Einsatz der Simulation in der Lehre

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1 Einsatz der Simulation in der Lehre Prof.-Dr.-Ing. Th. Berndt Professur für Eisenbahnwesen Prof.-Dr.-Ing. R. Michaelsen Professur für Eisenbahnwesen insbes. Leit- und Sicherungstechnik

2 0. Gliederung 1. Motivation 2. Abgrenzung 3. Ziele der Simulation in der Lehre 4. Beispiele / Einsatzfelder 1

3 1. Motivation Notwendigkeit Wunsch und Wirklichkeit der Vermittlung von Lehrinhalten Ziele (Was soll erreicht werden?) Einsatzfelder / Beispiele 2

4 1. Motivation Notwendigkeit für Simulationen in der Lehre: Komplexität / Anschaulichkeit der Prozesse Kosten / Machbarkeit der Ausbildung in der Praxis Zulässigkeit / Gefährlichkeit von Tätigkeiten im realen Umfeld Effizienz der Lehre 3

5 1. Motivation Einführung in die Simulation Problemstellung Experiment Analytisches Verfahren Zielfunktion Ungleichungssystem Optimalitätskriterien Lösung Simulation Modell Nachgeahmtes Experiment 4

6 1. Motivation Wunsch und Wirklichkeit in der Lehre solide, tiefgründige Ausbildung < > kurze Ausbildungszeit minimale Kosten < > qualitativ hochwertige Ausbildung Aktualität, Flexibilität < > komplexe Entscheidungswege 5

7 1. Motivation Was soll erreicht werden? Kenntnis/Verständnis der Tools? Sichere Nutzung der Tools? Entwicklung geeigneter Tools? 6

8 2. Abgrenzung Welcher betriebliche Prozess ist z. Z. Gegenstand der Lehre / Simulation? 7

9 2. Abgrenzung Betriebliche Prozesse (Güterverkehr) PPS Kunde Sonstige Dienstleistungen EVU Ladestellenbedienung Zugbildung Zugauflösung Abfuhrsteuerung BIS Zulaufsteuerung Zugfahrten auf der freien Strecke EIU 8

10 2. Abgrenzung Welcher betriebliche Prozess ist bei welchem Knotentyp relevant? Sonstige Dienstleistungen EVU Ladestellenbedienung Zugbildung Zugauflösung Abfuhrsteuerung Zulaufsteuerung Zugfahrten auf der freien Strecke EIU 9

11 2. Abgrenzung Welche Knotentypen sind relevant? Knotentypen ZBA Umschlag- Bahnhöfe Hafen- Bahnhöfe Industrie- Bahnhöfe ZBA (Rbf) ZBA (Kbf + Sat) Verbindung der Knoten über die freie Strecke 10

12 Einsatz der Simulation in der Lehre 2. Abgrenzung Welche Optimierungsziele sind primär? Knotentypen ZBA Umschlag- Bahnhöfe Hafen- Bahnhöfe Industrie- Bahnhöfe Einhaltung Zeitfenster Hub Minimierung Schiffsliegezeiten Sicherstellung (Industrie-) Produktion ZBA (Rbf) ZBA (Kbf + Sat) Optimierung Fern-Fern- Umstellung (Ablaufbetrieb) Optimierung Fern- Nah-Umstellung (meist kein Ablaufbetrieb) Verbindung der Knoten über die freie Strecke

13 Einsatz der Simulation in der Lehre 2. Abgrenzung Welche Arbeitsfelder werden hier angesprochen? Knotentypen ZBA Umschlag- Bahnhöfe Hafen- Bahnhöfe Industrie- Bahnhöfe Einhaltung Zeitfenster Hub Minimierung Schiffsliegezeiten Sicherstellung (Industrie-) Produktion ZBA (Rbf) Optimierung Fern-Fern- Umstellung (Ablaufbetrieb) ZBA (Kbf + Sat) Optimierung Fern- Nah-Umstellung (meist kein Ablaufbetrieb) Hier angesprochen Verbindung der Knoten über die freie Strecke

14 3. Ziele Welcher Grad an Kompetenz soll erreicht werden? Wie soll diese Kompetenz entwickelt werden? 13

15 3. Ziele Wer braucht welchen Grad an Kompetenz? Anforderungen Systemgestaltung Systembeherrschung Systemverständnis Schulungsaufwand 14

16 3. Ziele Wer braucht welchen Grad an Kompetenz? Anforderungen Systemgestaltung Systembeherrschung Eisenbahner (Besteller: EIU, EVU) Entwickler Hersteller Eisenbahner (Betreiber: EIU, EVU) Systemverständnis Kunden Partner (Logistiker, Zulieferer ) Eisenbahner Schulungsaufwand 15

17 3. Ziele Was ist Ziel der Ausbildung / Simulation? Anforderungen Systemverständnis Systemgestaltung Systembeherrschung Analyse / Optimierung bestehender Systeme Konzeption neuer Systeme Sicherer Betrieb bestehender Systeme (Regelbetrieb / Störungen) Realistische Einschätzung des Systems (Stärken, Schwächen, Grenzen, Potentiale ) Grundlagen schaffen für Vertiefung Schulungsaufwand 16

18 4. Beispiel Industriebahn Relevante Prozesse bei Industriebahnen: Sonstige Dienstleistungen EVU Ladestellenbedienung Zugbildung Zugauflösung Abfuhrsteuerung Zulaufsteuerung Zugfahrten auf der freien Strecke EIU 17

19 4. Beispiel Industriebahn Simulation bei Industriebahnen (im Knoten): Ziele : Anlagendimensionierung (erforderliche Anlagen) Optimierung der Betriebsabläufe (Prozesse) Funktionsdemonstration Sonstige Dienstleistungen EVU Ladestellenbedienung Zugbildung Zugauflösung Abfuhrsteuerung Zulaufsteuerung 18

20 4. Beispiel Industriebahn Simulation bei Industriebahnen (im Knoten): Simulation in der Lehre: Anlagendimensionierung (möglich aber z. Z. nicht) Optimierung der Betriebsabläufe (eingeschränkt möglich) Funktionsdemonstration (möglich : ZEDAS, PC BIS) Konkrete Anwendungsfälle (genutzt: Exkursionen / bearbeitet: eingeschränkt DA, BA) ) Sonstige Dienstleistungen EVU Ladestellenbedienung Zugbildung Zugauflösung Abfuhrsteuerung Zulaufsteuerung 19

21 4. Beispiel Industriebahn Simulation bei Industriebahnen (Zulauf-/ Abfuhrsteuerung) Anforderungen: eisenbahnbetriebliche Optimierung im Netz (s. Literatur) eisenbahnbetriebliche Optimierung im Knoten: Hafen: Slotmanagement / Montan: Kunden- Auftragsmangement (s. Literatur) kommerzielle Optimierung der Güterströme Montan: Schrottzulauf / Automotive: SCM (Einzeluntersuchungen) 20

22 4. Beispiel Industriebahn Simulation bei Industriebahnen (Zulauf-/ Abfuhrsteuerung) Fazit: verschiedene Knotentypen große Unterschiede bei Teilprozessen + Kundenanforderungen Nischenmarkt Komplexität / Kosten <> Amortisation 21

23 4. Beispiel Industriebahn Simulation bei Industriebahnhöfen Fazit: Keine Simulation aller Teilprozesse bekannt starke Beeinflussung/Spezifizierung durch (Industrie-) Produktionsprozesse (Automotive, Chemie, Montan ) Softwarehersteller bieten Präsentationen für Betriebsinformationssysteme vor Ort kaum spezielle Schulungssoftware 22

24 4. Beispiel ZBA Relevante Prozesse bei ZBA (Rbf): Zugbildung Zugauflösung EVU Abfuhrsteuerung Zulaufsteuerung 23

25 4. Beispiel ZBA Simulation bei ZBA (Rbf): Ziele der Simulation: Anlagendimensionierung (Höhe des Ablaufberges, Art/Lage Bremsen ) Optimierung der Betriebsabläufe (Prozesse in E/A-Gruppen) Funktionsdemonstration Zugbildung Zugauflösung EVU Abfuhrsteuerung Zulaufsteuerung 24

26 4. Beispiel ZBA Simulation bei ZBA (Rbf): Simulation in der Lehre: Anlagendimensionierung (möglich: Ablaufberg) Optimierung der Betriebsabläufe (möglich: Villon) Funktionsdemonstration (genutzt: Villon) Konkrete Anwendungsfälle (genutzt: Exkursionen / bearbeitet: eingeschränkt DA, BA) Zugbildung Zugauflösung EVU Abfuhrsteuerung Zulaufsteuerung 25

27 4. Beispiel ZBA Simulation bei ZBA (Rbf): Simulationstools nur weniger Hersteller bekannt Softwarehersteller bieten z. T. In-House- Schulungen/ Präsentationen Schulungssoftware = Simulationstool mit Nutzungseinschränkungen 26

28 4. Beispiel freie Strecke Simulation des Eisenbahnbetriebes Stellwerkssimulation Simulation der Dispositionsebene 27

29 4. Beispiel freie Strecke Simulation des Eisenbahnbetriebes Aufgaben der Eisenbahnbetriebssimulation Konstruktion von Fahrplänen Überprüfung der Betriebsqualität/ Fahrplanstabilität Planung von Eisenbahninfrastruktur 28

30 4. Beispiel freie Strecke Simulation des Eisenbahnbetriebes Simulationstools diverser Hersteller weltweit Nutzung in der Lehre an der FH Erfurt: Simulationstool aus dem deutschsprachigen Raum 29

31 4. Beispiel freie Strecke Stellwerkssimulation Aufgaben der Stellwerkssimulation Simulation des Eisenbahnbetriebs aus Sicht eines Stellwerkbedieners (Fahrdienstleiter oder Weichenwärter) Simulation verschiedener Stellwerksbauformen Mechanisches Stellwerk Spurplanstellwerk Elektronisches Stellwerk Bildquelle: Funkwerk IT, 30

32 4. Beispiel freie Strecke Simulation der Dispositionsebene Eigene Darstellung Aufgaben der Simulation der Dispositionsebene Simulation der wechselseitigen Kommunikation zwischen der betrieblich-strategischen Vorgabe eines Disponenten und der Umsetzung dieser Vorgaben durch einen Fahrdienstleiter (Verknüpfung mit der Stellwerkssimulation) 31

33 4. Beispiel freie Strecke Einsatz in der Lehre Präsentation Vorstellung der Einsatzgebiete von Simulationssoftware Überblick über Softwarehersteller und deren Tools Vorstellung der Mächtigkeit ausgewählter Werkzeuge 32

34 4. Beispiel freie Strecke Anwendung Einsatz in der Lehre Seminaristisches Heranführen an die Bedienung ausgewählter Simulationssoftware Studentische Arbeiten von praktischen Anwendungsbeispielen in Form von Übungen Hausarbeiten Abschlussarbeiten 33

35 0. Gliederung 1. Motivation 2. Abgrenzung 3. Ziele der Simulation in der Lehre 4. Beispiele / Einsatzfelder 34

36 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 35