Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Automatisierte Erstellung optimierter Förderanlagenlayouts für modulare Fördersysteme

Die Anforderungen an viele Produktions- und Logistikprozesse haben sich in den vergangenen Jahren grundlegend gewandelt. Produktionszyklen verkürzen sich stetig, während die Produktvielfalt steigt und Losgrößen sinken. Gleichzeitig nehmen die Erwartungen hinsichtlich Fertigungsdauer und Lieferzeit, bis hin zur 24h-Lieferung zu. KMUs müssen sich in diesem Umfeld zunehmend international behaupten und unterliegen einem wachsenden Effizienz- und Kostendruck. Um auf diese neuen Herausforderungen reagieren zu können wird von vielen intralogistischen Systemen ein deutlich höheres Maß an Flexibilität und Wandlungsfähigkeit eingefordert.

In vielen Fällen können Flexibilität und Wandlungsfähigkeit durch den Einsatz modularer Fördertechnik deutlich verbessert werden. Durch eine individuelle Anordnung und Ausrichtung von Modulen kann das Fördersystem stets auf den Einzelfall angepasst werden. Vorangegangene Projekte zur Entwicklung einer dezentral gesteuerten, modularen Fördermatrix haben gezeigt wie sich in einer solchen unterschiedliche intralogistische Funktionen realisieren lassen. Trotz potentieller Vorteile hinsichtlich Flexibilität, Automatisierungsrad, Raumnutzung und sich daraus ergebenen Einspaarpotentialen kommt modulare Fördertechnik in KMUs gegenwärtig kaum zur Anwendung. Ursächlich dafür ist unter anderem die höhere Komplexität, welche sowohl die Bewertung als auch die Auslegung modularer Förderanlagenlayouts erschwert. Um diese Hemmnisse zu senken und KMU einen besseren Zugang zu modularer Fördertechnik zu ermöglichen sollen im Rahmen dieses Forschungsvorhabens geeignete Werkzeuge zur Bewertung und Optimierung von Layouts entwickelt und bereitgestellt werden.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsprojekts wurde eine Methode zur automatisierten Erstellung optimierter Förderanlagenlayouts für modulare Fördersysteme entwickelt. Die Methode ist den Verfahren des Operations Research zuzuordnen. Das zugrundeliegende Optimierungsproblem ist eine Kombination aus einem quadratischen Zuordnungsproblem und einem kürzeste Wege-Problem.

Zunächst wurde in Zusammenarbeit mit dem projektbegleitenden Ausschuss ein Lastenheft für die Optimierungsmethode und das Planungstool erstellt. Dieses umfasst Angaben zu Planungsfällen, Förderanlagen, Transportgütern, Eingangs- und Ausgangsdaten, Betrachtungsgrenzen und Zielfunktionen. Auf Basis der Informationen aus dem Lastenheft wurde das Optimierungsproblem klassifiziert. Anschließend wurde ein übergreifendes Beschreibungsformat für modulare Förderanlagenlayouts entwickelt, womit Daten zu Förderanlagenlayouts gespeichert, geladen und ausgetauscht werden können. Als Datenformat wurde JSON gewählt, da dieses, den Anforderungen aus dem Antrag folgend, menschenlesbar, logisch strukturiert, erweiterbar und objektorientiert ist. Daraufhin wurden für die Zielgrößen Durchsatz, Durchlaufzeit, Pufferkapazität, Raumbedarf und Investitionskosten mathematische Evaluationsmethoden entwickelt und zusammen mit Mitgliedern des projektbegleitenden Ausschusses sowie durch Simulationen validiert. Nachfolgend wurde eine, auf dem genetischen Algorithmus basierende, Optimierungsmethode für das zugrundeliegende Optimierungsproblem entwickelt. Die Evaluierungs- und Optimierungsmethoden wurden, den Anforderungen aus dem Lastenheft folgend, in ein offenes anwenderfreundliches Planungstool (Programmiersprache: python) implementiert. Abschließend wurde das Planungstool und somit auch die Optimierungsmethode verifiziert und validiert. Das Planungstool kann bei der Auswahl und Planung von modularen Förderanlagen eingesetzt werden. Mögliche Anwender sind produzierende Unternehmen, Logistikunternehmen und -planungsdienstleister.