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Analyse eines neuartigen Horizontalkrankonzepts für

1. aE HE t omm a aaee Abb 4 4 Erstellung eines Modell Layouts in Verdigo der Anzahl und Lange der Reihen sowie der Anzahl der Containerlagen Uber die Angabe des F llgrades wird eine zuf llige Belegung erzeugt Da bei der vorliegenden Modellie rung von expliziten Stau und Stellplatzpl nen abstrahiert wurde Abschnitt und damit nur gefordert wird dass ein bestimmter Containerslot vorhanden nicht jedoch unbedingt frei ist entsprechen die im Typ Stack vorgenommenen Abstraktionen denen des Containerterminalmodells Templates zur Definition von Komponenten als Submodell Verdigo bietet die M glichkeit Komponenten die aus mehreren einzelnen 3D Objekten bestehen als Template zusammengefasst zu definieren und diese Templates in Form eines Submodells ein oder mehrfach im Modell Layout zu verwenden ISLbl 46 4 4 Abbildung der Stau und Stellplatzplanung Bei der Erstellung des Containerterminalmodells werden unter anderem alle Krane in Form von Templates modelliert da dort jeweils verschiedene 3D Modelle als Teil einer Komponente gemeinsam eine Einheit bilden Am Beispiel des Portalkrans Abb sollen hier die Definition und Verwendung eines Templates gezeigt werden Templates werden in Verdigo auf der Basis eines 3D Objektes angelegt Im Hauptmodell kann sp ter das Template also hier das Portalkran Template an Stelle des einfachen 3D Modells verwendet werden F r den Portalkran bildet der Kranrahmen ohne jeg
2. Herrn Johannes G bel der mir eine Vielzahl von Fragen zu Simulation Desmo J und LaTeX mit gro er Expertise und viel Geduld beantworten konnte Meinem Kommilitonen Felix Kl ckmann mit dem ich die letzten Monate den Diplo mantenraum geteilt habe und der mir zu dieser Zeit St tze und Motivation war iii Inhaltsverzeichnis Einleitung Horizontalkrankonzept 2 1 Bestehende Containerterminal Architekturen 2 1 1 Die Berthing Area 2 1 2 Die Stacking Area 2 1 3 Bereich des terminalinternen Containertransports 2 2 Architektur der Horizontalkrankonzepts 3 Simulation 3 1 Wahl des Simulationswerkzeugesl 3 2 EIS eos ee eta 4 Entwurf des Beispielterminals 4 1 Systemanalyse 4 1 1 Identifikation der zu modellierenden Betriebsmittell 4 1 2 Gew hlte Abstraktionen 4 1 3 Modellgrenzen Dimensionen und Parameter 4 2 Dimensionierung des Modells 4 3 Eingesetzte Werkzeuge 4 4 Abbildung der Stau und Stellplatzplanung 4 4 1 Modellierung von 3D Modellen mit AC3D 2 2 4 4 2 Erstellung des Modell Layouts in Verdigol 4 5 Anordnung der Modellkomponenten in Verdigol 2 22 22 4 6 Beschreibung der Modell Layoutdatei 10 13 14 19 20 25 31 31 32 32 34 36 38 39 42 44 48 50 Inhaltsverzeichnis
3. bergabe von zum Beispiel Modelldateien mehr n tig BK08 Vergleich der Erstellung einer Animation in Plant Simulation und Golem 3D Sowohl Plant Simulation als auch Golem 3D erlauben die Animation eines Simulations modells in einem dreidimensionalen Raum Die Animation in Golem 3D kann bei der 23 3 Simulation vorliegenden Modellierung durch die Wiedergabe einer w hrend der Simulation erstell ten Animationsdatei realisiert werden Die Animation in Plant Simulation erfolgt direkt durch die Simulation in einem 3D Simulationsmodells Die Vorteile einer Nutzung von Plant Simulation bestehen darin dass bei der direkten Modellierung des 3D Simulationsmodells die Br che zwischen den einzelnen Program men sowie das Einlesen und die Ausgabe von Modell und Animationsdateien wegfal len F r die Nutzung von Golem 3D spricht neben der fachlichen Expertise auf die bei der Betreuung durch das ISL zur ckgegriffen werden kann dass dort zahlreiche Komponen ten f r die Animation von Containerterminals schon vorhanden sind Es m ssen nur noch die f r das Horizontalkrankonzept spezifischen Betriebsmittel Flat und Lifting Trolley sowie die Low Frame Bridge grafisch modelliert werden Als Eigenentwicklung des ISL ist Golem 3D dort zur Nutzung bereits vorhanden Die ausgew hlten Werkzeuge Die Wahl der Simulations und Animationswerkzeuge f r die vorliegende Modellierung f llt auf Desmo J und Golem 3D Neben den Kenntnissen au
4. lichkeiten nach Art der Parameter gruppiert und zu einer Registerkarte zusammengefasst Abb 62 j Eingabe der Modellparameter lelos py General I Experiment Parameters Lanes amp Trolleys Strategies Ship Arrivals amp Departures Orders Technical Specifications Stochastics l l Please set the Paths and Files for the model input and output data Model Input File model files modell objects ani search Ani Output File model files output ani search w Generate Animation File Extra ani File model files extra ani search The extra ani must be inside the model folder Excel Output File model files output xis search defaultParameters xml search Start Simulation save Scenario load Scenario Abb 6 1 Parametereingabe iiber die Benutzerschnittstelle 6 1 2 Interne Repr sentation des Eingabeobjetes Alle Eingaben der Parametrisierung werden intern auf ein einzelnes Objekt der Klas se ParameterSingleton abgebildet Dort werden sie in Form eines jDom Dokumentes Abschnitt 4 6 vorgehalten Diese Modellierung erm glicht eine Hierachisierung der Ein gaben bez glich der Art und Abh ngigkeiten der Parameter in der Baumstruktur des jDom Objektes Zu Beginn der Simulation wird dieses Objekt als die Gesamtheit al ler vorgenommenen Parameter Einstellungen dem Simulationsmodell bergeben Die so 76 6 1 Parametereingabe vorliegenden Werte k nnen aus dem jDom
5. Aufgrund der enorm l ngeren Ladezeit gegen ber dem Referenzmodell ist das Horizon talkrankonzept in der vorliegenden Modellierung nicht geeignet eine Alternative gegen ber bestehenden Containerterminal Architekturen zu bieten Die Experimentdatei ist der Arbeit unter den Namen vollerWochenplan xls beigef gt Die Excel Dateien zu den einzelnen Experimenten liegen der Diplomarbeit in elektronischer Form bei 97 7 Auswertung des Horizontalkrankonzepts 7 2 Annahme von Tandem Lift Im Prasentationsfilm der Firma ZPMC sind alle Betriebsmittel des Container terminals auf den parallelen Transport zweier 40 ft Container gleichzeitig ausgelegt Das bedeutet dass die Conteinerbr cken mit zwei Spreadern ausger stet sind die beide ber ein eigenes Hubwerk verfiigen und zwei Container gleichzeitig auf ein oder von einem Containerschiff laden k nnen Die Flat Trolleys und die Terminal Chassis haben beide die doppelte Breite und die Lifting Trolleys k nnen zwei Container in einem Arbeits schritt synchron zwischen Flat Trolleys und Terminal Chassis umladen Ebenso verf gen die Portalkrane ber zwei unabh ngige Katzen die jeweils ein eigenes Hubwerk mit Spreader besitzen Unter der Pr misse dass die Stellplatzplanung in der Lage ist einen entsprechenden Vorstau zu leisten und der Abstraktion der dadurch entstehenden Mehrarbeit sowie der Vernachl ssigung der weiteren Fahrwege durch breitere Querspuren kann angenomm
6. WIKIPEDIA Feederschiff http de wikipedia org wiki Feederschiff Abruf 28 10 09 12 30 Uhr ZPMC Homepage http www zpmc com Abruf 25 9 09 14 40 Uhr ZPMC The Environmentally Friendly Automated Container Yard Stacking System Pr sentationsfilm ZPMC The Environmentally Friendly Automated Container Yard Stacking System Introduction of Changxing Island Experimental Demostration Area Prasentationsfilm XVII Abbildungsverzeichnis 2 1 Aufbau eines Containerterminals am Beispiel des CT Altenwerder modi Goof ne a a a ne ee hm we a 6 ln ek ge ae ee ee ae 2 3 Abstrahiertes Schiffstellplatzsystem Sch89 S 16 7 bee IS a Bic ie he Bia RS ee ED ee ee eS ek 8 2 5 Zwei Katz Containerbr cke mit Laschplattform Sch08 5 206 10 2 6 Portalkran auf einem Containerblock Infll 2 222 m 2 nn nn 11 2 7 Straddle Carrier Konl 2 22 oo oo ln 14 2 8 Automated Guided Vehicle HHLall 2 2 Co oo Eon nn 14 2 9 Low Frame Bridge 28 8 4 2 000 ache Ge Br a ee ee 15 2 10 Dar Trolley und Lifting Trolley io eae 2 a Mee ted Aw rien 15 2 11 Ein Lifting Trolley setzt Container auf einem Chassis ab 16 3 1 Verh ltnis von System Modell und Beobachter ver ndert aus PKO5 5 9 20 3 2 Klassifikation von Plant Simulation und Desmo J ver ndert aus PK05l 21 3 3 Beispielmodellierung in Plant Simulation 2 2 22 22 23 3 4 Aufbau der Klassenstruktur von Desmo J PK0
7. beim Feeder F 480 und 31 beim Feeder F 670 verk rzt Die gr eren Containerschiffe haben jedoch eine l ngere reine Ladezeit Beim Typ M 1600 um 40 beim Typ J 2400 um 59 und beim Typ J 3000 um 41 Das schnellere Be und Entladen der Feederschiffe erkl rt sich dadurch dass sie relativ zu der Anzahl ihrer Container lange Referenzladezeiten besitzen von vielen Contai nerbr cken bedient werden und die Dimensionierung der Low Frame Bridge und ihrer Betriebsmittel f r alle Schiffe gleich ist F r die absoluten Ladezeiten des Wochenplans gegen ber dem Referenzmodell also unter Nichtber cksichtigung versp teter Anfangs zeiten durch l ngere Ladezeiten der vorherigen Containerschiffe eines Liegeplatzes ergibt sich eine l ngere Ladedauer von 80 Die Auswertungsdatei zu diesem Experiment liegt unter dem Namen TandemLiftFesteStackzuordnung xls vor 7 2 3 Untersuchung eines Szenarios mit ver nderten Flat und Lifting Trolley Geschwindigkeiten F r die Modellierung des Containerterminal Modells liegen keine technischen Spezi fikationen des Flat und Lifting Trolleys sowie des Terminal Chassis vor Die Werte f r die Fahrgeschwindigkeiten dieser Komponenten sowie der Hub und Drehgeschwin digkeit des Lifting Trolleyspreaders werden gesch tzt Diese Werte liegen als Default Werte zur Szenario Parametrisierung vor und werden bisher in allen diskutierten Sze narien verwendet Sie werden mit 18km h als Fahrgeschwindigkeit f r Fl
8. landseitiger Verkehr am Gate zur langen Bindung einer Kran Ressource f hren kann 4 6 Beschreibung der Modell Layoutdatei Das Abspeichern eines Modell Layouts in Verdigo erzeugt eine Reihe von Dateien die neben der M glichkeit das Layout wieder in Verdigo zu laden eine Ansicht in Golem 3D erlauben Au erdem wird eine XML Datei die alle Modell Komponenten mit ihren Bezeichnern und definierten Attributen enth lt angelegt Die erweiterbare Auszeichnungssprache xMI dient der strukturierten Gliederung von Texten und Daten Ull09 Kap 15 Sie definiert den formalen Aufbau von Dokumenten als Baumstruktur und erm glicht Dank ihrer Erweiterbarkeit die eigenst ndige Forma tierung von Daten und ihren Attributen Die Typisierung von Daten geschieht dabei ber die Elemente des Baumes durch ein Einschlie en in eckige Klammerr Uber den Typ der Daten also den Namen des sie umschlie enden Elements ergibt sich beim Auslesen wie mit ihnen verfahren wird Die durch ein Element beschriebenen Daten k nnen ent weder aus einer Zeichenkette bestehen oder ihrerseits rekursiv Datenelemente enthalten Weiterhin k nnen Elemente ber Attribute genauer bestimmt werden Diese besitzen einen Bezeichner und einen Wert XML Dateien die f r eine Darstellung in Golem 3D vorgesehen sind tragen die Endung ani Eine vollst ndige Definition der verwendbaren Elemente findet sich in der Golem IXML engl Extensible Markup Language eng
9. 7 2 2 Untersuchung eines Szenarios mit fest zugewiesenen Lagerbl cken In den bisherigen Szenarien wurde davon ausgegangen dass die Im und Exportauftr ge eines Containerschiffes zwischen einer Containerbr cke und einem beliebigen Stack im Yard durchgef hrt werden Die Annahme eines st rkeren Vorstaus der alle auf ein Schiff zu transportierenden Container in bestimmten Bl cken des Yard vorh lt erscheint jedoch durchaus realistisch Deswegen wird ein Szenario untersucht in dem alle seeseiti gen Im und Exportauftr ge ausschlie lich sechs dem Liegeplatz am n chsten gelegenen Stacks umfassen Ziel dieses Experimentes ist es herauszufinden in wieweit die k rzeren auf der Low Frame Bridge zur ckzulegenden Wege und die Reduzierung der gegensei tigen Blockierung von Flat Trolleys die parallel zwei Schiffe be und entladen Einfluss auf die Effizienz des Modells haben Dazu wird das Tandem Lift Szenario derart modifi ziert dass die Containerslots der Transportauftr ge eines Schiffes nur ber die acht dem Liegeplatz am n chsten gelegenen Stacks verteilt generiert werden 100 7 2 Annahme von Tandem Lift Auswertung des Szenarios mit fest zugewiesenen Lagerbl cken Die Festlegung der seeseitigen Transportauftr ge auf einen bestimmten nahe gelegenen Bereich f hrt zu einer erheblichen Verk rzung der Schiffsladezeiten Die reinen Ladezei ten der Feederschiffe sind hier gegen ber dem Referenzmodell um durchschnittlich 27
10. Dann werden die Oberfl chen der einzelnen Teilobjekte entsprechend der Teile eingef rbt die sie abbilden und mit einer Textur versehen die dem Material aus dem sie bestehen n mlich Stahl nachempfunden ist Abb 4 2 Die Modellierung der brigen neu zu erstellenden 3D Modelle geschah analog 42 4 4 Abbildung der Stau und Stellplatzplanung Front xy Left zy ie a u 9 Set Surface type A Inivis AC3D elem File Edit Views Object Surface Vertex Orth 3D Tools Help Select All None Dup Cut Copy Paste Flip x v 2 50 200 10 10 Subdiv Subdiv eo Nothing selected x0 00Y 3302 1 50 SE gt Camera View Orth a Cle iy x y z 1 Camera View Orth i jo fb m ID beyz Mave ta Visibility Hide Unsel N Li Object name W Gridsnap IV Select through Abb 4 2 Modellierung des 3D Objektes eines Lifting Trolleys in AC3D 43 4 Entwurf des Beispielterminals 4 4 2 Erstellung des Modell Layouts in Verdigo Der 2D Editor Verdigo dient der Anordnung von Modellkomponenten im dreidi mensionalen Raum Das ist insofern sinnvoll als dass Desmo J kein eigenes Raumkonzept besitzt ber das sich Gr e Lage Ausrichtung und Anordnung von Modellkomponen ten beschreiben l sst Das in Verdigo erzeugte Modell Layout l sst sich in Golem 3D betrachten Es ist eine im Aufbau vollst ndig
11. in dem das Horizontalkrankonzept illustriert wird ZPMb Dort werden jeweils Containerbl cke mittig durch die Spur eines Terminalchassis unterbrochen Beide Bl cke werden inklusive der Spur von zwei Portalkranen komplett berspannt und bilden so als Doppelblock eine Einheit Die Containerbl cke des Simulationsmodells wurden analog dazu abgebildet Jeder Block besteht aus 6 nebeneinander liegenden Reihen von Containern die je 26 40ft Boxen lang und bis zu 4 Lagen hoch sind Damit besitzt jeder Block eine Kapazit t von 6 Reihen x 26 Stapel x 4 Lagen 624 Slots Ein Doppelblock hat damit eine Kapazit t von 1248 Boxen Zielt man dann auf eine mittlere Auslastung des Stacks von 70 ab so erh lt man eine Kapazit t von 1248 Slots x 0 7 873 6 Slots 36 4 2 Dimensionierung des Modells Ausgehend vom oben genannten mittleren Gesamtstellplatzbedarf von 15 410 ergibt sich 15 410 Gesamtstellplatzbedarf 873 Slots 17 65 Doppelbl cke also 18 Doppelbl cke um das Modell hinreichend gro zu dimensionieren Die Doppelbl cke werden in Analogie zum ZPMC Film ZPMb mit zwei schienengef hr ten Portalkranen modelliert die zum einen das Terminal Chassis be und entladen und zum anderen zwischen Stack und dem an der Stirnseite des Stacks gelegenen Gate Co natiner bei landseitigen Im und Exporten umschlagen Die Berthing Area wird mit drei Liegepl tzen ausgestattet an denen je nach Schiffsgr e bis zu acht Containerbr cken g
12. ngig von einander beweglichen Spreadern engl auch Feeder Feederschiff kleines Container schiff das f r das Containerterminal als Zubringer dient und auch kleinere und Binnenterminals anfah ren kann Teil des Horizontalkrankonzeptes Schlitten der sich ber eine Horizontalspur der Low Frame Bridge be wegt und Container transportiert engl Portalkran Kran der in einen Containerblock der Stacking Area Container ein und auslagert engl Tor Anlage zum be und entladen der land seitig angebundendne Transportmittel LKW und Ei senbahn engl Quay Crane Hafenkran zum be und entladen von Schiffen hier synonym zu Containerbr cke ver wendet Glossar Katze Laschen Laschplattform Laufkatze Lifting Trolley Low Frame Bridge Portalkran Prestacking Reach Stacker siehe Laufkatze Entfernen der Transportsicherungen wie Twist Locks von eingeschifften Containern Arbeitsebene auf Zwei Katz Br cken sie bildet den bergabepuffer zwischen den beiten Laufkatzen und dient gleichzeitig als Arbeitsbereich f r das Laschen engl Trolley Krankomponente die sich entlang einer horizontalen Achse bewegt und ber die der Absetzer des Krans bewegt wird Teil des Horizontalkrankonzeptes kleiner Kran der sich auf einer Spur der Low Frame Bridge bewegt und dort Container von Flat Trolleys auf Chassis bzw umgekehrt uml dt Teil des Horizontalkrankonzeptes unterhalb des landseitigen bergabebereichs
13. ngigen Dateien zwischen unterschiedlichen Systemen portierbar sein Deshalb werden alle Da teipfade nach der Dateiauswahl zu relativen Pfaden konvertiert 6 1 4 Parametrisierung des Experiments Die L nge eines Simulationslaufes in Desmo J l sst sich ber die Angabe des Start und des Endzeitpunktes eines Experimentes spezifizieren Au erdem ist es m glich einen Trace zu erzeugen der nach Zeitpunkten geordnet alle Ereignisse des Schedulers ent h lt Dazu geh ren die Aktivierung und Passivierung von Prozessen die Ausf hrung von Kooperationsobjekten und alle Ereignisse Eine weitere Ausgabe die f r ein Experi ment definierbar ist stellt die Debug Periode dar Diese Zeitabschnitte sind jeweils mit ihren Start und Endzeitpunkten spezifizierbar F r ihre Parametrisierung wurde jeweils ein formatiertes Textfeld bereitgestellt das ausschlie lich die Eingabe rationaler Zahlen erlaubt um so Fehleingaben im Vorwege auszuschlie en Dieses wurde nicht nur f r das Experiment sondern f r alle Eingaben von Zeitpunkten in Felder des Benutzerinterfaces so realisiert Abschnitt Zeile 3 17 78 6 1 Parametereingabe 6 1 5 Parametrisierung von Modelldaten Die Eingabe von Modellparametern untergliedert sich in den Aufbau der Low Frame Bridge die Auswahl einer Steuerung f r den Modelleintritt die technische Spezifikation der eingesetzten Ger te und die Belegung von Werten f r stochastische Prozesse F r alle vier Kategorien
14. ufe durch Simulationsprozesse 5 2 Steuerung modellinterner Abl ufe durch Simulationsprozesse Alle persistenten Betriebsmittel des Containerterminals die am Containertransport be teiligt sind wurden als SimProcess modelliert Dazu wurde f r alle unterschiedlichen Ger te jeweils ein eigener von SimProcess abgeleiteter Typ definiert Dieser enth lt in seiner lifeCycle Methode alle Aktivit ten die seinen Anteil am Transport ausma chen inklusive der Interaktionen mit anderen Modellkomponenten Die Simulationsprozesse bilden das Verhalten der jeweiligen Komponente in ihrer Steue rung ab Bei ihrer Erzeugung im Simulationsmodell wird den Prozessen im Konstruktor jeweils explizit die ID ihrer Komponente aus dem Verdigo Layout bergeben Dabei wird wiederum ein ihnen entsprechendes ModelComponent Objekt angelegt das die Position und Bewegung der Komponente im Raum des Modells kapselt Ihnen entsprechend be deutet dass ein ChassisProcess eine ChassisComponent und ein QuayCraneProcess eine QuayCraneComponent anlegt usw 5 2 1 Modellkomponenten zur Kapselung konkreter Positionen und Bewegungen Diese Modellkomponenten bilden die Schnittstelle zwischen den Simulationsprozessen und der Animationsausgabe Sie kapseln au erdem die konkrete Position und die Art und Weise wie Bewegungen der Komponente und ihrer Subkomponenten zwischen zwei Punkten auf dem Containerterminal stattfinden Dazu wurde zun chst die abstrakte Oberkl
15. werden vom Auftrags Allokator auf eine SystemEntranceCondition gepr ft in der verschiedene je nach Auftragstyp unterschiedliche Teilbedingungen erf llt sein m ssen Im Kern ist es erforderlich dass alle f r den Transport n tigen Ressourcen verf gbar sind F r alle Auftragstypen muss sichergestellt sein dass der zugeh rige StackingProcess und damit auch seine mit ihm verbundenen Chassis und GantryCraneProzesse ver f gbar sind F r einen Restacking Auftrag ber zwei Containerbl cke m ssen beide Stacking Prozesse frei sein Bei den seeseitigen Im und Export Auftr gen muss zus tz lich der beteiligte QuayCraneProcess verf gbar sein Im Falle der Parametrisierung der Steuerungsregel als Strikte Ordnung an den Containerbr cken wird dar ber hinaus gepr ft ob der Auftrag der erste in der Warteschlange an der Containerbr cke ist 65 5 Aufbau der Modellsteuerung in Java mit Desmo J Handelt es sich beim Transportauftrag um einen seeseitigen Im oder Export oder einen Restacking Auftrag ber zwei Lagerbl cke muss zus tzlich die Verf gbarkeit eines Flat Trolleys berpr ft werden W hrend alle brigen Modellkomponenten an h chstens einem Transportauftrag zur Zeit beteiligt sind k nnen auf der Low Frame Bridge mehrere Containertransporte gleich zeitig durchgef hrt werden Diese werden zum einen auf die verschiedenen Horizontal spuren verteilt wobei kein weiterer Synchronisationsaufwand n tig ist da
16. 1 Bestehende Containerterminal Architekturen Die gr eren Containerschiffe fahren weltweit H fen an Seit Beginn der Containerschift fahrt wurden stetig gr ere Schiffe mit h herer Kapazit t entwickelt Sie stellen damit auch zunehmend h here Anforderungen an die Wassertiefe der Containerh fen und Was serwege Das aktuell gr te Containerschiff ist die Emma Maersk mit einer gesch tzten Kapazit t von 14 500 TEU Wikal Containerbr cken An Land stehen den Containerschiffen zum Be und Entladen Containerbr cken gegen ber Abb R 5 Diese gro en Flurf rderzeuge sind schienengebunden und k nnen so entlang der Kailinie parallel zum zu l schenden Containerschiff bewegt werden Die Tr ger einer Containerbr cke berspannen seeseitig ein vor Anker liegendes Con tainerschiff und landseitig einen Abstell oder bergabebereich f r Container Auf dem Br ckentr ger befindet sich der Fahrerstand Zudem ist dort noch eine Laufkatze ange bracht die mit einem Spreader einem Heberahmen f r den Container diese anheben absenken und zwischen Schiff und landseitigem Container bergabebereich transportie ren kann Sch08 Die Gr e einer Containerbr cke wird davon bestimmt f r welchen Einsatz sie ange schafft wurde Sie muss dabei eine ausreichende H he haben um alle von ihr zu bearbei tenden Containerschiffe so zu berspannen dass oberhalb eines voll beladenen Schiffes noch gen gend Raum zum Bewegen der La
17. 45 m min Die Trolleygeschwindigkeit und die Fahrgeschwindigkeit werden unver ndert mit 100 m min bzw 120 m min bernommen 37 4 Entwurf des Beispielterminals F r die zentralen Komponenten des Horizontalkrankonzeptes liegen keine technischen Spezifikationen vor Deshalb m ssen einige Werte gesch tzt werden Dabei werden die Geschwindigkeiten der Terminal Chassis und der Flat Trolleys mit 18km h angenom men F r den Lifting Trolley werden Fahrgeschwindigkeiten von 60 m min Hubgeschwin digkeiten von 50 m min und eine Dauer f r das Drehen eines Containers um 90 Grad von 5s zu Grunde gelegt F r das Aufnehmen und Absetzen eines Containers werden ebenfalls je 5s veranschlagt Bei der Verwendung des Simulationsmodells sollte dringend berpr ft werden ob sich diese Werte durch technische Spezifikationen oder bessere Sch tzungen ersetzen lassen 4 3 Eingesetzte Werkzeuge Das Vorgehen bei der Modellerstellung Durchf hrung von Simulationsexperimenten und Animation der Simulationsergebnisse l sst sich in f nf Schritte unterteilen bei denen jeweils verschiedene Programme eingesetzt werden Abb 4 1 e Erstellung von 3D Komponenten in AC3D Es werden 3D Komponenten model liert die in der Animation Komponenten des Realsystems repr sentieren e Design eines Modell Layouts mit Verdigo Dabei werden f r alle Komponenten Po sition und Ausdehnung in einem dreidimensionalen Koordinatensystem festgelegt und die dazu
18. DESMO J mit Plant Simulation anhand eines Schleusenbeispiels Projektausarbeitung 2008 CONTAINERPORTAL DE Die verschiedenen Containertypen http www containerportal de content containertypen htm Abruf 30 10 09 16 00 Uhr DESMO J Homepage http desmoj sourceforge net home html Ab ruf 4 12 09 XIII Literaturverzeichnis ECT Fle08 GDV Gie04 Goo Gota Gotb Har02 HHLa HHLb XIV ECT Europe Container Terminals ECT Delta Terminal www ect nl frames asp currentItemCode 2_1 amp newwindow 0 amp subNav false amp currentServiceID null amp currentPageID 22 Abruf 8 10 09 16 30 Uhr FLECKS Joachim Wettbewerbsfaktor Terminalkapazit ten Neue Prognosen f r die Containerschifffahrt In HypoVereinsbank Global Shipping Division Februar 2008 GDV Containerhandbuch Fachinformationen der deutschen Transportver sicherer http www containerhandbuch de chb stra index html chb stra stra_01_03_01_02 html Abruf 27 10 09 15 00 Uhr GIEMSCH Peer Containerumlade und Stapelprobleme Universit t Karlsruhe Institut f r Anwendungen des Operations Research 2004 Google Earth Internet http earth google com intl de Abruf 6 12 09 20 00 Uhr GOTTWALD Automated Guided Vehicles AGV die Zukunft hat bereits begon nen http www gottwald com gottwald site gottwald de products Abruf 28 9 09 16 00 Uhr GOTTWALD Port Technology G Automated Cont
19. Identifikation der zu modellierenden Betriebsmittel Die Kernkomponenten des Horizontalkrankonzeptes sind die Low Frame Bridge auf der Flat und Lifting Trolleys arbeiten sowie Terminal Chassis die Container zwischen der Low Frame Bridge und den Portalkranen im Stack transportieren Als dynamisch inter agierende Systemkomponeten sind davon die Trolleys und die Terminal Chassis abzu bilden die Low Frame Bridge wird der Anschaulichkeit halber jedoch in der Animation sichtbar sein Die brigen dynamischen Modellkomponenten sind die Containerbr cken und die Portalkrane welche Container in einem Lagerblock ein und auslagern Daneben gibt es LKW und Containerschiffe die f r den Containertransport im System Au en grenzen bilden und Lagerbl cke die einen Containerslot als Start bzw Endpunkt f r jeden Transportauftrag bereitstellen 4 1 2 Gew hlte Abstraktionen Entscheidend bei der Modellierung eines Systems ist die Wahl eines angemessenen Ab straktionsgrades Pag91 S 10f Dabei m ssen bez glich der zu Grunde liegenden Fra gestellung nicht nur die zu modellierenden Elemente des Originals also des Ausgangs systems ausgemacht werden Abschnitt 4 1 1 sondern auch die relevanten Merkmale derselben Bei der Untersuchung des Horizontalkrankonzeptes liegt das Hauptaugenmerk auf der Interaktion der unterschiedlichen Betriebsmittel Damit sind der Transport von Contai nern durch das System sowie der zur ckzulegende Weg und die b
20. Objekt als XML Dokument gespeichert und geladen werden Dabei entspricht eine gespeicherte XML Datei Abschnitt A 2 einer ge nauen Repr sentation des Datenobjektes der Parametereingabe so dass die gespeicherte Szenariodatei aus sich heraus gut verst ndlich ist und in einem XML Editor manipu liert werden kann Ein Nachteil dieser Variante ist allerdings dass alle Werte in Form von Zeichenketten Strings bergeben werden m ssen so dass bei dieser Modellierung ein Zusatzaufwand durch Typumwandlungen entsteht Zu Beginn der Eingabe werden alle Kennziffern des Modells mit Standardparametern belegt Sie ersparen dem Benut zer des Modells die Belegung von Werten die er bernehmen kann insbesondere die der Modellpfade und technischer Parameter Um mehrere hnliche Parametrisierungen zu untersuchen speichert das Programm die getroffenen Einstellungen automatisch als letzten Simulationslauf Dieser kann geladen und dann entsprechend modifiziert wer den 6 1 3 Parametrisierung der Modelldateien Bei der Eingabe der Modellparameter sind auf der ersten Registerkarte die Input und Output Dateien mit ihren Pfaden zu hinterlegen Abschnitt A 2 Zeile 18 25 Dort muss zun chst die Modelldatei spezifiziert werden in der sich das in Verdigo erstellte Layout befindet Des weiteren m ssen Pfad und Name der Animationsdatei angegeben wer den die nach dem Simulationsexperiment eine Darstellung in Golem 3D erlaubt Da die Erzeugung einer Anim
21. Vorbereitung der brigen Auftr ge Die Container werden in ihrer Abholungsreihenfolge vorgestaut und in die passenden Bereiche des Yards ge bracht Die Systemgrenzen sind dementsprechend genau die Punkte die den Start bzw das Ende eines Transportauftrages darstellen Das sind zum einen die Containerterminal Au engrenzen landseitig die LKW an den Gates und seeseitig die bergabepunkte der Containerbr cken auf den Schiffen Zum anderen sind es innerhalb des Terminals die bergabepunkte in den Containerbl cken der Stacking Area Das zu erstellende Modell soll mit weitreichenden Parametrisierungsm glichkeiten ver sehen werden um mit m glichst vielen unterschiedlichen Versuchsaufbauten zu experi mentieren und diese bez glich ihrer Leistungsf higkeit gegeneinander abzuw gen Dabei 34 4 1 Systemanalyse lassen sich verschiedene Typen von m glichen Parametrisierungen unterscheiden e Parametrisierung des Modellaufbaus Es soll m glich sein das Horizontalkrankon zept mit unterschiedlich vielen eingesetzten Betriebsmitteln an der Low Frame Bridge zu untersuchen Dazu soll zum einen die Anzahl der eingesetzten Horizon talspuren w hlbar sein Es sind bis zu vier parallele Spuren m glich Zum anderen soll f r jede Spur die Anzahl der darauf arbeitenden Flat und Lifting Trolleys einstellbar sein dabei sind bis zu vier Flat und acht Lifting Trolleys m glich e Wahl technischer Parameter Es ist sinnvoll den Aufbau de
22. dem Umpacken zwischen Chassis und Flat Trolley mit einem Lifting Trolley Auch hier werden zun chst 62 5 4 Aufbau des Systemzugangs alle Betriebsmittel mit Ausnahme des Flat Trolleys reserviert und dann sukzessive wie der freigegeben Landseitige Transportauftr ge Landseitige Transportauftr ge finden immer zwischen einem Stack und dem LKW Gate an seiner Stirnseite statt Dabei werden zwei F lle unterschieden Befindet sich der Con tainerslot in den ein oder ausgelagert werden soll auf der landseitigen H lfte des Stacks so wird der Transportauftrag von einem Portalkran alleine durchgef hrt Im Falle eines Import Auftrages f hrt der hintere Portalkran ber den LKW hebt den Container an und f hrt ihn selbst ndig an die Einlagerposition und senkt ihn dort ab Bei einem Ex portauftrag verf hrt er in umgekehrter Reihenfolge Befindet sich der Containerslot im seeseitigen Teil des Stacks so wird der Containertransport von zwei Portalkranen durch gef hrt wobei sich einer ber dem LKW und einer ber der Position des Containerslots befindet Der eine Kran entnimmt den Container und l dt ihn auf das Chassis des Stacks Dieses f hrt daraufhin zum anderen Portalkran der den Container dann seinerseits je nach Auftragstyp entweder in den Stack einlagert oder auf dem LKW absetzt 5 4 Aufbau des Systemzugangs Alle zu verarbeitenden Transportauftr ge werden vor Beginn der Simulation ber eine grafische Benutzeroberfl c
23. der Containerbr cken gelegener ein oder mehrspuriger Stahlrahmen auf dem Flat und Lifting Trolleys arbeiten siehe Gantry Crane engl Vorstau Einlagern von Container in einem bestimmten Bereich der Stacking Area damit diese sp ter f r ihren Weitertransport entweder schneller zugreifbar sind oder nur noch k rzere Wege inner halb des Terminals zur cklegen m ssen Flurf rderzeug das mit Teleskoparm und Container heberahmen Container innerhalb des Terminals hebt und transportiert IX Glossar Restacking Spreader Stack Stacking Area Straddle Carrier Terminal Chassis TEU Tier Twistlock Van Carrier Vorstau engl Umlagern Umlagern eines Containers entwe der um an darunter liegende Container zu gelangen oder im Rahmen des Prestackings siehe dort engl Heberahmen der als Teil eines Krans zum Auf nehmen von Containern dient engl Stapel innerhalb eines Containerblocks ein Container breiter und ein Container tiefer Stapel von mehreren Containern auch der Containerblock selbst siehe dort der Bereich eines Containerterminals in dem Con tainer bis zu ihrem Weitertransport zwischengelagert werden engl Portalhubwagen Containerterminalbetriebs mittel das Container sowohl heben als auch trans portieren kann siehe Chassis engl twenty feet equivalent unit die 20 Fuss Einheit Kapazit tsangabe f r Standardcontainer engl Containerlage Ebene in der ein Container
24. eigenst ndig anzuheben und auf mehrfache Containerh he zu stapeln So bedarf es bei dieser Architektur kei nes weiteren Krans zum Ein und Auslagern im Stack Nachteilig wirkt sich hier aus dass innerhalb der Stacking Area vergleichsweise viel Raum zwischen den Containerstell pl tzen f r Fahrspuren der eingesetzten Fahrzeuge ben tigt wird Van Carrier kommen unter anderem im Terminal Burchardkai der Hamburger Hafen und Logistik AG HHLA sowie dem Northsea Terminal Bremerhaven zum Einsatz NTB In den derzeit am st rksten automatisierten Containerterminals weltweit werden Au tomatisch Gef hrte Fahrzeuge AGV Abb zum Transport der Container zwi schen den Lagerbl cken und den Kaikranen eingesetzt Gota Diese sind unbemannte Fahrplattformen die ausschlie lich passiv be und entladen werden k nnen und die selb st ndig einem Verkehrsleitsystem folgend Transportauftr ge durchf hren Da sie ber engl Automated Guided Vehicles automatisch gef hrte Fahrzeuge 13 2 Horizontalkrankonzept Abb 2 7 Straddle Carrier Kon keine Hubf higkeit verf gen werden neben den Containerbr cken weitere Krane zum ein und auslagern in die Lagerbl cke ben tigt Eingesetzt wird diese Architektur im ECT Delta Terminal in Rotterdam und dem Containerterminal Altenwerder der HHLA HHLb dem derzeit am weitesten automatisierten Terminal weltweit Sch04 Abb 2 8 Automated Guided Vehicle 2 2 Archit
25. eines Typs summiert und dann durch die Anzahl der Schiffe des Typs geteilt Nicht schiffs gebundene Auftr ge Unter Nutzung des UnboundOrderEvaluators werden die dort verf gbaren statistischen Werte zu landseitigen Im und Export auftr gen und Restacking Auftr gen aufgef hrt Zusammenfassung ber alle vorliegenden Evaluator Objekte werden absolute Werte und Durchschnittswerte bez glich aller Transportauftr ge ausgegeben Des weiteren werden Auswertungen ber alle seeseitigen Im und Exportauftr ge er stellt und Werte ber die Ladezeiten aller Schiffe und ihren relativen und absoluten Abweichungen gegen ber dem Vergleichsmodell ausgegeben 6 3 Animation der Simulationsergebnisse Die Animationsdatei der Simulation baut auf ihrem Modell Layout Abschnitt auf Dort wird das Modell zun chst zu seinem Erzeugungszeitpunkt beschrieben W hrend der Simulation treten weitere Animationsereignisse auf um welche die Layout Datei sukzessive erweitert wird Analog zum ersten Element time wird dazu dem Layout Dokument im Element View port jeweils ein weiteres Zeit Element mit dem Wert des Ereigniszeitpunkts zugef gt 90 6 3 Animation der Simulationsergebnisse Dieses enth lt wiederum Objekte die durch ihre ID beschrieben werden und die im zuvor angegebenen Zeitpunkt ihren Zustand ndern Die Zustands nderungen werden durch die Kindknoten des Elements beschrieben Die Animation der Simulationsergeb nis
26. gr eren Schiffen zunimmt und zum anderen weil die Kapitalkosten f r die Reeder bei gr eren Schiffen h her sind und eine starke Konkurrenzsituation zwi schen den einzelnen Containerterminals insbesondere denen der Nordrange herrscht Mit der Zunahme des weltweiten Containerumschlags ergibt sich die Notwendigkeit der Erweiterung und des Baus neuer Terminals Dabei besteht die M glichkeit mit neuarti gen Containerterminal Architekturen Effizienzgewinne und damit Wettbewerbsvorteile zu erhalten Bremische H fen fasst die H fen in Bremen und Bremerhaven zusammen Twenty Feet Equivalent Unit Standardma f r Container 1 Einleitung Das Horizontalkrankonzept der Firma ZPMC Das in dieser Arbeit betrachtete Horizontalkrankonzept ist eine neuartige Architektur f r den Containertransport auf einem Terminal Es wurde unter dem Namen Environmen tally Friendly Automated Container Yard Stacking System von der Firma Shanghai Zhenhua Heavy Industry Co Ltd ZPMC einer Tochter der China Communicati on Construction Co Ltd CCCC entwickelt Das in Shanghai beheimate te Unternehmen ist der weltweit gr te Hersteller von Schwerlastanlagen Die Haupt gesch ftsbereiche bilden dabei Krane f r Containerterminals insbesondere Kaikrane hochbelastbare Stahlbauten z B f r Br cken oder Kraftwerke und Schwerlast Offshore Anlagentechnik f r Bohrplattformen und Windparks Der Bau oder die Erweiterung eines Contain
27. im Allgemeinen und diskrete Ereignissimulation im Speziellen erkl rt werden Dann wird die Auswahl der Simulations und Animationswerkzeuge f r die vorliegende Modellierung diskutiert und zuletzt das gew hlte Simulationswerkzeug Desmo J vorgestellt Simulation bezeichnet allgemein Systemanalyse mittels Durchf hrung von Experimenten am Modell eines Systems anstelle des Systems selbst Abb B 1 Um dabei R ckschl sse auf das Originalsystem ziehen zu k nnen muss die Abbildung zwischen Realsystem und Modell hinreichend korrekt sein Pag91 S 7 Die Art was f r ein Modell erstellt wird wie es erstellt wird und wie Beobachtungen daran vorgenommen werden kann mitun ter stark variieren Man unterscheidet zun chst statische und dynamische Modelle Ein statisches Modell beschreibt ein System in einem Zustand ein dynamisches die Ver nde rungen der Modellzust nde ber die Zeit Dynamische Modelle lassen sich weiter in dis krete und kontinuierliche Modelle untergliedern Kontinuierliche Modelle werden durch kontinuierliche Zustands nderungen des Modells ber Zeitr ume beschrieben Typische Anwendungsbereiche kontinuierlicher Simulation bilden Untersuchungen physikalischer Prozesse Sie sind mathematisch oft komplex und beinhalten die Verwendung von Diffe rentialgleichungen zur Beschreibung der Zustands nderungen im System ber die Zeit Diskrete Modelle werden dort eingesetzt wo eine Abstraktion der Zustands nderun gen des Sys
28. in einem Block liegt engl Riegelbolzen dient zur festen Arretierung zwei er Container auf einander zur Sicherung siehe Straddle Carrier Konzentration von Containern die auf ein Schiff gela den werden sollen in einem bestimmten Bereich eines Containerterminals oder eines Containerblocks Glossar XML Yard ZPMC Extended Markup Language Auszeichnungssprache zur semiformalen Beschreibung von Daten engl siehe Stacking Area Kranhersteller aus China entwickelte das Horizon talkrankonzept XI Literaturverzeichnis Abe ASF04 Bet Bil BKO8 Con des ABENDBLATT DE Ankunft der Giganten F nf Riesenbr cken f r Euro gate 1 Juni 2007 http www abendblatt de hamburg article470238 Ankunft der Giganten Fuenf Riesenbruecken fuer Eurogate html Ab ruf 29 10 09 15 00 Uhr APACHE SOFTWARE FOUNDATION The Apache License http www apache org licenses LICENSE 2 0 Version 2004 Abruf 5 12 09 Ver sion 2 0 BETEILIGUNGSREPORT DE Feederschiff http www beteiligungsreport de fileadmin user_upload Bilder Galerie Schiffstypen 02Feederschiff jpg Abruf 28 10 09 16 10 Uhr BILDUNG Bundeszentrale f r p Entwicklung des grenz berschreitenden Wa renhandels Internet http wwwi1 bpb de wissen CCDNXF O Entwicklung_ des_grenz FCberschreitenden Warenhandels html Abruf 6 12 09 16 00 Uhr BORNH FT Nikolaus A KL CKMANN Felix Softwarevergleich von
29. in eine Animationsdatei in der das Modellver halten nach einem Simulationslauf grafisch nachvollzogen werden kann und eine Ausgabe im Microsoft Excel Format Diese enth lt strukturiert aufgef hrt die Parametrisierung eines Szenarios sowie eine Vielzahl statistischer Kennzahlen zur Auswertung bez glich der verschiedenen Auftragstypen Schiffe Schiffstypen und zusammengefasster Werte 6 1 Parametereingabe Zur Analyse des Horizontalkrankonzeptes ist es sinnvoll diese Architekturvariante mit einer Reihe verschiedener Parametrisierungen zu untersuchen Dazu werden verschiede ne Einstellungsm glichkeiten bez glich des Modells der Auftragsank nfte am Modell und des einzelnen Experiments umgesetzt Um eine leichte Eingabe der Parameter zu erm glichen wird eine grafische Benutzeroberfl che erstellt Bei der Wahl mit welchen Mitteln die Parametereingabe des Modells grafisch realisiert werden soll werden zun chst zwei unterschiedliche Alternativen untersucht Die eine bildet die Verwendung des Eclipse Plugins Simtools die andere die eigenst ndige Ent wicklung einer grafischen Benutzeroberfl che SimTools wurde am Arbeitsbereich An 73 6 Ein und Ausgaben des Modells gewandte und sozialorientierte Informatik des Departments Informatik der Universit t Hamburg entwickelt Sim Tools ist ein Desmo J unabh ngiges Werkzeug zur Parametrisierung von Simula tionsmodellen In ihm sind Optimierungsmethoden und eine grafis
30. optimal f r jeden Trans portauftrag bez glich der frei werdenden Betriebsmittel ist Welche der Systemzugangsregeln letztlich das Systemverhalten am besten abbildet ist eine Entscheidung die der Anwender zu treffen hat F r die Untersuchung des Hori zontalkonzepts im Rahmen dieser Arbeit wird die Strikte Ordnung an den Container br cken verwendet da sie die realistischste Annahme darstellt 4 4 1 Modellierung von 3D Modellen mit AC3D Um einen Simulationslauf animieren zu k nnen m ssen zun chst alle Modellkomponen ten die sp ter Teile des grafischen Modells bilden als 3D Objekte vorliegen Im Rahmen der vorliegenden Diplomarbeit wird dabei auf zahlreiche schon bestehende 3D Objekte zur ckgegriffen Dar ber hinaus werden jene Komponenten die f r das Horizontalkran konzept spezifisch sind und damit noch nicht vorliegen also der Flat und der Lifting Trolley und die Low Frame Bridge mit der 3D Design Software AC3D erstellt Dabei werden in einem ersten Schritt alle geometrischen K rper aus denen das sp tere 3D Objekt bestehen soll identifiziert F r den Lifting Trolley sind das drei Quader einer als Deckplatte und zwei als Seitenw nde sowie neun Zylinder sechs als R der einer als drehbare Plattform innerhalb der Deckplatte zur Aufh ngung des Spreaders und zwei als Motor bzw Hubwerk ZPMc In einem zweiten Schritt werden alle Teile in passender Gr e zusammengef gt und bersch ssige Bereiche entfernt
31. te bez glich ihrer technischen Spezi fikationen werden formatierte Textfelder eingesetzt Abschnitt Zeile 58 83 Dort k nnen f r die Containerbr cken Portalkrane Terminal Chassis sowie Flat und Lifting Trolleys Einstellungen vorgenommen werden Sie beschreiben die Fahrgeschwindigkeiten Geschwindigkeiten f r das Bewegen der Trolleys sowie f r das Heben und Senken der Spreader Des Weiteren wird hier die Dauer f r das Aufnehmen und Absetzen eines Containers spezifiziert W hrend modellintern alle Geschwindigkeiten in Meter pro Se kunde gespeichert werden werden hier um die Parametereingabe zu erleichtern und eine 79 6 Ein und Ausgaben des Modells bessere Lesbarkeit zu gew hrleisten f r die Ger te blichere Angaben in Kilometer pro Stunde bzw Meter pro Minute verwendet Die Einstellungen die in der Registerkarte stochastik vorgenommen werden k nnen erlauben zum einen das Setzen von Seedwerten f r die verwendeten stochastischen Ver teilungen und zum die Abbildung von Versp tungen von Schiffen und LKW im Modell Abschnitt Zeile 84 97 Es lassen sich f r die zuf llige Verteilung der in einem Auftrag zugewiesenen Containerslots f r die Auswahl von Containerbr cken und Stacks aus einer Liste bei der Auftragsgenerierung und f r die Zufallszahlengenerierung f r Ver sp tungen jeweils eigene Seedwerte zuweisen Diese werden in ein f r die Eingabe von nat rlichen Zahlen formatiertes Textfeld eingegeben E
32. werden Abstraktionen von nicht simulationsrelevantem Verhalten und Ver einfachungen zur Abbildung der Steuerung vorgenommen In Kapitel 5 wird die Erstellung des Simulationsmodells beschrieben Dabei werden alle zuvor identifizierten Systemkomponenten in das Modell abgebildet Die Steuerung wird gem der in Kapitel 4 definierten Abstraktionen und Vereinfachungen zu einem Teil direkt in das Verhalten einzelnen Modellkomponenten und zu einem anderen Teil in einer globalen Steuerung abgebildet Kapitel 6 besch ftigt sich mit den Modellein und ausgaben F r die Eingabe der Modell parameter wird eine grafische Benutzerschnittstelle angelegt in der ein Szenario mit spe zifischen Werten f r den Simulationslauf die Dimensionierung des Modells und Schiffs und Auftragsank nften beschrieben werden kann Die Ausgabe untergliedert sich in die Erzeugung einer Animationsdatei und einer Excel Datei die statistische Kennzahlen zum Simulationsexperiment enth lt 1 Einleitung ber mehrere Simulationsexperimente werden in Kapitel 7 Kennzahlen f r das Contai nerterminal Modell gewonnen Diese orientieren sich vergleichend an einem bestehenden Containerterminal so dass durch sie eine qualifizierende Bewertung vorgenommen wer den kann Im Fazit in Kapitel 8 wird die vorgenommene Modellierung retrospektiv betrachtet Es werden St rken und Schw chen des Modells diskutiert und m gliche Erweiterungen und nderungen aufgezeigt Weiterhi
33. wurde jeweils eine Registerkarte angelegt Die Parametrisierung der Dimensionen der Low Frame Bridge erlaubt es die Anzahl von Horizontal Spuren festzulegen Dabei k nnen zwischen einer und vier Spuren in einem Szenario am Containertransport beteiligt sein die jeweils einzeln ber eine Checkbox ausw hlbar sind Spuren die nicht Teil des aktuell zu untersuchenden Modells sind werden in der Animation nicht dargestellt F r jede Spur die Teil der Parametrisie rung des Modells ist besteht die M glichkeit ber eine Combobox zwischen einem und vier Flat Trolleys und einem und acht Lifting Trolleys auszuw hlen Abschnitt Zei le 26 47 Ist der Haken in der Checkbox zu einer Spur nicht gesetzt ist der Bereich zur Auswahl der Flat und Lifting Trolleys grau hinterlegt Dar ber und ber die Aus wahl der Anzahl der Flat und Lifting Trolleys aus Checkboxen wird erreicht dass der Benutzer zum einen keine unzul ssigen Eingaben vornehmen kann und zum anderen dass er den Bereich kennt aus dem er seine Auswahl zu treffen hat womit eine h here Benutzungssicherheit gegen ber einfachen Textfeldern erreicht wird F r die Eingangssteuerung des Modells wurden drei unterschiedliche Strategien hinter legt Abschnitt 5 4 1 Die Auswahl trifft der Benutzer ber einen Radiobutton so dass sichergestellt ist dass genau eine dieser sich ausschlie enden Regeln verwendet wird Abschnitt Zeile 4 F r die Parametrisierung der eingesetzten Ger
34. 5 S 266 26 4 4 Erstellung eines Modell Layouts in Verdigo 46 4 5 Aufbau eines Portalkrans Ansicht eines Modells in Golem 3D 47 XIX Abbildungsverzeichnis 4 6 Anordnung der unterschiedlichen Containerterminal Komponenten Ab ee rr 49 4 7 Beispiel einer Modell Objects ani Datei angezeigt in Notepad 52 5 1 Interaktion zwischen Containerbr cke und Flat Irolley 61 5 2 Zuordnung eines Flat Trolleys zu einem Transportauftrag 68 bees yeaa ewes 76 eae ark we ee Bue an ea ren 78 ove amp acy ne Ge See oe bie 82 bh os odes Be 2 2 Bd oe 83 be te is ape Hs ee ee Bee et bee 86 EEE ee ee ee ee ee ee 93 XX Abbildungsverzeichnis Ich versichere dass ich die vorstehende Arbeit selbst ndig und ohne fremde Hilfe an gefertigt habe und mich keiner anderen als der im beigef gten Verzeichnis angegebenen Hilfsmittel bedient habe Alle Stellen die w rtlich oder sinngem aus Ver ffentlichun gen entnommen wurden sind als solche kenntlich gemacht Alle Quellen die aus dem World Wide Web entnommen oder in einer sonstigen digitalen Form verwendet wurden sind der Arbeit beigef gt Nikolaus Alexander Bornh ft Hamburg den 7 Dezember 2009 XXI
35. 5 Aufbau der Modellsteuerung in Java mit Desmo J Ehe Bi Bik Ge Ae ah Gos eA ee Ge Agee wae Sty 5 2 1 Modellkomponenten zur Kapselung konkreter Positionen und Be ee ee ee een 2 5 3 Prozessinteraktionen zur Steuerung eines Transportauftrages 5 4 Aufbau des Systemzugangsl 2 2 a nenn 5 4 1 Steuerung des Systemeingangsl e a n nennen 8 4 2 Pr fung der Systemeingangsbedingung 8 4 3 Freigabe eines Auftrages in das Containerterminall 5 5 Abbildung stochastischen Modellverhaltens b Ein und Ausgaben des Modells aae ewok ee oe eee BOS A Bee ne ee TORE EEA 6 1 2 Interne Repr sentation des Eingabeobjetes EEEE E E een bh HG ee ee ee a en eg ge a ee entre Ba ee ER AS ee oe ee ee ee ee re a ee ee 6 2 statistischen Auswertungskomponenten des Modellsl 6 2 1 Auswertung nicht schiffsgebundener Transportauftr ge 6 2 2 Auswertung schiffsgebundener Transportauftr ge 6 2 3 Ausgabe der Auswertung in Excell 6 3 Animation der Simulationsergebnisse 2 2 2 22 a 6 3 1 Technische Realisierung der Animationsausgabe 6 3 2 Darstellung der Animationsausgabe in Golem 3D 7 Auswertung des Horizontalkrankonzepts 7 1 Simulation eines Wochenplansl 2 2 22 22 2 nenn vi Inhaltsverzeichnis Trolley Geschwindigkeiten a 101 7 2 4 Un
36. Dabei sollen hnliche Transportauftr ge geb ndelt in einem Schritt erzeugbar sein 39 4 Entwurf des Beispielterminals 4 2 Dimensionierung des Modells Beim vorliegenden Modell handelt es sich nicht um die Abbildung eines realen be stehenden Systems sondern um ein k nstliches erdachtes Containerterminal das den Rahmen f r die Untersuchung des Horizontalkrankonzeptes darstellt Daher wird sich die Modellierung an bestehenden Containerterminals orientieren um eine m glichst rea lit tsnahe Umgebung f r die Komponenten des Horizontalkrankonzeptes zu schaffen Wo es m glich ist werden existierende Betriebsmittel mit ihren technischen Spezifika tionen abgebildet Gibt es diese nicht oder sind sie nicht bekannt werden m glichst realistische Werte gesch tzt Als Ausgangsmodell dient dabei ein am ISL vorliegendes Containerterminalmodell Als Gr e des Containerterminals wird ein Containerdurchsatz von 2 5Mio TEU an genommen Dieses entspricht etwa dem Umschlag des Containerterminals Burchardkai der HHLA Mit Da im vorliegenden Modell von 20ft Containern abstrahiert wird Abschnitt 4 1 2 ergibt sich ein Umschlag von 1 25 Mio Boxen pro Jahr Bei einer angenommenen durch schnittlichen Verweildauer der Container im Stack von 4 5 Tagen werden im Mittel Containerbl cke mit einer Kapazit t von 15 410 40 ft Containern ben tigt Der Aufbau der einzelnen Containerbl cke wird an einen Film der Firma ZPMC ange lehnt
37. Dabei steht die Interaktion der Betriebsmittel und die dar aus emergierenden Leistungskennziffern des Gesamtsystems im Fokus Diese beschreiben zum einen absolute Gesamt und Durchschnittswerte des Be und Entladens von Con tainerschiffen und LKW sowie einzelner Containertransporte im System Zum anderen bilden sie relative Werte gegen ber einem Referenzmodell Die konkrete Stau und Stell platzplanung ist dabei ein Randaspekt Ihre explizite Abbildung h tte nur einen relativ geringen Nutzen f r die Aussagekraft der Ergebnisse des Simulationsmodells und h tte 39 4 Entwurf des Beispielterminals dar ber hinaus den Rahmen dieser Diplomarbeit gesprengt Trotzdem hat sie einen er heblichen Einfluss auf das Verhalten des Modells so dass sie ber m glichst realistische Annahmen der modellierten Systembereiche implizit umgesetzt wird Zum Beispiel k nn te das Beladen eines Containerschiffs ausschlie lich aus dem am dichtesten gelegenen Containerslot des am dichtesten gelegenen Stacks zu herausragenden Leistungskennzif fern f hren entspr che aber keinen realistischen Annahmen f r die Stellplatzplanung Die verschiedenen Implikationen der Stell und Stauplanung werden beim Erstellen von Schiffsank nften und Transportauftr gen sowie der Parametrisierung der Auftragsvor bedingungen antizipiert Sie sind teilweise direkt im Simulationsmodell realisiert unter liegen jedoch auch der Verantwortung des Anwenders Dieser hat bei d
38. Diplomarbeit zum Thema Analyse eines neuartigen Horizontalkrankonzepts f r Containerterminals mithilfe der Simulationstechnik zur Erlangung des akademischen Gerades Diplom Wirtschaftsinformatiker vorgelegt am Department Informatik der Universit t Hamburg Arbeitsbereich Angewandte und Sozialorientierte Informatik Nikolaus Alexander Bornh ft Matrikelnummer 5428967 Fachsemester 15 7 Dezember 2009 Erstbetreuer Prof Dr Ing Bernd Page Zweitbetreuer Dr Ing Holger Sch tt Danksagung Die vorliegende Diplomarbeit geht auf eine Kooperation zwischen dem Institut f r See verkehrswirtschaft und Logistik ISL und dem Arbeitsbereich Angewandte und so zialorientierte Informatik ASI des Departments Informatik der Universit t Hamburg zur ck F r die Unterst tzung bei meiner Diplomarbeit m chte ich mich bei folgenden Personen herzlich bedanken Meinen Betreuern Prof Dr Bernd Page und Dr Holger Sch tt f r das mir entgegen gebrachte Vertrauen und die M glichkeit an einem so interessanten und vielseitigen Thema zu arbeiten Meiner Mutter Anneliese Bornh ft meiner Schwester Astrid Lilian Bornh ft meinem Bruder Hans Henning Bornh ft und Herrn Holger Brause f r ihre Unterst tzung und viele Stunden Korrekturlesen Herrn Horst Dieter Kassl f r die Hilfestellungen bei der Einarbeitung in Golem 3D und die Containerterminal Logistik sowie seine ansteckende Begeisterung f r die Thematik
39. Dokument komplett in seiner Baumstruktur betrachtet Ausgehend vom Wurzelknoten des Dokumentes werden Methoden zum Lesen und Manipulieren von Daten Attributen deren Werten sowie dem Zugriff auf abgeleitete Knoten etc beschrieben Har02 Kap 9 12 jDom setzt die DOM Spezifikation als Java Api um und bildet die DOM Schnittstelle auf Java Methoden ab Um einen Zugriff auf alle Teile des Dokuments zu erlauben wird das gesamte Dokument zun chst in den Speicher geladen Die interne Java Repr sentation bildet dabei alle Daten eines Elementes ber eine Listd ab so dass Kind Elemente rekursiv Listen von Listen bilden MEO7 S 243 287 Zur Einbindung in das Simulationsmodell wird bei dessen Initialisierung ein Ojekt der Klasse XMLManipulatorSingleton erzeugt das zum Auslesen der Layoutdatei sowie der Erstellung der Animationsdatei dient Die Realisierung als Singleton Pattern erzwingt dabei dass modellweit nur ein Objekt der Klasse vorliegt und so sichergestellt wird dass die Daten immer aus derselben Layout Datei eingelesen und in dieselbe Animationsdatei geschrieben werden Dieses Objekt stellt die Methode public DimRepresentation getOrigin String id zur Verf gung mit der bei Angabe eines in Verdigo vergebenen Bezeichners dessen Koor dinaten im dreidimensionalen Raum in Form eines Objektes vom Typ DimRepresentation zur ckgibt das die Positionsinformation enth lt ava util List 54 5 2 Steuerung modellinterner Abl
40. Ger tety pen k nnen sich dabei gegenseitig ber bzw unterfahren Lifting Trolleys bilden die Schnittstelle zwischen den Horizontalspuren und darunter operierenden Transportchas sis Befindet sich ein beladener Flat Trolley auf H he des Stacks in den der Container eingelagert werden soll f hrt ein Lifting Trolley an dieselbe Position und hebt den Con tainer an Daraufhin verl sst der Flat Trolley den Bereich Der Lifting Trolley senkt den Container dreht ihn und setzt ihn auf einem wartenden Transportchassis ab Abb 2 11 Abb 2 11 Ein Lifting Trolley setzt Container auf einem Chassis ab Das Chassis f hrt den n chsten Transportschritt hin zu der Stelle im Lagerblock durch an der der Container eingestellt werden soll und wird dort von einem Portalkran entla den Anders als bei einem AGV ist das Chassis hier in seiner Bewegung auf einen festen Bereich entlang des Lagerblocks f r den es zust ndig ist festgelegt Der Einsatz des Horizontalkrankonzeptes bedeutet gegen ber einer AGV Architektur ei ne erhebliche Vereinfachung der Steuerungslogik in den einzelnen Systemkomponenten da immer auf eine exklusive Nutzung bestimmter Bereiche oder Ressourcen abgezielt wird So arbeitet jedes Transportchassis an genau einem Lagerblock und nutzt seine Transportspur allein Flat Trolleys k nnen bei mehreren Horizontalspuren auf der Low 16 2 2 Architektur der Horizontalkrankonzepts Frame Bridge zwar parallel eingesetzt w
41. SL Golem 8D Dokumentation der Datenschnittstelle 1 2008 KONECRANES Straddle Carrier http www konecranes de produkte Abruf 30 9 09 17 30 Uhr MCLAUGHLIN Brett D EDELSON Justin Java amp XML O Reilley Beijing Cambridge Farnham K ln Paris Sebastopol Taipai Tokyo 2007 MITIC Katja Containerverkehr am Burchardkai wird von 2010 an neu geregelt In Welt online 22 August 2008 http www welt de welt_print article2338568 Containerverkehr am Burchardkai wird von 2010 an neu geregelt Abruf 4 11 09 18 10 Uhr NAUTICEXPO Frachtschiff Post Panamax Con tainerschiff DAEWOO SHIPBUILDING 8400 TEU http www nauticexpo de prod daewoo shipbuilding frachtschiff post panamax containerschiff 30890 194193 html Northsea Terminal Bremerhaven http www ntb eu Abruf 28 9 09 14 10 Uhr XV Literaturverzeichnis Pag91 PK05 u Sch89 Sch04 Sch08 Siea Sieb Siec Sied Tec XVI PAGE Bernd Diskrete Simulation Eine Einf hrung mit Modula 2 1 Springer Verlag Berlin Heidelberg New York London Tokyo Hong Kong Barcelona Budapest 1991 502 S PAGE Bernd KREUTZER Wolfgang The Java Simulation Handbook Simu lating Discrete Event Systems with UML and Java Shaker Verlag Hamburg 2005 SCHOTT Rainer Verkehrswissenschaftliche Studien aus dem Institut ftir Ver kehrswissenschaft der Universit t Hamburg Bd Band 39 Stauplanung f r C
42. Stelle absetzt Dann hebt er den Spreader auf volle H he und gibt sich und seinen Lagerblock als Ressourcen wieder frei Seeseitige Export Auftr ge beschreiben den Transport eines Containers aus dem Stack auf ein Containerschiff Dabei sind die verwendeten Betriebsmittel dieselben wie beim seeseitigen Import allerdings findet der Transport in umgekehrter Richtung und mit entgegengesetzter Reihenfolge der Ressourcenfreigabe statt Restacking Auftr ge Containertransporte zur Organisation der Container innerhalb des Yards die Restacking Auftr ge umfassen entweder einen oder mehrere Containerbl cke Innerhalb eines Con tainerblocks wird bei einem kleinen Abstand zwischen Ausgangs und Zielcontainerslot nur ein Portalkran verwendet der den Container anhebt ihn zu seinem Zielpunkt f hrt und dort ablegt Gr ere Abst nde werden mithilfe des Chassis berwunden wobei der erste Portalkran den Container aus dem Block auf das Terminal Chassis l dt dieses den Container auf die H he der Einlagerposition f hrt und dort vom zweiten Portalkran entladen wird der den Container dann an der vorgesehenen Stelle in den Container block absetzt Restacking Auftr ge zwischen zwei Containerbl cken werden durch einen Transport ber die Low Frame Bridge umgesetzt Das Vorgehen entspricht dabei dem Auslagern aus dem Block analog zum seeseitigen Export und dem Einlagern analog zum seeseitigen Import sowie einem Transport durch einen Flat Trolley und
43. V Berth Berthing Area Box Chassis Container Slot Programm der Firma Invis zum Erstellen von 3D Objekten Automatisch geftihrtes Fahrzeug engl Automated Guided Vehicle Transportchassis auf einem Con tainerterminal das fahrerlos Containertransporte durchf hrt engl Liegeplatz Bereich des Kais den ein vor Anker liegendes Schiff belegt Kaibereich eines Containerterminals dieser umfasst die Liegepl tze der Containerschiffe sowie die Kaikra ne ein Container von dessen Gr e abstrahiert wurde engl Fahrgestell hier Transportfahrzeug f r ebener digen Containertransport innerhalb des Terminals verbindet im Horizontalkrankonzept Low Frame Bridge und Stacking Area auch Slot dreidimensionale Stellplatzangabe in ei nem Containerblock setzt sich zusammen aus der Angabe des Containerstapels Stack und der Ebe ne des Containers Tier VII Glossar Container Vessel Containerblock Containerbr cke CT Dual Lift Feeder Vessel Flat Trolley Gantry Crane Gate Kaikran VIII engl Containerschiff auch Block Einheit des internen Containerzwischen lagers im Containerterminal Ein Containerblock be steht aus mehreren Reihen von Containern die meh rere Ebenen hoch gestapelt sind und von einem Por talkran berspannt werden Kran zum be und entladen von Containerschiffen Abk rzung f r Containerterminal Verwendung einer Containerbr cke mit einer Kat ze mit zwei unabh
44. ainer Transport Proven Technology from Gottwald Online Prospekt http www gottwald com gottwald export gottwaldsite de news pdf AGV_Prospekt_uk pdf Ab ruf 3 12 09 HAROLD Elliotte R Processing XML with Java A Guide to SAX DOM JDOM JAXP and TrAX Addison Wesley Professional 2002 1120 S HHLA Gottwald Batteriy AGV http www hhla de uploads tx_ otoldnewgallery Gottwald_Batterie_AGV_02 jpg Abruf 12 10 09 15 00 Uhr HHLA Hamburger Hafen und Logistik AG Technische Daten Altenwer der http www hhla de Altenwerder CTA 64 0 html Abruf 28 9 09 15 10 Uhr Literaturverzeichnis HHLe HS00 Inf ISLa ISLb ISLe ISLO8 Kon ME07 Mit Nau NTB HHLA Hamburger Hafen und Logistik AG Technische Daten Burchard kai http www hhla cta de Burchardkai CTB 63 0 html Abruf 28 9 09 15 00 Uhr HARTMANN S nke SCHUTT Holger Simulation in Planung Realisierung und Betrieb am Beispiel des Container Terminal Altenwerder In MOLLER D P F Hrsg Simulationstechnik 14 Symposium SCS Europe BVBA Ghent 2000 Double Rail mounted Gantry Crane http www inform ac com de Abruf 30 10 09 18 30 Uhr Inform GmbH Institut f r Operations Research und Management ISL 3D Realtime Animation Player Golem 3D Version 1 7 0 15 ISL Templateserstellung mit dem ISL Layouteditor Autor unbekannt ISL Verdigo Scusy Layout Editor Version 1 0 2 3 I
45. ainerstirnw nde weniger stark sind als die Seitenw nde GDV Platzierung und Sicherung der Container 2 1 Bestehende Containerterminal Architekturen Abb 2 2 Containerfrachter an Bord Die Ausrichtung des Spreaderg der Containerbr cke ist dementsprechend so dass die Container in Schiffsl ngsrichtung geladen und gel scht werden Die Staubereiche auf einem Containerschiff werden in verschiedene Bereiche unterteilt Zum Verst ndnis der Terminologie werden diese hier benannt und in einer hierarchischen Ordnung vorgestellt Moderne Containerschiffe werden sowohl ber als auch unter Deck beladen Dabei werden die Container unter Deck in Stauger std gestapelt die horizon tale Bewegungen der Container verhindern und weitere Transportsicherungen berfl ssig machen Auf einer Grundfl che k nnen mehrere Container bereinander gestapelt wer den Ein solcher Stapel wird als Stack bezeichnet Container gleicher Stapelh he als Lagd ber den Stack und die Lage l sst sich jede Containerposition also exakt bestim men Abb 2 3 ED gt o Deu Tier Ober Deck Unter Deck Schiffsl ngsrichtung Abb 2 3 Abstrahiertes Schiffstellplatzsystem Sch89 S 16 Spreader engl Heberahmen zum Verbinden eines Containers vertikale F hrungsschinen zur Fixierung der Container Stapel engl Stack 4engl Tier 2 Horizontalkrankonzept Benachbarte Stacks ber die gesamte Breite des Schiffes b
46. as Be und Entladen n tig 105 8 Fazit Bei der Modellierung der Steuerung wurden verschiedene Vereinfachungen gegen ber ei ner realen Containerterminal Steuerung verwendet die Einfluss auf ihre Effizienz haben k nnten Bei einer weiteren Untersuchung des Horizontalkrankonzeps im Rahmen einer gr eren Studie k nnte eine Ausdifferenzierung dieser Abstraktionen die gewonnenen Aussagen weiter verfeinern bzw ver ndern Die Stau und die Stellplatzplanung wurden nicht explizit modelliert Stattdessen muss der Benutzer des Simulationsmodells angeben welche Bereiche des Yards an einer Grup pe von Transportauftr gen beteiligt sind Bei Container Transporten aus einem Lager block auf ein Schiff wird pauschal ein Vorstau in der dem Schiff zugewandten Seite des Blocks angenommen Wird ein Containerschiff entladen werden alle Container zuf llig ber den Block verteilt Eine konkrete Stellplatzplanung ist notwendig um die getrof fenen Annahmen zu best tigen oder ein abweichendes Verhalten zu zeigen Weiterhin k nnte die G te des Vorstaus in Abh ngigkeit der Auslastung bestimmter Ressourcen variieren wenn unt tige Betriebsmittel sukzessive ber Restacking diesen verbessern Eine Ad hoc Stellplatzzuweisung k nnte kurzfristig freie Ressourcen antizipieren und so Wartezeiten vermindern In der vorliegenden Modellierung werden Containertransporte erst begonnen wenn alle beteiligten Betriebsmittel mit Ausnahme des Lifting Trol
47. asse ModelComponent angelegt Dort ist defi niert dass jeder Komponente bei ihrer Erzeugung die ID der ihr entsprechenden Kompo nente des Modell Layouts bergeben wird Mit ihr wird ber die getOrigin String id Methode im XMLManipulatorSingleton Objekt die Anfangsposition sowie die ID des Containers bestimmt der in der Animation ber eine Parent Beziehung Abschnitt 4 4 2 mit der Komponente verbundenen ist Weiterhin wird eine abstrakte Methode zur Be wegung der Komponente deklariert die in den Unterklassen mit den entsprechenden 2 Bezeichner CT40 59 oo ook won FH Hr HH oF WN Hm OO 5 Aufbau der Modellsteuerung in Java mit Desmo J Geschwindigkeiten implementiert wird sowie Methoden zum sichtbar und unsichtbar Machen von Containern und dem Bestimmen der Entfernung zu anderen Komponen ten In den konkreten Implementationen der Klasse ModelComponent zum Beispiel QuayCraneComponent oder ChassisComponent werden dann etwaige Erweiterungen um die Subkomponenten Trolley Bezeichner TR und Spreader Bezeichner SP vorgenommen die die verbundenen Subkomponenten in der Animation beschreiben Hier wird auch die Implementation der moveTo Methode sowie die m glicher weiterer Methoden f r das Bewegen von Spreadern und Trolleys vorgenommen Abschnitt B 1 Dabei wird der Methode immer ein Ziel und ein Zeitpunkt bergeben aus dem ausge hend von der momentanen Position der Komponente die Str
48. at Trolleys und Terminal Chassis angenommen und 60 m min f r die Lifting Trolleys F r die Hub Geschwindigkeit der Lifting Trolleys wurden 50 m min und f r das Drehen des Spreaders 5s verwendet Die getroffenen Annahmen sind insgesamt recht vorsichtige Sch tzungen In einem weiteren Szenario werden andere Annahmen bez glich der Geschwindigkeiten der Betriebsmittel des Horizontalkrankonzepts untersucht 101 7 Auswertung des Horizontalkrankonzepts Dazu wird mangels Realdaten f r die Geschwindigkeiten des Lifting Trolleys die Lauf katzengeschwindigkeit der Containerbr cke also 220 m min angenommen Es handelt sich in beiden F llen um eine Schienenkonstruktion die auf Stahlstreben gef hrt ist und in der Lage ist schwere Lasten zu heben und zu bef rdern Die Fahrgeschwin digkeit der ebenfalls schienengef hrten Terminal Chassis wird mit der Geschwindig keit der Laufkatze der Conatainerbr cke die ebenso schienengef hrt ist parametrisiert F r die Geschwindigkeiten der Flat Trolleys und der Terminal Chassis werden die der Geradeausfahr Geschwindigkeit der AGV der Firma Gottwald mit 6m s ange nommen Da die AGV rad und nicht schienengef hrt sind k nnte wegen des geringeren Reibungswiderstandes etwas h here Geschwindigkeiten angenommen werden allerdings wird von Beschleunigungs und Bremsgeschwindigkeiten abgesehen so dass die getrof fene Annahme begr ndbar erscheint Die brige Parametrisierung entspricht der des Sz
49. atei lt vessel berth 1 appearanceTime 0 0 estimatedEndOfLoading 30600 0 departureTime 32600 0 vesselType F 480 numberOfQuayCranes 3 gt lt orderList orderType Import Export sea appearanceTime 0 0 numberOfOrders 200 rateOfImport 50 cycleLenght 15 periodBetweenOrders 0 0 selectedQuayCranes 1 2 3u selectedStorageBlocks 1 2 3 4u gt lt vessel gt lt vessel berth 3 appearanceTime 5000 estimatedEndOfLoading 41360 0 departureTime 43360 0 vesselType M 1600 numberOfQuayCranes 5 gt lt vesselList gt lt technical gt lt quayCranes gt lt hoistingSpeed gt 2 1666666666666665 lt hoistingSpeed gt lt trolleySpeed gt 3 6666666666666665 lt trolleySpeed gt lt quayCranes gt lt chassis gt lt speed gt 5 0 lt speed gt lt chassis gt lt gantryCranes gt lt speed gt 2 0 lt speed gt lt hoistingSpeed gt 0 75 lt hoistingSpeed gt lt trolleySpeed gt 1 6666666666666667 lt trolleySpeed gt lt gantryCranes gt lt liftingTrolleys gt lt speed gt 1 0 lt speed gt lt hoistingS peed gt 0 8333333333333334 lt hoistingS peed gt lt spreaderRotationTime gt 5 0 lt spreaderRotationTime gt lt liftingTrolleys gt lt flatTrolley gt lt speed gt 5 0 lt speed gt lt flatTrolley gt lt general gt lt containerPickUpTime gt 5 0 lt containerPickUpTime gt lt containerDropOffTime gt 5 0 lt containerDropOffTime gt lt general gt lt technical gt lt stochastic gt l
50. ationsdatei einen recht hohen Ressourcenaufwand bedeutet sowohl bez glich der Rechenzeit des Simulationsexperimentes als auch der Gr e der Animationsdatei kann darauf auch verzichtet werden indem der Haken aus der Check box Generate Animation File entfernt wird Des Weiteren wird noch die extra ani bergeben in der die Zeitpunkte angegeben sind an denen sich die Sichtbarkeit der 3D Modell Komponenten der Containerschiffe und br cken ver ndert sowie angegeben ist welche Komponenten der Low Frame Bridge Teil des aktuellen Szenarios sind Sie sind f r die Durchf hrung der Animation essentiell Zuletzt muss noch die Datei f r die Excel Ausgabe spezifiziert werden Um dem Nutzer die M glichkeit zu geben bestehende Dateien und Dateipfade auszuw h len ohne die Eingabe per Hand vornehmen zu m ssen wird f r jedes der Eingabefelder 77 6 Ein und Ausgaben des Modells ffnen om wert Suchen in C3 test vw gic o pE La GS Miti el B C3 settings C3 nbproject D pres CI bin D build before profiler xmi D rs x C3 build build xmt D scu I dist defaultParameters xmi ves C3 horizontalTransport Simulator D lastRunParameters xmi D volle C3 model files D neutest xmi D volle LE I Dateiname lastRunParameters xmi Dateityp xmi v Abb 6 2 Dateiauswahl ber ein Dialogfenster ein Dateiauswahl Dialog angelegt Das Simulationsmodell soll mit den ihm anh
51. autorotate 0 gt lt rotate time 5 0 gt lt angles x current y 90 0 z current gt lt angles x 0 y 0 0 z 0 gt lt rotate gt lt object gt lt time gt A 2 Beispiel einer vollst ndigen Szenariodatei lt xml version 1 0 encoding UTF 8 gt lt parameters gt lt experiment gt lt orderStrategy gt 3 lt orderStrategy gt lt experimentPeriod gt lt start gt 0 0 lt start gt lt finish gt 100000 0 lt finish gt 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 A Anhang lt experimentPeriod gt lt tracePeriod gt lt start gt 0 0 lt start gt lt finish gt 1000 0 lt finish gt lt tracePeriod gt lt debugPeriod gt lt start gt 0 0 lt start gt lt finish gt 1000 0 lt finish gt lt debugPeriod gt lt experiment gt lt paths gt lt scenarioFile gt defaultParameters xml lt scenarioFile gt lt modellnput gt model files modell objects ani lt modellnput gt lt modelOutputAni gt model files output ani lt modelOutputAni gt lt generateAnimation gt true lt generateAnimation gt lt extraAni gt model files extra ani lt extraAni gt lt excelOutput gt model files output xls lt excelOutput gt lt paths gt lt model gt lt lanel gt lt visible gt true lt visible gt lt numberFlatTrolleys gt 3 lt numberFlatTrolleys gt lt num
52. b des VesselEvaluators f r jede an der Ladung beteiligte Con tainerbr cke ein Auswertungsobjekt erstellt das wiederum Warteschlangen f r Import und Exportauftr ge sowie beide Auftragstypen f r jede Containerbr cke enth lt und der Differenzierung der Transporte nach Containerbr cken dient Mit den statistischen Auswertungen durch die Warteschlangen und die Eingangswerte zum Containerschiff lassen sich nach einem Simulationslauf folgende statistische Kenn zahlen f r ein Schiff gewinnen e Durchschnittliche Wartezeit pro Import und Export Auftrag sowie f r beide Auf tragstypen zusammen e Durchschnittliche Transportzeiten pro Import und Export Auftrag sowie f r beide zusammen e Gesamt Containerumschlag pro Stunde e Anzahl der Auftragstypen e Ladezeit des Schiffes e Absolute Abweichungen gegen ber dem Vergleichsmodell 88 6 2 statistischen Auswertungskomponenten des Modells e Relative Abweichungen gegen ber dem Vergleichsmodell e Differenzierungen nach den einzelnen Containerbr cken jeweilige Anzahl der Import Export und Gesamtauftr ge Durchschnittsdauer und Wartezeit f r jeden Auftragstyp Gesamtladezeit an der Containerbr cke Aus diesen Einzelkennzahlen lassen sich weitere Kennziffern gewinnen 6 2 3 Ausgabe der Auswertung in Excel F r jeden Simulationslauf wird die Auswertung der Ergebnisse in Form einer Excel Datei ausgegeben Diese enth lt zus tzlich alle vorgenommenen Paramet
53. b treffen zu k nnen Deshalb wird von Maschinen ausf llen bewusst abstrahiert Die Abbildung menschlichen Verhaltens ist insofern nicht sinnvoll als dass die Steuerung der Ger te weitgehend automatisiert stattfindet und gro e Abweichungen von der Norm nicht zu erwarten sind Ebenso sind die Bedien bzw Transportzeiten der einzelnen Terminal Betriebsmittel ber ihre Geschwindigkei ten explizit modelliert so dass sich Abweichungen aus dem Modell heraus erkl ren und nicht auf stochastische Prozesse abgebildet werden m ssen Die im Modell nicht explizit ber ein konkretes deterministisches Verhalten abgebilde ten Bereiche des Systems Containerterminal sind die Stau und die Stellplatzplanung Abschnitt und m gliche Versp tungen von Containerschiffen und LKW Containerschiff und LKW Ankunftszeiten und versp tungen Die Schiffs und LKW Ank nfte an einem Containerterminal sind in der Regel im Voraus bekannt Deswegen werden sie in Form von Ankunftszeitpunkten dem Modell bergeben Mit diesen festen Ankunftszeiten l sst sich das Containerterminal in seinem ordentlichen Betrieb simulieren Da Versp tungen in einem realen Containerterminal vorkommen kann ihre Abbildung den Grad an Realismus des Modells erh hen Deshalb soll es auch im vorliegenden Simulationsmodell m glich sein Versp tungen abzubilden In der diskreten Ereignissimulation werden Versp tungen typischerweise entweder ber eine stochastische Verteilung von Ankunft
54. bed rfen ebenfalls einer besonderen Lagerung Containerbl cke mit eigenem Betriebsmittel Bei Containerterminals in denen der terminalinterne Transport mit Betriebsmitteln mit eigener Hubf higkeit wie zum Beispiel Straddle Carriern Abb durchgef hrt wird m ssen Containerstellpl tze inklusive ihrer Stapelh he und der Bereiche zum Rangie ren und Arbeiten auf die technischen Merkmale der Fahrzeuge abgestimmt definiert werden 11 2 Horizontalkrankonzept Wird der terminalinterne Containertransport mittels Fahrzeugen ohne eigene Hubf hig keit also auf einer Art Chassis durchgef hrt bedarf es eines Krans der das Chassis be und entl dt und den transportierten Container an passender Stelle in den Lagerblock hebt oder ihn dort entnimmt Typischerweise werden dazu Portalkrand verwendet die rad oder schienengest tzt auf genau einem Lagerblock arbeiten Der Portalkran wird so bezeichnet weil er in Form eines gro en Stahlrahmens seinen Arbeitsbereich wie ein Portal berspannt Abb 2 6 Auf dem oberen Quertrager des Rahmens befinden sich der Kranf hrerstand und eine Laufkatze die ber die Breite des Portals bewegt werden kann ber einen an der Katze h ngenden Spreader werden analog zum Spreader an einer Containerbr cke Container aus dem Block ein oder aus gelagert Bei einem Portalkran sind neben den Geschwindigkeiten von Laufkatze und Spreader noch weitere technische Merkmale unterscheidbar Schienengef hr
55. bei der vorliegenden Modellierung auf eine explizite Abbildung der Stellpl tze und Staupl ne verzichtet wird wird auch vom expliziten Zugriff auf einzelne Container slots abstrahiert Die Transportauftr ge an jeder Containerbr cke beginnen bzw enden an einem fixen Punkt innerhalb des Containerschiffs Dieser bildet bez glich Breite und Tiefe in etwa das Mittel der vorliegenden Containerslots Damit wird von Seitwartsbe wegungen der Containerbr cken abstrahiert An den Containerbr cken finden im realen System beim L schen eines Schiffes Lascharbeiten an jedem Container statt Diese wer den nicht explizit modelliert Die f r das Laschen ben tigte Zeit kann jedoch pauschal durch eine Verlangsamung der Hub und Bewegungsgeschwindigkeiten an Laufkatze und Spreader der Containerbr cken im Modell umgesetzt werden Es wird f r jede Modellkomponente eine feste Geschwindigkeit angenommen Auf Be schleunigungs und Bremsphasen wird verzichtet Weiterhin wird von einer Abbildung von Eisenbahngates abgesehen da diese genau wie die LKW Gates einen Portalkran als Ressource eine Zeit lang binden Im Rahmen der zu treffenden Effizienzaussagen spielt die Unterscheidung der Gates also nur eine untergeordnete Rolle 33 4 Entwurf des Beispielterminals Im Pr sentationsfilm von ZPMC werden Tandem Spreader verwendet die zwei benachbarte 40 ft Container gleichzeitig transportieren k nnen Ebenso sind die Flat und Lifting Trolleys sowie
56. ben werden Der QuayLineSpace Resolver berpr ft ob der Auftragsankunfts Zeitpunkt innerhalb der Liegezeit eines Schiffs liegt und die Liegepl tze bereinstimmen Ist das der Fall sind die Containerbr cken des Schiffs aus einer Checkbox ausw hlbar Nachdem die Stacks und die Containerbr cken ausgew hlt wurden kann die Auftragsgruppe der Liste hinzugef gt werden und wird 82 6 1 Parametereingabe dabei intern im QuayLineSpaceResolver an das Schiff gebunden In Analogie zur De finition landseitiger Transportauftr ge k nnen auch seeseitig Gruppen angelegt werden die sowohl Im als auch Exportauftr ge enthalten Auch hier werden ber den Schiebe regler die Mengenverh ltnisse bestimmt Dar ber hinaus muss noch angegeben werden wie lang ein Auftragszyklus sein soll Das hei t wie viele Import Auftr ge von einer Containerbr cke abgearbeitet werden m ssen bevor diese mit der Durchf hrung von Exportauftr gen beginnt und umgekehrt Damit wird abgebildet dass ein bestimmter Bereich eines Schiffes zum Beispiel eine Luke oder ein einzelner Containerstapel erst komplett ausgeladen werden muss bevor dort neue Container eingestellt werden k n nen Bestehende Werte der Auftragsliste k nnen ber die Schaltfl chen Remove wieder entfernt und Change Values ver ndert werden G Eingabe der Modellparameter x a a P f A on D lelos General I Experiment Parameters Lanes amp Trolleys I Strategi
57. ber die seeseitige H lfte des Stacks generiert 3Frei bedeutet dass das Flat Trolley keinem anderen Transportauftrag zugeordnet ist und nicht gerade den reservierten Bereich eines anderen Flat Trolleys verl sst 66 5 4 Aufbau des Systemzugangs um ein Prestacking der Stellplatzplanung zu implizieren Bei den brigen Transportauf tr gen werden sie ber den gesamten Stack verteilt erzeugt Der gew hlte Container slot wird dem Auftrag als gew hlter Start bzw Zielpunkt f r den Containertransport bergeben Bei LKW Im und Exporten wird der Auftrag mit einer zuf llig gew hlten LKW Ladebucht des Gates seines Stacks versehen Handelt es sich beim Transportauftrag um einen seeseitigen Im oder Export Auftrag oder um einen Restacking Auftrag ber zwei Containerbl cke so muss ihm noch ein Flat Trolley zugewiesen werden Dazu wird am FlatTrolleyAllocator die Methode public FlatTrolleyProcess allocateFlatTrolley Order order aufgerufen Diese gibt den f r den Auftrag g nstigsten Flat Trolley zur ck Dabei wird folgende Priorisierung vorgenommen Abb B 2 1 Gibt es eine Horizontalspur mit einem freien Flat Trolley der sowohl den Start als auch den Endpunkt des f r den Transport n tigen Bereichs erreichen kann dass bedeutet es befinden sich keine weiteren Flat Trolleys in diesem Bereich und kein Abschnitt des Bereichs berschneidet sich mit der Reservierung eines anderen Flat Trolleys so wird dieser ausgew hl
58. berLiftingTrolleys gt 7 lt numberLiftingTrolleys gt lt lanel gt lt lane2 gt lt visible gt true lt visible gt lt numberFlatTrolleys gt 3 lt numberFlatTrolleys gt lt numberLiftingTrolleys gt 7 lt numberLiftingTrolleys gt lt lane2 gt lt lane3 gt lt visible gt true lt visible gt lt numberFlatTrolleys gt 3 lt numberFlatTrolleys gt lt numberLiftingTrolleys gt 7 lt numberLiftingTrolleys gt lt lane3 gt lt lane4 gt lt visible gt true lt visible gt lt numberFlatTrolleys gt 3 lt numberFlatTrolleys gt lt numberLiftingTrolleys gt 6 lt numberLiftingTrolleys gt lt lane4 gt lt model gt lt nonSeasideOrders gt lt orderList orderType Import Export land appearanceTime 0 0 numberOfOrders 200 rateOfImport 50 cycleLenght 15 periodBetweenOrders 0 0 selectedQuay Cranes no Quay Crane involved selectedStorageBlocks 1 2 3 4 15 16 17 18 gt lt orderList orderType Restack appearanceTime 0 0 numberOfOrders 200 rateOflmport only oneutype cycleLenght 15 periodBetweenOrders 0 0 selectedQuay Cranes no Quay Crane involved selectedStorageBlocks 1 2 3 4 15 16 17 18 gt lt nonSeasideOrders gt lt vesselList gt II 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 A 2 Beispiel einer vollst ndigen Szenariod
59. bgebildeten Zufallsprozesse auf das Systemverhalten hat wird jeder der Prozesse ber eine eigene Verteilung modelliert Sie liefert einen von den anderen unabh ngigen Strang an Zufallszahlen PK05 S 161 ff Dazu ist es in der Parame trisierung des Modells m glich jede dieser Verteilungen mit einem eigenen Seedwert zu initialisieren 70 5 5 Abbildung stochastischen Modellverhaltens Eine mit einem Seedwert initialisierte Verteilung erzeugt immer denselben Strang von Pseudozufallszahlen so dass dieser reproduzierbar wird Durch die Ver nderung eines Seedwertes ber mehrere Simulationsl ufe bei einem sonst gleichen Szenario mit glei chen Seedwerten f r die brigen Verteilungen kann der Anwender den Einfluss einer der Verteilungen auf das Verhalten des Modells untersuchen und damit R ckschl sse auf den Einfluss auf das abgebildete System ziehen 71 6 Ein und Ausgaben des Modells Die umfassende Untersuchung des Horizontalkrankonzepts mithilfe eines Simulationsmo dells erfordert von diesem weitreichende M glichkeiten der Parametrisierung um ver schiedene Zusammenh nge des Konzepts in ihrem Einfluss auf das Systemverhalten zu bestimmen Dazu wird eine grafische Benutzerschnittstelle geschaffen die es dem Anwen der erm glicht Modelleingaben strukturiert in einer Maske vorzunehmen auf Default Werte zur ckzugreifen und Szenarien zu speichern zu laden und zu ver ndern Die Ausgaben des Modells untergliedern sich
60. che Auswertung der Ergebnisse integriert F r die Verwendung von SimTool spricht dass in diesem Fall ein weitaus geringerer Aufwand zu betreiben ist als bei der eigenst ndigen Programmie rung einer Benutzerschnittstelle Das Vorliegen in Form eines Eclipse Plugins erscheint in sofern g nstig als dass Eclipse als Umgebung f r die Programmierung des Modells verwendet wird Bei der Verwendung von SimTools muss f r das Modell eine Wrapper Klasse geschrieben werden In dieser m ssen alle Werte des Modells die auf ver nderba re Parameter abgebildet werden spezifiziert werden F r die Parametrisierung wird vor Beginn eines Experiments eine Eingabemaske ge ffnet in die die Parameterwerte f r ein bestimmtes Szenario eingegeben werden Im Rahmen einer Simulationsoptimierung k nnen f r einen Parameter auch verschiedene Werte eingegeben werden die dann ber mehrere Simualtionsl ufe automatisch verwendet werden Gegen die Verwendung spricht dass SimTools nur die Eingabe primitiver Datentypen zul sst Beim vorliegenden Modell sind jedoch einige Parameterwerte von einander ab h ngig so dass eine Plausibilit tspr fung bei der Eingabe w nschenswert ist Einige Eingabeparameter des Containerterminal Modells sind auf bestimmte unterschiedliche Werte festgelegt so dass dem Benutzer eine F lle von Zusatzinformationen zur Benut zung des Modells mitgegeben werden m sste Dass es sich bei SimTools um ein Eclipse Plugin handelt erleichtert z
61. dem Netzwerk angeordnet werden Der Materialfluss des Modells zum Beispiel die Bewegung von Con tainern zwischen den Komponenten l sst sich ebenfalls grafisch ber Verbindungen rea lisieren Abb B 3 Das modellspezifische Verhalten wird in Teilen an den Komponen ten parametrisiert Dabei ist insbesondere jenes Verhalten gut ber Standardparameter abbildbar das sich in Form von Bedienstationen die von Werkst cken durchlaufen wer den verstehen l sst Das Warten auf die Verf gbarkeit von Komponenten wird ber das Schiebe und Blockier Prinzip realisiert das alle Materialfluss Objekte die an einer Komponente ankommen automatisch in einer Warteschlange zur ckh lt bis die Kompo nente verf gbar ist Komplexe Steuerungslogik wird in Plant Simulation mit uneigent lichen Objekten realisiert die als logische Modell Entit ten vorliegen Modellverhalten innerhalb der uneigentlichen Objekte wird in der prozeduralen Sprache SimTalk spezifiziert Sim Talk bietet zahlreiche M glichkeiten statistischer Auswertung der Er stellung und Animation von 3D Modellen und der Zufallszahlengenerierung F r die Verwendung von Desmo J spricht da es auf der Programmiersprache Java ba siert die Verf gbarkeit besserer Entwicklungsumgebungen zur Programmierung und die st rkere Strukturierung der Sprache gegen ber der prozeduralen Sprache SimTalk die als propriet re Sprache nicht so umfassend dokumentiert ist wie es bei Java de
62. den Simulationslauf Abb 3 5 26 3 2 Desmo J gt Intitialisiere Zustand gt Setze die Simulationszeit auf 0 gt Erzeuge und aktiviere Entitaten gt E gt aktuelle Ereignis das erste der Liste gt Simulationszeit Ereigniszeitpunkt von E Entferne E aus der Ereignisliste Ende der Simulation Zustands berg nge Aktiviere E und die erzeugen neue Ereignisse verbundenen Entitaten Diese werden in die Ereignisliste geschrieben Abb 3 5 Realisierung des Zeitfortschritts im Scheduler ver ndert aus PK05 5 26 Ereignisorientierter Modellierungsstil Desmo J erm glicht verschiedene Modellierungsstile n mlich einen ereignisorientierten und einen prozessorientierten sowie hybride Mischformen Die ereignisorientierte Modellierung entspricht dabei am st rksten der internen Repr sentation der Ereignisse in Ereignisliste und Scheduler Die verwendeten Elemente der ereignisorientierten Modellierung sind Objekte der Typen Entity und Eventi sowie SimTime Die Entit t beschreibt dabei den Zustand einer Modellkomponente Ein Ereig nis spezifiziert eine Zustands nderung im Modell Jedes Ereignis wird dabei genau einer Entit t zugeordnet auf die es sich bezieht Neben der Ver nderung der Attribute von Entit ten k nnen durch ein Ereignis weitere Ereignisse in die Ereignisliste des Schedu lers eingef gt werden und
63. die Spuren unabh ngig von einander parallel befahrbar sind Zum anderen k nnen jedoch auch auf einer Spur mehrere Transportauftr ge gleichzeitig durchgef hrt werden sofern die se unterschiedliche Bereiche derselben Horizontalspur verwenden Um dabei Kollisio nen zu vermeiden besitzt das Modell eine zentrale Stelle zur Abstimmung der einzel nen FlatTrolleyProcesse einen FlatTrolleyAllocator Dieser hat Zugriff auf alle FlatTrolleyProcesse ihren aktuellen Zustand und die von ihnen ausgehenden Reser vierungen Dort werden alle FlatTrolleyProcesse bei ihrer Erzeugung angemeldet Wird nun eine SystemEntranceCondition abgefragt so pr ft der FlatTrolleyAllocator ob ein Flat Trolley den Auftrag durchf hren kann Dies ist der Fall wenn es eine Spur gibt auf der ein freier Flat TrolleyP Start und Endpunkt des Bereichs der Spur erreichen kann ber den der Container transportiert werden soll oder er ausschlie lich durch andere Flat Trolleys blockiert wird die au erhalb des ben tigten Bereichs gen gend Platz zum ausweichen haben 5 4 3 Freigabe eines Auftrages in das Containerterminal Sind f r einen berpr ften Transportauftrag alle Vorbedingungen erf llt so erzeugt der OrderAllocator ein SystemEntranceEvent Durch dieses Ereignis werden dem betreffenden Auftrag die Containerslots im Stack zugewiesen in die der Container ein oder ausgelagert werden soll Sie werden bei see seitigen Export Auftr gen gleichverteilt
64. die Terminal Chassis dort auf den simultanen Transport zwei er benachbarter Container gleichzeitig ausgelegt Im vorliegenden Modell wird davon abstrahiert da die Auswirkungen auf die Interaktionen der Betriebsmittel als gering eingesch tzt werden Allerdings ist anzunehmen dass der Einsatz von Tandem Lifts einen erheblichen Einfluss auf zu treffende Effizienz und Kapazit tsausagen hat Dieser Einfluss wird im Rahmen der Diplomarbeit noch diskutiert 4 1 3 Modellgrenzen Dimensionen und Parameter Aus den zu modellierenden Betriebsmitteln Abschnitt und den dabei gew hlten Abstraktionen Abschnitt ergeben sich die Grenzen des Simulationsmodells Con tainertransportauftr ge sind die transienten Entit ten des Terminals Sie beschreiben den Weg eines Containers durch das System Containerterminal und binden w hrend ihrer Durchf hrung Betriebsmittel wie etwa Krane als persistente Entit ten des Mo dells Dabei werden drei unterschiedliche Arten von Transportauftr gen ausgemacht Seeseitige Auftr ge beschreiben einen Containertransport zwischen einem Stack und ei nem Containerschiff Sie untergliedern sich in Import Auftr ge f r das Entladen des Schiffs und Export Auftr ge f r das Beladen Analog dazu beschreiben landseitige Im und Exportauftr ge das Be und Entladen von LKW an den Gates Eine dritte Gruppe bilden die Restacking Auftr ge Sie definieren das Umstapeln innerhalb des Contai nerterminals und dienen der
65. dort befindliche entfernt werden Das Einf gen kann zu ei nem spezifizierten Zeitpunkt oder zum selben Zeitpunkt eines im Scheduler befindlichen 2engl Entit t 3engl Ereignis 27 3 Simulation Ereignisses logisch vor oder nach diesem vorgenommen werden Das SimTime Objekt repr sentiert entweder eine Zeitdauer wenn es als Parameter dem Scheduler bergeben wird schedule Event what SimTime when oder einen Zeitpunkt wenn es den R ckgabewert einer Methode spezifiziert Der ereignisorientierte Modellierungsstil entspricht der Sichtweise auf das Modell aus der Vogelperspektive weil sich Ereignisse zwar aus eine Entit t beziehen jedoch nicht direkt in der Entit t erzeugt werden sondern auf einer h heren Ebene definiert werden Prozessorientierter Modellierungsstil Der prozessorientierte Modellierungsstil nimmt statt der Vogelperspektive des ereigni sorientierten Stils die Froschperspektive ein Simulationsprozesse bilden das Verhalten einer Entit t ber die Zeit ab Sie interagieren mit anderen Prozessen und realisieren zeitkonsumierende T tigkeiten Sie haben dabei einen ver nderlichen Zustand bez glich des Modells und einen Zustand bez glich des Kontrollflusses im Programm der jeweils entweder aktiv oder passiv sein kann Aktiv bez glich des Kontrollflusses bedeutet dass gerade der Programmcode des Pro zesses ausgef hrt wird aktiv bez glich des Simulationsmodells dass die abgebildete Modellk
66. e Animationsdatei die alle Kompo nenten des Modells zum Zeitpunkt Null also zu Beginn der Animation beschreibt ber die Funktion Export 3D ist es damit schon w hrend der Modellierung des Layouts m glich aus Verdigo heraus ein Layout in Golem 3D zu betrachten Abb r ISL Layout Editor C Uni Horizontal_Kran_Simulator model files tes C E DOO OOU Rectangle Equipment HE cose em Be FH 1 lo X 121 818 Y 125 795 X 111 179 Y 121 964 3 Selected Object Abb 4 3 Ansicht eines exportierten Verdigo Layouts mit Golem 3D Um ein neues Modell zu erstellen muss zun chst die Containerterminal Gesamtfl che definiert werden Abb 1 Sie grenzt die Landmasse des Containerterminals ab Die nicht umschlossenen Bereiche bilden Wasser das das Terminal umgibt Nun werden alle abzubildenden Betriebsmittel des Containertermials in das Modell Layout eingef gt Dazu wird zun chst jeweils eine Fl che des Typs 3D Objekt auf der Terminal Area platziert Ihr wird dann als Eigenschaft ein 3D Modell zugeordnet Dabei wird die zuvor gesetzte Grundfl che auf die Fl che des 3D Modells angepasst Die eingef gte Modellkomponente kann nun frei im Layout verschoben werden ber die Eigenschaft Autosize kann erzwungen werden dass die Gr e der Komponente der des 3D Modells unver nderlich entspricht Das ist in dem Fall sinnvoll wenn das 44 4 4 Abbildung der Stau und S
67. eben werden muss Abschnitt 4 4 Dabei stehen dem Anwender drei Auswahlm glichkeiten zur Verf gung e Strikte Ordnung Es wird nur f r den ersten Transportauftrag der Containerterminal Warteschlange untersucht ob die Bedingungen zum Beginn des Containertransport 64 5 4 Aufbau des Systemzugangs erf llt sind e Greedy Es wird die gesamte Warteschlange nach dem ersten Auftrag durchsucht f r den die Bedingungen zur Durchf hrung gegeben sind e Strikte Ordnung an den Containerbr cken Zur Abbildung dieser Steuerungsregel wurde in jedem QuayCraneProcess eine Warteschlange eingef gt ber die ei ne feste Abarbeitungsreihenfolge erzwungen werden kann Analog zur greedy Auftragsallokation berpr ft auch hier der Auftrags Allokator alle Auftr ge Die Einhaltung der Reihenfolge an der Containerbr cke ist Teil der Auftragsvorbedin gung Die Auftrags Allokation findet immer dann statt wenn entweder neue Auftr ge in der Warteschlange ankommen oder wenn eine Ressource des Terminals freigegeben wird sie also ihren Anteil an einem vorherigen Transport geleistet hat Dazu wird der Order AllocatorProcess entweder durch ein Auftragsankunfts Ereignis oder durch den Simu lationsprozess eines Betriebsmittels aktiviert nachdem dieser sich als Ressource wieder freigegeben hat 5 4 2 Pr fung der Systemeingangsbedingung Die Auftr ge die nach der zuvor definierten Regel einen Containertransport beginnen k nnten
68. ecke und dann aus Strecke und Geschwindigkeit die Fahrdauer errechnet wird Anschlie end wird die Informati on ber das XMLManipulatorSingleton Objekt in die Animationsdatei geschrieben die aktuelle Position in der Komponente aktualisiert und dem Simulationsprozess die Dauer der Bewegung zur ckgegeben public double moveTo double timeValue DimRepresentation target Bestimmung des begabepunktes auf der Spur des Chassis DimRepresentation targetPoint new DimRepresentation this getCurrentPosition getXvalue target getYvalue this getCurrentPosition getZvalue double distance this getCurrentPosition getDistance targetPoint double duration distance 1 parameters getChassisSpeed xmlManipulatorSingleton moveObject timeValue duration id this getCurrentPosition getPointAsString targetPoint getPointAsString this currentPosition targetPoint return duration Listing 5 1 Konkrete moveTo Methode der Klasse ChassisComponent Neben einfachen Bewegungen stellen die ModelComponent Objekte auch aggregierte Be wegungen zur Verf gung Diese setzen sich aus mehreren Teilschritten in der Visuali sierung zusammen bilden in der Simulation jedoch logisch einen einzigen Schritt Ein 56 5 2 Steuerung modellinterner Abl ufe durch Simulationsprozesse Beispiel daf r ist in der LiftingTrolleyComponent die Bewegung zum Absetzen ei nes von einem Flat Trolley bernomm
69. einziges Auswertungsobjekt vom Typ UnboundOrderEvaluator erzeugt Die Auswertung seeseitiger Transportauftr ge hat als Erkenntnisgegenstand auch einzelne Schiffe und die Aggregation mehrerer Schiffe eines Typs um dar ber Aus sagen treffen zu k nnen Deswegen werden f r jedes einzelne Schiff Auswertungsobjekte vom Typ VesselEvalutor erzeugt Aus Sicht des Auftrags spielt es dabei keine Rolle von welcher Art Auswertungsob jekt ihre Evaluationen vorgenommen werden F r sie ist nur der Obertyp Evaluator Abb bekannt Damit Auswertungen ber die einzelnen Evaluator Objekte hin aus aggregiert erstellt werden k nnen werden alle Auswertungsobjekte zentral in einem ExperimentEvaluator gehalten Schnittstelle Evaluator addOrder ein order Order removeOrder ein order Order orderActivated ein order Order VesselEvaluator Abb 6 5 Verwendung des Typs Evaluator unboundOrderEvaluator 86 6 2 statistischen Auswertungskomponenten des Modells 6 2 1 Auswertung nicht schiffsgebundener Transportauftr ge Alle nicht schiffsgebundenen Transportauftr ge werden durch das UnboundOrderEvalua tor Objekt ausgewertet Dazu erhalten die landseitigen Im und Exportauftr ge und Restacking Auftr ge bei ihrer Erzeugung diesen Evaluator als Attribut Intern besitzt der Evaluator eine Reihe von Warteschlangen in die die Auftr ge zur Auswertung eingef gt und entfernt werden Dabei gibt es f r jeden der Auftragst
70. ektur der Horizontalkrankonzepts Der Einsatz der Horizontalkrane stellt eine Designalternative zu bestehenden Contai nerterminals dar Dabei wird der Transport der Container zwischen den Kaikranen und 14 2 2 Architektur der Horizontalkrankonzepts den Lagerbl cken anders als bei aktuell in Betrieb befindlichen Containerterminals in zwei Schritte unterteilt Es gibt einen Transportschritt parallel zur Kaimauer ber ei ne auf etwa 7m hohen Stelzen konstruierte Schienenverbindung die Low Frame Bridge Abb 2 9 In einen Schritt werden die Container mittels eines unbemannten Trans portchassis zwischen der Low Frame Bridge und einem Portalkran am Einstellplatz des Containers im Stack transportiert Abb 2 9 Low Frame Bridge Die Low Frame Bridge bildet das innovative Herzst ck des Horizontalkrankonzeptes Sie ist eine ein oder mehrspurige Schienenkonstruktion die getragen von St tzpfei lern unterhalb der Containerbr cke verl uft Auf ihr arbeiten Flat Trolleys und Lifting Trolleys Lifting Trolley e Abb 2 10 Flat Trolley und Lifting Trolley 15 2 Horizontalkrankonzept Flat und Lifting Trolley Flat Trolleys sind Schlitten mit denen auf einer Spur Con tainer bef rdert werden Sie k nnen direkt von den Containerbr cken be oder entladen werden Ebenso wie die Flat Trolleys bewegen sich auch die Lifting Trolleys schienen gef hrt auf einer Horizontalspur der Low Frame Bridge Abb P 10 Beide
71. en tigten Ger te die Beobachtungsobjekte nicht jedoch der Container selbst entscheidend Deswegen werden die Stell und Staupl ne der Schiffe und Containerbl cke nicht explizit modelliert Diese werden jedoch in soweit antizipiert dass generell von einem Vorstau ausgegangen wird 32 4 1 Systemanalyse so dass sich Container f r das Beladen eines Schiffes ausschlie lich in der seeseitigen H lfte der Containerbl cke befinden Des weiteren wird darauf verzichtet unterschiedliche Containertypen und arten zu un terscheiden Unter der Pr misse dass die vorliegenden Betriebsmittel entweder einen 40 ft Container oder zwei 20ft Container zur Zeit transportieren k nnen und die 20 ft Container hnliche Start und Zielpunkte haben werden jeweils zwei 20 ft Container oder ein 40ft Container auf einen Transportauftrag abgebildet Die unterschiedlichen in einem Containerterminal umgeschlagenen Containertypen sind unter anderem K hl und Leercontainer K hlcontainer ben tigen einen Containerstellplatz mit Energiever sorgung ebenso werden Leercontainer gesondert gelagert Eine Modellierung dieser un terschiedlichen Typen wird nicht vorgenommen es kann jedoch eine Charge von Trans portauftr gen auf einen einzigen bestimmten Lagerblock festgelegt werden Bei der Be und Entladung von Schiffen in einem realen Containerterminal werden die Containerbr cken entlang des Schiffs bewegt um mehrere benachbarte Schotts zu bear beiten Da
72. en werden dass die passenden Betriebsmittel bei jedem Containertransport zwei 40 ft Boxen bewegen k nnen Damit w ren insbesondere auf der Low Frame Bridge und an den Containerbr cken nur die H lfte der Transportauftr ge n tig Zur Untersuchung des Beispielterminals unter diesen Annahmen wird ein weiterer Wo chenplan mit denselben Parametrisierungen des Szenarios simuliert nur dass lediglich die H lfte der seeseitigen Transportauftr ge angenommen wird Auswertung eines Tandem Lift Szenarios Unter den Annahmen zum Betrieb des Terminals mit Tandem Lift betr gt die durch schnittliche Abweichung der Ladezeit gegen ber dem Referenzmodell 280 Die Expe rimentdatei liegt der Arbeit unter dem Namen TandemLift xls bei Also stellt das Horizontalkrankonzept auch unter den dort getroffenen Annahmen keine Alternative zu bestehenden Containerterminal Architekturen dar Das k nnte verschie dene Gr nde haben die im Folgenden mit weiteren Simulationsexperimenten untersucht werden 98 7 2 Annahme von Tandem Lift e Die gleichzeitige Durchf hrung landseitiger und seeseitiger Im und Exportauftr ge im selben Stack k nnte dort die Ressource Portalkran zu stark binden Dies k nnte entweder durch eine zu wenig differenzierte Abbildung der Steuerung die zu umfassende Reservierungen an den Portalkranen vornimmt oder an einer zu gering gew hlten Dimensionierung der Betriebsmittel im Stack liegen e Die abgebildete S
73. en H lfte des Stacks zugeordnet und dr ckt so einen Vorstau durch die Stellplatzplanung aus Bei den brigen Auftragstypen werden die Contai nerslots ber den gesamten Stack verteilt generiert und spiegeln so eine gleichm ige 40 4 4 Abbildung der Stau und Stellplatzplanung Nutzung desselben wieder Ein weiterer Punkt im vorliegenden Simulationsmodell an dem beschrieben wird wie die Stauplanung implizit im Modellverhalten ber cksichtigt wird ist die Parametrisie rung unter welchen Umst nden Transportauftr ge im Modell bearbeitet werden sollen Dazu ist eine aus drei verschiedenen Regeln w hlbar von denen jede eine unterschied liche Sichtweise darstellt wie die Stau und die Stellplatzplanung im Modell umgesetzt werden Die Stellplatzplanung im Containerterminal bedingt die Reihenfolge in der die Container in einem Containerblock gestapelt sind bzw in welcher Reihenfolge sie gesta pelt werden sollen Die Stauplanung bedingt die Reihenfolge in einem Containerschiff Je nachdem an welcher Stelle im Modell man die Stau und Stellplatzplanung logisch rea lisiert sieht stehen unterschiedliche Transportauftr ge zur Durchf hrung bereit Dabei ist jede dieser Regeln eine Abstraktion des realen Systemverhaltens und bildet unter schiedliche Teile desselben ab e Strikte Ordnung Die strikte Einhaltung der Ankunftsreihenfolge der Transport auftr ge bei ihrer Abarbeitung bildet die Einhaltung von Reihenfolge Beziehungen exp
74. en automatisch der entsprechende Programmcode generiert wird Dieser liegt in Form einer Java Klasse des Typs JFramd vor und kann nach den Anforderungen der An wendung erweitert werden Dabei kann der Entwickler frei zwischen dem Entwurf der Programmoberfl che und dem Quellcode der Klasse wechseln 6 1 1 Struktur der grafischen Benutzerschnittstelle Bei der Parametrisierung eines spezifischen Simulationslaufs lassen sich unterschiedliche Arten von Parametern unterscheiden je nachdem f r welchen Bereich des Simulations laufs sie eine Eingabe erlauben Abschnitt 4 1 3 Es gibt Einstellungsm glichkeiten f r die Organisation der Input und Output Dateien Variationen der Experinentdauer der Dimensionerung des Modellaufbaus und der technischen Daten seiner Betriebsmittel der Steuerstrategie der Schiffs und Auftragsank nfte eines Szenarios sowie der Realisierung stochastischen Verhaltens Zur Erh hung der bersichtlichkeit und des Verst ndnisses NetBeans IDE Version 6 5 Eclipse SDK Version 3 4 1 3Programmierschnittstelle und Grafikbibliothek zum Programmieren grafischer Benutzeroberflachen 4Standard API zur Erzeugung und Darstellung einer plattformunabhangigen grafischen Benutzer schnittstelle fiir Java Programme alter und mit einem geringeren Funktionsumfang als Swing 5javax swing JFrame 75 6 Ein und Ausgaben des Modells wof r eine bestimmte Eingabe sorgt werden auf der Benutzeroberfl che die Eingabem g
75. en eingehalten werden Die Art wie die Container zwischengelagert werden unterscheidet sich zum einen zwi schen unterschiedlichen Containerterminals mit unterschiedlichen Betriebsmitteln und zum anderen innerhalb eines Terminals bez glich der verschiedenen Containertypen Die unterschiedlichen Betriebsmittel bedingen welche Abst nde zwischen den einzu stellenden Containern eingehalten werden m ssen und in welcher Weise die einzelnen Containerbl cke angeordnet werden Abschnitt 2 1 3 10 2 1 Bestehende Containerterminal Architekturen Abb 2 6 Portalkran auf einem Containerblock Stacking Area Bereiche nach unterschiedlichen Containertypen Bei den verschiedenen Containertypen gibt es gr enbedingte Restriktionen bez glich ihrer Stapelbarkeit Neben den 20 ft und 40 ft Containern gibt es noch einige andere welt weit verschiffte Containerformate insbesondere den 45ft High Cube Container Diese sind unter Umst nden nicht untereinander stapelbar Neben Containern verschiedener Gr en gibt es noch weitere Typisierungen anhand de rer Container in besonderen Bereichen untergebracht werden m ssen So ben tigen eini ge Container einen eigenen Stromanschluss zur K hlung bzw Temperierung der G ter Weiterhin werden Leercontainer gesondert und zumeist h her gestapelt Bei Schwer lastcontainern muss darauf geachtet werden dass sie nicht so hoch gestapelt werden d rfen wie Standardcontainer Gefahrgutcontainer
76. en von Containerterminals anhand ihres Automatisierungsgrades und der eingesetzten Krane und Transportmaschinen unter scheiden An dieser Stelle werden zun chst jene Komponenten vorgestellt die in den meisten Terminals weltweit in gleicher oder hnlicher Form Anwendung finden Dann werden exemplarisch zwei bestehende Architekturvarianten des terminalinternen Trans portes unterschieden 2 Horizontalkrankonzept A x Sichth he 1 17 Km J Abb 2 1 Aufbau eines Containerterminals am Beispiel des CT Altenwerder mo difiziert aus Goo 2 1 1 Die Berthing Area Die Berthing Area ist der wasserseitig abgeschlossene Umschlagbereich eines Container terminals Dort werden entlang der Kaimauer ankommende Containerschiffe zum Be und Entladen festgemacht Containerschiffe Containerschiffe sind ein Typ Frachter der auf den Transport von Containern ausge legt ist Abb 2 2 Den weitaus gr ten Anteil am weltweiten Containerhandel haben dabei Vollcontainerschiffe die ausschlie lich zum Containertransport verwendet werden Sch89 S 13 Auf ihnen soll hier das Hauptaugenmerk liegen Containerschiffe werden in der Regel in L ngsstau beladen Das bedeutet dass die Con tainer auf dem Schiff l ngs zur Fahrtrichtung stehen Diese Vorgehensweise wird deswe gen verwandt weil die physikalischen Kr fte die durch Seegang auf die Ladung wirken in Schiffsquerrichtung st rker als in L ngsschiffrichtung sind und die Cont
77. en von nicht modellrelevanten Systembereichen vorge nommen und verschiedene Annahmen bez glich der Steuerung getroffen Die grafischen Modellkomponenten wurden soweit nicht verf gbar in einem 3D Design Programm er stellt Im Modell Layout Editor Verdigo wurde das Modell mit allen Komponenten ent sprechend ihrer Gr e und Lage im Modell definiert Es wurde ein Simulationsmodell in Desmo J erstellt das auf die im Layout spezifizierten Komponenten und ihre Anord nung zugreift und die Steuerung des Modells spezifiziert F r das Modell wurde eine grafische Benutzerschnittstelle modelliert in der die Parametrisierung von Szenarien vorgenommen wird Diese Szenarien spezifizieren Experimente die in Desmo J durch gef hrt werden k nnen Nach Durchf hrung eines Experimentes liegt das spezifische Modellverhalten das im Verlauf desselben auftrat in Form einer Animationsdatei vor und kann in Golem 3D betrachtet und untersucht werden Die Simulationsergebnisse des Experimentes liegen in Form einer Excel Datei vor Sie bieten umfangreiche statistische Kennzahlen zum Simulationslauf unter der angegebenen Szenario Parametrisierung Im gew hlten Aufbau und unter den gew hlten Annahmen bez glich Steuerung und technischer Parameter war es nicht m glich die durch das Vergleichsterminal gegebe nen Ladezeiten f r gr ere Containerschiffe zu erreichen Bei ihnen ist im Rahmen der modellierten Implikationen ein zeitlicher Mehraufwand von etwa 50 f r d
78. en zur Steuerung eines Transportauftrages Quay Crane Order Arrived begin Activity hold Pick up Container from Vessel Move to Quay Crane Flat Trolley Hanover Point Insert Quay Crane into Wait Queue Flat Trolley Order Arrived begin Activity hold move to Handover Point Insert FlatTrolley into Wait Queue WaitQueue QuayCrane FlatTrolley Handover Queue Common Activity hold perform QuayCrane FlatTrolley Container Handover QuayCrane activity finished Ready for Containertransport on Low Frame Bridge Abb 5 1 Interaktion zwischen Containerbr cke und Flat Trolley 61 5 Aufbau der Modellsteuerung in Java mit Desmo J In einer weiteren Kooperation zwischen Lifting Trolley und Terminal Chassis wird der Container abgesenkt gedreht und auf dem Chassis abgesetzt Der Lifting Trolley hebt seinen Spreader wieder auf volle H he und bearbeitet etwaige weitere Transportauftr ge aus seiner internen Auftragswarteschlange bzw deaktiviert sich und wartet auf weitere Auftr ge Nach Ende seiner Interaktion mit dem Lifting Trolley f hrt das Terminal Chassis den Container in den Stack auf die H he des Containerslots in den der Container letztendlich eingelagert werden soll Dort wartet es auf eine letzte synchronisierte Kooperation mit einem Portalkran der den Container vom Chassis entnimmt auf volle H he anhebt und ihn an der im Transportauftragsobjekt spezifizierten
79. enarios mit Tandem Lift bei fester Zuordnung der Stacks zu einem Schiff Auswertung des Szenarios mit ver nderten Geschwindigkeiten Die Erh hung der Geschwindigkeiten der Modellkomponenten der Low Frame Bridge f hrt zu einer Verk rzung der reinen Schiffsladezeiten von etwa 5 Mit dieser Verbes serung dauert das Be und Entladen der nicht Feeder Conainerschiffe etwa 40 l nger als im Referenzmodell Unter den gew hlten Parametrisierungen stellt das Horizontal krankonzept keine Alternative zu bestehenden Terminal Architekturen dar Die Expe rimentdatei zu diesem Szenario liegt der vorliegenden Arbeit unter dem Namen Tan demLiftFesteStackzuordnungH hereGeschwindiekeit xls bei 7 2 4 Untersuchung der Be und Entladung einzelner Containerschiffe Um die Einfl sse des gleichzeitigen Be und Entladens von Containerschiffen inner halb des Wochenplans auf die Ladedauer der einzelnen Schiffe festzustellen wird je weils ein Schiff jedes Typs einzeln untersucht Dabei bildet das Szenario zur Abbildung von Tandem Lift und fester Zuordnung eines Yard Bereichs mit den Default Werten der 102 7 2 Annahme von Tandem Lift technischen Spezifikation den Rahmen Das Auftreten der landseitigen Transportauftr ge und der Restacking Auftr ge wird beibehalten Die jeweilige Experimentdatei liegt der vorliegenden Arbeit unter dem Namen ihres Schiffstyps bei Zu Beginn der Bearbeitung eines Schiffes verteilen sich die Lifting Tr
80. enen Containers auf ein unter ihm wartendes Terminal Chassis W hrend sie auf der Ebene des LiftingTrolleyProcess einen nicht unterbrechbaren logischen Schritt darstellt setzt sie sich in der Komponente und da mit auch in der Animation aus einem ersten Absenken einer Drehung und der weiteren Absenkung auf das Chassis zusammen 5 2 2 Modellierung von Interaktionen von Simulationsprozessen Das Verhalten einer Modellkomponente ber die Zeit wird durch einen Simulationspro zess abgebildet Dieser interagiert mit den Prozessen anderer Komponenten und realisiert zeitkonsumierende T tigkeiten Abschnitt Im vorliegenden Simulationsmodell bestehen alle Zeit verbrauchenden T tigkeiten im mer aus zwei Schritten Zun chst wird die T tigkeitsmethode an dem Prozess zuge h rigen ModelComponent Objekt aufgerufen z B ruft ein ChassisProcess an seiner ChassisComponent die Methode moveTo double timeValue DimRepresentation target auf Dort wird die Position der Komponente aktualisiert das Bewegungsereignis an die Animation weitergegeben und die Dauer der Bewegung an den Simulationsprozess zu r ckgegeben der daraufhin per hold die Bewegung im Simulationsmodell realisiert Eine explizite Aktivierung der die Betriebsmittel abbildenden Simulationsprozesse wird nur beim Systemeintritt eines Transportauftrages in das System verwendet Dort wird im Vorfeld sichergestellt dass der angesprochene Prozess passiv wartend ist Prozesssynchron
81. er Erstellung eines Szenarios darauf zu achten dass er die Transportauf tr ge so anlegt dass sie einer echten Stauplanung entsprechen k nnten Beispielsweise d rfen 1500 Container die aus einem gro en Containerschiff entladen werden sollen nicht in einen einzigen Stack mit einer Kapazit t von 1280 Containern eingestellt wer den Restacking Auftr ge sollten insbesondere die Containerbl cke betreffen in denen ein hoher land und seeseitiger Umschlag stattfindet Des weiteren obliegt es dem Benut zer daf r zu sorgen dass ein Bereich des Schiffes erst komplett entladen werden muss bevor er wieder beladen werden kann Die Auftrags Eingabemaske stellt daf r den Para meter Cycle Lenght zur Verf gung der bestimmt wie viele Im oder Exportauftr ge am St ck abgearbeitet werden m ssen Die im Modell umgesetzten Implikationen der Stau und der Stellplatzplanung betref fen die Zuordnung von Containerbr cken und Stacks f r eine Gruppe von Auftr gen aus einer Liste Wird ein Szenario vom Anwender so definiert dass Auftr ge geb ndelt angelegt werden ordnet das Modell die angegebenen Stacks und Containerbr cken zu f llig gleichverteilt zu und antizipiert so eine gleichm ige Ressourcennutzung durch die Stellplatzplanung Ausschlie lich vom Modell gesteuert wird die Zuordnung bestimmter Containerslots zu einem Transportauftrag Dabei wird bei seeseitigen Exportauftr gen der Platz gleichver teilt zuf llig aus der vorder
82. erden auf einer Horizontalspur findet jedoch wieder ein exklusiver Zugriff auf den zu befahrenden Bereich der Spur statt Neben der Vereinfachung der Steuerung in den Einzelkomponenten bringt das Horizontalkrankon zept einen Mehraufwand bei der Synchronisation der Teilkomponenten mit sich da bei einem Transportauftrag an der Low Frame Bridge je ein Flat Trolley ein Lifting Trolley und ein Transportchassis an einer Container bergabe beteiligt sind Eine weitere Be sonderheit des Horizontalkrankonzeptes ist dass sich jede Transportkomponente aus schlie lich ber eine gerade Strecke bewegt Damit sind alle Container bergabepunkte zwischen zwei Komponenten im Vorhinein bekannt Eine passende Steuerung kann die Synchronisation zwischen zwei Betriebsmitteln dementsprechend besser planen da sich aus Position und Geschwindigkeit der Komponenten das jeweilige Eintreffen am Syn chronisationspunkt bestimmen l sst Sind die beteiligten Komponenten eines Containertransports ausreichend aufeinander abgestimmt und die Teilsysteme derart dimensioniert dass keine der beteiligten Kompo nenten einen Flaschenhals bildet k nnten bei ihrem Einsatz Effizienzgewinne gegen ber klassischen Containerterminals erreicht werden Der jeweilige Anteil einer Komponen te am Gesamttransport eines Containers k nnte vermindert und somit mehr Container gleichzeitig transportiert werden 17 3 Simulation In diesem Kapitel sollen zun chst die Begriffe Simulation
83. erterminals sind mit hohen Kosten und lan gen Bauzeiten verbunden Daher muss die gew hlte Architektur schon vor Baubeginn auf ihrer Eignung berpr ft werden einen effizienten Betrieb im sp teren Containerter minal zu erm glichen Bei Architekturen die schon in anderen Terminals Anwendung finden kann dabei auf Erfahrungswerte zur ckgegriffen werden Da es sich hier jedoch um ein neues Konzept handelt und dessen Erfinder ZPMC als Hersteller von Kranen und Schwerlastanlagen ein starkes Interesse daran hat Containerterminal Architekturen mit einem hohen Anteil an Krananlagen zu verkaufen muss sich der Betreiber des Ter minals ein eigenes unabh ngiges Bild von der Leistungsf higkeit des Konzepts machen Dazu k nnen zum einen analytische Methoden und zum anderen Simulation dienen Mathematische Methoden der Analytik eignen sich dabei nur f r einige Teilbereiche der Untersuchung von Containerterminal Prozessen Probleme die viele variable Ein und Ausgangsgr en besitzen verf gen oft ber eine Komplexit t die rechnerisch nicht l sbar ist Mit den Mitteln der Simulation k nnen sie jedoch abgesch tzt werden Zielsetzung und Herangehensweise Ziel der vorliegenden Diplomarbeit ist die Untersuchung des Horizontalkrankonzeptes der Firma ZPMC hinsichtlich seiner Anwendbarkeit in einem Containerterminal Dazu wird das Modell eines Beispielterminals entworfen in dem das Konzept verwendet wird Zun chst werden in Kapitel 2
84. es Ship Arrivals amp Departures Orders Technical Specifications Stochastics Add remove or change transport Orders Quay Cranes Storage Blocks E Quay Crane 17 WBlock1 O Block 10 a C Quay Crane 18 m Order appearance time 5400 im and Exportcycle Length v Block2 Block 11 at a Quay Crane LJ Quay Crane 19 Z Block 3 C Block 12 Number of Orders 200 Period between oo en W Block4 Block 13 Order Arrivals sec _ Quay Crane 21 C Block 5 C Biock 14 Order Type s Import sea C Quay Crane 2 Cl Biock6 V Block 15 Quay Crane C Biock7 X Block 16 U Quay Crane 24 CBiock8 Block 17 Rate of Import Export Orders C Biock9 r Block 18 a Current Berth D Berth 1 gt Berth 2 1 1 7 Berth 3 Add Remove Change values Order Type Appearance Time Number of Orders Rate of Import Cycle Lenght Period between Or Quay Cranes Storage Blocks Import Export sea 0 0 200 50 5 10 0 11 2 3 1 2 3 4 Import Export land 0 0 200 50 115 0 0 no Quay Crane inv 1 2 3 4 15 16 Restack 0 0 200 only one type 15 0 0 no Quay Crane inv 1 2 3 4 15 16 Abb 6 4 Parametrisierung von Transportauftr gen 83 6 Ein und Ausgaben des Modells 6 2 statistischen Auswertungskomponenten des Modells Um das Horizontalkrankonzept zu untersuchen muss das Modell in der Lage sein Kenn zahlen zu liefern die eine Vergleichbarkeit mit bestehenden Containerter
85. es Prozesses zu einem bestimmten Zeitpunkt als Ereignis vorgemerkt Ebenso wird f r eine zeitkonsumierende T tigkeit mit hold SimTime time ein Akti vierungszeitpunkt in der Ereignisliste vorgemerkt Die beim ereignisorientierten Model lierungsstil im Ereignis spezifizierte Steuerungslogik macht in einem SimProcess den Bereich seines lifeCycle s aus der vom Punkt seiner Aktivierung abgearbeitet wird bis er die Programmkontrolle wieder abgibt Die Verbindung von Prozess und Freignisorientierung wird derart umgesetzt das Pro zesse in ihrem Lebenszyklus Ereignisse die Ereignisliste des Schedulers einf gen und von dort entfernen k nnen Ereignisse k nnen auf Prozesse einwirken indem sie sie aktivieren oder sie w hrend ihrer konzeptuell besch ftigten hold Phase unterbrechen 29 4 Entwurf des Beispielterminals Zur Untersuchung des Horizontalkrankonzeptes muss zun chst ein Terminal entworfen werden welches eine Umgebung f r die neuartigen Krankomponenten bildet Innerhalb dieser Umgebung k nnen die Wechselwirkungen mit den brigen Terminalkomponen ten beobachtet und ber die Simulation des Gesamtterminals Produktivit tsaussagen getroffen werden Dazu werden zun chst bestehende Containerterminals betrachtet und passende Systemkomponenten ausgew hlt die sp ter im Modellterminal den Rahmen f r die Komponenten des Horizontalkrankonzeptes bilden Des weiteren wird die Dimen sionierung des Beipielterminals vorgenommen da
86. es Simulationsexperimentes ber einen Zeitraum ein Schiff an einem Liegeplatz liegt wird ein entsprechendes Modell im Rahmen der Animation in der entsprechenden Berth ber seine Eigenschaften sichtbar gemacht Der Gesamtaufbau des CT Modells l sst sich in Abbildung nachvollziehen Dort befinden sich die unterschiedlichen Containerschiffe 7 jenseits des Terminalbereichs 1 Um die verschiedenen Schiffstypen abzubilden lassen sich zwei Feeder Schiffe mit 100m und 150m L nge und drei Containerschiffe mit einer L nge von 200 280 und 300m animieren Diese k nnen je nach Schiffstyp von bis zu acht Containerbr cken 4 be und entla den werden Die Br cken berspannen die Containerschiffe zur G nze und werden mit einer H he von 50m und einer Gesamtl nge von 100m dimensioniert Sie sind analog 48 4 5 Anordnung der Modellkomponenten in Verdigo Symbol Beschreibung Aussengrenze des Terminals Kaimauer Portalkran LKW Gate On Containerschiff Abb 4 6 Anordnung der unterschiedlichen Containerterminal Komponenten Ab bildung eines Drittels des Gesamtmodells zu den Containerschiffen gem der Parametrisierung in der Animation sichtbar oder unsichtbar Die Low Frame Bridge 6 wird ebenfalls komplett unterhalb der Containerbr cken an gelegt so dass jede Spur mit den auf ihr beweglichen Flat Trolleys vom Spreader der Br cke zu einer Container bergabe erreichbar ist Die H he der Low Fra
87. f Seiten der Betreuer die ser Arbeit auf die zur ckgegriffen werden kann scheinen sich die Werkzeuge gut zu erg nzen Sie decken gemeinsam die vollen Anforderungen ab die durch das Thema der Arbeit gestellt sind Das Modell Layout das im 2D Editor Verdigo f r eine sp tere Nut zung in Golem 3D erstellt wird kann mithilfe von Java Bibliotheken zur Verarbeitung von XML Dokumenten eingelesen werden und stellt so das in Desmo J nicht spezifi zierte Raumkonzept zur Verf gung Desmo J stellt als Framework s mtliches Verhalten das f r die diskrete Ereignissimulation ben tigt wird zur Verf gung und bietet dar ber hinaus die gesamte Ausdrucksm chtigkeit der Sprache Java zur Abbildung des modells pezifischen Verhaltens 24 3 2 Desmo J 3 2 Desmo J Die Abk rzung Desmo J steht f r Discrete Event Simulation and MOdelling in J ava Desmo J wurde am Arbeitsbereich ASI des Departments Informatik der Universitat Hamburg in der Arbeitsgruppe von Professor Page im Rahmen studentischer Projekte entwickelt 1999 in seinen Kernfunktionalit ten fertiggestellt und seitdem kontinuierlich weiterentwickelt Das Framework geht auf das 1989 in Modula 2 geschriebene Original DESMO zur ck das seinerseits Anleihen an dem 1979 in der Simulationssprache Simula entstandenen Paket DEMOS f r diskrete Ereignissimulation nimmt desl Quick Over view Black Box und White Box Komponenten Desmo J ist ein Framework zur objektorientierten Soft
88. fische Darstellung werden manche Modellzusammenh nge intuitiv fassbar Bestimmte insbesondere r umliche Inkonsistenzen des Modells sind dabei zum Teil sehr viel leichter auszumachen als bei einer h heren zum Beispiel auf reine Koordinaten ab gebildeten Abstraktionsebene des Modellverhaltens W hrend die berschneidung zwei er Containerbr cken bei einer nicht grafischen Systemrepr sentation unter Umst nden nicht auff llt wird sie im Rahmen einer Animation leicht sichtbar Zur Untersuchung bestimmter Modellbereiche oder Interaktionen zwischen Komponen ten die auf das Modellverhalten besonderen Einfluss haben gibt es in Golem 3D die M glichkeit die Kameraperspektive der Animation frei ber das gesamte Modell zu w h len und w hrend der Animation zu ver ndern und zu zoomen Die Bewegung einzelner Objekte l sst sich mit der Einstellungsm glichkeit nachvollziehen die Kamera entweder dem Objekt folgen zu lassen oder sie direkt daran zu binden Die genaue Beobachtung bestimmter Zeitr ume ist mit einer Beschleunigungs und einer Zeitlupenfunktion sowie dem Springen an bestimmte Zeitpunkte der Animation m glich Zur Pr sentation von Animationsergebnissen erlaubt es Golem 3D dar ber hinaus Kamerafahrten explizit zu defineren und Szenen zu einem Film zusammenzuschneiden 92 6 3 Animation der Simulationsergebnisse x f 2 ISL 3D Realtime Animation Player C Uni eclipse eclipse workspace test model files output a
89. fsliegezeiten eingef gt Der QuayLineSpaceResolver f gt das Schiff zus tzlich seiner internen Liste aller Schiffe hinzu Mit Bet tigen der Remove Schaltfl che kann ein Containerschiff aus der Tabelle wie der entfernt werden Dazu pr ft der QuayLineSpaceResolver zun chst ob seeseitige Import oder Exportauftr ge an das Schiff gebunden sind Ist dies der Fall kann es nicht aus der Tabelle entfernt werden Es wird eine diesbez gliche Warnung ausgege ben Sind keine Auftr ge an das Schiff gebunden wird es aus der Liste und aus dem QuayLineSpaceResolver Objekt entfernt 6 1 8 Auftragsank nfte Analog zur Registerkarte der Schiffsank nfte werden die Transportauftr ge auch zu n chst in einer Maske definiert und dann in eine Tabelle eingef gt Abb 16 4 Sie werden dabei immer als eine Gruppe von Auftr gen angelegt 81 6 Ein und Ausgaben des Modells Ls Eingabe der Modellparameter General Experiment Parameters Lanes amp Trolleys Strategies Ship Arrivals amp Departures I Orders Technical Specifications Stochastics Insert Ship Arrivals and Departures Please set Quay Area for Vessel to land Set landing Ship Type Ship Arrival Time Number of Quay Cranes Quay Area 1 m 1600 5000 5 Iz Quay Area 2 j Estimated Loading Time Quay Area 3 36360 non productive Time 2000 0 Add Remove Berth Arrival Time Estimated Loading Finished Departure Time Vessel Type Number of Quay Cra
90. gebundenes quayCraneFlatTrolleyHandover Objekt ausgef hrt das die Kooperation beider Prozesse spezifiziert also das Absenken des Containers durch den Spreader der Containerbr cke auf den Flat Trolley Dann wird der Container vom Spreader gel st und vom Flat Trolley aufgenommen Intern wird dies durch ein unsichtbar Machen des 3D Container Objekts am Spreader der Con tainerbr cke und ein sichtbar Machen auf dem Flat Trolley sowie einer Zeitkonsumpti on f r die bergabe realisiert Anschlie end wird der Spreader der Br cke angehoben und die Kooperation beendet wodurch beide Prozesse die Kontrolle zur ckerhalten Der QuayCraneProcess ver ndert seinen Status auf unbesch ftigt und informiert die zentrale Terminal Zugangssteuerung den OrderAllocator dass ihm neue Transport auftr ge zugewiesen werden k nnen Abb B 1 Der Flat Trolley legt auf seiner Spur der Low Frame Bridge den Weg zur bergabestelle mit dem Terminalchassis zur ck und wartet dort in einer weiteren WaitQueue auf eine Kooperation zur Entladung durch einen Lifting Trolley Sobald beide den bergabe punkt erreicht haben sich also in die WaitQueue eingef gt haben wird der Container im Rahmen einer Kooperation mit dem Lifting Trolley vom Flat Trolley gehoben Der Flat Trolley verl sst den Arbeitsbereich des Lifting Trolleys beendet seine Reservierung des Spurbereichs und stellt sich f r weitere Transportauftr ge zur Verf gung 60 5 3 Prozessinteraktion
91. geh renden 3D Komponenten hinterlegt e Erstellung des Simulationsmodells in Eclipse SDK und Netbeans IDE Bei der Erstellung des Simulationsmodells im Javaframework Desmo J wird die Entwick lungsumbebung Eclipse SDK zur Modellierung der Simulationslogik eingesetzt Das grafische Benutzerinterface wird in Netbeans IDE realisiert e Durchf hrung eines Simulationserperimentes Zur Durchf hrung eines Simulati onsexperimentes m ssen das Simulationsmodell als Java Programm und das dazu geh rende Modell Layout aus Verdigo vorliegen Dabei wird zun chst ein Szenario erstellt oder geladen Anschlie end wird mit der vorgenommenen Parametrisierung ein Simulationslauf durchgef hrt der neben einigen statistischen Auswertungen ei ne Animationsdatei erzeugt 38 4 4 Abbildung der Stau und Stellplatzplanung e Animation des Simulationsergebnisses Die w hrend des Simulationslaufs erzeugte Animationsdatei kann in einem weiteren Schritt im 3D Realtime Animation Player Golem 3D abgespielt werden Golem 3D Animationsdate Bearbeiten den Eclipse Java rer Workspace Netbeans IDE f 3D Modell Verdigo f 3D Komponenten AC3D Abb 4 1 Modellierung Simulation und Animation in den unterschiedlichen Pro grammen 4 4 Abbildung der Stau und Stellplatzplanung Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung des Horizontalkrankonzepts in einem Containerterminal
92. he definiert Sie liegen im Zeitpunkt der Simulationserstell lung in Form eines Szenario Objektes dem ParameterSingleton vor Vor Beginn eines Simulationslaufs generiert ein Objekt des Typs InputToOrderConverter alle im Szena rio beschriebenen Tranportauftr ge in Form der Modell Entit t des Typs Order Dabei wird eine Parametrisierung vorgenommen die den Auftrag umfassend beschreibt Sie enth lt die Art des Auftragstyps um den es sich handelt also ob ein land oder seeseiti ger Im oder Export Auftrag oder ein Restacking Auftrag vorliegt Des weiteren werden die Start und Zielpunkte des Transportes gem des Szenarios festgelegt F r seeseitige Im und Exportauftr ge sind diese Punkte ein QuayCraneProcess und ein StackingProcess die bei der Parametrisierung entweder explizit oder in Form einer 63 5 Aufbau der Modellsteuerung in Java mit Desmo J Liste angegeben werden aus der bei der Auftragsgenerierung der angegebenen Prozesse zuf llig ausgew hlt wird F r Restacking Auftr ge befinden sich Start und Endpunkt des Containertransports innerhalb des Yards Diese werden ebenso zuf llig aus einer angegebenen Liste von Stacks zugewiesen Bei allen seeseitigen Auftr gen sowie den Restacking Auftr gen die zwei Stacks umfas sen findet ein Teil des Transportauftrags auf der Low Frame Bridge statt In diesem Fall wird dem Auftrag der ben tigte Bereich als LaneReservation bergeben Landsei tigen Transportauftr gen al
93. ilden eine BayP Je zwei be nachbarte Bays werden zu einer Doppelbay zusammengefasst Maximal zwei benachbarte Doppelbays bilden zusammen einen Laderaum der durch feuer und wasserundurch l ssige W nde abgeteilt ist W nde in Schiffsl ngsrichtung unterteilen die Doppelbays wiederum in je zwei bis drei Luke Ist unter Deck eine Luke gef llt wird sie mit einem Lukendecke verschlossen der ahnlich einem gewohnlichen Container von einer Containerbrticke bewegt wird Der Lukendeckel schiitzt die Container in der Luke vor eindringendem Wasser und bildet gleichzeitig den Untergrund fiir an Deck gestapelte Container Container innerhalb einer Luke k nnen also nur gel scht werden wenn vor her an Deck alle auf der Luke stehenden Container entfernt wurden Sch89 S 13 20 Gie04 Containerschiffe lassen sich generell bez glich ihrer Gr e und der Entfernungen f r die sie genutzt werden unterteilen Abb 2 4 Feederschiff Relativ kleine Containerfrachter die als lokale Zubringer eines Containerterminals die nen werden dabei als Feederschiff bezeichnet Abb 2 4 Sie k nnen wegen ihres gerin geren Tiefgangs auch kleinere K sten und Binnenh fen ansteuern Die gr ten auf dem Rhein fahrenden Binnenfeeder besitzen aktuell eine Kapazit t von bis zu 500 TEU die im Ostseeraum eingesetzten etwa 1400 TEU Wikbl 5Bay engl Containerbucht Luke engl Hatch TLukendeckel engl Hatch Cover 8Feeder engl Zubringer 2
94. in XML Dokument und erzeugt f r alle un terschiedlichen Bestandteile des Dokuments z B den Beginn oder das Ende eines Ele mentes Textpassagen etc verschiedene Ereignisse In einer weiteren Komponente dem Content Handler wird dann gem den anwendungsspezifischen Anforderungen be schrieben wie das Programm auf ein bestimmtes Ereignis reagiert F r die Erzeugung der Animationsdatei wurde in folgender dreischrittiger Weise vorge gangen 91 6 Ein und Ausgaben des Modells 1 Zur Vorbereitung der Ausgabe der Animationsereignisse durchl uft der Parser zu n chst das Modell Layout vollst ndig Der Content Handler schreibt den gesam ten Inhalt in eine neue Datei bis zu dem Punkt an dem die Animationsereignisse eingef gt werden sollen also unterhalb des time Elements in dem die Modell komponenten initialisiert werden 2 Im zweiten Schritt werden w hrend des Simulationslaufs die XML Repr sentationen der Animationsereignisse in das Dokument geschrieben 3 Nach Beendigung der Simulation wird das Layout Dokument noch einmal ge parst Der ContentHandler kopiert diesmal den abschlie enden Teil des Layout Dokumentes in die neue Animationsdatei und schlie t diese ab 6 3 2 Darstellung der Animationsausgabe in Golem 3D Die w hrend der Simulation erzeugte Animationsdatei l sst sich nach Ende des Simu lationslaufs im 3D Realtime Animation Player Golem 3D abspielen Abb 16 6 Durch die gra
95. inerterminal mit ei nem Systemeintrittsereignis Dabei wird der Transportauftrag allen beteiligten Prozessen als Objekt bergeben Diese werden dabei mit Ausnahme des Lifting Trolleys reserviert und aktiviert Beim Lifting Trolley wird zun chst berpr ft ob dieser zuvor noch einen anderen Transportauftrag durchf hrt Ist dies nicht der Fall ist er also passiv wartend so wird auch er aktiviert Zus tzlich wird f r den Flat Trolley der Bereich seiner Spur auf der Low Frame Bridge reserviert den er f r den Transportauftrag zu befahren hat Aus dem Auftrags Objekt entnehmen die Prozesse mit welchen anderen Modellkomponenten sie zur Durchf hrung des Transports kooperieren m ssen und welche Rolle sie innerhalb des Transportes spielen Dazu wurden innerhalb der 1ifeCyle Methode des Prozes ses Fallunterscheidungen vorgenommen die die unterschiedlichen Verhaltensweisen f r alle Auftragstypen und Rollen w hrend eines Transportauftrages spezifizieren Die Un terschiede zwischen den Verhaltensweisen bez glich verschiedener Auftragstypen lassen sich so verstehen dass zum Beispiel eine Containerbr cke bei einem Export Auftrag zun chst auf die Synchronisation mit dem Flat Trolley warten muss und dann den Con tainer auf das Schiff transportiert w hrend es bei einem Import Auftrag genau anders herum ist Durch die Rolle innerhalb desselben Auftragstyps wird unterschieden ob ein Portalkran bei einem Restack Auftrag derjenige Kran ist der den Con
96. ird das dort gebundene Container 3D Modell sichtbar ge macht Der Container am Ausgangsger t wird gleichzeitig auf nicht sichtbar gesetzt so dass der Eindruck einer echten bergabe entsteht Eine Besonderheit stellen bei der Abbildung ins Modell Layout die Containerbl cke der Stacking Area dar Im Gegensatz zu allen brigen Komponenten des Containerterminals die einzeln als 3D Objekte abgebildet werden gibt es hierf r einen eigenen Typ Stack Er dient in der vorliegenden Modellierung ausschlie lich zur Illustration von Lagerbe reichen und als Platzhalter von Containerslots Daher enth lt das Stack Modell keine 3D Modelle von Containern die einzeln adressier und entnehmbar sind sondern bildet ein gro es Einzelobjekt Damit wird zum einen w hrend der Animation der Speicher der Grafikkarte entlastet weil das Stack Modell aus weit weniger Polygonen besteht als die Summe der in ihm dargestellten Container Modelle Zum anderen stellt es f r die Model lierung eine erhebliche Vereinfachung dar keine explizite Belegung der Containerbl cke angeben zu m ssen Bei der Verwendung des Typs Stack im Layout wird lediglich eine Grundfl che definiert und dem Block dann eine Kapazit t zugewiesen Diese besteht aus 45 4 Entwurf des Beispielterminals A ISL Layout Editor C Uni Horizontal_Kran_Simulator model files modell vdg im ea x ann 5 Seaside F TrafficNetwork 5 ia
97. isation mit WaitQueues An allen anderen Stellen zum Beispiel der bergabe eines Containers von einer Contai nerbr cke an einen Flat Trolley ist aus Sicht des QuayCraneProcesses nicht allgemein erkennbar welches Ger t den bergabepunkt zuerst erreicht und ob zum Zeitpunkt des 57 5 Aufbau der Modellsteuerung in Java mit Desmo J Erreichens des Ubergabepunktes durch den QuayCraneProcess der FlatTrolleyProcess dort schon passiv wartet also aktiviert werden kann Deswegen wird berall dort wo ei ne Synchronisation zweier Betriebsmittel ben tigt wird das von Desmo J bereitgestellte Konstrukt WaitQueue verwendet Eine WaitQueue dient der impliziten Synchronisation von Prozessen Sie besteht intern aus zwei Warteschlangen Sobald sich in beiden ein Prozess befindet wird eine Kooperation durchgef hrt die den gemeinsamen Aktivit ten entspricht in diesem Fall der Container bergabe Anschlie end erfolgt implizit eine Aktivierung der beiden beteiligten Prozesse so dass sie die Programmkontrolle zur ck erhalten Ressourcenzugriff ber Warteschlangen Das Warten mehrerer gleicher oder hnlicher Prozesse auf ein Ereignis wird ber Warte schlangen in Desmo J ProcessQueue realisiert Sie ber cksichtigen die Reihenfolge der Prozesse zum Beispiel bez glich der Dauer wie lange der einzelne Prozess schon auf das Ereignis wartet Die Warteschlange wird durch eine Liste beschrieben bei der stan dardm ig das First In Fi
98. k Portalkran engl Gantry Crane 12 2 1 Bestehende Containerterminal Architekturen theoretisch in beliebiger L nge angelegt werden jedoch korreliert die L nge der mitt leren zur ckzulegenden Wege der Portalkrane direkt mit der Blockl nge Des weiteren steigt bei kurzen Containerbl cken auch mit guten Prestacking Strategien die Anzahl der n tigen Umstapelauftr ge um Container zu erreichen die nicht zu oberst auf einem Stack liegen Die Anzahl und die technische Ausgestaltung der auf einem Containerblock arbeitenden Portalkrane h ngt neben der L nge H he und Kapazit t der Bl cke auch davon ab wie diese mit den anderen Betriebsmitteln des Terminals interagieren Werden die Container an der Stirnseite des Stacks an den Portalkran bergeben so dass dieser den Transport weg zum Containerslot fahren muss so m ssen weitere Wege zur ckgelegt werden als wenn der Container von einem Chassis oder AGV parallel zum Stack transportiert und erst auf H he des Containerslots bergeben wird Ebenso wird die Ressource Portalkran st rker beansprucht wenn dieser f r weitere Aufgaben z B das Beladen von LKW an den Gates eingesetzt wird 2 1 3 Bereich des terminalinternen Containertransports Weit verbreitet sind Terminals auf denen bemannte Fahrzeuge wie Gabelstapler oder Van Carrier die Container zwischen der Berthing Area und den Lagerbl cken transpor tieren Diese Fahrzeuge verf gen ber die F higkeit Container
99. ksichtigt als auch eine Abarbeitung der brigen Auftr ge un abh ngig von ihrer Ankunftsreihenfolge erlaubt Die Dimensionierung der Low Frame Bridge wurde mit allen vier Spuren mit je vier Flat und sieben Lifting Trolleys gew hlt In das Szenario wurden die Schiffsank nfte des Refenzmodells modelliert diese sind e 10 Feederschiffe des Typs F480 mit je 240 Im und Export Auftr gen 3 Contai nerbr cken und einer Referenzladezeit von 8 5 Stunden 7 Feederschiffe des Typs F670 mit je 335 Im und Export Auftr gen 3 Container br cken und einer Referenzladezeit von 11 9 Stunden e 8 Containerschiffe des Typs M1600 mit je 800 Im und Export Auftr gen 5 Con tainerbr cken und einer Referenzladezeit von 10 1 Stunden 3 Containerschiffe des Typs J2400 mit je 1200 Im und Exportauftr gen 6 Con tainerbr cken und einer Referenzladezeit von 12 4 Stunden e 1 Containerschiff des Typs J3000 mit je 1500 Im und Exportauftr gen 6 Contai nerbr cken und einer Referenzladezeit von 15 5 Stunden 96 7 1 Simulation eines Wochenplans Zur Abbildung der Restacking Auftr ge des Referenzmodells werden 980 Auftr ge dieses Typs angelegt die verteilt ber die Woche alle 10 Minuten am System ankommen Sowohl die Auftr ge der LKW und als auch die des Eisenbahn Gates des Referenz modells werden auf Transporte am LKW Gate abgebildet Dabei wurden im Szenario die 8700 LKW Transporte durch eine landseitige Auftragsanku
100. l tags 50 4 6 Beschreibung der Modell Layoutdatei 3D Schnittstellenspezifikation ISL08 Die f r die Verarbeitung durch das Simulations modell ben tigte Layout Datei tr gt den Namen Name des Modells objects ani Sie beinhaltet alle im Layout definierten Komponenten mit ihren Eigenschaften in Form einer bestimmten Struktur Abb 4 7 Version Zeile 1 Im Element Version wird die verwendete XML Version ange geben golem3d_ animation Zeile 2 Das Element golem3d_ animation ist der Wurzel knoten der Golem 3D Animationsdatei caption Zeile 3 Die Caption ist der Name des Typs der vorliegenden Datei include Zeile 4 6 sowie 21 Weitere Dateien werden unter dem include Element die in die Struktur eingef gt Das ist unter anderem die Bezeichner Modell ani Zeile 4 in der die automatisch generierten Schl ssel eines 3D Modells Zeile 15 mit dem Pfad der 3D Modell Datei verkn pft werden Des weiteren f hrt das Attribut replace dazu dass die als Template erstellten Komponenten eines Sub modells Abschnitt Zeile 5 6 an einen Bezeichner gebunden in das Modell eingef gt werden Das Einf gen der Datei Extra ani Zeile 21 f gt dem Modell weitere Elemente in diesem Fall die Texturen f r Wasser und Himmel sowie die Informationen ob und wann welche Containerschiffe Containerbr cken sowie die Spuren der Low Frame Bridge und ihre Betriebsmittel sichtbar sein sollen view
101. leichzeitig arbeiten k nnen Die Low Frame Bridge wird derart dimensioniert dass sie mit bis zu vier Spuren mit je bis zu vier Flat und acht Lifting Trolleys befahren werden kann Technische Parameter Neben den weitreichenden M glichkeiten zur Parametrisierung des Modells wird eine Standardparametrisierung angelegt die Default Werte f r die einzelnen Betriebsmittel umfasst Diese orientieren sich soweit m glich an realen Werten aus bestehenden Con tainerterminals Insbesondere die technischen Daten der einzelnen Betriebsmittel sollen realistische Bedingungen zur Simulation der neuartigen Architektur liefern Referen zen zu bestehenden Systemen finden sich dazu auf der Internetseite der Firma Siemens Siea Die im Simulationsmodell abgebildete Containerbriicke orientiert sich an einer im Containerterminal Altenwerder eingesetzten Br cke der Firma ZPMC Sieq Diese besitzt eine Hubwerksgeschwindigkeit von 80m min beladen und 180 m min un beladen Bei der Abbildung auf die Modellkomponente wird von dieser Unterscheidung abstrahiert und der Mittelwert von 130 m min angenommen Die Geschwindigkeit der Laufkatze wird anolog zum Referenzmodell mit 220 m min modelliert Die Portalkrane werden entsprechend des am Burchardkai eingesetzten Modells Sieb des Her stellers Kran Service Rheinberg Demag abgebildet F r die Hubgeschwindigkeit wird der Mittelwert zwischen beladenem 30 m min und unbeladenem 60 m min Hub ge bildet Dieser betr gt
102. leys verf gbar sind Abgese hen von den Containerbr cken unternehmen die beteiligten Betriebsmittel keine Teil schritte eines Transportes bevor alle Betriebsmittel verf gbar sind Dieses liegt darin begr ndet dass die Steuerung erst kurzfristig bestimmt welcher Transportauftrag der n chste abzuarbeitende ist Eine differenziertere Steuerung die prospektiv mehrere zu k nftige Container Transporte plant und dabei das frei werden der einzelnen Betriebs mittel antizipiert k nnte die Transportzeiten verringern Die Zuordnung welche Containertransporte zu einem Zeitpunkt durchgef hrt werden k nnen wird ber unterschiedliche vereinfachende Regeln spezifiziert Abschnitt 4 4 Eine explizite Stellplatz Planung oder eine weitere Verfeinerung dieser Regeln k nnte daf r sorgen bestimmte Reihenfolge Abh ngigkeiten bzw die M glichkeit verschiedene Transporte in beliebiger Reihenfolge durchzuf hren weiter zu differenzieren und damit einen h heren Grad an Realismus zu erreichen Eine technische Spezifikation der beteiligten Containerterminal Komponenten liegt nicht 106 vor Sollten die technischen Eigenschaften stark von den hier getroffenen Annahmen abweichen sollten weitere Untersuchungen durchgef hrt werden Die Kosten f r die im Horizontalkrankonzept verwendeten Komponenten sind nicht be kannt Es ist jedoch zu vermuten dass die gro e Anzahl Einzel Krane und die fes te Installation einer frei schwebenden mehrsp
103. liche bewegliche Teile das Basisobjekt Ihm wird als Name ein Platzhalter ein Symbol zugewiesen das bei einer sp teren Verwendung im Hauptmodell mit einem eindeutigen Bezeichner berschrieben wird Alle brigen 3D Objekte des Krans werden entweder direkt ber eine Parent Beziehung Abschnitt oder indirekt ber eine Parent Beziehung zu einem seinerseits mit dem Ausgangsobjekt assoziierten Objekt an das Hauptobjekt gebunden Beim Portalkran wird in dieser Weise ein Trolley des Krans an den Rahmen gebunden so dass er die Fahrbewegungen des Krans mitmacht und dar ber hinaus auf der gesamten Breite des Rahmens ber einer Containerreihe positioniert werden kann Analog dazu ist der Spreader an den Trolley gebunden so dass er sowohl die Kranbewegungen als auch die Positionierung des Trolleys nachvollzieht und sich zus tzlich auf und ab bewegen l sst Genauso wird ein Container 3D Modell am Spreader modelliert das seinerseits allen Bewegungen des Spreaders folgt und zu unterschiedlichen Zeitpunkten auf sichtbar oder unsichtbar gesetzt werden kann Abb 4 5 Aufbau eines Portalkrans Ansicht eines Modells in Golem 3D Bei der Anlage eines Templates m ssen die Bezeichner der mit der Hauptkomponen te verbundenen 3D Modelle ein Symbol als Platzhalter f r den sp teren Template Bezeichner im Modell Layout sowie einen im Template eindeutigen Namenszusatz erhal ten so dass sich zusammen eine modellweite Eindeutigkeit ergibt Beispielswei
104. lizit auf die Zugangssteuerung des Systems ab Die Forderung einer strikten Ordnung ist gegen ber dem Realsystem allerdings zu stark In Wirklichkeit be stehen zwischen einigen Auftr gen Abh ngigkeiten zum Beispiel zwischen einem Restacking Auftrag und einer Entnahme des Containers f r einen Weitertransport oder zwei Auftr gen die denselben Containerslot im Schiff oder im Stack beschrei ben Andere Transportauftr ge k nnen jedoch in beliebiger Reihenfolge parallel abgearbeitet werden je nachdem f r welchen die n tigen Betriebsmittel zuerst verf gbar sind e Greedy Diese Regel zum Systemeintritt von Transportauftr gen berpr ft keine Reihenfolgebedingungen durch die System Eingangskontrolle Sie impliziert dass wenn ein Auftrag abgearbeitet wird eine optimale Stellplatzplanung seinen Trans port zuvor erm glicht hat Eine explizite Abbildung der Reihenfolge findet nicht statt Gegen ber dem Realsystem ist diese Annahme zu weitreichend e Strikte Ordnung an den Containerbr cken Diese Regel bildet eine Mischform der beiden vorherigen Sie erzwingt die Einhaltung der Auftragsreihenfolge f r jede Containerbr cke geht jedoch implizit davon aus dass ein Auftrag der durchge f hrt wird auf Seiten des Stacks durch passenden Vorstau erm glicht wurde Sie 41 4 Entwurf des Beispielterminals dr ckt damit aus dass die Steuerung der Stellplatzplanung in der Lage ist im Terminal einen Vorstau zu erreichen dieser aber nicht
105. me Bridge wird mit sieben Metern so gew hlt dass sie von beladenen Terminal Chassis 8 unterfahren werden kann und diese von den auf der Low Frame Bridge fahrenden Lifting Trolleys be und entladen werden k nnen Der Aufbau des Stacks l sst sich mit dem des Containerterminals Altenwerder der HHLA vergleichen Abb 2 1 Genau wie in der vorliegenden Modellierung sind dort die langen Containerbl cke 3 charakteristisch die jeweils mit zwei Portalkranen 2 best ckt sind Sie interagieren in Analogie zum CT Altenwerder terminalintern mit Chassis ohne eigene Hubf higkeit sowie den LKW Gates 5 an den landseitigen Stirnseiten der Stacks Dort wird jeweils die Be und Entladung der LKW durch einen Portalkran des Stacks vorgenommen 49 4 Entwurf des Beispielterminals Die Modellierung relativ langer Containerbl cke 26 Container a A0ft insgesamt et wa 330m schafft zum einen eine Analogie zum Modell der Architektur im ZPMC Pr sentationsfilm ZPMbl zum anderen wird so versucht die mittlere Ressourcenbin dung eines Transportauftrages ber die Low Frame Bridge m glichst ausgeglichen auf die Betriebsmittel der Low Frame Bridge und denen der Stacking Area zu verteilen und letztlich durch die kompakte Stapelung eine gute Raumausnutzung zu erreichen Die Dimensionierung der Stacks mit jeweils zwei Portalkranen wird als sinnvoll erachtet da nicht nur weite Wege innerhalb des Stacks zur ckzulegen sind sondern auch weil starker
106. minals erm gli chen Desmo J erzeugt f r jeden Simulationslauf automatisch Dateien zur Auswertung n mlich einen Trace und einen Report Der Trace zeigt f r Events und SimProcesse die durch den Scheduler gesteuerten Ereignisse bez glich anderer SimProcesse und Entity s Das umfasst das Eintreten eines Ereignisses die Aktivierung Passivierung und das zeitkonsumierende Hold eines Prozesses und das Einf gen und Entfernen von Prozessen und Entit ten in Warteschlangen F r alle Entit ten und Prozesse wird bei ihrer Erzeu gung festgelegt ob sie im Trace angezeigt werden sollen Durch die dort aufgezeichneten Interaktionen von Prozessen und Ereignissen l sst sich das Modellverhalten im Klei nen untersuchen und seine Steuerung Schritt f r Schritt nachvollziehen Quantitative Aussagen sind ber den Trace nicht zu erlangen Er kann so parametrisiert werden dass er nur einen Teil eines Simulationslaufs verfolgt ber den sich das grunds tzliche Modellverhalten nachvollziehen l sst Statistische Informationen werden in Desmo J automatisch von den Warteschlangen ei nes Modells gesammelt Zu jeder Warteschlange des Modells also allen Queues ProcessQueues WaitQueues etc wird angegeben ob sie im Report aufgef hrt werden sollen Warteschlangen liefern Informationen zur aktuellen maximalen und durchschitt lichen Anzahl ihrer Elemente wie viele Elemente sie schon durchlaufen haben sowie die durchschnittlichen Wartezeit der Elemente Sie bie
107. n Ankunft wird davon ausgegangen dass der Vorstau bereits f r andere Transportauftr ge vorgenom men wurde und deswegen die Container nicht mehr optimal f r die versp teten LKW und Schiffe gestapelt sind Dies wird durch eine pauschale Zeitspanne f r die Mehrarbeit der Portalkrane f r die Export Auftr ge ausgedr ckt Dem Anwender wird dazu eine Parametrisierung der Versp tungen Abschnitt er m glicht bei der er f r LKW und Schiffe jeweils die Wahrscheinlichkeit der Versp tung und die Verl ngerung der Bearbeitungszeit f r jeden versp teten Export Auftrag ange ben kann F r die Dauer der Mehrarbeit ist in der Standard Parametrisierung bereits der Wert 125s angegeben Dieser entspricht einem einfachen Restacking Auftrag durch einen Portalkran zwischen zwei einander nahe gelegenen Containerslots Initialisierung der Wahrscheinlichkeitsverteilungen Im vorliegenden Simualtionsmodell wurden an drei Stellen Zufallsprozesse abgebildet Sie dienen der Zuordnung von Containerbr cken und Stacks zu einer Gruppe von Trans portauftr gen der Abbildung zuf lliger Containerslots auf einen Transportauftrag und der Zuordnung von Versp tungen zu LKW und Containerschiffen Zur Abbildung der einzelnen Zufallsprozesse werden Wahrscheinlichkeitsverteilungen verwendet Dabei lassen sich alle drei mit Zufallswerten aus einer Gleichverteilung be schreiben Um dem Anwender die M glichkeit zu geben zu untersuchen welchen Ein fluss einer der a
108. n die Leistungsf higkeit des Modells in verschiedenen Aggregations und Differenzierungsgraden abbilden und dabei unterschiedliche Kenn zahlen liefern e Durchschnittswerte f r die Bearbeitungs und die Wartedauer f r jeden Auftrags typ e Schaffung von Kenngr en f r ein Containerschiff e Absolute Abweichungen der Ladezeiten gegen ber einem Schiff des Typs des Re ferenzmodells e Relative Abweichungen von Ladezeiten gegen ber dem Referenzmodell e Aggregation der Ladezeiten und Abweichungen gegen ber dem Referenzmodell bez glich eines Schiffstyps e Abweichungen der Schiffsladezeiten gegen ber einem Schiffsplan e Differenzierung der Transport und Wartezeiten an einem Schiff nach Container br cken e Containerumschlag pro Stunde f r jeden Schiffstyp e Containerumschlag pro Stunde je Containerbr cke f r jeden Schiffstyp 85 6 Ein und Ausgaben des Modells Um f r alle Transportauftr ge Informationen ber ihre Warte und Bearbeitungsdauer zu gewinnen wird jeder Auftrag bei seiner Ankunft einem Evaluationsobjekt berge ben Zus tzlich wird der Beginn seiner Abarbeitungsphase und das Ende des Contain ertransportes dem Evaluationsobjekt mitgeteilt so dass eine statistische Auswertung vorgenommen werden kann F r landseitige Im und Exportauftr ge und f r Restacking Auftrage werden alle Kenn zahlen ber die gesamte Menge von Auftr gen gewonnen Deswegen wird f r ihre Aus wertung modellweit ein
109. n wird eine differenzierte abschlie ende Beurteilung des Horizontalkrankonzeptes abgegeben 2 Horizontalkrankonzept Zur Einordnung des in dieser Arbeit vorgestellten Horizontalkrankonzeptes soll zun chst auf Terminalarchitekturen eingegangen werden die bereits im laufenden Betrieb Anwen dung finden und anhand derer die Grundstruktur eines Containerterminals erkennbar wird Dann soll die Architektur des Horizontalkrankonzepts mit ihren spezifischen Kom ponenten vorgestellt und erl utert werden 2 1 Bestehende Containerterminal Architekturen Im Grundaufbau befindet sich bei allen Containerterminals seeseitig die Berthing Area ein Bereich der Liegepl tze f r Containerschiffe und Containerbr cken zum Be und Entladen umfasst Gates sind Verladestationen Sie sind landseitig die Schnittstelle zum Bahn und LKW Transport Zentral befindet sich au erdem die Stacking Area in der Container bis zu ihrem Weitertransport gelagert werden Sie l sst sich weiter in gew hnliche Stellflachen Stellflachen f r Tiefk hlcontainer die jeweils einen Stro manschluss besitzen sowie Fl chen f r Leercontainer unterteilen Der Bereich auf dem in dieser Arbeit das Hauptaugenmerk liegt befindet sich zwischen der Berthing und der Stacking Area Die dortigen Anlagen und Fahrzeuge transportieren die Container zwischen den Kaikranen und dem Containereinstellplatz im Lagerblock Abb 2 1 Generell lassen sich verschiedene Architektur
110. nes 10 0 30600 0 0 0 i 13 5000 41360 0 43360 0 M 1600 Te Abb 6 3 Parametrisierung der Schiffsliegezeiten Um eine Gruppe landseitiger Transportauftr ge zu definieren muss bei der Wahl des Auftragstyps entweder Import land Export land oder Import Export land aus der Auftragstypen Checkbox ausgew hlt werden F r Import Export muss zus tzlich ber einen Schieberegler angegeben werden welchen Anteil der jeweilige Typ an der Ge samtgruppe hat ber Feldeingaben wird dann spezifiziert wie viele Auftr ge erzeugt werden sollen wann der erste am Terminal ankommen und ein wie gro er Zeitabstand zwischen den einzelnen Auftragsank nften liegen soll ber Checkboxen werden zu den Auftr gen die beteiligten Stacks ausgew hlt Sind mehrere Stacks angegeben finden die Auftr ge gleichverteilt zuf llig an einem der Stacks statt ber die Add Schaltfl che wird die angelegte Gruppe in die Auftragsliste bernommen Restacking Auftr ge wer den analog zu landseitigen Transporten angelegt Der Unterschied besteht darin dass dort die Anfangs und End Containerslots ber alle angegenbenen Stacks verteilt wer den Seeseitige Im und Exportauftr ge werden intern an ein Schiff gebunden Abschnitt Zeile 53 54 das vorher auf der Ship Arrival and Departures Registerkarte angelegt werden muss Bei der Auftragsanlage m ssen Liegeplatz Auftragszeitpunkt Anzahl und Typ sowie Zwischenabst nde angege
111. nft alle 50s und 4350 Eisenbahn Transporte durch eine landseitige Auftragsankunft alle 100s abgebildet Die Zuordnung der Stacks im Yard zu den land und seeseitigen Im und Exportauftr gen wird zuf llig ber alle Containerbl cke vorgenommen Auswertung eines Wochenplan Szenarios Die Auswertung des Simulationexperiments ergibt ber den gesamten Wochenplan eine durchschnittliche Abweichung der Ladedauer von gut 100097 Die Kennziffer Lade dauer wird so definiert dass sie den Zeitraum zwischen geplantem Beginn der Be und Entladung eines Containerschiffs und dem Zeitpunkt beschreibt an dem der letz te Transportauftrag des Schiffes abgearbeitet ist beschreibt Wenn die Ladung eines Containerschiffs l nger dauert und sich damit der Beginn der Bearbeitung des n chsten verschiebt erh ht sich damit in der vorliegenden Modellierung auch dessen Ladezeit Die Abweichung der Ladezeit ergibt sich aus der Differenz zwischen Ladezeit und Referenzla dedauer des Schiffstyps Im Arbeitsblatt Vessel Evaluation der Auswertungsdatei l sst sich dazu erkennen dass die ersten Containerschiffe eine verl ngerte Ladedauer von etwa 100 gegen ber dem Referenzmodell haben w hrend diese bei den letzten schon um die 3000 betr gt Neben der Differenz des Endes der erwarteten Ladezeit und dem wirk lichen Ende ist auch die um Versp tungen bereinigte Nettoladezeit der verschiedenen Schiffstypen um ein Mehrfaches h her als beim Vergleichsmodell
112. ngskomponente als Attribut Ein VesselEvaluator besitzt genau wie der Evaluator f r die nicht schiffgebundenen Auftr ge f r alle Auftragstypen Warteschlangen In diese werden unter den gleichen Bedingungen wie beim unboundOrderEvaluator Auftr ge eingef gt und entfernt 87 6 Ein und Ausgaben des Modells Neben den Warteschlangen zur statistischen Auswertung der Transportauftr ge enth lt der VesselEvaluator Informationen die das Schiff betreffen Sie werden bei der Erzeu gung durch den InputToOrderConverter bergeben Diese umfassen Daten die einen rein beschreibenden Charakter f r ein einzelnes Schiff besitzen n mlich die fortlaufen de Nummer des Containerschiffs im Modell und den Liegeplatz Des weiteren dient der Schiffstyp dazu dass alle VesselEvaluatoren desselben Typs zusammengefasst ange sprochen und ausgewertet werden k nnen Letztlich liegen noch Informationen vor die direkten Einfluss auf die statistische Auswertung eines Schiffes haben Das sind der Ankunftszeitpunkt und der erwartete Beladungs Endzeitpunkt der den Wert des Refe renzmodells darstellt ber diese beiden Werte wird eine erwartete Ladedauer ermittelt ber die sich relative und absolute Abweichungen gegen ber einem Vergleichsmodell er mitteln lassen Daneben dient die Anzahl der Containerbr cken dazu am Containerschiff Durchschnittswerte pro Containerbr cke zum Beispiel f r den Containerumschlag zu generieren Zus tzlich wird innerhal
113. ni oje File Edit Camera Options Help wm Di Sfax 00 53 899 Selected Object Abb 6 6 Animation in Golem 3D 93 7 Auswertung des Horizontalkrankonzepts Die Analyse des Horizontalkrankonzeptes wurde auf der Grundlage eines Vergleichs des im Rahmen dieser Arbeit realisierten Modells mit einem am ISL erstellten Modell eines Containerterminals mit Van Carrier Architektur durchgef hrt Bei der Modellerstellung wurde daher darauf geachtet eine hnliche Dimensionierung zu erreichen Das vorliegen de Referenzmodell enth lt Spezifikationen f r Schiffsank nfte Die dort unterschiedenen Typen von Containerschiffen werden bei der Erstellung dieses Modells abgebildet so dass sie als Teil eines Szenarios definiert werden konnten Das Ausgangsmodell gibt f r jeden dieser Schiffstypen eine feste Anzahl Im und Exportauftr ge die w hrend der Liegezeit durchgef hrt werden und die daf r ben tigte Ladezeit an Dar ber hin aus wird die durchschnittliche Schiffsankunftsrate pro Woche f r jeden Typ bestimmt Es wurde weiterhin eine nicht produktive Liegezeit von zwei Stunden f r jedes Con tainerschiff angenommen Daneben sind f r jeden Wochentag eine Anzahl Restacking Auftr ge angegeben Die landseitigen Im und Exporte sind f r jeden Wochentag nach Acht Stunden Schichten f r LKW und Eisenbahn Gate getrennt spezifiziert Um eine aussagekr ftige Bewertung des Horizontalkrankonzepts vornehmen zu k nnen wird zun ch
114. odellierung der der Ank nfte der Transportauftr ge am System ihrer Systemeintritte als Ereignis betont das von Seiten des Transportauftra ges kein eigenes aktives Verhalten vorliegt Au erdem wird f r jeden SimProcess ein eigener Java Thread verwendet so dass gr ere Anzahlen gleichzeitig im System befind licher Transportauftr ge auf Grund beschr nkter Speicher Ressourcen nicht abbildbar w ren Innerhalb des Simulationsmodells wurden Wahrscheinlichkeitsverteilungen zur Abbil dung nicht deterministischen Systemverhaltens verwendet Dieses umfasst die Zuord nung von Containerbr cken Stacks und Containerstellpl tzen sowie der Modellierung von LKW und Schiffsversp tungen 53 5 Aufbau der Modellsteuerung in Java mit Desmo J 5 1 Einlesen des Modell Layouts Um Bewegungen zwischen Punkten des Containerterminals in der Simulation abbilden zu k nnen ben tigt man ein Raummodel des Terminals Dieses liegt in der Layout Datei vor und muss in das Simulationsmodell berf hrt werden um die Positionen und Abst nde der abgebildeten Komponenten bekannt zu machen Dazu wurde das XML Dokument in dem das Layout definiert wurde in das Modell eingelesen F r den Zugriff auf die XML Datei des Layouts wurde die jDom Api verwendet Mit ihr wird zu Beginn einmalig eine DOM Repr sentation der Datei erzeugt DOM steht f r Document Object Model und ist eine Schnittstellenspezifikation f r XML Durch sie wird das XML
115. ogramming language Simualtion package Language Level ae lt a Desmo J Simulation Language Simulation Software N Model Level m Parametrized models Tool Level m Simulation systems lt Plant Simulation Abb 3 2 Klassifikation von Plant Simulation und Desmo J ver ndert aus PK05 Vergleich Plant Simulation und Desmo J Desmo J ist ein Java Simulationsframework Es bietet eine Infrastruktur ftir die Erstel lung von Simulationsmodellen und die Durchf hrung von Experimenten Dazu liefert es 21 3 Simulation dem Anwender zum einen Black Box Komponenten die als Simulationsumgebung ver wendet werden und nicht weiter ver ndert werden m ssen und zum anderen Whitebox Komponenten die dem anwendungsspezifischen Verhalten der Modell Komponenten ent sprechend angepasst erstellt werden Die Black Box Komponenten umfassen den Schedu ler die Abbildung von Wahrscheinlichkeitsverteilungen und Warteschlangen Die White Box Komponenten sind Simulationsereignisse und prozesse Sie besitzen Methoden zur Beschreibung des Kontrollflusses im Modell ber einen standardisierten Zugriff auf den Scheduler und sind bez glich ihres Verhaltens auf Programmcode Ebene vollst ndig zu spezifizieren Plant Simulation ist ein Simulationssystem das eine Vielzahl fertiger Modell Komponen ten bereith lt die grafisch per Drag and Drop auf einer Oberfl che
116. olleys ber die genutzten Bereich der Low Frame Bridge Diese Aufw rmphase bringt eine leichte Ver l ngerung der ersten Transportauftrage mit sich Untersuchung einzelner Schiffsank nfte je eines Schiffstyps Das Experiment am Szenario eines Feeder Schiffes des Typs F 480 ergab eine um 27 verk rzte Ladezeit gegen ber dem Sollwert Ebenso ergab die Auswertung eines einzel nen F 670 mit 29 eines M 1600 mit 49 des J 2400 mit 61 und des J 3000 mit 61 Abweichung gegen ber der Referenz Ladedauer keine gro en nderungen im Vergleich zur Bearbeitung mehrerer Schiffe gleichzeitig in einem Wochenplan Die Er kl rung daf r dass innerhalb eines Wochenplans die gleichzeitige Bearbeitung mehrerer Containerschiffe und ihrer Im und Exportauftr ge keine Effizienzeinbu e bedeutet ist dass die Wege zwischen den Schiffen und den jeweiligen Stacks sich nicht berschneiden und die Anzahl der Flat und Lifting Trolleys ausreichend gro ist so dass sie keinen Engpass darstellt 103 8 Fazit Das Horizontalkrankonzept konnte mit Desmo J und Golem 3D in einem Beispielter minal modelliert und die einzelnen Simulationsl ufe animiert und ausgewertet werden Dazu wurde zun chst ein Containerterminal unter Verwendung des Horizontalkonzepts entworfen F r dieses wurden Dimensionen gew hlt die einem echten Containertermi nal m glichst nahe kommen um einen realistischen Rahmen f r die Untersuchungen zu bilden Es wurden Abstraktion
117. omponente gerade einer zeitkonsumierenden T tigkeit nachgeht und die Kon trolle nach Ablauf der Dauer der T tigkeit zur ckerh lt Ein Simulationsprozess kann immer nur entweder aus Programmsicht oder aus Modellsicht aktiv sein da der aus Programmsicht aktive Prozess die Kontrolle abgibt sobald er die T tigkeit beginnt Umgekehrt kann keine Modellzeit vergehen solange die Kontrolle nicht beim Scheduler ist Prozesse k nnen auch sowohl aus Programmsicht als auch aus Modellsicht passiv sein PK05 S 273 In einem SimProcess werden berg nge zwischen diesen Zust nden in der Methode lifeCycle spezifiziert Abb Der Process kann dabei mit hold SimTime dt eine T tigkeit aus Modellsicht beginnen nach der er die Kontrolle zur ck erlangt mit activate andere passive Prozesse aktivieren und mit passivate selbst die Kontrolle abgeben 28 3 2 Desmo J zeitkonsumierend besch ftigt aktiver Zustand mit Programmkontrolle passivate activate passive wartend aktiv Programmsicht passiv Programmsicht Abb 3 6 Zustands berg nge von SimProcess PK05 S 273 Hybrider Modellierungsstil Desmo J erm glicht es den ereignis und den prozessorientierten Simulationsstil zu kop peln F r den Scheduler besteht intern kein Unterschied zwischen der Repr sentation von Er eignissen und dem Verhalten von Simulationsprozessen Bei Simulationsprozessen wird das Aktivieren ein
118. on tainerschiffe Vandenhoeck amp Ruprecht 1989 SCHMIDT Axel de Durchblick im Containerdschungel In Logistik Heute 2004 Nr 8 S 26 27 SCHIECK Arno Internationale Logistik Objekte Prozesse und Infrastrukturen Oldenbourg Wissenschaftsverlag 2008 467 S SIEMENS Automatisierungs und Antriebstechnik f r mehr Effizienz und Pro duktivit t Internet http www automation siemens com _de portal Abruf 16 11 09 15 00 Uhr SIEMENS Referenz Rail Mounted Gantry RMG Krane Kran Service Rheinberg Demag HHLA Burchardkai Deutschland In ternet http www automation siemens com mc cranes de 5a6cabdf c e93a 11d6 86e5 080006278927 index aspx object ale0e28c 59e1 4d3d 87e8 8abe42bc817f Abruf 16 11 09 16 41 Uhr SIEMENS Referenz Containerbr cke ZPMC HHLA Container Terminal Altenwerder Deutschland Internet http www automation siemens com mc cranes de fb30e335 32b7 4a47 b9c4 f6cb71ea2834 index aspx object 9c463cf5 9d09 4b90 8ab1 f 575098738ad Abruf 16 11 09 16 00 Uhr SIEMENS PLM S Plant Simulation Internetseite TECHNOMATICS Plant Simulation Benutzerhandbuch Version 8 1 Literaturverzeichnis U1109 Wika Wikb ZPMa ZPMb ZPMe ULLENBOOM Christian Java ist auch eine Insel 8 Galileo Computing 2009 1 475 S http openbook galileocomputing de javainsel8 WIKIPEDIA Containerschiff http de wikipedia org wiki Abruf 28 10 09 13 30 Uhr
119. port Zeile 8 Ein Viewport umfasst alle in der Animation wiedergegebenen Zeitpunkte time Zeile 9 ber das Attribute value wird ein Zeitpunkt spezifiziert an dem ein Freignis in der Animation stattfindet object Zeile 10 Durch die Attributierung mit einer eindeutigen id wird ange geben welches Objekt durch das Ereignis ver ndert wird Eine besondere Form ist dabei die Zuordnung eines models Zeile 15 einer Position im dreidimensio nalen Koordinatensystem origin Zeile 11 16 und der Ausrichtung relativ zum 3D Modell angle Zeile 12 17 Dadurch wird das Objekt ab dem Zeitpunkt an dem das Ereignis beschrieben wird angezeigt Wird eine Komponente zuvor als Template eingef gt wird kein Modell mehr angegeben 51 4 Entwurf des Beispielterminals on nu amp MN NNN Be ee ee ee oe ee NFOW OI HA WM BUND O Ww 52 xml version 1 0 encoding utf 8 2 gt lt golem3d_animation gt lt caption gt 3D Animation Objects file lt caption gt lt include gt xmlpath beispiel Model ani lt include gt lt include replace LIFTING TROLLEY gt AppPath mymedia include templates HorizontalcraneComplete HorizontalcraneComplete Objects ani lt include gt 1 T 7 lt viewport id vp1i gt d lt time value 0 0 gt lt object id LIFTING TROLLEY gt lt origin gt 78 36 0 lt origin gt lt angle gt 0 0 0 lt angle gt P lt object gt lt object id TRUCK autorota
120. r Fall ist Des weiteren liegt Desmo J unter der Apache License vor und ist damit frei be nutzbar Da das Framework am Arbeitsbereich ASI entwickelt wurde ist die inhaltliche Unterst tzung bei der Betreuung von Seiten der Universit t f r dieses Softwarewerk zeug besser Frameworkfremde Programmteile wie eine ber den Standard hinausgehen 22 3 1 Wahl des Simulationswerkzeuges Modelio Meinef abrik Bearbeiten Navigieren Objekte Sym ole Ansicht Extras Kuss OMe O AEA ad PH 4 DO KNOBRDU BE Dav HD MenMe Az Ereignisverwalter nut Einze station A m N N u 4 Wareneingang Einzelstaton EN Pa MemeKomponentel Warenausgang A 4 No id Enzestation2 xYGraph Abb 3 3 Beispielmodellierung in Plant Simulation de Auswertungskomponente und eine grafische Benutzeroberfl che k nnen nahtlos in die Programmstruktur des Simulationsmodells eingef gt werden da die Sprache Java zu Grunde liegt und es f r diese eine Vielzahl von Erweiterungsbibliotheken gibt F r die Verwendung von Plant Simulation spricht dass es als umfangreiches Simulations system die Modellierung auf einem h heren Abstraktionsniveau erlaubt und eine Vielzahl fertiger Komponenten schon im Voraus besitzt die nur noch angepasst und verwendet werden m ssen Das der grafischen Modellierung zu Grunde liegende Raumkonzept wird implizit bernommen und es sind keine Br che zwischen einzelnen Programmen zur
121. risierungen um das Simulationsexperiment umfassend zu beschreiben Die Modellparameter werden in sieben Arbeitsbl ttern nach Parametertypen unterteilt ausgegeben Diese sind 1 Experiment Parameter 2 Ein und Ausgabedateien 3 Dimensionierung der Low Frame Bridge 4 Nicht schiffgebundene Auftragslisten 5 Die Schiffsliste und f r jedes Schiff die daran gebundenen seeseitigen Im und Exportauftr ge 6 Technische Spezifikationen der Betriebsmittel 7 Eingaben zu Stochastik und Versp tungen Anschlie end werden die Simulationsergebnisse in gegliederter Form ausgegenben 89 6 Ein und Ausgaben des Modells 8 10 11 12 Auswertungen nach Containerbr cken Es wird f r jede Containerbr cke die Ge samt Anzahl der abzuarbeitenden Transportauftr ge und die Anzahl der nicht ab gearbeiteten Auftr ge am Ende des Simulationslaufs angegeben Des weiteren wer den die durchschnittliche Warte und Bearbeitungszeit f r einen Transportauftrag angegeben Zur Evaluation dieser Werte wird auf die Warteschlangen der Contai nerbr cken zur ckgegriffen Auswertungen f r jedes Containerschiff Die Ergebnisse jedes einzelnen VesselEvaluators werden unter Nennung des Schiffs und seiner Attribute ausge geben Auswertungen nach Schiffstypen F r jeden Schiffstyp werden Durchschnitts und absolute Werte bez glich der dort verf gbaren Kennzahlen ausgegeben Dazu wer den die Kennzahlen ber alle VesselEvaluatoren
122. rministisches Verhalten besitzen Diese beschreiben zufal lige Ankunftszeiten an den Systemau engrenzen Versp tungen Bedienzeiten mensch liches Verhalten und Ger teausf lle Dazu werden die Zufallsprozesse des Realsystems auf Wahrscheinlichkeitsverteilungen abgebildet die diese m glichst pr zise beschreiben Durch die Verwendung von Quasi Zufallszahlen dieser Verteilungen wird in einem Ex periment ein m gliches Verhalten des simulierten Systems nachempfunden Mit einer Reihe von Simulationsl ufen l sst sich so ein sehr viel realistischeres Bild des wirklichen Systems erreichen als dies mit festen gemittelten Werten in einem einzelnen determinis tisch berechenbaren Simulationslauf m glich w re Das Erkennen wo im abgebildeten System Zufallsprozesse stattfinden und diese pr zise durch stochastische Verteilungen zu beschreiben ist also eine der zentralen Aufgaben bei der Abbildung auf ein Simulati onsmodell Je besser die stochastischen Verteilungen das Ausgangssystem beschreiben umso realistischer ist das Simulationsmodell und umso verl sslicherer sind die Aussagen die sich aus den Simualtionsergebnissen auf das Realsystem ableiten lassen PK05 S 31 und Kap 7 F r die Untersuchung des Horizontalkrankonzepts wird ein Containerterminal mit den neuartigen Betriebsmitteln modelliert um generelle Aussagen hinsichtlich bestimmter 68 5 5 Abbildung stochastischen Modellverhaltens Kenngr en im ordentlichen Betrie
123. rst Out Prinzip Anwendung findet Dar ber hinaus k nnen alternative Zugriffsformen ber die Definition von Bedingungen realisiert werden W hrend bei den brigen Betriebsmitteln des Containerterminals jeweils nur eine exklu sive Nutzung ab dem aktuellen Simulationszeitpunkt garantiert werden kann k nnen von einem Lifting Trolley mehrere Transportauftr ge eine zuk nftige Nutzung anfor dern Der Lifting Trolley arbeitet diese sequenziell ab Um der Ressource gegen ber das Warten kenntlich zu machen und die Anfragereihenfolge auf den Prozess bei der Abar beitung der Auftr ge einzuhalten wurde hier das Konstrukt ProcessQueue verwendet Im vorliegenden Modell ist es deswegen m glich einen Containertransport zu beginnen auch wenn der dazu geh rende Lifting Trolley als Ressource noch nicht verf gbar ist Neben den oben genannten Funktionen einer Warteschlage zur Organisation seiner Mit glieder erlaubt die Implementation in Desmo J weitreichende statistische Auswertungen Diese umfassen die zeitbezogene Kennzahl zur durchschnittlichen Wartezeit sowie ka pazit tsbezogene Kennzahlen der aktuellen durchschnittlichen und maximalen Warte schlangenl nge sowie die Anzahl der Elemente die die Warteschlange schon verlassen haben 58 5 3 Prozessinteraktionen zur Steuerung eines Transportauftrages 5 3 Prozessinteraktionen zur Steuerung eines Transportauftrages Programmintern beginnt jeder Containertransport durch das Conta
124. s Beispielterminals mit unterschiedlichen Betriebsmitteln und verschiedenen technischen Spezifikationen zu untersuchen Deswegen werden die f r das Modell wichtigen technischen Merk male wie Geschwindigkeit der Laufkatzen sowie Fahr und Hubgeschwindigkeiten als ver nderliche Parameter realisiert So kann zum Beispiel berpr ft werden ob der Einsatz einer leistungsst rkeren Containerbr cke Effizienzgewinne f r das Ge samtsystem mit sich br chte F r die Komponenten des Horizontalkrankonzepts Flat und Lifting Trolley liegen keine technischen Spezifikationen vor so dass die se Werte gesch tzt werden m ssen Um hier eine Parametrisierung vorzunehmen sollten unterschiedliche Annahmen getestet werden e Experimentparameter Um den Containerterminalbetrieb entweder bez glich eines in engen zeitlichen Grenzen gestellten Untersuchungsgegenstandes wie der Bela dung eines einzelnen Schiffes oder ber einen l ngeren Zeitraum wie der Untersu chung einer gesamten Wochenplanung inklusive aller Schiffsank nfte zu simulieren muss die Experimentdauer sowie die Dauer des Experimenttraces und einer m g licherweise n tigen Debugperiode voreinstellbar sein e Szenarioparametrisierung Die Einstellung der Szenarioparameter bedeutet die Festlegung der Schiffsankiinfte und der Transportauftr ge mit deren Eigenschaften bez glich Typ und Anzahl Des weiteren werden die beteiligten Betriebsmittel La gerbl cke und Containerschiffe definiert
125. s bedeutet die Anzahl der ben tigten Containerstell und Schiffsliegepl tze wird bestimmt und auf einen konkreten Terminal Aufbau abgebildet Es werden die Interaktionen der Betriebsmittel untersucht und aus ihnen eine explizite Steuerung f r das Modell generiert Die im Rahmen der Model lierung getroffenen Abstraktionen implizieren einige Annahmen f r die nicht explizit abgebildeten Teile des Systems insbesondere die Stau und die Stellplatzplanung Diese Annahmen sollen formuliert werden da sie sp ter helfen die Simulationsergebnisse zu bewerten In einem letzten Schritt werden die 3D Objekte der Modellkomponenten in einem 3D Designer erstellt und die Komponenten in einem Modell Layout angeordnet das ein Raumkonzept f r die Simulation bietet und gleichzeitig die Grundlage f r eine sp tere Animation liefert 4 1 Systemanalyse Zur Erstellung eines aussagekr ftigen Simulationsmodells m ssen jene Betriebsmittel eines Containerterminals mit Horizontalkrankonzept identifiziert werden die f r die Bil dung eines Modells wesentlich sind Pag91 S 10ff Wesentlich bedeutet in diesem Fall 31 4 Entwurf des Beispielterminals dass sie erheblichen Einfluss auf das abzubildende Systemverhalten haben und die Si mulationsergebnisse bez glich der gestellten Aufgabe beeinflussen Die Designentschei dungen welche Systemkomponenten in welchem Detaillierungsgrad abgebildet werden werden im Folgenden genannt und erkl rt 4 1 1
126. s ist au erdem m glich alle Seed werte ber das Setzen eines Hakens in einer Checkbox automatisch erzeugen zu lassen Bei den Versp tungen von LKW und Schiffen l sst sich jeweils die Wahrscheinlichkeit einer Versp tung und die Mehrarbeit angeben die diese pro Export Auftrag bedeuten 6 1 6 Parametrisierung von Schiffs und Auftragsank nften Bei den bisher diskutierten Eingaben bestehen nur schwache Abh ngigkeiten zwischen den einzelnen Werten Deswegen m ssen dort nur wenige Validit tspr fungen vorgenom men werden Diese beziehen sich meist auf das Format einer Eingabe oder darauf ob berhaupt eine Eingabe zul ssig ist Bei der Parametrisierung der Schiffs und Auftrags ank nfte liegen weitaus gr ere Interdependenzen zwischen einigen der Parameter vor so dass hier ein h herer Aufwand betrieben werden muss um inkonsistente Eingaben zu verhindern Dabei ist insbesondere darauf zu achten dass immer nur ein Schiff zur Zeit einen Liegeplatz besetzen kann und seeseitige Auftr ge nur dann auftreten k nnen wenn sie Bezug zu einem Schiff haben Da sich dieses nicht innerhalb eines Transport auftrages oder einer Schiffsankunft bestimmen l sst wird ein zentrales Objekt des Typs QuayLineSpaceResolver erzeugt das die Konsistenzpr fungen vornimmt 6 1 7 Schiffsliegezeiten Die Registerkarte f r die Parametereingabe der Schiffsliegezeiten ist zweigeteilt Im obe ren Bereich befindet sich eine Eingabemaske f r die Spezifika
127. se wird durch die Ver nderung der Sichtbarkeit der verwendeten 3D Komponenten sowie der Rotation und der Bewegung zwischen zwei Punkten ber einen Zeitraum vor genommen Abschnitt A 1 Dazu wird im Falle der Sichtbarkeitsanderung ein Element visible mit einem Wahrheitswert angegebeben Bei Rotation und Bewegung wird je weils ein Element der Dauer und zwei Koordinaten Tupel mit Ausgangs und Zielpunkt bzw Ausrichtung angeh ngt Eine vollst ndige Beschreibung aller M glichkeiten der Animation befindet sich in der Golem 3D Schittstellenspezifikation ISLO8 6 3 1 Technische Realisierung der Animationsausgabe Das Einlesen des Modell Layouts wurde ber jDom realisiert Abschnitt 5 1 Dabei wird das gesamte Dokument im Speicher vorgehalten F r gro e Dokumente ist dies aufgrund des hohen Ressourcenbedarfs nicht praktikabel Schon die Animation des Be und Entladens eines einzelnen gro en Containerschiffs mit 3000 Transportauftr gen ohne parallel laufende Restacking und Gate Aktivit ten f hrt zu einer Dateigr e von ber 30 MB Deswegen wurde die Ausgabe ber eine sequenzielle Verarbeitung realisiert bei der das aktuelle Animationsereignis sofort in die Ausgabedatei geschrieben und nicht zwischengespeichert wird Verwendung gefunden hat daf r die Simple Api for XML SAX Sie ist ein Quasi standard f r das Parsen von XML Dateien ME07 S 41ff Der SAX Parser arbeitet ereignisorientiert Das hei t er durchl uft e
128. se wurde 47 4 Entwurf des Beispielterminals f r den Spreader der Bezeichner SP und f r den Trolley TR gew hlt so dass im Gesamtmodell am ersten Portalkran des ersten Lagerblocks RMG1 1 der Name des Spreaders RMG1 1 SP und der des Trolleys RMG1 1 TR ergibt Neben dem verrin gerten Modellierungsaufwand und leichterer Ver nderbarkeit auch gro er Modelle f hrt die Verwendung von Templates somit implizit auch zu einer einheitlichen Benennungs praxis 4 5 Anordnung der Modellkomponenten in Verdigo Im Verdigo Modell Layout entspricht die Anordnung der unterschiedlichen Modellkom ponenten in Teilen dem konkreten Szenario eines Experiments Die Gate Area die Stacking Area inklusive der Bl cke und der Portalkrane sowie die Terminalchassis wurden dabei in ihrer Anzahl und Position so modelliert dass sie f r jedes m gliche Experiment die exakt gleiche Ausgangssituation liefern Die brigen Komponenten also die Spuren der Low Frame Bridge die Flat und die Lifting Trolleys und die Containerbr cken werden im Layout in der f r ein Szenario maximalen Anzahl angelegt Ihre Anzahl innerhalb eines Szenarios ist sp ter Teil der Parametrisierung so dass unter verschiedenen Pr missen simuliert werden kann hnlich werden die unterschiedlichen Schiffstypen realisiert Dazu werden im Layout an den drei Berths alle innerhalb des Simulationsmodells m glichen Schiffe angelegt Abb 7 Wenn w hrend ein
129. sionen einem bestehenden Terminal nachempfunden werden so dass Experimente am Modell zu Werten f hren die R ckschl sse auf das Konzept zulassen Weiterhin soll eine Animation der Ergebnisse erm glicht werden die das Verst ndnis der Interaktionen der einzelnen Komponenten erleichtert 20 3 1 Wahl des Simulationswerkzeuges Dazu werden zun chst verschiedene Werkzeuge zur Modellierung und Animation diskre ter Simulation vergleichend untersucht Nach einer ersten Vorauswahl aus verschiedenen Programmen erscheint Desmo J des ein Java Simulationsframework das am Department Informatik der Universit t Ham burg entstand geeignet um das Simulationsmodell zu erstellen F r die Animation er weist sich der Realtime Animation Player Golem 3D des ISL als passend Alter nativ besteht die berlegung die Simulationssoftware Plant Simulation Sied der Firma Siemens zu verwenden Diese erm glicht eine grafische Modellerstellung und eine Ani mation direkt aus dem Modell heraus Zu untersuchen ist falls Plant Simulation f r die Modellierung des Modells verwendet wird ob die integrierte Animation verwendet werden oder ob zus tzlich eine Schnittstelle zu Golem 3D erstellt werden soll Um eine qualifizierende Bewertung f r die Auswahl zu erhalten werden die M glichkeiten der Modellerstellung in Desmo J und Plant Simulation sowie die der Animation in Plant Simulation und Golem 3D einander gegen ber gestellt General purpose pr
130. so LKW Im und Export wird nur ein StackingProcess zugewiesen Dies geschieht wieder entweder explizit oder aus einer Menge von m glichen Stacking Prozessen Soll ein Order einen Transportauftrag eines versp teten LKW oder Containerschiffs repr sentieren wird ihm dies noch als Eigenschaft zugewiesen Nachdem der Auftrag vollst ndig spezifiziert ist wird ein Auftragsankunfts Ereignis er stellt und mit dem Zeitpunkt der Auftragsankunft in die Ereignisliste des Schedulers eingef gt Dieser Zeitpunkt wird als Teil des Szenario Objekts f r jeden Auftrag spezifi ziert Er definiert ab wann ein Transportauftrag im System verf gbar ist Das Eintreten des Ereignisses f gt das Auftrags Objekt Order in die Warteschlange des Containertermi nals ein Von diesem Zeitpunkt an ist der Auftrag f r das Simulationsmodell vorhanden und wartet auf seine Abarbeitung durch das System 5 4 1 Steuerung des Systemeingangs Die Entscheidung ob ein Auftrag in das Containerterminal gelangt und damit der Con tainertransport von den beteiligten Betriebsmitteln durchgef hrt wird wird durch den f r die Containerterminal Steuerung zentralen OrderAllocator Prozess getroffen Die ser berpr ft f r einen Auftrag ob alle Vorbedingungen erf llt sind so dass mit dem Containertransport begonnen werden kann Welche Auftr ge auf ihre momentane Durch f hrbarkeit berpr ft werden geschieht gem einer Regel die bei der Parametrisierung des Szenarios angeg
131. spricht genau dem Tandem Lift Szenario nur dass auf die Abbildung der LKW Im und Exportauftr ge verzichtet wurde 99 7 Auswertung des Horizontalkrankonzepts Auswertung des Szenarios ohne LKW Transporte Die Ver nderung der durchschnittlichen Ladezeiten ist durch den Verzicht der Abbil dung von landseitigen Transporten nur geringf gig Die durchschnittliche Verk rzung der Ladezeiten ber alle Schiffe des Wochenplans betr gt knapp 3 Dieses ist insbe sondere durch eine Priorisierung in der Modellsteuerung begr ndet Die landseitigen Auftr ge eines Szenarios erreichen in der Regel nach den seeseitigen das System da die schiffsgebundenen Auftr ge mit der Ankunft des Schiffes komplett vorliegen und die LKW Ank nfte ber den abgebildeten Zeitraum verteilt sind Wenn Ressourcen durch einen land und einen seeseitigen Auftrag angefragt werden so erh lt der ltere Auftrag seine Freigabe was zumeist der seeseitige Transportauftrag ist Verz gerungen der see seitigen Im und Exportauftr ge treten damit nur auf wenn w hrend eines LKW Im oder Exports fehlende Ressourcen f r die Bearbeitung des seeseitigen Auftrags freiwer den und umfassen die verbleibende Bearbeitungsdauer des LKW Transportauftrags Die gew hlte Modellierung scheint geeignet in realistischer und effizienter Weise die Gate Operationen des Terminals abzubilden Die Experimentdatei liegt unter dem Namen LandemLiftKeineLandseite xls der Arbeit bei
132. st ein Szenario mit einem vollen Wochenplan modelliert Dazu werden die Restacking Auftr ge einer Woche gleichm ig ber die gesamte Woche verteilt Die Im und Exportauftr ge an den Eisenbahn und LKW Gates des Referenzmodells werden bei der Parametrisierung des Szenarios ber die Werktage und LKW Gates verteilt Die durchschnittliche Anzahl von Containerschiffen wird aus dem Referenzmodell f r jeden Typ gerundet und m glichst gleichm ig ber die Woche verteilt in Schiffsank nfte des Szenarios abgebildet Die Anzahl der Im und Exportauftr ge wird dem Referenzmo 95 7 Auswertung des Horizontalkrankonzepts dell entsprechend gew hlt und die Anzahl der Containerbr cken mit einem realistischen Standardwert f r jedes Schiff belegt Da Desmo J noch keine Konvertierung von Zeitformaten anbietet wird zur Darstellung aller Zeitpunkte die Grundeinheit Sekunde verwendet Eine eigenst ndige Konvertierung von Zeitformaten wurde nicht realisiert da jene Kennzahlen die einen bewertenden Vergleich erlauben in Form von Prozentangaben ausgegeben werden 7 1 Simulation eines Wochenplans Der konkrete Wochenplan der zur Gewinnung eines bewertenden Vergleichs simuliert werden soll enth lt die folgende Parametrisierung F r die Systemeingangs Strategie wurde Strict Order at the Quay Cranes gew hlt Die se Steuerungsregel erschien am sinnvollsten weil sie sowohl die Reihenfolge Beziehungen der Schiffsstaupl ne ber c
133. sticObject A A SimProcess ExternalEvent RealDist Count ProcessQueue Abb 3 4 Aufbau der Klassenstruktur von Desmo J PK05 S 266 Scheduler und Ereignisliste In der diskreten Ereignissimulation passieren alle Zustands nderungen eines Modells zu bestimmten Zeitpunkten Von kontinuierlichen nderungen wird abstrahiert Ein Simulationsmodell enth lt alle modellspezifischen Entit ten und die Art und Wei se wie und wann Ereignisse stattfinden und was sie bewirken in statischer Form Zur Durchf hrung eines Simulationslaufs wird das Modell an ein Experiment gebunden Das Experiment kapselt intern die beiden zentralen Elemente zur Abbildung des Zeitfort schritts die Ereignisliste und den Scheduler Die Ereignisliste enth lt Ereignisse mit einer festen Reihenfolge und einem jeweiligen Zeitpunkt in dem sich stattfinden Der Scheduler l st Ereignisse zu ihrem Ausf hrungszeitpunkt aus Sind alle Freignisse und das durch sie bedingte Verhalten in einem Zeitpunkt durchgef hrt erh ht der Schedu ler die Modellzeit auf den Zeitpunkt des n chsten Ereignisses aus der Ereignisliste und aktiviert es Ereignisse k nnen bei ihrer Ausf hrung den Modellzustand und die Ereig nisliste ver ndern Liegen nachdem die Kontrolle an den Scheduler zur ckgegeben wurde keine Elemente mehr in der Freignisliste vor oder ist der definierte End Zeitpunkt des Experiments erreicht beendet der Scheduler
134. szeitpunkten oder mit einer Wahrscheinlich keit f r das versp tete Eintreffen und einer Verteilung f r den Grad der Versp tung abgebildet Die vorliegende Modellierung ist stark auf die Gewinnung von Kennzahlen f r Teilprozesse des Systems wie die Ladezeit eines Schiffes ausgerichtet und bildet die Containerorganisation im Yard nicht explizit ab Deswegen w rde die Abbildung von Versp tungen auf eine ver nderte Ankunftszeit im Modell die tats chlichen Wirkungen nicht realistisch widerspiegeln Die relative Dauer f r das Beladen eines Schiffes bliebe unver ndert und nachteilige Wirkungen auf den Vorstau w rden nicht ber cksichtigt Aus diesen Gr nden werden Versp tungen im vorliegenden Simuationsmodell nicht durch eine ver nderte Ankunftszeit sondern durch ihre Wirkung auf die Stellplatzplanung be schrieben Es wird die Annahme getroffen dass eine versp tete Schiffs oder LKW 69 5 Aufbau der Modellsteuerung in Java mit Desmo J Ankunft den Grad des Vorstaus verschlechtert der zur Vorbereitung der jeweiligen An kunft getroffen wird Wenn ein Schiff rechtzeitig am Containerterminal ankommt wird davon ausgegangen dass die Stellplatzplanung alle Container f r dieses Schiff so gesta pelt hat dass diese ohne weiteres Restacking aus den Containerbl cken entnommen und auf das Schiff gebracht werden k nnen Gleiches gilt f r einen Container der auf einen p nktlich ankommenden LKW verladen wird Im Falle einer versp tete
135. t 2 Trifft Punkt eins auf mehrere Spuren und Flat Trolleys zu so wird derjenige ge w hlt der dem Startpunkt des Bereichs am n chsten ist 3 Ist auf keiner Spur der Weg f r einen freien Flat Trolley vorhanden um Start und Endpunkt des Bereichs zu erreichen so wird derjenige gew hlt der ausschlie lich von freien Flat Trolleys blockiert wird sofern f r diese au erhalb des Bereichs gen gend Raum zum Ausweichen ist 4 Trifft Punkt drei auf mehrere Flat Trolleys zu so wird derjenige gew hlt der dem Startpunkt am n chsten ist In einem weiteren Schritt bergibt das SystemEntranceEvent allen nun im Transport auftrag spezifizierten Betriebsmitteln den Auftrag als ihren aktuellen Auftrag setzt ihren Zustand auf besch ftigt und aktiviert sie 67 5 Aufbau der Modellsteuerung in Java mit Desmo J Beginn des zu reservierenden Bereichs Ende des zu reservierenden Bereichs Spur 1 Spur 2 Spur 4 E E Flat Trolley ohne Transportauftrag FFE Flat Trolley mit Transportauftrag FFE F r aktuellen Transportauftrag ausgew hlter Flat Trolley __ F r Transportauftrag reservierter Bereich Fur neuen Transportauftrag zu reservierender Bereich Abb 5 2 Zuordnung eines Flat Trolleys zu einem Transportauftrag 5 5 Abbildung stochastischen Modellverhaltens Eins der Hauptanwendungsfelder von Simulation ist die Untersuchung von Systemen in denen Teile ein nicht dete
136. t containerSeed gt 100 lt containerSeed gt lt orderAllocationSeed gt 100 lt orderAllocationSeed gt lt gantryDelaySeed gt 100 lt gantryDelaySeed gt lt automaticSeed gt false lt automaticSeed gt lt vesselDelay gt lt probability gt 0 0 lt probability gt lt extraTime gt 125 lt extraTime gt lt vesselDelay gt lt truckDelay gt lt probability gt 0 0 lt probability gt lt extraTime gt 125 lt extraTime gt lt truckDelay gt lt stochastic gt lt parameters gt II A Anhang A 3 Inhalt der beigef gten DVD das in Desmo J erstellte Modell in Form einer ausf hrbaren jar Datei als Sourcecode die Modell Layout Datei die 3D Komponenten Deflault Parameter Dateien Extra ani DefaultParameter xml Auswertungsdateien der in Kapitel 7 diskutierten Szenarien Pr sentationsfilme des Herstellers zum Horizontalkrankonzept Quellen IV A 4 Anschrift des Autors und der Betreuer A 4 Anschrift des Autors und der Betreuer Autor Nikolaus Bornh ft Harburger Chaussee 63 20539 Hamburg Email Klaus neuschoe de Estbereuer Prof Dr Ing Bernd Page Arbeitsbereich Angewandet und sozilorientierte Informatik des Departments Informatik der Universit t Hamburg Vogt K lln Stra e 30 D 22527 Hamburg Zweitbetreuer Dr Ing Holger Sch tt Institut f r Seeverkehrswirtschaft und Logistik ISL Universit tsallee 11 13 28359 Bremen Glossar AC3D AG
137. tainer auslagert oder jener der ihn einlagert Durchf hrung eines Transportauftrages Wie ein konkreter Containertransport durch das Terminal durchgef hrt wird und in welcher Reihenfolge die unterschiedlichen Simulationsprozesse beteiligt sind ergibt sich also aus der Spezifikation der beteiligten Simulationsprozesse und der Spezifikation der Steuerung in den Kooperationsobjekten 59 5 Aufbau der Modellsteuerung in Java mit Desmo J Seeseitige Transportauftr ge Ein seeseitiger Import Auftrag beschreibt den Transport eines Containers von einem Containerschiff an eine vorgegebene Stelle in der Stacking Area Beteiligt sind dabei eine Containerbr cke ein Flat und ein Lifting Trolley ein Chassis und ein Portalkran Mit ihrer Aktivierung zur Durchf hrung des Import Auftrags f hren alle beteiligten Pro zesse mit Ausnahme des QuayCraneProcesses eine Bewegung hin zum bergabepunkt durch an dem sie den Container von ihrer Vorg ngerkomponente des Containertrans ports erhalten werden und f gen sich dort in eine Master Slave Warteschlange ein und warten Der Prozess der Containerbr cke hebt mittels Trolley und Spreader Bewegungen einen Container vom Schiff und f hrt diesen an den Synchronisationspunkt oberhalb der Low Frame Bridge Dort f gt er sich in die quayCraneFlatTrolleyCooperation Warteschlan ge ein Befinden sich dort sowohl der QuayCraneProcess als auch der FlatTrolley Process wird ein an die Warteschlange
138. te 1 gt lt model gt 1DFFBAAC B5B3 4743 B7DD 8310DF4AC073 lt model gt lt origin gt 108 19 29 851 0 lt origin gt lt angle gt 0 0 0 lt angle gt r lt object gt i lt time gt lt viewport gt lt include gt txmlpath extra ani lt include gt lt golem3d_animation gt Abb 4 7 Beispiel einer Modell Objects ani Datei angezeigt in Notepad 5 Aufbau der Modellsteuerung in Java mit Desmo J Die Steuerung des Modells l sst sich in zwei Bereiche einteilen Der eine Bereich bildet eine globale Steuerung die alle in einem Zeitpunkt vorliegenden Transportauftr ge zu n chst in einer Warteschlange zur ckh lt und sie erst sobald die n tigen Betriebsmittel verf gbar sind an die beteiligten Modellkomponenten bergibt und diese aktiviert Die Steuerung der am Transport beteiligten Modellkomponenten und deren Interaktionen bilden den anderen Bereich der Steuerung des Systems Dort interagieren die Kompo nenten des terminalinternen Verkehrs und f hren den eigentlichen Containertransport durch Dieser Bereich wurde mit Simulationsprozessen umgesetzt Die Verwendung von Prozessen und Ereignissen in einem hybriden Modellierungsstil verbindet verschiedene Vorteile des prozess und des ereignisorientierten Modellierungs stils Die Abbildung der Betriebsmittel des Terminals als Simulationsprozess erscheint als sinnvoll weil dort die Steuerungslogik einer Komponente gekapselt und an die En tit t gebunden vorliegt Die M
139. te Portal krane sind im Gegensatz zu radgef hrten in der Regel auch mit einem Container am Spreader beweglich Des weiteren gibt es Portalkrane die sich gemeinsam auf einem Containerblock arbeitend gegenseitig ber und unterfahren k nnen Im Gegensatz zur Organisation der Stacking Area f r Straddle Carrier oder Reach Stacker bei der zwischen den einzelnen Stellpl tzen und Stellplatzreihen Platz f r Fahr spuren und zum Rangieren der Fahrzeuge gelassen werden muss ist die Stacking Area hier in kompakte Bl cke unterteilt Zwischen den Stellpl tzen wird dabei gerade so viel Raum gelassen wie der Spreader des Portalkrans zum Zugriff auf einen einzelnen Con tainerslot ben tigt Damit ben tigen Containerterminals mit Bl cken und Portalkranen insgesamt weniger Platz f r die Stacking Area als solche mit keiner kompakten Blockla gerung Ein Containerblock l sst sich als mehrere benachbarte Containerstellplatzreihen auffas sen f r die es eine gemeinsame H chststapelh he gibt Da der Block von einem Por talkran berspannt wird bildet die Spannweite des Portalkrans eine technische Grenze f r die maximale Breite eines Blocks Ebenso ist die maximale Blockh he nicht nur von den physikalischen Stapeleigenschaften der Container sondern auch von den technischen Merkmalen des Krans abh ngig Innerhalb dieser technisch physikalischen Grenzen spie len Optimierungsgesichtspunkte eine entscheidende Rolle Zwar kann ein Containerbloc
140. tellplatzplanung 3D Modell ein reales Objekt in seiner Gr e exakt abbildet Modellkomponenten die nicht ber Autosize auf eine bestimmte Gr e festgelegt wurden k nnen nachdem sie angelegt werden auf eine bestimmte Gr e skaliert werden Dies geschieht entweder indem direkt im Layout der Rahmen der die Grundfl che der Komponente bildet mit der Maus gr er oder kleiner gezogen wird oder durch eine explizite Gr enangabe in den Eigenschaften des 3D Objektes Sinnvoll ist dies dann wenn z B unterschiedlich gro e Containerbr cken eingesetzt werden die alle mit dem gleichen 3D Modell abgebildet werden Verdigo bietet des weiteren die M glichkeit einzustellen ob Objekte im 3D Layout sichtbar sein sollen und ihnen ein weiteres Objekt als Parent zu bergeben Bei einer Bewegung oder Drehung des Parent Objektes bewegen sich diese relativ dazu und k nnen dar ber hinaus noch selbstst ndig bewegt werden Im vorliegenden Modell wurde der Containertransport nicht durch eine echte bergabe von 3D Objekten realisiert Abschnitt 4 1 2 Stattdessen wurden nur die Betriebsmittel also Krane Terminalchassis etc persistent modelliert Dabei wird an jedes Betriebsmittel ein 3D Objekt eines Containers ber eine Parent Beziehung gebunden Dieser kann bei der Aufnahme eines Containers durch den jeweili gen Kran Chassis etc sichtbar gemacht werden Wird der Container nun an ein weiteres Arbeitsger t bergeben so w
141. tems auf Zeitpunkte m glich ist und man jede nderung des Modellzustands bereits zu einem vorherigen Zeitpunkt unter Angabe der Art und des Zeitpunkts der Zu stands nderung spezifizieren kann Sowohl diskrete als auch kontinuierliche Simulations modelle lassen sich in deterministische und stochastische unterteilen Deterministische Modelle lassen sich analytisch beschreiben Sie zeigen f r dieselben Eingangswerte immer 19 3 Simulation System Beobachter Abbildung Verhalten Modell Abb 3 1 Verh ltnis von System Modell und Beobachter ver ndert aus PK05 s 9 dasselbe Modellverhalten Stochastische Modelle enthalten an mindestens einer Stelle die Abbildung zuf lligen Verhaltens Dieses wird in der Computersimulation durch die Verwendung von Werten einer Wahrscheinlichkeitsverteilung realisiert Da das Modell unter denselben Bedingungen unterschiedliches Verhalten zeigt m ssen f r eine valide Beschreibung des Verhaltens mehrere Simulationsl ufe statistisch ausgewertet werden Die Verwendung stochastischer Modelle bietet die M glichkeit ber das Verhalten von Systemen Aussagen zu treffen die rein analytisch nicht oder nur schwer zu beschreiben sind PK05 S 7 12 3 1 Wahl des Simulationswerkzeuges Zur Untersuchung des Horizontalkrankonzepts wird das Modell eines Containerterminals entworfen in dem die Komponenten des Konzeptes Anwendung finden Es soll dabei in seinen Dimen
142. ten damit einige Auswertungsm g lichkeiten mit denen sich Teile eines Modellverhaltens gut nachvollziehen lassen Neben der Auswertung von Warteschlangen zur Abbildung von Warteverhalten etwa auf eine Containerbr cke dienen bietet es sich in Desmo J an sie auch dort einzusetzen wo sie ausschlie lich der Gewinnung statistischer Daten dienen So kann zum Beispiel ein Transportauftrag wenn er in das System eintritt in eine Warteschlange eingef gt und bei Verlassen wieder entfernt werden um den Durchschnittsaufenthalt aller Trans portauftr ge zu erfahren Neben dem Instrument Warteschlange bietet Desmo J noch verschiedene andere statis tische Auswertungs Instrumente wie Z hler Objekte f r Summen und Durchschnitts funktionen und statistische Objekte f r Zeitreihen Untersuchungen etc 84 6 2 statistischen Auswertungskomponenten des Modells F r die Untersuchung des Containerterminal Modells werden ber diese allgemeinen Auswertungs Werkzeuge hinaus weitere spezifische Instrumente ben tigt um etwa f r einen bestimmten Schiffstyp den durchschnittlichen Containertransport pro Stunde und pro Containerbr cke auszuwerten Zu diesem Zweck werden weitere Auswertungs Instru mente erstellt die sich zum Teil aus den in Desmo J bestehenden zusammensetzen Differenzierung der Auswertungskennzahlen Zur differenzierten Untersuchung des vorliegenden Modells sollen unterschiedliche Kenn gr en gewonnen werden Sie solle
143. tersuchung der Be und Entladung einzelner Containerschiffel 102 105 A Anhang I A 1 Bewegung Rotation und Sichtbarkeit in Golem 3D 2 2 I A 2 Beispiel einer vollst ndigen Szenariodatei I A 3 Inhalt der beigef gten DVD 2 4 eas 2a eb ee Oe ew 2 24 u u end IV A 4 Anschrift des Autors und der Betreuerl 2 aa V Glossar VII Literaturverzeichnis XIII vii 1 Einleitung Hafenlogistik Der weltweite Warenhandel hat in den vergangenen 50 Jahren rasant zugenommen Mit einem durchschnittlichen Wachstum von 6 1 lag er weit oberhalb der Steigerung der Weltwarenproduktion von 3 9 Bil Innerhalb des Welthandels verzeichnet der Con tainerhandel die gr ten Zuw chse Auf den Containerh fen der Nordrange Hamburg Bremische H fen Rotterdam und Antwerpen hat sich der Containerumschlag in den Jahren 1991 bis 2007 von 10 Mio TEU auf knapp 33 Mio TEU mehr als verdreifacht Fle08 S 10 Gleichzeitig nimmt die Zahl gro er Containerschiffe mit einer Kapazit t von mehr als 10000 TEU erheblich zu Waren Anfang 2008 erst 9 Containerschiffe die ser Gr e im Einsatz werden es Anfang 2012 den aktuellen Fertigungsauftr gen nach bereits 173 Fle08 S 12 sein Daraus ergibt sich f r die Betreiber von Containerter minals noch st rker als bisher die Notwendigkeit effizienter Be und Entladevorg nge Sie ergibt sich zum einen weil der Anteil des Containerumschlags gemessen an der Ge samtliegezeit bei
144. teuerung verteilt die Containerstellpl tze f r die Transportauf tr ge ber alle Stacks des Terminals Dadurch entstehen weite Wege die auf der Low Frame Bridge zur ckzulegen sind und gegenseitige Blockierungen zwischen den Flat Trolleys bei der parallelen Bearbeitung zweier Containerschiffe e Die technischen Spezifikationen der Betriebsmittel des Horizontalkrankonzepts Flat und Lifting Trolley und Terminal Chassis lagen nicht vor und wurden da her gesch tzt Andere als die gew hlten Werte k nnten die Low Frame Bridge als m glichen Flaschenhals abmildern oder entsch rfen e Das Horizontalkrankonzept als Architektur f r Containerterminals kann insgesamt nicht geeignet sein 7 2 1 Untersuchung eines Tandem Lift Szenarios ohne landseitige Transporte Um den Einfluss der landseitigen Im und Exportauftr ge auf die Leistungsf higkeit des Containerterminals bez glich des Umschlages an den Containerbr cken zu unter suchen wird der Wochenplan des Tandem Lift Szenarios ohne landseitige Transport auftr ge untersucht Die Annahme dass ein Stack der an der Be und Entladung von Containerschiffen beteiligt ist von landseitigen Transporten ausgenommen ist erscheint nicht realistisch jedoch k nnte durch die Stellplatzplanung mit passenden Restacking Auftr gen das Ma an gleichzeitigen land und seeseitigen Transportauftr gen an einem Stack vermindert werden Das zu der Untersuchung dieser Annahme erstellte Szenario ent
145. tion eines Schiffes im un 80 6 1 Parametereingabe teren eine Tabelle aller bisher angelegten Containerschiffe Abb 6 3 Um die Liegezeit eines Schiffs zu spezifizieren muss einer der drei Liegepl tze des Terminalmodells angegeben und ein Schiffstyp ausgew hlt werden Der Schiffstyp ist aus f nf unterschiedlich gro en Containerschiffen w hlbar Davon sind zwei Feeder Schiffe Mit der Wahl eines Schiffstyps wird im Auswahlfeld Number of Quay Cranes ein Standardwert f r diesen Schiffstyp gesetzt und die Ladedauer des Referenzmodells in das Feld estimated Time of Loading eingef gt Die Ankunftszeit und die nicht produktive Liegezeit m ssen f r das Containerschiff angegeben werden die erwartete Ladezeit kann gegen ber der Vorgabe aus dem Referenzmodell und die Anzahl der Con tainerbr cken gegen ber dem Standardwert ver ndert werden Nachdem alle Werte ein gegeben wurden kann das Schiff ber die Add Schaltfl che in die Schiffstabelle und damit die Modellparametrisierung aufgenommen werden Dabei berpr ft zun chst der QuayLineSpaceResolver der intern alle schon in der Tabelle befindlichen Schiffe ent h lt ob sich w hrend der angegebenen Liegezeit schon ein anderes Schiff an diesem Liege platz befindet Ist das der Fall wird die Schiffsankunft nicht in die Tabelle bernommen und es wird eine Warnung ausgegeben Ist der Liegeplatz f r den angegebenen Zeitraum frei wird es in die Tabelle der Schif
146. ufkatze mit einem Container am Spreader ist Des weiteren muss der Ausleger des Krans so dimensioniert sein dass das breitest m g liche zu be oder entladene Containerschiff komplett im Arbeitsbereich der Laufkatze liegt so dass jeder Containerstack mit dem Spreader erreichbar ist Die gr ten aktuell eingesetzten Containerbr cken erreichen dabei eine H he von 80m und sind gut 1800t schwer Abe Eine Architekturvariante stellen Zwei Katz Containerbr cken dar Bei diesen ist der Containertransport in zwei Phasen unterteilt Eine so genannte Laschplattform bildet dabei einen Puffer zwischen den Arbeitsbereichen der beiden Laufkatzen Da jede Katze 2 Horizontalkrankonzept Abb 2 5 Zwei Katz Containerbr cke mit Laschplattform Sch08 S 206 nur etwa die H lfte des gesamten von der Br cke zu transportierenden Weges bearbeitet k nnen insgesamt Produktivit tsgewinne erreicht werden HS00 Die Laschplattform ist gleichzeitig der Bereich in dem Arbeiter die f r den Seetransport n tigen Transportsicherungen von den Containern entfernen 2 1 2 Die Stacking Area Die Stacking Area bildet den internen Lagerbereich eines Containerterminals Dort wer den ankommende Container bis zu ihrer Weiterverschiffung oder ihrem Weitertransport per Schiene oder Strasse zwischengelagert So k nnen Versp tungen ausgeglichen die LKW und Bahnank nfte an den Gates zeitlich besser verteilt und bestimmte Arbeits zeitvorgab
147. urigen Stahlbr cke die auf den z gigen Transport von Containern und schwerem Kran Ger t ausgelegt ist hohe Investitionen erfordert die oberhalb derer anderer stark automatisierter Terminals liegen Ein weiteres Problem des Konzeptes ist vermutlich die schlechtere Wartbarkeit der Ger te gegen ber mobilen Systemen wie Van Carriern oder AGV Ein gro er Vorteil der in dieser Arbeit diskutierten Architektur scheint die durch die kompakte Anordnung der Systemkom ponenten erreichte sehr gute Raumausnutzung zu sein Ob das Horizontalkrankonzept letztlich in einem Containerterminal produktiv ange wandt werden kann m ssen weitere Untersuchungen zeigen Unter den im Rahmen die ser Arbeit getroffenen Annahmen scheint es keine sinnvolle Alternative zu bestehenden Containerterminal Architekturen zu sein 107 OAMONDA BwWNY FE a et ed rnr NO oF WN Fr N N H MH oO O 0 Noo 8 WN MH A Anhang A 1 Bewegung Rotation und Sichtbarkeit in Golem 3D lt time value 268 97299999999996 gt lt object id CARI CT40 default autorotate 0 gt lt visible value true gt lt object gt lt time gt lt time value 268 97299999999996 gt lt object id HORCRANEH 3 SP default autorotate 0 gt lt move time 1 5 gt lt org gt 0 0 7 25 lt org gt lt org gt 0 0 6 0 lt org gt lt move gt lt object gt lt time gt lt time value 270 47299999999996 gt lt object id HORCRANEH 3 SP default
148. war die Programmierung des Modells da es keine Br che zwischen der Umgebung zur Erstellung des Modells und der Visualisierung der Einga ben g be allerdings ist die grafische Parametereingabe ohne Eclipse nicht m glich Ein weiterer Nachteil von SimTools ist die fehlende Dokumentation die eine Verwendung erschweren w rde Letztendlich wird davon Abstand genommen SimTools zu verwenden Es wird eine ei genst ndige Benutzeroberfl che aufgebaut 74 6 1 Parametereingabe Modellierung der Benutzerschnittstelle mit Netbeans IDE Die Wahl des Entwicklungswerkzeuges f llt dabei auf Netbeans IDEE Netbeans IDE ist eine umfangreiche Programmierumgebung die auch Java unterst tzt Da f r die Erstel lung des Simulationsmodells in weiten Teilen die Entwicklungsumgebung Eclipse SDK verwendet wird stellt es zwar einen gewissen Aufwand dar das Programmierprojekt in zwei unterschiedlichen Programmierumgebungen durchzuf hren Netbeans erlaubt es jedoch auf einem bestehenden Eclipse Workspace zu arbeiten So kann die Entwicklung recht leicht synchron durchgef hrt werden Im Gegensatz zu Eclipse bietet Netbeans die M glichkeit grafische Elemente wie Textfelder Schaltfl chen und Auswahlboxen per Drag and Drop zu einer Benutzeroberfl che zusammenzuf gen Dabei k nnen sowohl Swing als auch AWT Komponententen verwendet werden An dieser k nnen bei der grafischen Modellierung schon verschiedene Einstellungen vorgenommen werden aus de n
149. wareentwicklung f r diskrete Er eignissimulation Es unterst tzt den Entwickler bei der Erstellung von Simulationsmo dellen der Durchf hrung von Experimenten an diesen und deren Auswertungen Dazu stellt es so genannte Black Box Komponenten und White Box Komponenten zur Verf gung Die Black Box Komponenten bilden Klassen von denen der Entwickler nur ein Objekt erzeugen muss dieses parametrisieren kann und es wie es ist verwenden kann Sie bilden die Komponenten ab die ein rein simulationsspezifisches Verhalten beschreiben und f r alle Modelle in gleicher Weise eingesetzt werden Die Black Box Komponenten umfassen die unterschiedlichen Warteschlangentypen stochastische Ver teilungen statistische Auswertungskomponenten und die Experimentklasse In White Box Komponenten wird das anwendungsspezifische Verhalten abgebildet Dazu werden dem Anwender abstrakte Klassen zur Verf gung gestellt bei deren Implementierung er die Anwendungsspezifika in seinem Modell realisiert Sie definieren das aktive Verhal ten der Modellkomponenten w hrend der Simulation als Entit t Simulationsprozess Ereignis oder externes Ereignis Abb 3 4 PK05 S 263 267 lengl diskrete Ereignis Simulation und Modellierung in Java 25 3 Simulation Black Box Component NamedObject seers a N Hot Spot ModelComponent Z Schedulable Reportable N IN Entity Event Model QueueBased Distribution Stati
150. ypen eine Warteschlange zur Auswertung ihres Gesamtaufenthalts im System in die der Auf trag bei seinem OrderArrivalEvent eingef gt und am Ende seiner Bearbeitung wieder entfernt wird Zur Bestimmung der reinen Transportdauer gibt es zus tzlich eine War teschlange f r jeden Auftragstyp in dem die Auftr ge ber die Zeit ihrer Bearbeitung gehalten werden Dort werden sie zum Zeitpunkt ihres SystemEntranceEvents eingef gt und zum Ende ihrer Bearbeitung wieder entfernt In gleicher Weise werden Warteschlan gen f r Auftr ge versp teter LKW und eine Warteschlange f r alle landseitigen Auftr ge angelegt und verwendet Zur Auswertung werden die in den Warteschlangen gesammelten statistischen Werte von au en zugreifbar gemacht so dass sie in die statistische Auswertung des Modells einflie en k nnen Die dadurch gelieferten Kennzahlen beschreiben f r jeden der drei Auftragstypen und f r die landseitigen Im und Exporte in zusammengefasster Form die Gesamtanzahl der Auftr ge die Anzahl der versp teten Auftr ge die der abgearbeiteten Auftr ge und durchschnittliche Transport und Gesamt Aufenthaltsdauern 6 2 2 Auswertung schiffsgebundener Transportauftr ge Bei der Auftragserzeugung durch den InputToOrderConverter wird f r jedes in der Parametrisierung spezifizierte Containerschiff ein VesselEvaluator erzeugt Alle Auf tr ge die an dieses Schiff gebunden parametrisiert sind erhalten die f r dieses Schiff erzeugte Auswertu
151. zentrale Begriffe gekl rt und die Betriebsmittel und Ar chitekturen bestehender Containerterterminals vorgestellt Ihnen wird in einem weiteren Schritt die Idee des Horizontalkrankonzepts gegen bergestellt Dabei wird den neuarti gen Komponenten und ihren Interaktionen sowie den Wechselwirkungen mit bestehenden Containerterminal Komponenten besondere Beachtung geschenkt Bei der Untersuchung soll die diskrete Ereignissimulation Anwendung finden Dar ber hinaus sollen die Simulationsl ufe in Form einer Animation abspielbar sein Daf r wer den in Kapitel 3 unterschiedliche Programme auf ihre Eignung berpr ft das Horizontal krankonzept in einem Simulationsmodell abzubilden daran Experimente durchzuf hren diese statistisch auszuwerten und die Ergebnisse zu animieren Anschlie end wird eine Auswahl getroffen und diese begr ndet Zur Erstellung des Simualtionsmodells wird in Kapitel 4 zun chst ein Containerterminal des neuartigen Typs entworfen das in seiner Gr e und dem Umfang des Containerum schlags mit bereits bestehenden Containerterminals vergleichbar ist Dadurch sollen auch die dort gewonnenen Kennzahlen eine Vergleichbarkeit mit denen realer Containertermi nals erhalten und zu bewertenden Aussagen ber das Horizontalkrankonzept f hren Dazu m ssen vor der Erstellung des Computermodells die modellrelevanten Systemkom ponenten mit ihren spezifischen Eigenschaften und ihren Positionen identifiziert werden Des Weiteren

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