (siehe Gleichung 2) wurde ebenfalls untersucht. Die
entsprechenden Exponentialfunktionen weisen eine
wesentlich bessere Übereinstimmung auf, als die zuvor
A – Europa
Levy
B – Asien
Levy
betrachteten Potenzfunktionen. Die Varianzaufklärung R²
erreicht Werte von 0,56864 (Versuchsreihe A) bzw. 0,47439
(Versuchsreihe B). Die berechneten Grenzwerte c
unterscheiden sich marginal (Differenz=4,6s).
Aufgabe der Probanden ist es, den Vergaser insgesamt
zehnmal hintereinander – basierend auf einer
gleichbleibenden zufällig zugeteilten Aufgabenbeschreibung
– zu montieren. Dazu steht ein standardisierter
Montagearbeitsplatz zur Verfügung, an dem die jeweilige
Aufgabenbeschreibung auf einem Touch-Screen Bildschirm
dargestellt wird.
Bisher liegen noch keine Ergebnisse vor, es wird jedoch
erwartet, dass ein Lerneffekt nachweisbar ist und die
Anlernzeit mit der Reichhaltigkeit der Aufgabenbeschreibung
abnimmt.
Abbi l du ng 3: Anpas s un g der Aus f ühr un gs z ei t en i n
ei ner Ex ponent i al f unkt i on f ür bei de Vers uchs r ei hen .
Die nach dem Modell von Levy bestimmten Grenzwerte c
ermöglichen einen Vergleich mit dem Zeitaufwand, der mit
Hilfe von Systemen vorbestimmter Zeiten (SvZ), insbesondere
mit Methods-Time Measurement (MTM), für die einmalige
Ausführung der Versuchsaufgabe ermittelt werden kann.
Wird das Grundsystem (MTM-1) – das genaueste der MTMSysteme – zur Bestimmung dieses Zeitaufwands verwendet,
so kann ein Wert von 75s ermitteln werden. Dieser Wert
unterscheidet sich um 14,5% (Versuchsreihe A,
Differenz=11,0s) bzw. um 20% (Versuchsreihe B,
Differenz=15,6s) von den Untersuchungsergebnissen. Diese
Übereinstimmung kann als gut betrachtet werden, da die mit
MTM ermittelten Werte für mittelgut geübte
Arbeitspersonen gelten, so dass die Abweichungen durch
einem vergleichsweise geringen Übungsgrad der Probanden
erklärt werden können. Darüber hinaus ist auch hier zu
berücksichtigen, dass den Probanden keine Zeitbegrenzung
vorgegeben wurde, um Zeitdruck zu verhindern.
6. Laborstudie zur Arbeitsbeschreibung
Aus dem Bereich der Einflussgrößen, die die Art und Weise
der Anlernung umfassen, wird aktuell der Einfluss der
Arbeitsaufgabenbeschreibung auf die Anlernzeit im Rahmen
einer empirischen Studie untersucht. Dazu wurden drei
unterschiedliche Beschreibungen für eine identische
Arbeitsaufgabe erstellt, die sich in der Reichhaltigkeit ihrer
Darstelllung unterscheiden. Als einfachste Form der
Aufgabenbeschreibung – bei der Versuchsaufgabe handelt
es sich um die Montage eines Vergasers – wurde eine rein
textbasierte Beschreibung gewählt. Weiterhin wurde aus
CAD-Daten des Vergasers eine Explosionszeichnung erstellt
und um Hinweise auf besonders zu beachtende Aspekte, wie
beispielsweise die Positionierung von Nuten oder anderen
Marken ergänzt. Als reichhaltigste Art der
Aufgabenbeschreibung wurde der Zusammenbau des
Vergasers mit Hilfe der genannten CAD-Daten animiert. Alle
drei Beschreibungen sind in drei vom Umfang identische und
disjunkte Arbeitsschritte aufgeteilt.
Die durchgeführten empirischen Untersuchungen mit
europäischen und asiatischen Probanden geben keinerlei
Hinweise darauf, dass die kulturelle Herkunft eine
Auswirkung auf das Erlernen und Üben sensumotorischer
Fertigkeiten für niedrig komplexe Montageaufgaben hat.
Im Rahmen der weiteren Forschung sind zusätzliche
personenbezogene Merkmale, wie formale Qualifikationen,
Kompetenzen und allgemeine motorische Fertigkeiten
hinsichtlich ihres Einflusses auf die Anlernzeit zu
untersuchen. Zu diesem Zweck sind entsprechende
empirische Versuchsreihen zu entwerfen, durchzuführen und
auszuwerten. In diesem Zusammenhang steht die
beschriebene aktuelle Studie zum Einfluss der
Arbeitsaufgabenbeschreibung auf die Anlernzeit.
Zusammen mit den auf die Arbeitsaufgabe und die zur
Anlernung gewählte Methode bezogenen Einflussgrößen ist
schließlich das angestrebte Prognosemodell zu konzipieren
und in Fallstudien zu evaluieren.
8. Literatur
Babbage, C. (1832). On the economy of machinery and
manufactures. Philadelphia.
Bokranz, R. Landau, K. (2006). Produktivitätsmanagement
von Arbeitssystemen. Stuttgart.
Field, A. (2005). Discovering Statistics Using SPSS. London.
Hieber, W. L. (1991). Lern- und Erfahrungskurveneffekte und
ihre Bestimmung in der flexibel automatisierten Produktion.
München.
Jeske, T. Hinrichsen, S. Tackenberg, S. Duckwitz, S. Schlick,
C.M. (2009). Entwicklung einer Methode zur Prognose von
Anlernzeiten. In: Gesellschaft für Arbeitswissenschaft e.V.
(Hrsg.). Arbeit, Beschäftigungsfähigkeit und Produktivität im
21. Jahrhundert, Bericht zum 55. Kongress der Gesellschaft
für Arbeitswissenschaft vom 4. - 6. März 2009. Dortmund:
GfA-Press.
Jeske, T. Mayer, M.Ph. Odenthal, B. Hasenau, K. Schlick,
C.M. (2010). Kultureller Einfluss auf das Erlernen
sensumotorischer Fertigkeiten. In: Gesellschaft für
Arbeitswissenschaft e.V (Hrsg.). Neue Arbeits- und
Lebenswelten gestalten, Bericht zum 56. Kongress der
Gesellschaft für Arbeitswissenschaft vom 24. - 26. März
2010. Dortmund: GfA-Press.
Laarmann, A. (2005). Lerneffekte in der Produktion.
Wiesbaden.
Levy, F.K. (1965). Adaptation in the Production Process. In:
Management Science, 11(6), B136-B154
Mayer, M.Ph. Odenthal, B. Faber, M. Kabuß, W. Kausch, B.
Schlick, C.M. (2009). Simulation of Human Cognition in SelfOptimizing Assembly Systems, In: Proceedings of the
IEA2009 - 17th World Congress on Ergonomics, 09. - 14.
August, Beijing (CD-ROM), Beijing.
Rohmert, W. Rutenfranz, J. Ulich, E. (1974). Das Anlernen
sensumotorischer Fertigkeiten. Frankfurt a. M.
Smith, A. (1776). An Inquiry into the Nature and Causes of
the Wealth of Nations. London.
Wright, T.P. (1936). Factors Affecting the Cost of Airplanes.
Journal of the Aeronautical Sciences, 3(4): 122-128.
DER VIRTUELLE MARKTPLATZ
UND SEINE MÖGLICHKEITEN
ZUR BESTANDSVERWALTUNG
--------------------------------------------------------Prof. Dr.-Ing.-habil. Béla Illés Ph.D.
LEBENSLAUF
Universität Miskolc
Kankalin u. 2.
3529 Miskolc
Ungarn
Telefon: + 36 46 565 111/17 37
Telefax: + 36 46 563 399
E-Mail: altilles@uni-miskolc.hu
1977
Dipl.-Ing. Maschinenbau, Technische Universität für Schwerindustrie Miskolc
(NME)
1986
Promotion Dr.-tech., Universität Miskolc (ME)
1997
Erwerb des wissenschaftlichen Grades: Ph.D.
2006
Habilitation Dr.-Ing.-habil., Universität Miskolc (ME)
1977 bis 1979
Mitarbeiter der Abteilung Produktionsplanung und Entwicklung in der
Maschinenbaufabrik Diósgyór (DIGÉP),
Angestellter des Lehrstuhls für Förderanlagen an der TU Miskolc (NME)
1979 bis 1986
wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Universität Miskolc
1986 bis 1997
Universitätsoberassistent, Universität Miskolc
1998 bis 2007
Universitätsdozent, Universität Miskolc
ab 2001
Lehrstuhlleiter am Lehrstuhl für Materialfluss und Logistik, Universität Miskolc
2005
Ehrenprofessur Prof. h. c., TU Cluj-Napoca, Rumänien
2006
Zweiter Vorsitzender der Unterkommission für das Gebiet Logistik in der
Kommission für Verkehrswissenschaft an der Ungarischen Wissenschaftlichen
Akademie
2007
Professor an der Universität Miskolc
2009
Dekan der Fakultät für Maschinenbau und Informatik
Zweiter Vorsitzender der Wissenschaftsvereinigung für Maschinenindustrie
Ungarns
Mitglied der Ungarischen Logistikvereinigung
Reaktionsmitglied des Logistics Research Springer-Verlags
Redaktionsmitglied des Zeitschrift Manufacturing Engineering
DER VIRTUELLE MARKTPLATZ UND SEINE
MÖGLICHKEITEN ZUR
BESTANDSVERWALTUNG
Ein Merkmal für die dynamische Entwicklung der
Dienstleistungen ist die Herausbildung von landesweiten
Servicenetzen für unterschiedliche, länger haltbare Artikel.
Voraussetzung für einen schnellen und kurzfristigen Service
stellt die Bereitstellung von Ersatzteilen in ausreichender
Menge dar. Das hat zur Folge, dass sich im Laufe der Zeit
Restbestände herausbilden.
Markenservices mit Ersatzteilen realisiert.Der Absatz auf dem
virtuellen Marktplatz bei steuernder Logistik funktioniert wie
folgt:
– der Service mit dem Restbestand bietet über das
Computernetz seinen Restbestand jedem interessierten
Service, der als potentieller Käufer in Frage kommt, an,
– die interessierten Käufer machen ihr Angebot zum
Restbestand,
– der Verkäufer holt für die einzelnen Kunden je ein
Preisangebot für den Transport von den Logistikbetrieben
ein,
– entsprechend der verfügbaren Bestände, den Angeboten
der Käufer, sowie den Transportkosten zum Käufer sucht
der Verkäufer die, für ihn günstigsten u./o. mit dem
größten Nutzen, Käufer und Logistikbetriebe heraus.
Im Beitrag werden drei Varianten zur Behandlung von
Restbeständen vorgestellt. Darüber hinaus werden die
einsetzbaren Entscheidungsmodelle beim An- und Verkauf
von Restbeständen behandelt.
1. Durch den Verkäufer beeinflusster, mit Logistik
integrierter virtueller Marktplatz
Der Verkäufer j bietet den Käufern vom Restbestand des
Der funktionelle Ablauf des Absatzes auf einem integrierten,
virtuellen Marktplatz unter logistischer Steuerung wird in
Abbildung 1 gezeigt.
Ersatzteils i die Menge
qijE
an. Der Verkäufer ist bemüht über
den Restbestand den größtmöglichen Eigennutzen zu
Markenservice als Verkäufer
Informationsfluss
Materialfluss
(MS/V)2
.
.
.
(MS/E)1
.
.
.
.
.
.
.
Logistikbetriebe
(MS/E)n
(MS/V)n
(MS/V)1
.
.
.
(MS/V)n-1
Markenservice als Käufer
Abbi l du ng 1: Dur ch den Ver k äuf er beei nf l uss t er, i nt egr i er t er vi r t uell en Mar kt pl at z unt er l ogi s t is cher S t euer ung
Im skizzierten System sind die Elemente der Markenservice
(MS) ersichtlich. Von denen einige als Verkäufer (MS/Ej) und
erzielen, was er dann erreicht, wenn für den Restbestand die
folgende Zielfunktion erfüllt wird:
andere als Käufer (MS/ V ) auftreten. Natürlich kann auch
jeder beliebige Markenservice als Verkäufer in Erscheinung
treten. Beim Transport des Restbestandes ist ein Logistikbetrieb
in Anspruch zu nehmen, der die Versorgung der
n
kijv
ci s j
xij
max
1
1
(1)
i=1 p
dabei ist:
p
kijv
eine ganzzahlige Programmierung ist, die bei der allgemeinen
die Nummer des Ersatzteiltyps,
vom Verkäufer j an den Käufer
linearen Programmierung nur bei großen Zahlen
angebotener
Einheitspreis für das Produkt i,
xij
ci
sj
Für die Zielfunktion (1) bedeuten die Optimierung zwischen
den Bedingungen (2), (3) und (4) ein allgemein bekanntes
Modell der linearen Programmierung, wofür zahlreiche
Computersoftware zur Verfügung steht. Es sei bemerkt, dass
wegen der Bedingung xij Integer die Aufgabe in Wirklichkeit
zij
eine
genaue Lösung ergibt. Für die Lösung zur ganzzahligen
Programmierung ist entsprechende Software bekannt.
die optimale Verkaufsmenge des Verkäufers j an den Beachten wir, dass das Optimum der Zielfunktion weiter
verbessert werden kann, wenn der Verkäufer mehrere alte
Käufer ,
Produkte je einem Käufer verkaufen kann, dann sinken wegen
des gemeinsamen Transports die Transportkosten. In diesem
die spezifischen Transportkosten des Produkts i
Fall wird die Zielfunktion so modifiziert, dass bei der Auswahl
Euro
,
des Käufers der gemeinsame Verkauf aller Produkte beachtet
Stückkm
wird. Damit ist die modifizierte Zielfunktion
der Transportweg zwischen Verkäufer j und Käufer
n
.
kijv
Die Zielfunktion (1) muss bei der Optimierung sowohl den
Einschränkungen bezüglich des Verkaufs als auch bezüglich
des Einkaufs genügen:
xij
Integer
und xij
qiv
ci s j xij
max
(5)
1i
1
wo:
diejenige Menge des Restbestandes von Ersatzteilen,
(2)
vom Verkäufer j kauft,
den der Käufer
Da die gekauften Ersatzteile in Stückzahlen definiert wurden,
ist weiterhin:
1 die gesamten Transportfaktoren, die umso kleiner
sind, desto mehr Sorten von Restbeständen der
n
qijE
xij
1
1
q
,
die Restmenge des Produkts i beim Verkäufer j.
Der Verkäufer macht dem Käufer nur ein solches Angebot, das
für ihn einen reell zu erwartenden Kostenrückerstattungssatz
ausmacht.
kijE
kijv
ci s j
(4)
wobei:
k ijE
der spezifische Kostenrückerstattungssatz, der
minimal für den Restbestand i beim Verkäufer j
gefordert wird.
kijE
die angeforderte Gesamtmenge des Produkt i durch
den Käufer
E
ij
vom Verkäufer j kauft.
Bei der Zielfunktion (5) ergeben sich (2) und (3) als Bedingung,
aber anstelle von (4) muss deren modifizierte Variante
genommen werden.
wobei:
qiv
Käufer
(3)
kijV
ci s j
(6)
Die Optimierung nach Zielfunktion (5) ist wie folgt
durchführbar:
–
–
im 1. Schritt ist für die Zielfunktion (1) entsprechend der
linearen Programmierung je nach Materialart der
optimale Verkauf des Restbestandes bestimmbar,
im 2. Schritt wird die Zielfunktion (5) berechnet und es ist
ein solcher, heuristischer Algorithmus auszuarbeiten, der
mit dem Senken der Käuferanzahl eine Erhöhung der
Anzahl an gemeinsam zu transportierenden Produkten zur
Folge hat.
Der im Vorherigen vorgestellte, optimierbare Verkaufsablauf
wiederholt sich zu den Zeitpunkten, wenn die Restbestände
ein definierbares, kritisches Niveau erreichen. Die einzelnen
Verkäufer können zu einem beliebigen Zeitpunkt den Verkauf
Der Käufer ist bemüht, dass er seinen Ersatzteilbedarf aus den
initiieren. In Abhängigkeit von der Regelung bezüglich des
Restbeständen mit den möglichst geringsten Kosten bezieht,
virtuellen Marktes können die Markenservices einen
gegenseitigen Einblick auf die Restbestände gewinnen bzw. ist was er dann erreicht, wenn er die nachfolgende Zielfunktion
dieser nicht zu sehen und lernen die Käufer nur den zum
für jedes Ersatzteil i 1
p erfüllt:
Bieten offerierten Bestand kennen.
n
Der durch den Verkauf gesteuerte elektronische Marktplatz ist
auf den maximalen Nutzen des Verkäufers optimiert.
j 1
j
kijE
ci s j yij
(7)
i 1
2. Durch den Käufer beeinflusster, mit Logistik
integrierter virtueller Marktplatz
min
p
dabei ist:
y ij
Der Aufbau eines vom Käufer beeinflussten, virtuellen
Marktplatzes wird in Abbildung 2 gezeigt.
die gekaufte Menge des Produkts i des Käufers j vom
Service
Die Elemente des skizzierten Systems ähneln denen aus der
Abbildung 1 mit den Markenservices (MS), von denen einige
als Käufer (MS/ V ) und die anderen als Verkäufer (MS/Ej)
.
Die Zielfunktion (7) muss bei der Optimierung die
Einschränkungen bezüglich des Kaufs und des Verkaufs
erfüllen.
auftreten. Bei dieser Variante sind auch die Logistikbetriebe
vertreten, die die Transportaufgaben übernehmen.
y ij
Integer
und y ij
qVi
(8)
Markenservice als Käufer
Informationsfluss
Materialfluss
(MS/V)1
.
.
.
.
.
.
.
(MS/E)2
.
.
.
Logistikbetriebe
(MS/V)n
(MS/E)n
(MS/E)1
.
.
.
(MS/E)n-1
Markenservice als Verkäufer
Abbi l du ng 2: dur ch de n Käuf er beei nf l uss t er, i nt egr i ert er v ir t uel l er Mar kt pl atz mi t l ogi s t is cher St euer ung
Der durch den Käufer integrierte elektronische Marktplatz mit
logistischer Steuerung funktioniert wie folgt:
Da die Ersatzteile in ihrer Stückzahl definiert wurden, ist
weiterhin:
n
–
–
–
–
der Käufer möchte Restbestände an Ersatzteilen kaufen
und stellt über das Rechnernetzwerk eine entsprechende
Anfrage an einen, solche Restbestände bietenden
Service,
die Serviceunternehmen machen dem Käufer zum
Restbestand des gesuchten Ersatzteils ein Preisangebot,
der Käufer holt die Preisangebote von den
Logistikbetrieben, die von den einzelnen Anbietern den
Transport durchführen,
der Käufer wählt von den Preisangeboten den Verkäufer
aus als auch von den Logistikbetrieben für den
zugehörigen Transport, den mit den effektiv geringsten
Kosten.
Die vom Käufer
qiV
.
1
j
yij
qijE
(9)
Bei der Optimierung der Zielfunktion (7) tritt analog zur
Zielfunktion (1) als weitere Bedingung (4) auf.
Die Optimierung der Zielfunktion (7) lässt sich mit den
Methoden, wie sie zur Zielfunktion (1) beschrieben wurden,
durchführen.
Für den Fall, dass der elektronische Marktplatz durch den
Käufer gesteuert wird, ist zu beachten, dass ein Käufer mehr
als ein Ersatzteil gekauft hat und dabei von je einem Verkäufer
auch mehrere Ersatzteile stammen können. Sollten hierbei die
gewünschte Kaufmenge vom Produkt i sei
Ersatzteile von einem Verkäufer mit einem Mal transportiert
werden, so kann dies eine Kostenverminderung ergeben.
Analog zu (5) lässt sich die modifizierte Zielfunktion
aufschreiben
n
j 1 i
j
kijEj
cs
j i j
yij
min
(10)
j
–
wo:
j
Das virtuelle Geschäfts- und Logistikzentrum funktioniert in
seinen Teilen wie folgt:
die Menge von Arten an Restbestandteilen, die der
Käufer
vom Verkäufer j erwirbt.
Zur Optimierung der Zielfunktion (10) sind die Bedingungen
(2), (3) und (6) heranzuziehen.
Die Optimierung der Zielfunktion (10) kann mit dem
Algorithmus, wie bei der Zielfunktion (5) beschrieben,
erfolgen.
Der durch den Käufer gesteuerte elektronische Marktplatz
sichert dem Käufer den maximalen Nutzen.
Je ein Käufer initiiert die Kauftransaktion zu dem für ihn
aktuellen Zeitpunkt. Ansonsten funktioniert alles nach den
gleichen Prinzipien wie es beim virtuellen Marktplatz für den
Verkauf beschrieben wurde.
3. Mit Verkäufern, Käufern, Logistikbetrieben
integriertes virtuelles Geschäfts- und
Logistikzentrum
Der Aufbau eines virtuellen Geschäfts- und Logistikzentrums,
integriert mit Verkäufern, Käufern und Logistikbetrieben
wird in Abbildung 3 vorgestellt.
–
–
die Services mit Kaufabsicht machen dem VBLC ihr
Angebot über die Ersatzteilarten, die sie verkaufen bzw.
kaufen, die zugehörige Mengen- und Preisangaben,
die Logistikbetriebe machen ihre Angebote über die
Transportaufgaben, die in den einzelnen Beziehungen
vorkommen,
das VBLC ordnet die eingegangenen Angebote den
Verkäufern, den Käufern und den Logistikbetrieben
derart zu, dass
o die Differenz zwischen den vom Käufer
einfließenden Einnahmen sowie den bezahlten
Kosten beim Verkäufer als auch beim
Logistikbetrieb ein Maximum ergeben,
o das Angebot der Verkäufer bzw. der Bedarf der
Käufer soll in größtmöglichen Maß eine Lösung
erhalten.
Entsprechend der Arbeit des virtuellen Geschäfts- und
Logistikzentrums optimiert das VBLC auf maximalen Gewinn.
Das Erreichen des maximalen Gewinns kann einerseits
dadurch gesichert werden, je billiger es einkauft, je teurer es
verkauft und je niedriger es die Transportkosten hält.
Andererseits wird die Höhe des Gewinns dadurch bedeutend
beeinflusst, wie viel Markenservice das VBLC in Anspruch
nimmt. Je größer die Anzahl der beteiligten Markenservices
ist, desto mehr Markenservices fahren gut dabei, sowohl als
Verkäufer als auch als Käufer. Das VBLC hat somit auch eine
harmonisierende Rolle auszuüben.
(M
S)
S) n
(M
1
Markenservice Verkäufer und
Käufer
Logistikbetrieb
VBLC virtuelles
Geschäfts- und
Logistikzentrum
Informationsfluss
VBLC
Materialfluss
(M
S)
k
S) i
(M
Logistikbetrieb
Abbi l du ng 3: Vi r t uel l es Ges chäf t s - und L ogi s t i kz ent r um int egr i er t mit Ver käuf er n, Käuf er n und L ogi s t i kbet r i eben
Nach der Abbildung 3 ist das bestimmende Element des
Virtuellen Geschäfts- und Logistikzentrums das VBLC, das
eine Informationsverbindung mit jedem Element des Systems
bei einer zweiseitigen Geschäftsverbindung abwickelt, als
auch den Warentransport zwischen Verkäufer und Käufer
disponiert. Das VBLC führt effektiv keinen Materialfluss
durch.
Die Entscheidungen im VBLC werden zu einem gegebenen
Zeitpunkt durch die folgende Zielfunktion bestimmt:
n
n
1 j 1
j j
kiV
kijE
ci s j
z ij
max
(11)
i 1
p
wo:
zij
Die gekaufte Menge vom Restbestand an
Ersatzteilen i des Verkäufers j mit Vermittlung des
VBLC an den Käufer
Bei der Optimierung der Zielfunktion (11) sind nachfolgende
Kapazitätsbedingungen zu erfüllen:
zij
integer;
n
j 1
j
n
zij
0
(12)
zij
qiV
(13)
zij
qijE
(14)
1
j
transportspezifische Kosten
ci s j
kiV
koi
(15)
Produkts i zur Deckung der Kosten bzw. zum
Erzielen eines ehrlichen Gewinns für das VBLC.
Im Falle des VBLC müssen neben gut ausgerichteten
Führungsstrategien gut ausgelastete Transportrouten
disponiert werden. Somit muss verstärkt der
Sammeltransport beachtet werden. Damit ist in diesem Fall
die Zielfunktion (11) analog den Beschreibungen in den
Punkten 1 und 2 zu korrigieren.
n
sind je Material und
Bei
Uj
1
.
0
Uj
=1 wird der Transport beim Käufer j durch den
Logistikbetrieb
übernommen, bzw. bei
k
E
ij
j
*
ij
ci s ziji
max
k ijV
ci s j
ci* s
j
s
Uj
xij
max
1
j
ci s j
k0 i
kiV
1...p
und
bzw. unter den Bedingungen ist auch (15) zu modifizieren:
j
(18)
(16)
j 1
j
kijE
=0 wird der
n
i
V
i
Uj
Transport beim Käufer j durch den Logistikbetrieb nicht
übernommen. Als Folge daraus ergibt sich, dass auch die
Zielfunktionen und die zugehörigen Bedingungen modifiziert
werden. Beispielhaft ändert sich die Zielfunktion (1) bzw. die
Bedingung (4) wie folgt:
n
k
1i
j
ci
Betrieb unterschiedlich. In diesem Fall bildet sich bei der
Optimierung ein Teil einer gegebenen Verkaufs-KaufAufgabe bei der Suche des optimalen Logistikbetriebes. Die
Suche des Optimum bedeutet die Bestimmung der Matrix U,
wobei
Die spezifischen Kosten bezogen auf Einheiten des
gehören. Im Allgemeinen
Daneben gibt es auch solche Fälle, wo der Logistikbetrieb die
Leerfahrt der Anreise und die Rückfahrt anrechnet, die
wobei:
k oi
ci
werden die Logistikbetriebe so agieren, dass sie die
Transportrouten so disponieren, dass die Leerfahrten
minimiert werden. In diesen Fällen erhält man bei der
Optimierung keinen optimalen Logistikbetrieb. Dann setzt
sich im Allgemeinen das Prinzip durch, dass der
Logistikbetrieb, dessen Depot am nächsten liegt, die
Transportaufgabe übertragen bekommt.
transportspezifischen Kosten
Eine weitere Bedingung der Einnahmen ist:
kijE
der leichteren Handhabung die Transportkosten vereinfacht
wurden. Bei den Transportkosten wird ein solcher Fall
beachtet, wenn die Auslieferung vom Verkäufer erfolgt bzw.
die Kosten der Leerfahrt für die Rückfahrt vom Käufer von
den Logistikbetrieben nicht berechnet wird, bzw. zu einem
beliebigen Betrieb zu gleichen Waren gleiche
(17)
Für die Optimierung der Zielfunktion (16) ist auch der
beschriebene Algorithmus für (5) gültig, mit der Ergänzung,
dass als Ergänzung für jeden Käufer ein Sammeltransport
optimiert werden kann.
Es sei bemerkt, dass in den drei bisherigen Fällen beim
Absatz der Restbestände die beschriebenen
Optimierungsverfahren zu den Zielfunktionen (1); (7); (10);
(11) und (16), des Weiteren zu den zugehörigen
Bedingungen in den Ungleichungen (4); (15) und (17) wegen
kijE
kijV
ci s j
ci* s
j
s
Uj
(19)
wobei:
c i*
die spezifischen Kosten der Leerfahrt beim
Produkt i des Logistikbetriebes sind (die
Abhängigkeit von i bedeutet bei der
Leerfahrt, dass je nach Ware ein anderes
Fahrzeug benötigt wird, das ist eigentlich
von i unabhängig),
s
j
bzw . s
ist der zurückgelegte Weg vom Parkplatz
des Logistikbetriebes zum Verkäufer, bzw.
vom Käufer.
Als Beschränkung kann zu einem gegebenen Zeitpunkt die
verfügbare Anzahl von Fahrzeugen in einem gewissen
Logistikbetrieb auftreten:
n
Uj
D
(20)
j 1
j
D ist die auftretende Begrenzung der Fahrzeugkapazität
beim Logistikbetrieb .
4.1 Wann wird ein Ersatzteil als Restbestand
eingeordnet?
Die Einordnung als Restbestand kann zu je einem Ersatzteil
als der verstrichene Zeitabschnitt seit dem Zeitpunkt seiner
letzten Benutzung, der so genannten Toleranzzeit, definiert
werden. Übersteigt ein Ersatzteil bei der Lagerung seine
zugehörige Toleranzzeit, dann wird es als Restbestand
eingeordnet.
Die Toleranzzeit ist kürzer, wenn das Ersatzteil:
Die Zielfunktion (18) ist eine Funktion zweier Veränderlicher,
(Uj ; Xijj ), darum kann die Methode der linearen
Programmierung wie in Punkt 1 nicht unmittelbar genutzt
werden. In diesem Fall wird der Algorithmus wie folgt
modifiziert:
–
–
–
1. Schritt, zu jeder Verkäufer-Käufer-Beziehung kann der
günstigste Logistikbetrieb bestimmt werden. Wir nehmen
–
–
c i*
unabhängig vom Produkt an und beachten auch die
bei den Logistikbetrieben auftretenden
Kapazitätsbeschränkungen.
2. Schritt, ist
s
j
bzw . s
Im Weiteren bleiben die Algorithmen unverändert.
Die vorkommenden weiteren Zielfunktionen und mit ihnen
verknüpften Bedingungen zu (18) bzw. zu (19) können auf
analoge Weise korrigiert werden bzw. deren Algorithmen
werden nach dem Obigen modifiziert.
Aus den bisherigen Darstellungen folgt, dass für den Absatz
von Restbeständen das virtuelle Geschäfts- und
Logistikzentrum am vorteilhaftesten ist, sowohl bei der durch
den Käufer als auch durch den Verkäufer gesteuerten
virtuellen Markt. Zur Illustration müssen zwei Dinge
hervorgehoben werden:
–
beim optimalen Verkauf, bzw. Kauf ist die Wahl deshalb
vorteilhaft, weil zeitgleich aus dem Verkaufsangebot
sowie dem Kaufbedarf gewählt werden kann,
gleichzeitig ergibt sich eine umfangreiche
Transportaufgabe, bei der man kürzere Routen und
besser ausgelastete Fahrten erhält.
Bei dem VBLC erschließen sich noch Möglichkeiten, dass
über das VBLC der gesamte Ersatzteilverkauf der
Markenservices abwickelt werden kann.
4. Strategische Fragen zu den Restbeständen
Im Folgenden sollen in Verbindung mit der Handhabung der
Restbestände vier strategische Fragen untersucht werden.
4.2 In welcher Menge sollte der Restbestand angeboten
werden?
bekannt, dann kann die
Zielfunktion (18) nach dem vorher Beschriebenen mit der
linearen Programmierung optimiert werden.
–
–
von größerem Wert ist,
ein größeres Volumen hat,
während der Lagerung die Nutzzeit in größerem Maße
sinkt,
die weitere Nutzung mit geringer Wahrscheinlichkeit
prognostizierbar ist,
die Durchlaufzeit der Bestellung niedrig ist,
beim erneuten Kauf der prognostizierte Preis kleiner oder
unverändert ist.
Wenn für den Restbestand:
–
–
der Zeitpunkt seiner Wiederverwendung mit großer
Wahrscheinlichkeit sehr fern ist ,
die Durchlaufzeit der Bestellung kurz ist ,
dann kann der ganze Restbestand veräußert werden, sogar
zu 100% verkauft werden.
Wenn für den Restbestand:
–
–
nur eine gewisse Menge vom Restbestand existiert, dann
gelangt er innerhalb kurzer Zeit zur Wiederverwendung.
die Durchlaufzeit der Bestellung groß ist, und mit hoher
Wahrscheinlichkeit mit steigenden Marktpreisen
gerechnet werden muss,
dann sind zwischen 30-60% der Restbestandsmenge für
eine vorgeschriebene modifizierte Wartezeit aufrecht zu
erhalten. Die stille Reserve muss für kurze Zeit gelagert
werden.
4.3 Wie soll der Einheitspreis aus Verkäufersicht sein?
Der Einheitspreis aus Verkäufersicht ist im allgemeinen
kleiner als der ursprüngliche Beschaffungspreis, das Maß des
Sinkens ist desto größer:
–
–
–
–
je länger die Lagerungszeit ist,
je größer der Wert ist, da die Gebundenheit des
Zirkulationsmittels größer ist,
je größer die Umfangsmaße sind,
je größer die Wertminderung durch Nutzung eintritt,
–
je größer das Marktangebot ist.
4.4 Wie soll der Einheitspreis aus Käufersicht sein?
Der Einheitspreis aus Käufersicht ist im Allgemeinen kleiner,
als der augenblickliche Marktpreis des Produkts zum
gegebenen Zeitpunkt, das Maß der Preissenkung ist desto
kleiner:
–
–
–
je größer die Durchlaufzeit für die Beschaffung des
Ersatzteils ist und die Nutzung in kürzester Zeit erfolgt,
wenn während der Lagerzeit keine beachtenswerte
Wertminderung für die Nutzung auftritt,
wenn die Transportkosten niedrig sind.
Zu den untersuchten strategischen Problemen können die
Entscheidungen exakter gemacht werden, wenn die
Funktionsbeziehungen zwischen den Merkmalen aufgedeckt
und mathematische Modelle genutzt werden.
5. Literatur
Cselényi, J.; Illés, B.; Kerepeszki, I.: Development of Virtual
Logistics Networks - Improving supplier positions of
Hungarian SMEs, Proceedings of 13th IPSERA Conference,
Catania, Italy, April 4-7, 2004, pp C52 - C63.
Illés, Béla; Bányainé, Tóth Ágota; Bányai, Tamás; Mang, Béla:
Optimisation problems of multi-level collection systems of
recycling processes, Proceedings of the Logistic 2000
Conference, 2000, Kosice, pp.7-12.
Illés, Béla; Bányainé, Tóth Á.: Virtual logistic centre,
controlling the purchasing of autonom divisions of large
sized enterprises. MicroCAD2000, Anyagmozgatás,
logisztika, robotika szekció, Miskolc, 2000.02.23-24.
PERIODIC TIMETABLE
OPTIMIZATION IN THE
PUBLIC ROAD TRANSPORT
SERVICES
--------------------------------------------------------Prof. Dr.-Ing.-habil. Béla Illés Ph.D.
Richárd Ladányi
Bay Zoltán Foundation for Applied Research
Borsod Volán Public Transport Company
LEBENSLAUF
Borsod Volán A.G. , Generaldirektor
József A. u. 70.
3527 Miskolc
Ungarn
Telefon: + 36 46 515 000
Telefax: + 36 46 515 080
E-Mail: gsarkozi@borsodvolan.hu
1977
Dipl. Ing. für Kraftfahrzeugtechnik
1977
Dipl. Ing., TU Dresden, Sektion Kraftfahrzeug-, Land- und Fördertechnik
1985
Entwicklungsingenieur, VEB Borsod Volán
1989
Dipl. Wirtschaftsingenieur, TU Budapest, Sektion Verkehrstechnik
1990
Wirtschaftsakademie Kiel, Management und Marketing
1991
Direktor, VEB Borsod Volán
1992
Seminar Verkehrstechnik, JICA, Tokyo,
1993
EUR-Ing., FEANI
Generaldirektor, Borsod Volán Personenbeförderungs AG
PERIODIC TIMETABLE OPTIMIZATION IN THE
PUBLIC ROAD TRANSPORT SERVICES
Prof. Dr.-Ing.-habil. Béla Illés Ph.D., Richárd Ladányi, Dipl. Ing., Dipl. Wirtsch. Ing., EUR-Ing. György Sárközi
A prospering transport system is an important precondition
for a modern society, for economic growth, employment and
welfare. Concerning the development in rural areas an easy
access to the infrastructures is essential. Making regional
accessibility better is not only investing in the rolling fleets of
public transport but also optimizing public transport
networks. Changes in the elements and connections of
transport networks have an influence on the quality and
price of public services offered as well as on passenger
satisfaction. In the following an analysis and optimization of
public transport networks by object oriented logistical
approach will be presented.
implementation of a periodic timetable in the whole public
transport network at once. Therefore after the transformation
of the network structure the periodic timetable will be applied
for only certain segments of the network whereas for other
segments the “traditional” timetable will remain.
1. Introduction
The analysis for obtaining solutions for reaching the goals
described above was done in the frame of the following logical
structure:
Considering the success of periodic timetable on certain
railway lines of the Hungarian State Railways (MÁV) and in
order to prepare the regional integration and interoperability
of the public transport services in the North Hungarian region
the Borsod Volán Public Transport Company (BV Zrt.) in
cooperation with the Bay Zoltán Foundation for Applied
Research and also with the Logistics Department of the
University of Miskolc have conducted researches for the
implementation of periodic timetables in specific relations of
the region. The examinations which have already been carried
out refer to transformations of the recent traffic structure in
the chosen agglomeration areas of the North Hungarian
region.
For this reason it is really important to create good interfaces
between the connected network segments, which indulge the
claims of network operators as well as the demands of the
customers. One of the most important factors of this interface
from the travelers’ point of view is how much time is needed
to change buses.
–
–
–
–
–
–
Both the passenger demand and the economical effectiveness
have to be taken into account in the course of establishing a
computerized, mathematical simulation model for
transforming the existing traffic infrastructure. Using the
elaborate simulation model it is possible to harmonize the
timetables of the regional railway and bus companies in the
near future. To reach this goal and establish this modern,
effective traffic system according to the passengers’ demand
some further practical questions have to be answered.
2. Problem Definition
In the course of the simulation attempts the relationship of an
existing intercity bus line operated on quasi periodic timetable
and the connecting bus lines from the region agglomeration
was analyzed.
The reason for choosing this subject was that the large
number of the external factors does not allow the
–
–
determination of the general mathematical model of the
logistical network of public transport from object
oriented viewpoints,
characterizing the network objects by general logistical
parameters,
revealing the connection system between the network
objects,
characterizing the network connections by logistical
parameters,
revealing the information technology background of the
network operation,
revealing optimization methods and restriction
parameters by using information about the operational
system,
describing the optimal handling method of the
expectations of procurer on the network operation and
the operator’s economic claim,
harmonization opportunities of the examined road
transport network with other transport networks.
3. Mathematical basics
Mathematical model of the public road transport network is
derived from the graph theory. The objects in the examined
transport system are the followings:
1. characteristic points, relation system and distances of the
road network,
2. route parameters in relation with the road network,
3. vehicle parameters,
4. passenger-based parameters in relation with vehicle
stops.
3.3 Vehicle parameter matrix
1
3.1 A possible set of the road network
2
2
4
5
1
2
F i gur e 3: Vehi cl e par amet er mat r ix
Figure marks:
x – vehicle type index,
a – number of the vehicle types,
y – vehicle type parameter index,
b – number of the parameters of a vehicle type.
m
3
j
li , j
i
F i gur e 1: A pos s i bl e s et of t he r oad net wor k
Figure marks:
□ input-output points of the network (interface),
○ network nodes,
- - network boundary.
lij distances between nodes and/or input-output points.
3.2 Route parameters in relation with the road network
II.
l
l
I.
l
1
Δ2
n
Δ1
l
2
k
7700
Δk
4
600
60
l
l
p
5580
Δp
Δ4
4
2
3
4400
3
Δ3
1
520
52
b ii, j
a
3
1
l1,3
b
B i, j
x
n
y
1
2
5510
1
III.
5
m
j
IV.
li , j
Ordinary vehicle type parameters:
1. vehicle capacity (passenger/vehicle),
2. standard running cost (Euro/km), including:
– fuel cost,
– repair cost,
– wage cost,
3. vehicle geometry (m):
– length,
– width,
– height,
4. number of doors to go up,
5. number of doors to get down.
3.4 Passenger-based parameters in relation with
vehicle stops
The number of the passengers in a vehicle stop along an
interval is stochastic in the course of a (demand driven)
periodic timetable public transport system. The distribution
function of the parametric variants is supposed to be equal.
i
F i gur e 2: Rout e par amet ers in r el ati on wi t h t he
r oad net wor k
Figure marks:
□ input-output points of the network (interface),
○ network nodes,
vehicle stops,
- - network boundary.
The number of the input-output points (interfaces): i=1,2,…,n,
the number of the nodes: j=1,2,…,m,
the number of the vehicle stops: k=1,2,…,p in the examined network.
F x
1
0
x
A
B
F i gur e 3: The di s tr i but i on f unct i on of t he
par amet r i c v ar i ants
f x
transport) system are avoided by using simulation
techniques. Functionality is examinable and state change
evaluation can be carried out by the help of PC aided
simulation tools. One of the main advances of the
application of simulation tools is the comparison of the
different functional alternatives.
1
1
B A
The applied simulation tool is the SIMUL8 Professional, which
is Windows based software. This software enables modeling
mostly discrete processes and such systems (networks) which
are built by discrete elements. The SIMUL8 Professional has
object oriented programming language in this way the
elements and connections of the examined system
reproducible with ones of the in built object types. The
SIMUL8 Professional software aids modeling stochastic
processes accordingly any object parameter can be
characterized with distribution or density functions.
x
0
A
B
F i gur e 3: The di s tr i but i on f unct i on of t he
par amet r i c v ar i ants
The density function f(x) in this case:
1
f x
B A
0
if A < x < B
(1)
else x ≠ A, x ≠ B
These functions determine the minimal Ai and maximal Bi
numbers of the passengers.
4. Characterization of the simulation model
Simulation attempts mean such kind of examination
methods which are applicable for modeling real environment
processes. Interrupts and disturbances of the real (public
The simulation model of the public transport network was
established by SIMUL8 Professional in the course of the
problem solving. The network objects and network
parameters (e.g. the timetable of the agglomeration routes)
which are defined in the mathematical section was strictly
implemented. The practical periodical time can be calculated
with the help of the simulation model for minimizing the
time consumption of bus changing or the running costs of
the transport system operation. The parameter evaluation
and collection during the examinations enables observing the
effectiveness and utilization of the network objects.
F i gur e 4: The s i mul at i on model
5. Optimization
The most typical features of the connection between
network segments which are operated by different kind of
scheduling principles are the followings:
–
–
time consumption of bus changing from the travelers’
point of view (time parameter),
periodical time related operational cost along the
determined operation interval considering economic
viewpoints (cost parameter).
These parameters have to be evaluated in the following
cases:
–
–
in the case of the isolated operation of the intercity bus
line,
in the case of the attached agglomeration routes to the
intercity bus line.
New optimization procedure was worked out during the
examinations with the elaborate computer simulation model
which is applicable to make connection between the
network sections operated on different kinds of timetables in
a proper way from the view of operator as well as the
customers.
Using the optimal periodical time the average waiting time
increases by approximately 20%, while the number of
customers rises by 40% and the cost increases
proportionately with the number of customers on the bus
connection points in the examined area. Examining further
problems related to the periodic timetable elaborate
procedures will be applicable in the future; e.g. the efficiency
of the road and railway public transport systems can be
comparable.
The following practical questions have to be considered in
the course of future plans:
–
The differences between the parameter values in the above
cases refer to the quality of the network segment
connection.
The aim of the examinations was to minimize the above
mentioned differences therefore the determination of
periodical time can be economically efficient and it will also
guarantee competitive travel times with private transport in
the examined relation.
–
–
–
–
How correlate the periodical time of the bus departures
to the utilization of the vehicle capacity? How influenced
this correlation by the transport market supply?
How can be determined the basic periodic time of the
periodic timetable? How could the periodic time reflect
on the travel demand changes during a day?
Is it possible to apply a common (shared) periodic
timetable on different populated areas?
How can be reconciled the claims connected to public
services with the periodical timetable?
What kind of effect has the development of the market
demand driven periodic timetable on the costs of
operation?
F i gur e 5: Opt i mi z at i on modu l e of t he s i mul at i on s oft ware
6. References
Liebchen, Ch.; Peeters, L.: Some practical aspects of periodic
timetabling. In Chamoni, P. et al.: Operations Research
Proceedings 2001. Heidelberg: Springer, 2002.
Liebchen, Ch.: Periodic timetable optimization in public
transport. Dissertation, 2006.
Nachtigall, K.: Periodic Network Optimization and Fixed
Interval Timetables. University Hildesheim, 1998.
Villumsen, J.C.: Construction of Timetables Based on Periodic
Event Scheduling. Technical University, Denmark,
Copenhagen, 2006.
PROGRAMMBEIRAT
Prof. Dr.-Ing. habil. Wilhelm Dangelmaier,
Heinz Nixdorf Institut,
Universität Paderborn
Prof. Dr.-Ing. Bernd Hellingrath,
Lehrstuhl für Wirtschaftsinformatik und Logistik,
Westfälische Wilhelms-Universität Münster
Prof. Dr.-Ing.-habil. Béla Illés Ph.D.,
Lehrstuhl für Fördertechnik und Logistik,
Jun.-Prof. Dr.-Ing. André Katterfeld,
Institut für Logistik und Materialflusstechnik,
Prof. Dr.-Ing. Klaus Richter,
Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg,
Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und
–automatisierung IFF, Magdeburg
Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h. Dr. h. c. mult.
Michael Schenk,
Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg,
Dipl.-Ing. Holger Seidel,
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Dipl.-Wirtsch.-Ing.
Wilfried Sihn,
Institut für Managementwissenschaften,
Technische Universität Wien, Österreich
Prof. Dr.-Ing. Thomas Wimmer,
Bundesvereinigung Logistik, Bremen
Prof. Dr.-Ing. Hartmut Zadek,
Prof. i. R. Dr.-Ing. h. c. Dietrich Ziems,
AUTOREN
Aufenanger, Mark, Dr. rer. pol.
Heinz Nixdorf Institut
Fürstenallee 11
33102 Paderborn
Deutschland
Doden, Nadine, Dipl.-Wirtsch.-Ing.
(FH), M.Sc.
Fraunhofer IFF
Sandtorstr. 22
39106 Magdeburg
Deutschland
Hasenau, Katharina, Dipl.-Päd.
Technische Hochschule Aachen (RWTH)
Institut für Arbeitswissenschaften
Bergdriesch 27
52062 Aachen
Deutschland
Augustin, Harald, Prof. Dr.-Ing.
ESB Business School
Hochschule Reutlingen
Alteburgstr. 150
72762 Reutlingen
Deutschland
Erhard, Peter, Dipl.-Ing. (FH)
KRATZER Automation AG
Industrial Automation
Gutenbergstr. 5
85716 Unterschleissheim
Deutschland
Herrmann, Andreas, Dipl.-Ing.
Institut für Automation und
Kommunikation e. V. Magdeburg
WernerǦHeisenbergǦStr. 1
39106 Magdeburg
Deutschland
Bandow, Gerhard, PD Dr.-Ing. habil.
Fraunhofer IML
Instandhaltungslogistik
Joseph-von-Fraunhofer-Straße 2-4
44227 Dortmund
Deutschland
Fabry, Christian, Dipl.-Wirt.-Ing.
Forschungsinstitut für Rationalisierung
e.V. (FIR)
Pontdriesch 14/16
52062 Aachen
Deutschland
Hucke, Klaus, Dr.-Ing.
EBF Dresden GmbH
Forschung, Entwicklung, Erprobung
Clara-Zetkin-Str.31
01309 Dresden
Deutschland
Burwinkel, Matthias, Dipl.-Wi.-Ing.
BIBA - Bremer Institut für Produktion
und Logistik GmbH
Hochschulring 20
28359 Bremen
Deutschland
Friedrich, Bernhard, Prof. Dr.-Ing.
Technische Universität Braunschweig
Rebenring 31
38106 Braunschweig
Deutschland
Cempirek, Václav, Prof. Ing. Ph.D.
Universität Pardubice
Studentská Nr. 95
CZ-532 10, Pardubice
Tschechien
Garrel, Jörg von, M.A.
Fraunhofer IFF
Sandtorstr. 22
39106 Magdeburg
Deutschland
Císařová, Hana, Ph.D. Ing.
Studentská Nr. 95
Tschechien
Gorldt, Christian, M.Sc.
und Logistik GmbH
Hochschulring 20
28359 Bremen
Deutschland
Katoulis, Patrick, Dipl.-Wirtsch.-Ing.
Project Manager
Fasanenstr. 5
10623 Berlin
Deutschland
Dangelmaier, Wilhelm, Prof. Dr.-Ing.
habil.
Fürstenallee 11
33102 Paderborn
Deutschland
Hackländer, Marc Christian
FPL FRESHParcel Logistik GmbH & Co.
System KG
Sachsenring 81
50677 Köln
Deutschland
Kaverynskyy, Sergiy, Dr.-Ing.
Servicedienst
39112 Magdeburg
Deutschland
Dengler, Thomas, Dipl.-Wirtsch.-Ing.
Fraunhofer IFF
Sandtorstr. 22
39106 Magdeburg
Deutschland
Illés, Béla, Prof. Dr.-Ing.-habil., Ph.D.
Universität Miskolc
Kankalin u. 2.
3529 Miskolc
Ungarn
Jeske, Tim, Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing.
Bergdriesch 27
52062 Aachen
Deutschland
Klaas, Alexander, B.Sc.
Fürstenallee 11
33102 Paderborn
Deutschland
Klimek, Gregor, Dipl.-Wi.-Ing.
e.V. (FIR)
Pontdriesch 14/16
52062 Aachen
Deutschland
Kotzab, Harald, Prof. Dr.
Copenhagen Business School
Institut für Produktion
Solbjerg Plads 3, B.4.27
2000 Frederiksberg
Dänemark
Kummer, Sebastian, Univ.-Prof. Dr.
Wirtschaftsuniversität Wien
Nordbergstrasse 15
1090 Wien
Österreich
Lackmann, Johannes, Dipl.-Ing.
VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH
Reinhardtstraße 27 c
10117 Berlin
Deutschland
Ladányi, Richárd, MsC
Bay Zoltán Foundation for Applied
Research
Iglói út 2.
3519 Miskolctapolca
Ungarn
Laroque, Christoph, Dr. rer. pol.
Fürstenallee 11
33102 Paderborn
Deutschland
Lehnert, Mario, Dr.-Ing.
Lehnert Regelungstechnik GmbH
Werner-Heisenberg-Straße 3
39106 Magdeburg
Deutschland
Ließmann, Michael, Dipl.-Phys.
Aluminium Norf GmbH
Koblenzer Str. 120
41468 Neuss
Deutschland
Nehm, Alexander, Dipl.-Soz.-Wirt.
Fraunhofer SCS
Nordostpark 91-93
90411 Nürnberg
Deutschland
Petermann, Bernd, Dipl.-Ing.
Servicedienst
39112 Magdeburg
Deutschland
Schumacher, Meinhard, Dr.-Ing.
SEW-Eurodrive GmbH & Co KG Product
Management , AC-Drives
Ernst-Blickle-Str. 42
76646 Bruchsal
Deutschland
Schuster-Gutjahr, Thoralf, Dipl.-Kfm.
ECE Industries & Logistics GmbH & Co.
KG
Heegbarg 30
22391 Hamburg
Deutschland
Priemer, Christian, Dipl.-Ing.
Technische Universität Braunschweig
Rebenring 31
38106 Braunschweig
Deutschland
Široký, Jaromír, Dr. habil. Dipl.-Ing.
Studentská Nr. 95
Tschechien
Sárközi, György, Dipl. Ing. Dipl.
Wirtsch. Ing., EUR-Ing.
Borsod Volán Zrt/Miskolci Egyetem
József A. u. 70
3527 Miskolc
Ungarn
Stern, Alexander, Dipl.-Ing.
Lufthansa Engineering & Operational
Services
FRA UN/T Lufthansa Basis
60546 Frankfurt/Main
Deutschland
Scheller, Michael, Dipl.-Phys.
Scheller Systemtechnik GmbH
Poelerstr.85a
23970 Wismar
Deutschland
Tackenberg, Sven, Dipl.-Wirt.-Ing.
Bergdriesch 27
52062 Aachen
Deutschland
Schirmer, Marcel, Dipl.-Wirtsch.-Ing.
Deutsche Post DHL
DHL Solutions & Innovations
Junkersring 55
53844 Troisdorf
Deutschland
Schlick, Christopher M., Prof. Dr.Ing. Dipl.-Wirt.-Ing
Bergdriesch 27
52062 Aachen
Deutschland
Schmitz-Urban, Arno, Dipl.-Wirt.-Ing.
e.V. (FIR)
Pontdriesch 14/16
52062 Aachen
Deutschland
Unseld, Hans G., Dipl.-Ing. (FH)
CargoTechnologies GmbH
Lerchenfelder Str. 44/1
1080 Wien
Österreich
Uriarte, Claudio, Dipl.-Ing. Pat.-Ing.
und Logistik GmbH
Hochschulring 20
28359 Bremen
Deutschland
Wötzel, André, Dipl.-Wirt.-Ing.
Technische Universität Dortmund
Lehrstuhl für Fabrikorganisation
Leonhard-Euler-Straße 5
44227 Dortmund
Deutschland
Wolf, Franziska, Dipl.-Ing.
Institut für Automation und
Kommunikation e. V. Magdeburg
WernerǦHeisenbergǦStr. 1
39106 Magdeburg
Deutschland
Wollschläger, Stefan, Dipl.-Ing.
Managing Partner, Prokurist
Fasanenstr. 5
10623 Berlin
Deutschland
IMPRESSUM
15. Magdeburger Logistiktagung
»Effiziente und Sichere Logistik«
16.-17. Juni 2010, Magdeburg
Herausgeber: Institut für Logistik und Materialflusstechnik an der Otto-vonGuericke-Universität Magdeburg
Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h. Dr. h. c. mult. Michael Schenk, Prof. Dr.-Ing.
Hartmut Zadek, Prof. Dr.-Ing. Klaus Richter, Dipl.-Ing. Holger Seidel (FraunhoferInstitut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF)
Universitätsplatz 2 | 39106 Magdeburg
Telefon +49 391 67-18 604 | Telefax +49 391 67-12 646
michael.schenk@ovgu.de
http://www.ilm.ovgu.de
Umschlaggestaltung: Bettina Rohrschneider
Redaktion: Dr.-Ing. Katja Barfus
Titelfoto: Jettainer GmbH/Lufthansa Cargo AG
Fotos, Bilder, Grafiken: Soweit nicht anders angegeben,
liegen alle Rechte bei den Autoren der einzelnen Beiträge.
Herstellung:
DocuPoint
Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek:
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen
Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über
http://dnb.d-nb.de abrufbar.
ISBN 978-3-8396-0146-4
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© 06/2010 Institut für Logistik und Materialflusstechnik an der Otto-von-GuerickeUniversität Magdeburg

Tagungsband Magdeburger Logistiktagung 2010

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