Simulation

Handling der Ladung

Um die Hafenliegezeit der Schiffe zu minimieren, ist die Simulation des Be- und Entladens seit vielen Jahren fester Bestandteil des Entwurfes bei der FSG. Mit Hilfe der Simulation besteht die Möglichkeit, Rampen, Decks und das direkte Umfeld des Schiffes so abzubilden, dass man eine Be- und Entladezeit für einen bestimmten Ladefall ermitteln kann.

Ein Schiffentwurf eines RoRo-Schiffes beinhaltet im Angebot die Beschreibung eines oder mehrerer Ladefälle, in denen beschrieben wird, wie eine exemplarische Beladung des Schiffes aussehen kann. Um den Entwurf zu verbessern, werden für jede in Frage kommende Entwurfsvariante Simulationsexperimente durchgeführt, welche die Ladezeit zum Ergebnis haben. Verschiedenste Fahrzeugparameter, wie Geschwindigkeit, Wenderadius oder Traglast und Umgebungsparameter, wie zum Beispiel hafenseitige Engpässe, werden im Modell berücksichtigt und können schnell verändert werden.

Die Bewertung der Logistikkapazitäten erfolgt parallel zum Entwurfsprozess des Schiffes, so dass noch Einfluss auf den Entwurf genommen werden kann. Um dafür die Modellierungsgeschwindigkeit zu maximieren, wurde als Ansatz ein Bausteinkastenkonzept gewählt. Der für die Fertigung entwickelte Bausteinkasten STS (Simulation Toolkit Shipbuilding) wurde um Bausteine und Funktionalitäten zur Bordlogistik erweitert. Es wurde ein Add-on zum Bausteinkasten mit dem Namen STS-ShipLog entwickelt, mit dessen Hilfe verschiedene Ladefälle eines Schiffes mit geringem Aufwand modelliert werden können. Diese Bausteinkastenerweitertung arbeitet mit dem Basis-STS zusammen, so dass bereits vorhandene Bausteine, wie zum Beispiel die Transportsteuerung oder die Personalsteuerung auch in den schiffslogistischen Modellen verwendet werden können.

Die Parameter des Modells können, unterstützt von benutzerfreundlichen Dialogen, ohne großen Aufwand verändert werden. Stellgrößen sind beispielsweise die Anzahl der Transportfahrzeuge, verschiedene Rampenanordnungen, unterschiedliche Ladestrategien, aber auch verschiedene Rampenneigungen. Eine ungünstig konzipierte Rampe kann dazu führen, dass die Fahrer nur sehr langsam auf die Rampe und wieder herunterfahren können, um Schäden an den Fahrzeugen zu vermeiden. Ein verbesserter Rampenquerschnitt erlaubt ein schnelleres Überqueren der Rampe.

Mit Hilfe der Simulation kann aufgezeigt werden, wie groß der Einfluss dieser Maßnahmen ist. Wenn beispielsweise eine Rampe bei der Beladung keinen Engpass darstellt, so ist eine Verbesserung der Rampengeschwindigkeit nicht notwendig, wenn dies die Neubaukosten erhöht oder die Anzahl der Stellplätze an Bord verringert.

Mit Hilfe der Simulation konnten in zahlreichen Projekten die Leistungsfähigkeit der Schiffe beim Be- und Entladen deutlich erhöht werden. Dies führte zu einer deutlich verkürzten Hafenliegezeit und damit verbunden, verbesserter Termintreue der Schiffe oder sogar zur drastischen Reduktion der erforderlichen Maschinenleistung mit der Folge deutlich geringerer Treibstoffverbräuche, weil die Zeit im Hafen soweit minimiert werden konnte, dass die Geschwindigkeit des Schiffes bei der Überfahrt geringer ausfallen konnte.

Evakuierungsszenario

Safety first!

Dieses Motto genießt bei der FSG einen hohen Stellenwert. Nicht nur das Wissen um aktuell geltende Vorschriften und deren korrekte Interpretation und Anwendung sondern auch die ständige Begleitung weiterführender Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet Schiffssicherheit gehören deshalb zum Selbstverständnis der Werft.

Das Thema Sicherheit für Crew, Passagiere, Schiff und Ladung umfaßt dabei ein weitgefächertes Aufgabengebiet. So beeinflussen Fragen zu Fluchtwegen, Rettungsmitteln und baulichem Brandschutz bereits den frühen Entwurf. Geschuldet dem umfassenderen Ansatz der FSG, wird Sicherheit aber weitgefächerter betrachtet. Sehr gutes Verhalten im Seegang gepaart mit dem Nachweis immer ausreichender Stabilität im Seegang, sicheres Manövrieren und Navigieren, Vorhalten erforderlicher Redundanz und die Einbeziehung von Fragen zur effektiven Pflege und Wartung des Schiffes, aber auch Fragen zum Schutz der Umwelt sind Beispiele für die Philosophie, Sicherheit grundsätzlich in Entwurf und Konstruktion zu verankern.

Im Rahmen der Umsetzung in der täglichen Arbeit, kommen gezielt von der FSG entwickelte Werkzeuge und kommerzielle Programme, wie etwa AENEAS auf dem Gebiet der Evakuierungssimulation, zum Einsatz. Risikoanalysen helfen dabei, eventuelle Schwachstellen des gewählten technischen Konzeptes frühzeitig zu erkennen. Ständig arbeitet die Werft auf diesem Gebiet in entsprechenden Forschungs- und Entwicklungsvorhaben mit. Als Beispiel hierfür seien nur folgende Vorhaben genannt: SAFEDOR, SAFECRAFTS, FIRERESIST und FIREPROOF.

So gelingt es uns, unsere Produkte  mit einem hohen Maß an Sicherheit auszustatten, die Investition unserer Kunden abzusichern und dem gebotenen Schutz von Mensch und Umwelt Rechnung zu tragen.

Offshore Windpark Logistik

Die Simulationstechnik kann auch als Entscheidungsgrundlage bei der Gestaltung und beim Betrieb von logistischen Abläufen zur Installation von Windparks genutzt werden. Die Abhängigkeiten in der Logistikkette können in ihrer Dynamik und unter Berücksichtigung diverser Einflussfaktoren bewertet werden. Auf diese Weise können bei einer Vielzahl einstellbarer Randbedingungen verschiedene Installationskonzepte für Windparks verglichen werden, um das geeignete auszuwählen. Dabei können z. B. der Typ des Errichterschiffs und die Art der Belieferung variiert werden.

Bei der FSG und bei Kooperationspartnern wurden bereits Studien zur Simulation der Installation von Offshore-Windparks durchgeführt. Dabei wurden aufbauend auf den STS spezielle Simulationsbausteine und -module für den effizienten Modellaufbau  und -betrieb entwickelt. Je nach Zielsetzung und Verfügbarkeit der Simulationsparameter können die Prozesse in unterschiedlichem Detaillierungsgrad abgebildet werden. Der modulare Aufbau der Bausteine ermöglicht eine Abbildung von beliebigen Arbeitsabläufen und Einflussgrößen. Zu den Einstellmöglichkeiten der Simulationsmodelle gehören

• die Anzahl und die Eigenschaften der Schiffe (Ladekapazität, Geschwindigkeiten abhängig vom Fahrtgebiet, usw.),
• die Gestaltung des Windparks (Anzahl und Typ der Windenergieanlagen, Abstände zwischen den Anlagen, usw.),
• die Entfernung des Windparks zu den Häfen und
• die Prozesszeiten bzw. –geschwindigkeiten (Jacking Geschwindigkeit, Rüstzeiten, Montagezeiten pro Elementtyp und Randbedingung, usw.).

Die Einstellmöglichkeiten der Simulationsmodelle sind infolge der Nutzung von STS Bausteinen in jede Richtung erweiterbar.

Neben einer Vielzahl von technischen oder organisatorischen Einflussgrößen und Bedingungen kann auch das Wetter in der Simulation berücksichtigt werden. Dafür stehen bei der FSG von verschiedenen Seegebieten sowohl reale als auch statistische Wetterdaten zur Verfügung. Mit Hilfe des Wetterbausteins aus dem STS werden die sich verändernden Wetterparameter zu Wetterbedingungen aggregiert. Diese Wetterbedingungen, oder eine Prognose im Sinne einer Wettervorhersage, können dann als Voraussetzung für Arbeitsschritte wie Krantransporte oder Jack-Vorgänge definiert werden.

Des Weiteren können Zeiten und Geschwindigkeiten aufgrund der sich über den Simulationslauf verändernden Wetterparameter angepasst werden. Auf diese Weise können Wettereinflüsse auf die Logistik- und Montageprozesse bis hin zu Ausfallquoten von Mitarbeitern durch schlechtes Wetter modelliert werden.

Hafenlogistik-Konzept

Die Schnittstelle zwischen Schiff und Hafen sowie die Logistik im Hafen haben oft einen großen Einfluss auf die Umschlagszeit eines Schiffes. Um letztere genau bewerten zu können, wird die Hafenlogistik fallweise in die Simulationsanalyse einbezogen. So wurde die Simulation bereits mehrfach sehr erfolgreich zur Bewertung von Konzepten für RoRo- oder Fährterminals herangezogen.

RoRo-Schiffe sind wie kaum ein anderer Schiffstyp auf einen effizienten Umschlag ausgelegt. Die Terminals werden in der Regel nur von einigen wenigen Diensten angelaufen, und die Zahl der in den Umläufen eingesetzten Schiffe ist überschaubar. Die Organisation der Terminals kann so den Schiffen angepasst werden. Die Infrastruktur von RoRo-Terminals wird flexibel ausgelegt, so dass eine schnelle Anpassung an wechselnde Schiffseinheiten realisierbar ist. Kritisches Element bleiben die Schnittstellen zwischen Terminal und Schiff. Mit der Simulation von RoRo-Terminals wird auch die Anbindung der Be- und Entladesimulation von Schiffen an die Infrastruktur des Hafens abgebildet. Fragestellungen nach der erforderlichen Kapazität an Transportmitteln oder der Hafenliegezeit können nun im Gesamtsystem aus Schiff und Hafen beantwortet werden.

Die Modellierung von RoRo-Terminals wird mit dem Simulationsbausteinkasten STS durchgeführt. Um den zusätzlichen Anforderungen dieser speziellen Anwendung Rechung zu tragen, wurden u. a. folgende Simulationsfunktionalitäten in einer Add-on Bibliothek ergänzt:

• Steuerung des Terminals (TerminalControl)
• Einfahrt zum Terminal (Gate)
• Parkflächen für Anhänger (Bay)
• Pier zum Schiff (Pier)
• Parkspuren für begleitete Fahrzeuge
• Liegeplatz des Schiffes (Berth)

Für die Simulationsbausteine zur Modellierung eines RoRo-Terminals wurden Funktionen zur Animation in 3D implementiert. Zudem wurde auf die schon vorhandenen Bausteine für die Organisation der Transporte, wie Transportsteuerung, Straße, etc. zurückgegriffen.

Optimierte Fertigung

Seit 1997 wird bei der Flensburger Schiffbau-Gesellschaft die Simulation als Werkzeug sehr erfolgreich eingesetzt, um die zukünftige Entwicklung der Fertigung zu planen. Dazu wird das Simulationsmodell der Fertigung entsprechend des neu zu entwickelnden Layouts konfiguriert. Ein für das Produktspektrum der FSG typisches Schiff wird als Referenzprodukt ausgewählt und dem Simulationsmodell detailliert bis zum Einzelteil als Eingangsdatensatz zur Verfügung gestellt.

Anhand des Durchlaufverhaltens dieses Referenzschiffes werden die Veränderungen am Layout bewertet. Der eigentliche Prozess zur produktionstechnischen Werftentwicklung wird im Team mit Mitarbeitern der Fertigung und der Planung durchgeführt und in der Simulation kontinuierlich mitgekoppelt und bewertet.

Mit Hilfe der Simulation ist die genaue Analyse des Durchlaufverhaltens bei geänderten Produktionseinrichtungen möglich. Ein wichtiger Parameter bei der Auswertung der Simulationsläufe kann dabei die Durchlaufzeit des Referenzschiffs sein. Für diese Zeit kann gemäß den Projektzielen und der weiteren Werftentwicklung eine Sollgröße definiert worden sein. Die Erreichung dieser Sollgröße mit dem weiterentwickelten Werftlayout kann nun überprüft und nachgewiesen werden. Auf dem Weg zur Erreichung der angestrebten Durchlaufzeit liefern die Auslastungen einzelner Fertigungsstationen Aufschluss über noch vorhandene Engpässe. Diese ermittelten Engpässe liefern dann Ansatzpunkte für die weiteren Verbesserungen des Layouts im gesamten Projektteam.

Durch die Arbeiten zur Integration der Simulation in den Prozess der Fertigungsplanung und die damit entwickelte Schnittstelle zu den CAD-Daten ist es möglich, neue Produktionskonzepte, auch mit anderen Schiffen, zu testen.

Die Simulation wurde zur Planung aller in den letzten Jahren durchgeführten Investitionsprojekte herangezogen. Den Anfang machte die Integration einer neuen Profilfertigung im Jahre 1997/98. Die bisher größten Vorhaben waren der Entwurf einer neuen Paneelstraße zur Verdopplung des Durchsatzes und die Entwicklung einer neuen Teilefertigung.