Simulation eines Tunnelbaus mit Hilfe einer Tunnelbohrmaschine

Ruhr-Universität Bochum , SimPlan AG.

Problemdefinition:

Die Konstruktion eines Tunnels mit Hilfe einer Tunnelbohrmaschine (TBM) ist normalerweise ein lang andauerndes Projekt mit komplexen ineinander greifenden Prozessen und einer ausgedehnten Lieferkette. Finanzielle Verluste durch Geräteausfälle und mangelhafte Lieferketten können sich um bis zu 20% der gesamten Projektkosten bewegen, und die bedeutet oft Millionen von Dollar. Die Kosten von einer Stunde Ausfallzeit einer Maschine sind sehr hoch und Projektmanager müssen ihr Bestes geben um unnötige Verzögerungen zu verhindern. Das Ziel des Simulationsprojektes, das durch die Ruhr Universität Bochum in Deutschland durchgeführt wurde, war es ein Simulationsmodell zu entwickeln, das im Stande ist die Engpässe im bestehenden Prozess zu bestimmen, um die möglichen finanziellen Verluste zu minimieren.

Lösung:

Das Errichten eines Tunnels mit Hilfe einer Tunnelbohrmaschine (TBM) wird bestimmt durch die prozessbedingte Abtragung von Erdreich und der Konstruktion des Tunnels selbst. Außerdem muss stetig abgetragenes Erdreichs durch die Maschine abtransportiert werden. Jedoch ist der Bauablauf häufig aus den unterschiedlichsten Gründen gestört und muss unterbrochen werden oder verzögert sich.

Process classificaton in mechanized tunneling

Da es AnyLogic ermöglicht verschiedene Simulationstechniken miteinander zu kombinieren, war es den Modellierern möglich alle Besonderheiten des Systems wiederzugeben: durch die Simulation aller prozessbedingten Arbeiten mit Hilfe von Zustandsdiagrammen (Ereignisdiskrete Modellierung) und die fortlaufende Abtragung des Erdreichs mit Hilfe von Systemdynamik. Die Methode der Systemdynamik wurde zudem dazu genutzt, im Falle einer Störung den aktuellen Status der Abtragung zu speichern. Der Mehrmethodenansatz ermöglichte es den Modellierern auch auf einfache Weise den Ausfall verschiedener Maschinenkomponenten zu simulieren.

Die Bauteile der TBM wurden einzeln in Active Object Classes modelliert, um ein flexibles und wiederverwendbares Simulationsmodell bereit zu stellen.

Neben der TBM wurden auch andere Werke simuliert (das Backup System, Tunnelarbeiten, Untertagebaustelle, und externe Lieferkette) die sicherstellen, dass das Modell vollständig mit der Realität und seiner Unsicherheiten abgeglichen ist.

Ergebnis:

Das entwickelte Simulationsmodell kann die Störungsauswirkungen auf den Verlauf eines speziellen Tunnelbauprojektes darstellen und quantifizieren. Die Simulation von On-site-Verfahren und externer Logistik erlaubt es dem Projektmanager auch Schwachstellen zu reduzieren und den benötigten Reservebestand zu planen. Die Minimierung unnötiger Stillstände und Leistungseinbußen wird die Dauer eines Tunnelbauprojektes verkürzen und seine Kosten optimieren.

Sehen Sie das Video von Tobias Rahm von der Ruhr Universität Bochum, indem er diese Projekt auf der AnyLogic Konferenz 2012 präsentiert.

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