Materialflussrechnung

Transkript

1 Fakultät Verkehrswissenschaften, Institut für Luftfahrt und Logistik, Professur für Verkehrslogistik Logistik WS 2011/12 Teil Materialflussrechnung Dipl.-Ing. Henning Preis, (0351) , POT 266

2 Inhalt Die Materialflussrechnung beschäftigt sich mit der quantitative Behandlung von Fließsystemen stofflicher Güter. Sie bietet ein methodisches Vorgehen zur Analyse und Behandlung von Materialflussproblemen. Es werden die grundlegenden Zusammenhänge ohne direkten Bezug zur technischen Umsetzung dargestellt. Inspiriert ist diese Art der Betrachtung von anderen Forschungsgebieten, die sich mit Fließsystemen befassen, wie z.b. die Elektrotechnik (Kirchhoff) oder die Hydrodynamik (Bernoulli). Logistik/Materialflussrechnung 2

3 Einordnung der Materialflussrechnung Logistik wird definiert als Planung, Steuerung, Durchführung und Überwachung von Material-, Personen-, Informations- und Energieflüssen. (Jünemann, Schmidt 1999) Ziel der Logistik ist die Bereitstellung des richtigen Objektes, im richtigen Zustand, zur richtigen Zeit, in der richtigen Menge, am richtigen Ort, für den richtigen Kunden, zu den richtigen Kosten. (Plowman 1964) Ziel der Materialflussplanung/-rechnung: Durch effizientes Bewegen des Materials durch geeignete Netzelemente ist die gewünschte Materialverfügbarkeit sicherstellen! Logistik/Materialflussrechnung 3

4 Einordnung der Materialflussrechnung Die Rahmenbedingungen werden gesetzt durch Vorgaben an die Materialverfügbarkeit und den organisatorischen Aufbau der Unternehmenslogistik Die Umsetzung erfolgt durch den Einsatz der Transport-, Umschlagund Lagertechnik. Logistik Bereitstellung von Gütern in der richtigen Menge zur richtigen Zeit im richtigen Zustand zu den richtigen Kosten -> Zielvorgaben Materialflussplanung/-rechnung optimale Zeit-Mengen-Relationen in den Netzelementen TUL-Technik Leistung und Zuverlässigkeit der Anlagen Logistik/Materialflussrechnung 4

5 Gliederung 1. Gegenstand der Materialflussrechnung - Begriffe, Kenngrößen, Symbolik 2. Leistungsberechnung von Streckenelementen - Stetigförderer - Spielzeitberechnung von Unstetigförderern 3. Leistungsberechnung von Knotenelementen - Verzweigungselemente, Schaltverluste - Zusammenführungselemente, Vorfahrtsregeln 4. Warten und Bedienen im Materialfluss - einzelne Bedienungssysteme - Bediennetze 5. Analyse komplexer Materialflussnetze - Flussmatrizen, Strecken- und Knotenbelastung Logistik/Materialflussrechnung 5

6 Literatur Großeschallau, W. (1984): Materialflussrechnung, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo u.a. Arnold, D., Furmans, K. (2007): Materialfluss in Logistiksystemen 5. Auflage, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo Gudehus, T.(1999): Logistik, Kapitel 13 Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo Krampe, H. u.a. (1990): Transport, Umschlag, Lagerung VEB Fachbuchverlag Leipzig Jünemann, R., Schmidt, T. (1999): Materialflusssysteme Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo u.a. weiterhin: Martin, Koether, Axmann, Günthner (techniklastig) Wiendahl, Nyhuis, Marquardt (methodiklastig) Logistik/Materialflussrechnung 6

7 Modalitäten Termine : 15 Veranstaltungen: -> dienstags in der 4. DS in POT min Vorlesungsteil -> Folien zum Download auf den Internetseiten der Professur Verkehrslogistik (Lehre -> Fach Logistik -> Material Wintersemester 2011/12) user: STUDMF password: Palette 45 min Übungsteil -> Übungsblätter herunterladen (Zugang siehe oben) und Übungen vorbereiten! Vorrechnen bringt Punktebonus für die Klausur! Anmeldung mit Musterlösung per im FCFS-Verfahren. Prüfungsvorleistung -> 1/3 Anteil an der Klausur als Prüfungsvorleistung im Fach Logistik -> Ohne Unterlagen! Inhalt: zum Großteil Rechenaufgaben analog der Übungen Logistik/Materialflussrechnung 7

8 1. Einführung Begriffe, Inhalte und Grundlagen der Materialflussrechnung Logistik/Materialflussrechnung 8

9 Materialflussprobleme: Eine Auswahl LKW Gabelstapler Rollenbahn Bestand E-Schlepper Lieferant Wareneingang Lager Mögliche Fragen: Zeit Produktion Kapazitäten von LKW und E-Schlepper? Stellplätze im Wareneingang, Wartezeit? Dauer der Entladung durch den Gabelstapler? Durchsatz der Rollenbahn? Bestände im Lager, Kapazität? Rundfahrt und Fahrplan des Schleppers? Unternehmerische Ziele: Kurze Durchlaufzeiten und geringe Bestände! Logistik/Materialflussrechnung 9

10 Der Begriff Materialfluss Materialfluss ist die Verkettung aller Vorgänge beim Gewinnen, Be- und Verarbeiten, sowie bei der Verteilung von stofflichen Gütern innerhalb festgelegter Bereiche. (VDI 3300) Logistik/Materialflussrechnung 10

11 Materialfluss: Verkettung von Vorgängen Materialfluss Zulieferer Wareneingang Produktion Versand LKW FTS Stapler LKW Abnehmer Informationsfluss Verbindung zwischen Beschaffung einzelnen Produktionsstufen Absatz - transport(technisch), räumlich - organisatorisch (inkl. Information) - zeitlich Integration der getrennter, aber gegenseitig abhängiger Systeme Logistik/Materialflussrechnung 11

12 Materialfluss: Festgelegte Bereiche Kettner u.a (1984) unterscheiden fünf Ebenen: Logistik/Materialflussrechnung 12

13 Begrifflichkeiten der Anwendungsbereiche Die Ausdehnung des betrachteten Systems spielt für die Nutzung des Analysemethoden eine untergeordnete Rolle. Die verwendeten Begrifflichkeiten unterscheiden sich. öffentlich zugängliches Verkehrssystem innerbetriebliches Transportsystem Verkehrstechnik Transporteinheit Verkehrsmittel Transportgut Güterfluss im Rahmen der MFR: synonyme Verwendung Fördertechnik Fördereinheit Fördermittel Fördergut Materialfluss Logistik/Materialflussrechnung 13

14 Materialfluss: Grundoperationen Bearbeiten Prüfen Handhaben Transportieren Aufenthalt Lagerung TUL Prozesse Hilfsaktivitäten im Sinne der Produktion, aber logistische Kernaktivitäten Logistik/Materialflussrechnung 14

15 Materialfluss: Abbildung mittels der Symbolik Warenausgangslager Produktion mit Zwischenlagerung und Abschlussprüfung Vorbereitung zur Produktion (Vorbearbeitung, Prüfen, Positionieren) 4-14 Vereinnahmung (Auspacken, Prüfen, Vereinzeln, Zwischenlagern) 1-3 Wareneingangslager Logistik/Materialflussrechnung 15

16 Materialfluss: Mengenbezogene Abbildung Sankey-Diagramm: Die Breite der Verbindungslinien repräsentiert die Intensität des Flusses. Logistik/Materialflussrechnung 16

17 Aufgaben der Materialflussrechnung Zerlegung von Materialflusssystemen in beherrschbare Elemente -> Modellierung realer Systeme Bereitstellung von Leistungskenngrößen für Materialflusselemente -> Durchsatz, Wartezeit, Warteschlangen, Durchlaufzeit Dimensionierung der Technik Festlegen von Steuerungsstrategien für das Zusammenspiel der Materialflusselemente -> Variantenbetrachtung (u.u. mithilfe der Simulation) und -> Rückschlüsse auf Leistung und Layout Logistik/Materialflussrechnung 17

18 Ansatz der Materialflussrechnung j j i Umlegung und Belastungsstudien Transportmatrix Transportaufkommen i Leerfahrten matrix Transportnetz Zeit-Mengen-Vorgaben stochastisch, dynamisch Layout, Wegenetz Grenzleistung, Kapazität Belastung der Netzelemente, Staueffekte Abfertigungsstrategien, Layout, Technik Logistik/Materialflussrechnung 18

19 Materialfluss: Gestaltungsprinzipien Transport, Umschlag, Lagerung möglichst vermeiden, mechanisieren und automatisieren kurze Transportwege, kurze Durchlaufzeiten, hohe Auslastung Kreuzungen und Gegenverkehr vermeiden standardisierte Förder- /Transporteinheiten verwenden (=Lager-, Fertigungseinheit) Anpassungsfähigkeit -> Kapazitätsänderungen, Prozessvarianten Beachten der Schnittstellen zu vor- und nachgelagerten Systemen Ziel: harmonische Verbindung der TUL-Prozesse mit den Fertigungsprozessen funktionsfähig (keine Staueffekte, sichere Versorgung) kostengünstig ( Steuerung statt Dimension ) Logistik/Materialflussrechnung 19

20 Kategorisierung von Materialflusselementen Elemente der Ordnung p=m+n vom Typ (n,m) wandeln n Materialflüsse an den Eingängen in m Materialflüsse an den Ausgängen um. (1,1) Förderstrecke (1,m) Verteilelemente (1,2) Verzweigung, Ausschleusung (n,1) Sammelelemente (2,1) Zusammenführung, Einschleusung (2,2) Kreuzung Logistik/Materialflussrechnung 20

21 Beschreibungsgrößen Menge M der Förderobjekte, ausgedrückt durch bei kontinuierlichen Objektflüssen (Schüttgut, Flüssigkeiten): - die Masse m [kg] - das Volumen [m³] bei diskreten Objektflüssen (Pakete, Behälter, Stückgut): - die Anzahl [Stück, FE] Logistik/Materialflussrechnung 21

22 Beschreibungsgrößen Weg s (z.b. in [m]): Luftlinie, Rasterentfernung, Umwegfaktoren, technisch gegebene Förderstrecke Zeit t (z.b. in [s]): Zeitdauern (z.b. Spielzeiten, Wartezeiten) Zeitpunkte (Ankunftsereignis an einer Weiche) v Ankunft: 12:42:23h t Fahrzeit: 3:42:15h t Geschwindigkeit v (z.b. in [m/s]), Beschleunigung (z.b. in [m/s²]) Logistik/Materialflussrechnung 22

23 Beschreibungsgrößen Beschreibungsgrößen für die Menge der Förderobjekte, die einen Querschnitt in einer bestimmten Zeit durchfließen in [kg/s], [m³/s], [FE/h] u.ä. in Bezug zum betrachteten Zeitabschnitt: Fluss λ: Momentanaufnahme, Durchflussmenge pro differentieller Zeiteinheit, nicht sinnvoll für diskrete Objektflüsse Durchsatz Q: Durchflussmenge pro Betrachtungszeitintervall, Mittelwert Abgrenzung unscharf! Besonders bei Stückgütern synonymer Gebrauch. auch synonym: Stromstärke, Verkehrsintensität Logistik/Materialflussrechnung 23

24 Beschreibungsgrößen in Bezug zur genutzten Fördertechnik: Grenzdurchsatz µ: technisch möglicher Durchsatz eines Netzelementes oder einer Anlage (auch Grenzleistung oder Kapazität ) Betrieblicher Durchsatz λ bzw. Q: tatsächlicher, genutzter Durchsatz eines Netzelementes oder einer Anlage Auslastung ρ: Anteil des betrieblichen Durchsatzes am Grenzdurchsatz λ ρ = 1 µ Logistik/Materialflussrechnung 24

25 Beschreibungsgrößen Transportarbeit B: Produkt aus transportierter Menge und zurückgelegter Weg Transportleistung T: auf eine Zeiteinheit bezogene Transportarbeit in Erweiterung dazu, unterschiedlich benannt: Betriebsleistung o.ä.: Produkt aus angebotener Fahrzeugkapazität und zurückgelegtem Weg bezogen auf eine Zeiteinheit Fahrleistung o.ä.: zurückgelegter Weg bezogen auf eine Zeiteinheit Logistik/Materialflussrechnung 25

26 Voraussetzung: Fließsystem Die Förderobjekte werden an den Durchflusselementen nicht aufgebraucht und entstehen nicht aus dem Nichts! Flüsse in Netzwerke G=(V,E,c) sind definiert: i S ( q ) λ λ qi = λ G hi h P ( i) j S ( i) h P ( s ) und: λ hs λ = 0 für i V /{ q, s} = λ G ij 0 λ ( e) c( e) für e E mit V Knoten E Kanten c Kapazität q Quelle i,j innere Knoten s Senke P(i) Vorgänger von i S(i) Nachfolger von i 1 q s 2 Logistik/Materialflussrechnung 26

27 2. Berechnung von Streckenelementen Logistik/Materialflussrechnung 27

28 2. Berechnung von Streckenelementen Arten von Materialflüssen Förderstrecken (Materialflusselemente vom Typ [1,1]) lassen sich unterscheiden nach der Art der Bewegung des Fördermittels (stetig, unstetig) nach der Belegung des Fördermittels (Schüttgut, Stückgut) kontinuierlicher Materialfluss (Schüttgut-Stetigförderung) diskret kontinuierlicher Materialfluss (Stückgut-Stetigförderung) unterbrochener Materialfluss (Unstetigförderung) Logistik/Materialflussrechnung 28

29 2. Berechnung von Streckenelementen Kontinuierlicher Materialflusses - Definition Nicht einzeln behandelbare Elemente (Massen- oder Volumeneinheiten) werden ohne Unterbrechung über einen festgelegten Weg befördert. z.b. Eisenerz auf einem Bandförderer Quelle: Logistik/Materialflussrechnung 29

30 2. Berechnung von Streckenelementen Kontinuierlicher Materialflusses - Eigenheiten Zum Einsatz kommen Stetigförderer, deren Antriebe im stationären Dauerbetrieb arbeiten. Bsp: Bandförderer, Schneckenförderer, Pneumatikförderer, Mit relativ konstanter Geschwindigkeit wird ein spezieller Förderquerschnitt transportiert. Die Be- und Entladung erfolgt ohne Unterbrechung des Betriebs. Logistik/Materialflussrechnung 30

31 2. Berechnung von Streckenelementen Kontinuierlicher Materialfluss: Berechnung Volumenstrom: λ ( t) = dv / dt V λ ( t) = A v( t) V Massenstrom: λ ( t) = dm / dt m λ ( t) = λ ( t) ρ m V Durchsatz: Q Q Q M = = λ t = t = Av 1 t 2 1 t t 2 1 λ ( t) dt Die Förderleistung hängt von Förderquerschnitt und -geschwindigkeit ab! Logistik/Materialflussrechnung 31

32 2. Berechnung von Streckenelementen Kontinuierlicher Materialfluss: Förderquerschnitte flacher Gurt A th = B² tan β 4 gemuldeter Gurt siehe Übung Trogbandförderer B² Ath = Bh + tan β 4 Für die Durchsatzberechnung wird der theoretische Querschnitt reduziert: ϕ Füllungsgrad A = A ϕ th Logistik/Materialflussrechnung 32

33 2. Berechnung von Streckenelementen Kontinuierlicher Materialfluss: Zahlen Schüttdichten: Mehl 0,5-0,6 t/m³ Sand Eisenerz 1,3 2,1 t/m³ 2,2 3,0 t/m³ Gurtbreiten: Tagebau bis 3,20m Produktion ca. 0,8m 1,20m Fördergeschwindigkeiten: * Tagebau Produktion bis 8m/s 1-3 m/s * * entspricht 34000m³ pro Stunde (1100 Güterwagen!) Bandförderung ist eine sehr effiziente Transportvariante! Logistik/Materialflussrechnung 33