Entwicklung einer simulationsbasierten Methode zur Bewertung von Zerlegungsstrategien von Baustrukturen in einzelne Module aus produktionstechnischer Sicht in der frühen Phase der Modul- bzw. Baukastenentwicklung

Antragsteller

Prof. Dr.-Ing. habil. Thorsten Schmidt Technische Universität Dresden, Professur für Technische Logistik

Dr.-Ing. Mathias Kühn Technische Universität Dresden, Professur für Technische Logistik

Bearbeiter

Dipl.-Wi.-Ing. Vincent Betker Technische Universität Dresden, Professur für Technische Logistik

Projektbeschreibung

Bei der strukturellen Gestaltung von Hochleistungsbeton-Bauwerken und Zerlegung im Top-Down-Prozess in einzelne Module (Modul = einzelnes Bauelement mit physischen Schnittstellen) gibt es eine Vielzahl an gleichwertigen Varianten (Varianten bzgl. Struktur: bspw. Form, Bewehrungsanteil, Plattenstärke etc.). Die Module können aus fertigungstechnischer Sicht mit unterschiedlichen Herstellungsverfahren unter annähernd gleicher Qualität hergestellt werden. Um die Module kostenoptimal mit hoher Produktionsleistung herzustellen, bestehen zahlreiche Möglichkeiten zur Produktionsprozessgestaltung und -organisation. Somit resultieren nahezu unbegrenzt viele Varianten zur konstruktiven und produktionstechnischen Bauwerksrealisierung (siehe Abb. 1).

Die Variantenanzahl als Eingangsgröße zur Grundmoduldefinition für die Baukastensystementwicklung ist ungleich höher. Es muss eine Vorauswahl der Zerlegungsstrategien bzw. Ableitung von Restriktionen erfolgen, um abzuschätzen, ob sich ein Modul für die Baukästen eignet. Dazu ist die Bewertung einzelner Modulvarianten aus produktionstechnischer Sicht notwendig. Aktuell existieren keine Möglichkeiten zur effizienten Bewertung der Zerlegungsvarianten mit prognostizierter Stückzahl aus produktionstechnischer bzw. ablauforganisatorischer Sicht hinsichtlich der Zielstellung einer hohen Ausbringung bei niedrigen Einzelstückkosten.

Entwicklungsziel ist somit eine Methode zur ganzheitlichen Bewertung und Vorauswahl von Zerlegungsstrategien und -technologien für Hochleistungsbeton-Bauwerken in der frühen Baukastenentwicklungsphase. Durch die Auswahl geeigneter Strategien ergibt sich aus produktionstechnischer Sicht ein hohes Potential zur Reduzierung von Verschwendung.

Aufgrund der hohen Variantenanzahl und komplexen Wirkzusammenhänge zwischen Modul, Herstellungsverfahren und Ablauforganisation sowie des Einflusses unsicherer Parameter soll als methodischer Ansatz zur Variantenbewertung des optimalen Produktionssystems die simulationsbasierte Optimierung zur Anwendung kommen. Dazu sind technologie- bzw. prozessrelevante Produktionssystem-Bausteine zu definieren und mittels parameterbasierter Modellgenerierung beliebige Produktionssystemvarianten als Simulationsmodell zu konfigurieren. Um den Simulationsaufwand zu reduzieren, sollen Simulationsdaten in maschinelle Lernmodelle überführt werden, sodass für ähnliche Baustrukturen Vorschläge zur Grundmodulauslegung sowie Stückkostenprognose möglich sind (siehe Abb. 2). Da in der frühen Phase der Grundmodul- bzw. Baukastenentwicklung nur grobe Moduleigenschaften sowie Verfahrensparameter bekannt sind, ist ein Abstraktionsniveau zu wählen, mit dem hinreichend genaue Aussagen zur Erreichung der Zielgrößen bei Realisierung einer Zerlegungsvariante möglich sind. Weiterhin besteht das Ziel, aus Herstellungsverfahren und Ablauforganisation Restriktionen an den Modulzerlegungsprozess zu determinieren, sodass eine ganzheitliche Optimierung stattfindet und unterstützt durch maschinelle Lernverfahren allgemeingültige Gestaltungsrichtlinien abgeleitet werden.

Poster zu den Projektinhalten

Veröffentlichungen

2020

[1]    Müller, M.; Völker, M.; Schmidt, T.:
Entwicklung einer simulationsbasierten Methode zur Bewertung von Zerlegungsstrategien von Baustrukturen in einzelne Module aus produktionstechnischer Sicht in der frühen Phase der Modul- bzw. Baukastenentwicklung.
In: BetonWerk International Nr. 6, 2020, S. 26-27
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Abschlussarbeiten

2021

[3] Tang, M.
Multikriterielle Optimierungsverfahren für die automatische Modellgenerierung
Diplomarbeit, Technische Universität Dresden, Professur für Technische Logistik, Betreuer: Marie Klitzke, M. Sc. , Madlin Weise, M. Sc.

[2] Mu, Y.
Entwicklung eines Kostenmodells zur simulationsbasierten Bewertung von Produktionssystemvarianten zur Herstellung von Betonmodulen
Diplomarbeit, Technische Universität Dresden, Professur für Technische Logistik, Betreuer: Marie Klitzke, M. Sc. , Madlin Weise, M. Sc.

[1] Long, Z.
Auswahl und Erprobung von Verfahren zur multikriteriellen Optimierung von Produktionssystem- sowie Beton-Modulvarianten
Diplomarbeit, Technische Universität Dresden, Professur für Technische Logistik, Betreuer: Marie Klitzke, M. Sc. , Madlin Weise, M. Sc.