Betriebliche Prozesssimulation für maschinelle Tunnelvortriebe SFB 837-C3

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1 Betriebliche Prozesssimulation für maschinelle Tunnelvortriebe SFB 837-C3 Projektleiter: Prof. Dr. Ing. Markus Thewes Prof. Dr. Ing. Markus König Projektbearbeiter: Kambiz Sadri, M.Sc. Tobias Rahm, M.Sc. Tunnelbauforschung in Leoben, Schwanau und Bochum RUB, IAN

2 Motivation und Zielsetzung Geringe Dauernutzleistung der TBM Unstetige Lernkurve Abbildung und Simulation des Gesamtsystems TBM und aller innerer und äußerer Abhängigkeiten ät (Ringe/VT-Tage) Produktivitä Lernkurve regulär Vortriebsstand OST - Produktivität über Produktionstage unter Abzug aller geplanten Stillstände + Stillstand aus Schildschwanzverformung 9,0 80 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 Zunehmender Behinderungsgrad 1,0 durch Störung (Verformung) 0,0 207 Ringe in 64 Tagen Lernkurve nach Störung 79 Tage Stillstand ohne Produktion Lernkurve regulär 207 Ringe in 32 Tagen Erfassung und Darstellung des Einflusses von Störungen auf den Vortriebsprozess Sensivität ität eines Tunnelbauprojekts gegenüber Störungen Produktionstage [d] gezählt ab dem

3 Vorgehen Erfassung aller relevanten Prozesse und ihre Kette Klassifizierung von Prozessinteraktionen Modellierung in einer informatische Umgebung (SysML) Integration von unsicheren und unvollständigen Randbedingungen Erstellung einer Wissensbasis i für Störungen im Maschinellen Tunnelvortrieb Entwicklung von Prozesssimulationsmodellen für den maschinellen Tunnelbau Ermittlung der Auswirkungen von Störungen Sensivitätsanalyse 3

4 Prozessorientierte Simulation von maschinellen Tunnelvortrieb Simulationsmodell ll basiert auf verschiedenen Komponenten für ein flexibles TBM-Setup Diskrete-Event-Simulation zur Modellierung der Produktions-und Logistikprozesse System Dynamics zur Modellierung der kontinuierliche Ausbreitung der Materialien Hybrid-Simulation Ansatz ermöglicht die detaillierte Simulation von Störungen Störungsdauer und -häufigkeit modelliert durch Wahrscheinlichkeitsverteilungen 4

5 Störfälle von maschinellen Tunnelvortrieb Direkter Einfluss: technische Störung der Vortriebszylinder (für Kernprozess Vortrieb) Indirekter Einfluss: Transportzug versagt aber TBM hat noch Material um die Kernprozesse zu bearbeiten Kaskaden-Effekt: Transportzug versagt; wenn Erhärtungsdauer von Verpressmörtel überschritten neue Störung durch Reinigung von Tank-, Rohr-und Pumpen etc. 5

6 Prozesse des maschinellen Tunnelbaus Prozesskategorisierung: Kernprozesse Prozesse der Supply Chain Supportprozesse 6

7 Logistiksimulation Identifizierung von Schwachstellen im logistischen System Analyse möglicher Strategien für Logistik und Wartungsarbeiten bzw. Stillstände Anpassung die Lieferkette nach Projektverlauf Bewertung der Auswirkungen von Störungen auf die Leistung Vorhalten von geeigneten Maßnahmen zur Reaktion auf unvermeidlichen Störungen 7

8 Simulationsmodell Hauptmodul: Kernprozesse: - Bodenabbau - Ringbau Geplante Stillstände: - Typ A lange Dauer, geringe Frequenz (Kabel-, Förderbandverlängerung usw.) - Typ B kurze Dauer, hohe Frequenz (Leitungsverlängerung usw.) Ungeplante Stillstände wegen Materialmangel: - Tübbinge - Mörtel - Fett 8

9 Simulationsmodell Internes Logistikmodell: Materiallager auf der Baustelle (Tübbing, Mörtel, Fett) Beladen des Transportmittels (Transportzug / MSV) durch einen Turmdrehkran Entladen des Transportmittels durch den Segmentkran 9

10 Simulationsmodell-Beispiel Randbedingungen: Tunnellänge: 5000 m Tunneldurchmesser: 8 m Ein Ring: 5+1 Tübbinge Länge eines Rings: 2 m Vortriebsgeschwindigkeit [mm/min] (Dreieckfunktion): Ringbaudauer (Normalverteilung): Geplante Stillstände [min] (Dreieckfunktion): min. max. mode Durchschnitt [min] Standardabweichung ( 68,85 19,45 min. max. mode Typ A Typ B

11 Simulationsmodell-Beispiel Ergebnisse mit technische Störung (Störung des Segmentkrans): Wahrscheinlichkeit: 1% Dauer (Normalverteilung): Durchschnitt [min] Standardabweichung ( 63,86 74,42 Projektdauer [Tage]: 412 (Projektdauer ohne technische Störung = 366 Tage) Ringbau [Ring / Tag]: Tag Ringbau / T Vortriebsdauer (Tag) Tage: 1168 Ringe gesamt; Tage: 540 Ringe gesamt; durchschnittlich: 7,3 Ring/Tag durchschnittlich: 6,9 Ring/Tag Tage: 792 Ringe gesamt; durchschnittlich: 4,6 Ring/Tag 11

12 Zusammenfassung Wechselnde Bodenverhältnisse Projektdauer Dimensionen der Maschine Dimensionen des Tunnels Dauer der Prozesse Störungen Der Verbrauch von Ressourcen Störungsauswirkung Schwachstellen im logistischen System Tägliche Leistung Maximal logistische Tagesleistung Kurzzeitiger Verbrauch der Ressourcen 12

13 Ausblick Modellentwicklung für zwei parallele Transportmittel (zwei parallele Gleise), wenn der Durchmesser mehr als 9 m beträgt Betrachten mehrerer Störfälle (Turmdrehkran, Segmentfeeder usw.) Baustellenverwaltung (Flächenmanagement) Aufbau der Lieferungskette für Hydroschildmaschinen (Bentonit usw.) Anordnung von Schächten Finanzielle Unterstützung wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Projektes C3 des Sonderforschungsbereichs SFB 837 zur Verfügung gestellt. 13

14

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