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2014 | Buch

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Projektierungspraxis Verarbeitungsanlagen

Planungsprozess mit Berechnung und Simulation der Systemzuverlässigkeit

verfasst von: Peter Römisch, Matthias Weiß

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Eingebunden in den komplexen Planungsprozess einer Anlageninvestition werden Berechnung und Simulation zur Bestimmung der Systemverfügbarkeit als außerordentlich bedeutsame Zuverlässigkeitskenngröße des Betriebsverhaltens von Verarbeitungsanlagen anwendungsbereit dargestellt. Vorwiegender Betrachtungsgegenstand ist dabei das Stoffsystem der Anlagenelemente. An typischen Anlagenbeispielen aus den Bereichen Lebensmitteltechnik, Textiltechnik, Pharmazie, sowie der branchenübergreifenden Verpackungstechnik können Vorbereitung und Realisierung einer Anlageninvestition und das Zusammenspiel von Auftraggeber, Auftragnehmer und Projektträger als Hauptakteure im Projektmanagement praxisgerecht nachvollzogen werden. In begrenztem Umfang sind ausgewählte Elemente des Projektmanagements, so beispielsweise die Vertragsgestaltung einbezogen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einführung

Zusammenfassung

Die schließlich realisierte Anlage ist immer ein Unikat, konzipiert und ausgeführt speziell für eine bestimmte Verarbeitungsaufgabe, die Herstellung bestimmter Produkte eines Auftraggebers (AG), eines Unternehmens der verarbeitenden Industrie.

Peter Römisch, Matthias Weiß

2. Planung von Verarbeitungsanlagen

Zusammenfassung

Je nach Größe und Spezialisierung der Projektierungseinrichtung – Betriebsabteilung, Ingenieurbüro – erfolgt die Planung durch unterschiedlich umfassendes Management auf Basis

spezifischer Planungsdokumente, Anforderungsprofil und Planungshorizont, der sich aus Unternehmensentwicklung und Planzielen ergibt
eines Logistikkonzeptes für die Anlage mit Produktionsprozessen, Materialflüssen, Informationsbeziehungen
interdisziplinären Wissens und individueller Lösungen
geeigneter Methoden wie dynamischer Simulation (Kap. 9) bestimmter Abläufe und Systemzustände und/oder analytischer Berechnung (Kap. 3, 5 und 8).

Peter Römisch, Matthias Weiß

3. Betriebsverhalten der Anlage und ihrer Elemente

Zusammenfassung

Das Betriebsverhalten der Anlagenelemente ist die Teileigenschaft ihrer Qualität, die nur bei ihrer zweckentsprechenden Anwendung sichtbar wird und nur dort hinreichend bestimmt werden kann. Es ist die Anwenderqualität, die sich unter den konkreten Einsatzbedingungen ergibt. Aus dem Betriebsverhalten der Elemente resultiert das Betriebsverhalten der Anlage.

Nach [1.7] wird für die Verpackungstechnik, besonders wegen der hohen Qualitätsanforderungen an Verbraucherpackungen, zusätzlich die Produktqualität als fünfter Bestandteil des Betriebsverhaltens einbezogen.

Die Produktqualität ist im Folgenden (Abschn. 3.2 und 3.3) bei der Quantifizierung von Produktivität und Zuverlässigkeit immer Voraussetzung der qualitätsgerechten Produktion und wird deshalb hier nicht als eigener Bestandteil behandelt.

Peter Römisch, Matthias Weiß

4. Dimensionierung – Auswahl der Ausrüstungen

Zusammenfassung

Zur Realisierung einer Verarbeitungsaufgabe stehen meist Maschinen und andere Ausrüstungen (MTA) mehrerer Hersteller/Anbieter zur Auswahl. Unterscheiden sich diese für vorliegende Aufgabe zunächst als geeignet erscheinenden MTA technisch nur geringfügig – bei mehreren Wettbewerbern mit ausgereiften Serienerzeugnissen oft der Fall –, so kann es aus technischer Sicht unerheblich sein, welcher Hersteller den Vorzug erhält.

Peter Römisch, Matthias Weiß

5. Strukturierung – technologische Struktur

Zusammenfassung

Als technologische Struktur einer stoffverarbeitenden Anlage wird die nach technologischem, ausschließlich funktionalem Gesichtspunkt erfolgte Schaltung der einzelnen MTA zueinander verstanden. Die Anlagenstruktur umfasst somit die zur Erfüllung der Verarbeitungsaufgabe in bestimmter Weise miteinander in Beziehung stehenden Hauptelemente (Maschinen, …) und die für deren Funktion erforderlichen Verkettungselemente.

Schwierigkeiten bereitet hierbei die Einbeziehung des Ausfallverhaltens der MTA als Grundlage der Vorhersage von Anlagenverfügbarkeit und tatsächlicher Anlagenproduktivität, den oft entscheidenden Vertragsgrößen zwischen AG und AN (Abschn. 11.5). Im Folgenden soll deshalb der Zuverlässigkeitsaspekt bei der Entwicklung von Anlagenstrukturen im Mittelpunkt der Betrachtung stehen.

Peter Römisch, Matthias Weiß

6. Gestaltung – räumliche Anordnung, Layout

Zusammenfassung

Die Darstellungen zu dieser wohl aufwändigsten Planungsphase werden auf die wesentlichsten Arbeitsinhalte und Methoden begrenzt. Zur Layoutgestaltung im Einzelnen wird weiter auf Literatur zu Betriebs- und Fabrikplanung verwiesen, z. B. [1.11, 1.17, 6.1, 6.2]. Darüber hinaus gibt [6.3] einen Überblick über bisherige Planungsmethoden und Entwicklungstrends.

Eine bisher ausgewählte oder zunächst in die engere Wahl gezogene Strukturvariante schließt die prozess- und maschinenseitige Koppelbarkeit der Anlagenelemente ein (in Abschn. 4.2 bis 4.3 untersucht), so dass jetzt die Aufgabe darin besteht, die MTA am günstigsten räumlich anzuordnen. Lässt das die Baulichkeit nicht ohne Weiteres zu – z. B. infolge zu geringer Tragfähigkeit der Geschossdecke, zu geringer Raumhöhe –, und kommen kostenaufwändige bauliche Maßnahmen nicht in Betracht, sind solche Fragen zu klären wie:

Peter Römisch, Matthias Weiß

7. Anlagenrealisierung

Zusammenfassung

Auf die Vorbereitungsphase des Investitionsvorhabens Verarbeitungsanlage, die mit dem Verbindlichen Angebot bzw. Vorprojekt endet, folgt nun die Realisierungsphase mit Ausführungsplanung und allen weiteren Aktivitäten bis zum Abschluss des Vorhabens.

Für die Erarbeitung der technischen Ausführungsdokumente muss der Projektträger über ingenieurtechnisches Fachwissen und Können, d. h. Engineering einschließlich Know-how auf entscheidenden Gebieten (neue Verfahren, hochproduktive Maschinen) verfügen, möglichst so umfassend, dass den potentiellen Interessenten einer Branche auch Komplettlösungen aus einer Hand angeboten und geliefert werden können.

Die Aktivitäten der Realisierungsphase erstrecken sich von der Projektleitung als technisch-wirtschaftliche Organisationsaufgabe über Vertragsgestaltung, Beachtung gesetzlicher Grundlagen, Basic- und Detail-Engineering bis zu Montage und Inbetriebnahme.

Peter Römisch, Matthias Weiß

8. Berechnungen zur Strukturierung

Zusammenfassung

Redundanzlose Reihensysteme (Bausteine a, c, Abb. 5.4) haben ausschließlich redundanzlose Kopplung der Elemente und diese entweder

keine interne Redundanz oder

infolge angrenzender Elemente oder Systeme keine systemnutzbaren Q_r-Stellbereiche.

Für die Systemproduktivität Q_r folgt aus KK 1.2, Gl. 5.3:

$$ \mathrm{Q_r = Q_{ri}} ;\quad \mathrm{i = 1, 2, \ldots , N} $$

(8.1)

Das System funktioniert nur, wenn alle Elementeproduktivitäten Q_ri(t) übereinstimmen. Bei fester Verkettung führt der Ausfall eines Elements sofort zu Systemausfall. Die System-Kenngrößen λ, β und V_T sind aus den Elemente-Kenngrößen (Abschn. 3.3.2) $ {{\lambda }_{\mathrm{i}}}$, $ {{\beta }_{\mathrm{i}}}$, V_Ti, $ {{\kappa }_{\mathrm{i}}}$ nach Markow [3.5] berechenbar:

Peter Römisch, Matthias Weiß

9. Simulation von Verarbeitungsanlagen

Zusammenfassung

Unter der Methode Simulation wird grundsätzlich die Nachbildung und Untersuchung der Realität unter Nutzung eines Modells verstanden. Im Kontext dieses Lehr- und Arbeitsbuches wird die abzubildende Realität auf Verarbeitungsanlagen und das Modell auf mathematisch basierte Rechnermodelle eingegrenzt. Die globale Zielstellung der Simulation ist hier primär in der Unterstützung des Planungsprozesses zu sehen. Vorbereitung, Durchführung und Auswertung der Simulation werden im Allgemeinen als Simulationsstudie mit Projektcharakter (siehe Abschn. 9.3) bearbeitet.

Die Modellierung der Verarbeitungsanlagen kann prinzipiell mit jeder ausreichend algorithmierbaren Beschreibungsform von Programmsprachen, über Tabellenkalkulation bis zu automatisierten, mathematischen Formelwerken erfolgen, wird aber insbesondere durch spezifische softwaretechnische Werkzeuge, den so genannten Simulationssystemen effektiv unterstützt.

Sowohl die in Abb. 9.1 und 9.2 aufgeführten als auch alle weiteren Simulationslayouts und Beispiele sind mit dem für Verarbeitungsanlagen branchenspezifischen Simulationssystem PacSi © IKA Dresden [9.1] erstellt. Dabei sollen jedoch nicht die Spezifika dieses Simulationswerkzeuges aufgezeigt und diskutiert, sondern die für alle technisch führenden Simulationssysteme repräsentativen Anforderungen und Eigenschaften neutral illustriert werden.

Peter Römisch, Matthias Weiß

10. Wirtschaftliche Aspekte

Zusammenfassung

Umfassende betriebswirtschaftliche Aufgaben der Anlageninvestition sind in der Regel dem Betriebswirtschaftler bzw. Wirtschaftsingenieur vorbehalten. Projektingenieur und Projektleiter werden sich aber mit solchen betriebswirtschaftlichen Kategorien zu befassen haben wie:

Planungszeitraum, Planungsaufwand, Planungskosten
Kosten und Nutzen des Investitionsobjektes
Controlling, hier vorwiegend: Ablaufsteuerung, Kosten-Fortschrittskontrolle.

Peter Römisch, Matthias Weiß

11. Vertragsmanagement

Zusammenfassung

Aufgaben des Vertragsmanagements eines Unternehmens, insbesondere der Vertragsgestaltung werden in der Regel verantwortlich von darauf spezialisierten Wirtschaftsjuristen wahrgenommen.

Anlagenprojektant und Projektleiter haben im arbeitsteiligen Prozess der Vorbereitung und Realisierung eines Investitionsvorhabens ihren ingenieurtechnischen Beitrag zur Vertragsgestaltung zu leisten und das Vorhaben auch hinsichtlich der vertraglichen Bedingungen in der Projektabwicklung zu begleiten.

Folgende Ausführungen können dem Projektingenieur und Projektleiter nur einen Überblick über Vertragsformen, Vertragsgestaltung, wesentliche Inhalte von Liefer- und Leistungsverträgen sowie einige Feinheiten geben. Angegebene Literaturquellen erleichtern den weiteren Einstieg in diese wirtschaftsjuristische Kategorie.

Das Vertragsmanagement als Teil des Projektmanagementsystems des Unternehmens steht mit den anderen Elementen mehr oder weniger in Beziehung (Abb. 1.1, Abschn. 1.1), da mit dem Vertrag schließlich die Leistungserbringung des Projektträgers vorbereitet und durchgesetzt wird.

Planungs- und Realisierungsprozesse sind dynamische Prozesse, die immer wieder an sich ändernde Bedingungen anzupassen sind. Das gilt besonders für Änderungs-, Nachforderungs- und Konfigurationsmanagement, weshalb bei allen Aktivitäten des Vertragsmanagements immer der Zusammenhang mit diesen Elementen zu beachten ist, von der Vertragsgestaltung bis zur vollständigen Leistungserbringung.

Peter Römisch, Matthias Weiß

Backmatter

Titel: Projektierungspraxis Verarbeitungsanlagen
verfasst von: Peter Römisch
Matthias Weiß
Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden
Electronic ISBN: 978-3-658-02359-1
Print ISBN: 978-3-658-02358-4
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-02359-1

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