Die TAKRAF GmbH ist ein international tätiger deutscher Industrieausrüster, der sich auf die Planung und Fertigung von Bergbauanlagen, einschließlich Kohleverladehäfen, spezialisiert hat.
Die SimPlan AG ist ein führender deutscher Simulationsdienstleister mit Expertise in der Materialflusssimulation und der Erstellung von entscheidungsunterstützenden Softwaremodellen.
Problemstellung
Für einen Kohleverladehafen wurde eine steigende Nachfrage prognostiziert, die die Betriebskapazität der Anlage übersteigen würde. Um dieser erwarteten Nachfragesteigerung gerecht zu werden, wandten sich der Hafenbetreiber an die TAKRAF GmbH und die SimPlan AG, um die hierfür notwendigen Maßnahmen zu evaluieren.
Die Prognose und Planbarkeit des Ausbaus war schwierig, da der laufende Hafenbetrieb von zahlreichen Unwägbarkeiten beeinflusst wurde. Die Kohle wird aus diversen Minen per Eisenbahn angeliefert und zur Auslieferung auf unterschiedliche Schiffe umgeladen. Witterungsbedingungen, Zugverspätungen und unterschiedliche Kohlesorten machten eine Analyse und Erweiterungsplanung des Hafens mit traditionellen Methoden schwierig.
Die Ziele des Hafenoptimierungsprojekts waren:
- die aktuelle Spitzenlast der Anlage zu ermitteln;
- die wesentlichen Engpässe zu identifizieren, die die Kapazität begrenzen;
- das Simulieren und Bewerten verschiedener Erweiterungsszenarien in einer risikofreien digitalen Umgebung.
Das Hauptproblem, mit dem sich die Betreibergesellschaft des Hafens auseinandersetzen musste, war die Frage, wie das Haldenlager neu organisiert werden könnte, um die Kapazität zu erhöhen. Daher waren die Modellierung dieses Bereichs und die Frage, wie man die Lagerlogik effizient gestalten sollte, die zentralen Elemente des Simulationsprojekts.
Lösung
Für das Hafenoptimierungsvorhaben erstellten die SimPlan-Ingenieure ein Modell des Kohleverladehafens unter Verwendung verschiedener Modellierungstechniken. Sie entschieden sich für AnyLogic aufgrund seiner Multimethoden-Modellierungsumgebung und spezieller Branchenbibliotheken.
Eine dieser Bibliotheken, die AnyLogic Eisenbahnbibliothek, ermöglicht die einfache Modellierung und Visualisierung von großen, komplexen Bahnhöfen und Schienentransporten. Die Entwickler nutzten diese Bibliothek zur Modellierung des Güterbahnhofs und der Kippstationen für die Eisenbahnwagons. Darüber hinaus wurden für die Modellierung des Kohleförderers Elemente der Flüssigkeitsbibliothek verwendet, um den Materialfluss von Schüttgütern und Flüssigkeiten zu simulieren. Zur Modellierung von Absetzer-Rückladern und Schiffsbeladern wurde schließlich von den agentenbasierten Simulationsmöglichkeite von AnyLogic Gebrauch gemacht.
Den Ingenieuren von SimPlan gelang es, sämtliche Prozesse des Hafens zu erfassen – von der Anlieferung bis zur Verschiffung:
- Die Kohle wird aus verschiedenen Bergwerken angeliefert (jeweils eine Kohlesorte pro Waggon) und über Kippstationen von den Waggons auf Förderbänder verladen;
- Absetzer-Rücklader nehmen die Kohle von den Förderbändern auf und schütten sie sortenrein in den dafür vorgesehenen Haldenbereich;
- nachdem ein Schiff angedockt hat, entnimmt ein Absetzer-Rücklader die Kohle aus dem Haldenbereich und lädt sie auf die Förderanlagen, die die Kohle zum Schiff transportiert;
- Schiffsbelader verladen die Kohle dann in die Ladeluken des Schiffes (eine Kohlensorte pro Ladeluke, wobei die Reihenfolge der Ladeluken festgelegt ist);
- Das Schiff verlässt das Hafengebiet, sobald Beladungs- und Dokumentationsarbeiten abgeschlossen sind.
Zur Festlegung und Zuteilung von Kohlelagerflächen im Hafen wurde ein Lagerleitsystem eingesetzt. Mithilfe von Simulationsmodellen entwickelten die Ingenieure eine Logik, die eine effiziente Kohlelagerlösung vorschlägt, die die Speicher- und Rückgewinnungskapazitäten erhöht. Die Hauptlagerstrategie konzentrierte sich darauf, von jeder Kohleart möglichst große Halden anzulegen.
Ergebnis
Das Simulationsmodell zur Hafenoptimierung bildete alle Phasen des Kohleumschlags im Kohleverladehafen ab. Das von SimPlan erstellte Werkzeug unterstützte der Geschäftsleitung, die maximale Anlagenkapazität im Ist-Zustand zu ermitteln. Ursprünglich wurde angenommen, die Hafenkapazitäten würden nicht optimal genutzt.
Die Analyse mit dem Tool und dem dazugehörigen Simulationsmodell ermöglichte es dem Unternehmen, Strategien zu identifizieren, um die Kapazität des Hafens zu steigern. Als Ergebnis wählten sie:
- Halden von stark nachgefragten Kohletypen mehreren Absetzer und Rückladegeräten gleichzeitig zugänglich zu machen;
- Eine Haldenanordnung, die bei Beladung der Schiffe die Arbeit der Kippstationen nicht behindert;
- Eine Vorsortierung und Planung der Direktbeladung von Schiffen, um mehr Lagerplatz freizugeben.
Basierend auf den Resultaten der Simulationsmodellierung beschloss die Geschäftsleitung, auch eine Erweiterungsstrategie für den Hafen zu entwickeln, mit der sie den angestrebten Durchsatz des Hafens erreichen kann. Dies beinhaltete den Bau einer neuen Kippstation mit geringerer Kapazität und eines neuen Lagerbereichs.
Das Hafenoptimierungsprojekt hat die Effizienz des Einsatzes von AnyLogic-Modellen zur Steigerung der Kapazität und des Durchsatzes von Anlagen am Beispiel eines Hafens verdeutlicht. Das Modell könnte auch für ähnliche Standorte mit anderen Layouts modifiziert werden.