E.G.J. Groen
Optimisation of maintenance strategies for belt conveyors in Rheinbraun's
lignite mines.
Masters thesis,
Report 2003.TL.6800, Transport Engineering and Logistics.
Zusammenfassung
Die von der RWE Rheinbraun AG betriebenen Braunkohletagebaue Garzweiler,
Hambach und Inden befinden sich in dem Gebiet zwischen den Städten
Köln, Düsseldorf und Aachen.
Die Förderung der Abraum- und Kohlemassen erfolgt sowohl innerhalb
der Tagebaue als auch zwischen den Tagebauen überwiegend mit
Gurtförderanlagen. Der Transport der Braunkohle von den Tagebauen zu
den Kraftwerken erfolgt mit Zügen (Garzweiler, Hambach) oder
Gurtförderanlagen (Inden). Die Jahresförderung beträgt
derzeit ca. 100 Mio. t Braunkohle und ca. 500 Mio. m3 Abraum. Es
sind ca. 250 km Gurtförderanlagen (Achsabstand) im Einsatz. Die
Transportleistung beträgt ca. 10 Mrd. tkm/a.
Die Gewinnung der Braunkohle- und Abraummassen erfolgt mit
Schaufelradbaggern. Die Förderleistung der Gurtförderanlagen ist
der Förderleistung der Gewinnungsgeräte angepasst.
Die Fördergurte repräsentieren einen bedeutenden Wert. Bei
annähernd 500 km in den Gurtförderanlagen eingebauten
Förderbändern und einer durchschnittliche Lebensdauer von vier
bis sechs Jahren betragen die jährlichen Kosten für Ersatz
ungefähr 35 Mio. Euro.
Die Fördergurte werden erheblich beansprucht: Die Größe
einzelner Fördergutbrocken kann bis zu 1 m3 betragen, die
Fallhöhen in den Übergabestellen betragen in den Bandanlagen bis zu
7 m, in den Schaufelradbaggern bis zu 12 m. Die durch diese
Schlagbeanspruchung verursachten Schäden an den Fördergurten
tragen wesentlich zur Verkürzung der Lebensdauer bei. Über die
Gurtschadenskosten hinaus entstehen durch Stillstände und
Instandsetzung hohe Folgekosten.
Die entstandenen Gurtschäden müssen regelmäßig
instandgesetzt werden, um ein weiteres Schadenswachstum, das zu
Störungen und Stillständen des Produktionsprozesses führen
würde, zu verhindern. Die Stillstandskosten werden auf 150.000 Euro
pro Schicht (8 Stunden) geschätzt.
Die Gesamtkosten für die Fördergurtinstandhaltung enthalten
Anteile für Personal, Geräte (Pressen, Kräne und
Ähnliches), Material und Produktionsstillstände. Die Gesamtkosten
betragen ein mehrfaches der 35 Mio. Euro jährliche Ersatzkosten. Die
Bereich der Fördergurtkosten liegt im Vergleich zu den Gesamtkosten
einer Gurtförderanlage bei 40% bis 70%.
Mögliche Ersparnisse in der Größenordnung von einigen Zehn
Mio. Euro jährlich sind durch Optimierung und Abstimmung aller
Instandhaltungsmaßnahmen erreichbar.
Ziel dieser Studie ist ein betriebswirtschaftlich optimiertes Vorgehen bei
der Fördergurtinstandhaltung zu finden.
Zur Optimierung bedarf es eines Kompromisses zwischen folgenden Zielen:
- Minimum der Instandsetzungskosten (Reparatur- und Ersatzkosten)
- Minimum der Stillstandkosten
- Maximum der Verfügbarkeit des Systems
Primäres Ziel dieser Arbeit ist es, ein
Fördergurtinstandhaltungsvorgehen zu finden, das auf die
Kostenminimierung des Tagebaubetriebs zielt.
Sekundäres Ziel ist die Gewinnung hinzukommender Daten wie
Gurtlebensdauer, durchschnittliche Gurtkosten, etc.
In der Literatur werden mehrere Instandhaltungsvorgehen ausgeführt.
Diese können in drei Gruppen eingeteilt werden: alterbedingtes,
zustandsbedingtes und zuverlässigkeitsbedingtes Vorgehen. Die
zuverlässigkeitsbedingtes Vorgehen sind die weitest entwickelten
Instandhaltungsvorgehen. Rheinbraun nutzt heute das zustandsbedingte
Vorgehen, jedoch für die drei Tagebaue in unterschiedlichem Maße.
Die Unterschiede ergeben sich aus einer unterschiedlichen Schwerpunktsetzung,
nämlich des Tagebaues Inden auf maximale Zuverlässigkeit, des
Tagebaues Garzweiler auf maximale Gurtlebensdauer und des Tagebaues Hambach
auf minimale Instandhaltungskosten mittels stationärer Instandsetzung.
Diese Unterschiede gründen sich auf lokale Gegebenheiten, und sind
nicht notwendigerweise Ausfluss betriebswirtschaftlichen Vorgehens. Die
Evaluation eines mehr betriebswirtschaftlich orientierten Vorgehens zur
Instandhaltung eines komplizierten Fördersystems erfordert ein
Computermodell wie das eines "discrete-event"-Simulationsmodells.
Ein "discrete-event"-Simulationsmodell für die Evaluation
mehrerer Fördergurtinstandhaltungsvorgehen wurde erfolgreich
entwickelt. Das Modell ist programmiert in Borland Delphi, eine
objekt-orientierte Programmiersprache. Das Programm hat eine graphische
Benutzerschnittstelle mit Windows-ähnlichem Aussehen. Das Programm
nutzt das Simulationstool Kontrolle- und "event"-Behandlungsmechanismus TOMAS. a
Dieses Simulationstool wurde von der Technischen Universität Delft
entwickelt und ist dort verfügbar.
Für die Zwecke der Demonstration und Überprüfung der
Möglichkeiten des Modells wurden einige Simulation-runs (Experimente)
durchgeführt. Ein Grundexperiment (Referenz) und elf Varianten sind
verfügbar für die Untersuchung der Effekte zu:
- den Schwellwerten für zustandsbedingtes Vorgehen,
- den Schadenswachstumsgeschwindigkeiten,
- der Häufigkeit der Inspektionsintervalle,
- der minimalen Ersatzlänge,
- der Zahl der benötigten Vulkaniseure.
Aufgrund der besten heute verfügbaren Schätzungen der
Input-Parameter wurden folgende Ergebnisse erzielt:
- die untersuchten Varianten zeigen Unterschiede von mehr als 100 Mio. Euro.
- Stillstandkosten sind die dominanten Kostenfaktoren (ungefähr 85%).
- Die Anwendung eines vorbeugenden Fördergurtinstandhaltungsvorgehens
erhöht die Kosten um 15%. Eine schadensbedingtes
Fördergurtinstandhaltungsvorgehen senkt die Kosten um 17%.
- Die Kenntnis der einem Inspektionsmodell zugrundeliegenden
Bedingungen, wie die des Schadenswachstums und die vergleichende
Darstellung mehrerer Entscheidungs-Optionen hinsichtlich
Zuverlässigkeit, Instandhaltungs- und Stillstandskosten.
- Die Effekte der Neugurtlänge auf die Gesamtkosten sind nicht
signifikant (±1%).
- Die Effekte der Anzahl verfügbarer Vulkaniseure auf die
Gesamtkosten sind nicht signifikant (±1%).
Die Experimente wurden ausgeführt mit geschätzten
Verteilungsfunktionen für Schadensauftrittfrequenzen, -abmessungen,
-positionen und -wachstum. Die Qualität des Outputs kann mit
zunehmender Verwendung von Verteilungsfunktionen, die aus Messdaten aus
der Praxis gewonnen wurden, verbessert werden. Es ist zu empfehlen diese
Messdaten in einer zentralen Datenbank zu sammeln.
Über eine verbesserte Datenbasis hinaus kann das Programm selbst noch
verfeinert werden:
- Modellierung des gesamten Tagebaus.
- Implementierung von entscheidungsunterstützenden Verfahren.
- Modellierung der Zusammenhänge von Fördergurt-Materialtyp
und Schadensauftrittsfrequenzen und -wachstum.
- Ersatz der heutigen Zufalls-Funktion für Reparaturkosten durch
eine Funktion, die auf realistische Kosten zurückgreift.
- Modellierung eines Schadensmechanismus für Verschleiß.
- Ersatz des heutigen einfachen Modells des Schadenswachstums durch
statistische Verteilungsfunktionen, die aus einer zentralen
Schadensdatenbank gewonnen wurden, oder, falls verfügbar, durch ein
Modell des tatsächlichen Schadenswachstums.
- Mit der Entwicklung eines Algorithmus zur Untersuchung der optimalen
Längen der Ersatzbänder mit ihren besten Start- und
Endpositionen im Fördergurt.
- Optimierung der Einsatzzeiten und Gruppenstärke unter
Berücksichtigung der nicht eingesetzten Vulkaniseure.
Weitere Optimierung kann erreicht werden mit der Entwicklung eines
"top-down" Optimierungsmodells für den gesamten Tagebau
und darin eingeschlossenen Simulationsmodellen für gesonderte
Geräte sowie Bandanlagen.
Reports on Transport Engineering and Logistics (in Dutch)
Modified: 2004.03.01;
logistics@3mE.tudelft.nl
, TU Delft
/ 3mE
/ TT
/ LT.