VDI 3581-2004 Availability of transport and storage systems including subsystems and elements.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREVerfgbarkeit von Transport- und Lageranlagen sowie deren Teilsystemeund ElementeAvailability of transport and storage systems including subsystems and elementsVDI 3581Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch Materialfluss und Frdertechnik, Band 5VDI-RICHTLINIE

2、NZu beziehen durch / Available from Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2004Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDie deutsche Version dieser R

3、ichtlinie ist verbindlich.ICS 53.080Dezember 2004December 2004The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation.Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Verfgbarkeit . . . . . . . . . . .

4、 . . . . . . . 22 Verfgbarkeit von Systemen . . . . . . . . . . 32.1 Ersatzschaltbild . . . . . . . . . . . . . . . 32.2 Verfgbarkeitsformeln . . . . . . . . . . . 32.3 Randbedingungen und logistischeFunktionen. . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.4 Beispiel Hochregallager mit Vorzone . . . . 83 Ve

5、rfgbarkeitsermittlung. . . . . . . . . . . . 113.1 Verfgbarkeitstest . . . . . . . . . . . . . . 113.2 Verfgbarkeitstest der Beispielanlage. . . . 123.2.1 Auswertung nach derkonventionellen“ Methode . . . . . 133.2.2 Auswertung ber die Einfhrungeines Gewichtungsfaktors ki. . . . . . . 133.2.3 Vergle

6、ich der Testmethoden . . . . . 13Schlussbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . 14Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Availability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Availability of systems . . . . . . .

7、. . . . . . 32.1 Equivalent circuit diagram . . . . . . . . . 32.2 Availability formulae . . . . . . . . . . . . 32.3 Basic conditions and logistical functions. . 62.4 Example of a high-bay warehouse withforecourt . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Determination of the availability . . . . . . .

8、 113.1 Availability test . . . . . . . . . . . . . . . 113.2 Availability test of the sample system . . . 123.2.1 Evaluation based on the“conventional“ method. . . . . . . . 133.2.2 Evaluation after the introductionof a weighting factor ki. . . . . . . . 133.2.3 Comparison of the test methods . . .

9、13Concluding comments . . . . . . . . . . . . . . . 14Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15VDI-Gesellschaft Frdertechnik Materialfluss LogistikFachbereich LogistikFachausschuss VerfgbarkeitFrhere Ausgabe: 03.01 Entwurf,deutschFormer edition: 03/01 draft, in German onlyB55EB1B3E14C2

10、2109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2004 2 VDI 3581VorbemerkungPlaner, Hersteller und Betreiber sind gleichermaenan vergleichbaren Kenngren interessiert, die eineAussage ber die Verfgbarkeit (Einsatz/Funktions-bereitschaft

11、) von automatischen Lager-, Material-fluss- und Kommissionier-Systemen ermglichen.Die Verfgbarkeit eines Systems bildet gewisser-maen die Voraussetzung fr einen hohen System-Durchsatz (siehe u.a.: Richtlinien VDI 3561,VDI 3578, VDI 3579, VDI 3649, VDI 4480Blatt 1 ff.).Die Verfgbarkeit wird definiert

12、 als eine abgeleiteteGre der Einschaltzeit (Betriebs- plus Bereitschafts-zeit) und der Ausfallzeit; diese unterliegen Zufalls-prozessen. Die Verfgbarkeit von Transport- undLageranlagen kann in zwei Methoden getestet wer-den: Einmal die Abschtzung in der Planungsphaseund zum Zweiten die praktische Me

13、ssung im Rah-men der Anlageninbetriebnahme.Die Strombelastung ist bei der Verfgbarkeitsberech-nung/-messung eines Systems nicht zu bercksichti-gen. Systempuffer knnen dagegen zur Strzeitredu-zierung fhren. Ein Puffer kann die Ausfallzeiten derdem Puffer vorgelagerten Elemente unter Umstndenkompensie

14、ren und damit die Verfgbarkeit (vgl.Gleichung 1) erhhen.Im Folgenden wird auf die theoretischen Grundlagenund die allgemein gltigen Berechnungsformeln frdie Verfgbarkeitsberechnung/-messung unter Be-rcksichtigung der Materialflussstruktur und derenGewichtung anhand von Beispielen eingegangen. Inder

15、praktischen Anwendung ist aus der Materiafluss-struktur (System, Teilsystem, Element) entsprechendden Anforderungen an die Struktur ein Ersatzschalt-bild zu entwickeln. Bei automatisierten Systemen istentsprechend dem Grad des Funktionszusammen-hanges ebenfalls die Verfgbarkeit der IT-Systeme zuberc

16、ksichtigen.1 VerfgbarkeitDie Verfgbarkeit eines Elementes oder eines Teil-systems in einer Transport- oder Lageranlage ist dieWahrscheinlichkeit, die betrachteten Einheiten zu ei-nem beliebigen Zeitpunkt whrend der Betriebszeitin einem ordnungsgem funktionierenden Zustandanzutreffen.Dabei bezieht si

17、ch die Verfgbarkeit nur auf die tech-nischen Komponenten der Transport- oder Lager-anlage inklusive der zugehrigen Steuerungen. Frdie praktische Messung muss die Anlage kontinuier-lich belastet werden, ohne dass es zu Stauungenkommt. Die Verfgbarkeit bildet die Grundlage frden Durchsatz einer Transp

18、ort- oder Lageranlage. Siekann durch die Organisation und die Betriebsstrate-gie beeinflusst werden.Preliminary notePlanners, manufacturers and operators are all inter-ested in having comparable characteristic valueswhich allow a statement on the availability (opera-tional/functional readiness) of a

19、utomatic storage, ma-terial flow and order picking systems. The availabil-ity of a system is, in a way, a precondition for a highsystem throughput (see also: guidelines VDI 3561,VDI 3578, VDI 3579, VDI 3649, VDI 4480Part 1 onwards).Availability is defined as a derived quantity of theswitched-on time

20、 (operation time plus standby time)and the down time. These are subject to random proc-esses. There are two methods for testing the availabil-ity of transport and storage systems: a) estimation inthe planning phase and b) practical measurementwithin the framework of the system start-up.The power loa

21、d is not to be taken into account for theavailability calculation/measurement of a system.System buffers, on the other hand, can help to reducedown times. Under certain circumstances a buffer cancompensate for the down times of the elements up-stream of the buffer and thus increase the availability(

22、see Equation 1).The following deals with the theoretical principlesand the generally applicable calculation formulae forthe availability calculation/measurement taking intoaccount the material flow structure and its weightingon the basis of examples. In practical application, anequivalent circuit di

23、agram has to be developed fromthe material flow structure (system, subsystem, ele-ment) according to the requirements on the structure.In automated systems the availability of the IT sys-tems must also be taken into account depending onthe degree of functional interaction.1 AvailabilityThe availabil

24、ity of an element or of a sub-element ina transport or storage system is the probability offinding the observed units in a correctly functioningstate at any given time during the operating period.Availability here refers only to the technical compo-nents of the transport or storage system including

25、thecorresponding control systems. For practical meas-urement the system must be operated continuouslywithout any congestion occurring. The availabilityforms the basis for the throughput of a transport orstorage system. It can be influenced by the organisa-tion and the operation strategy.B55EB1B3E14C

26、22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2004 VDI 3581 3 Fr eine betrachtete Komponente der Gesamtanlagewird die Verfgbarkeit durch das Verhltnis vonAusfallzeit zur Einschaltzeit definiert.(1)(2)Dabei istTEEinschaltzeit (D

27、efinition aus VDI 3580)Die Zeit, in der die Anlage eingeschaltet ist, un-abhngig davon, ob die Funktion ausgebt wird (In der VDI 3649 wird diese Zeit als Einsatzzeit bezeichnet.)TAAusfallzeitZeit innerhalb der Einschaltzeit, in der ein be-stimmtes Element nicht betriebsbereit ist.MTBF mittlere strun

28、gsfreie Zeit zwischen den Fehlern (Mean Time Between Failure)MTTR mittlere Reparaturdauer (Mean Time ToRepair)Gleichung (1) eignet sich fr die praktische Messungder Verfgbarkeit nach VDI 3580.Gleichung (2) ist der Gleichung (1) mathematischhnlich und eignet sich fr theoretische Berechungender Verfgb

29、arkeit.Fr einige berlegungen ist es einfacher, mit denNichtverfgbarkeiten zu rechnen (vgl. beispiels-weise Gleichung (7) mit Gleichung (9):(3)2 Verfgbarkeit von Systemen2.1 ErsatzschaltbildDas Thema der Verfgbarkeit bei logistischen Anla-gen kann grob in zwei Teile geteilt werden:Einmal die Abschtzu

30、ng bzw. Berechnung der Ver-fgbarkeit in der Planungsphase und zum Zweitendie praktische Messung im Rahmen der Anlagen-inbetriebnahme. Ablauf und Zeitplan sind vertraglichzu vereinbaren. Die theoretische und praktische plan-mige Ermittlung der Verfgbarkeit geschieht inzwei getrennten Abschnitten. Gru

31、ndlage fr dieseDenkweise ist die Bildung eines Ersatzschaltbildesfr die Anlage in Reihen- und Parallelanordnungen.Reihen- und Parallelanordnungen deshalb, weil An-lagenteile unabdingbar notwendig sind (Reihen-anordnung) oder durch parallele Techniken ersetztwerden knnen (Parallelanordnung). Fr die k

32、orrekteVerfgbarkeitsermittlung muss dieses Ersatzschalt-bild erarbeitet und dann berechnet werden. Bevor aufTETA()TE- 1TATE-=MTBFMTBF MTTR+-= 1 =For an observed component of the overall system theavailability is defined as the ratio of down time toswitched-on time.(1)(2)whereTEswitched-on time (defi

33、nition from VDI 3580)The time during which the system is switchedon, regardless of whether it is actually carryingout its function (In VDI 3649 this is referred toas operating time.)TADown timeTime within the switched-on time when a cer-tain element is not ready for operation.MTBF Mean Time Between

34、FailuresMTTR Mean Time To RepairEquation (1) is suitable for the practical measurementof availability in accordance with VDI 3580. Equation (2) is mathematically similar toEquation (1) and is suitable for theoretical calcula-tions of the availability.In some cases it is simpler to use the non-availa

35、bili-ties (compare, for example, Equation (7) withEquation (9):(3)2 Availability of systems2.1 Equivalent circuit diagramThe subject of the availability of logistic systems canbe divided roughly into two separate areas:a) the estimation or calculation of availability in theplanning phase and b) the

36、practical measurementwithin the framework of the system start-up. The pro-cedure and time schedule must be contractuallyagreed. The theoretical and practical scheduled cal-culation of availability takes place in two separatestages. The basis of this approach is the formation ofan equivalent circuit

37、diagram for the system in serialand parallel arrangements. Serial and parallel ar-rangements are used to account for situations wheresystem parts are indispensable (serial arrangement)or where they can be substituted by parallel tech-niques (parallel arrangement). For a correct availabil-ity calcula

38、tion this equivalent circuit diagram must becompiled and then calculated. Before we deal withTETA()TE- 1TATE-=MTBFMTBF MTTR+-= 1 =B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2004 4 VDI 3581die Berechnung der Verfgbark

39、eit eines Ersatzschalt-bildes eingegangen wird, sollen hier Hinweise undHilfestellungen zur Ermittlung des Ersatzschaltbildesgegeben werden.Zur Ermittlung flieen zunchst einfache geometri-sche Gegebenheiten ein. Parallele Strecken, paralleleVerteilwagen, parallele Regalbediengerte, mehrfa-che Kommis

40、sionierpltze sind im Ersatzschaltbildparallele Elemente. Bei komplexen Einheiten wiez.B. einem Sorter ist der Sorter an sich ein unabding-bares Element, also ein serielles Glied, whrend dieEinschleus- und Abwurfstellen entsprechend ihrerAnzahl parallele Einheiten sind.Funktionseinheiten, auf die ohn

41、e operative Einbu-enverzichtet werden kann, werden als Parallel-element aufgenommen. Zum Beispiel kann ein auto-matischer Scanner durch einen manuellen Dialog er-setzt werden, obwohl dadurch natrlich eine Leis-tungsminderung eintritt. Im Ersatzschaltbild wredas eine parallele Anordnng, in der Bewert

42、ung httesie allerdings auch serielle Komponenten.Neben den geometrischen und materialflussorganisa-torischen Einflssen ist das Ersatzschaltild auchdurch hhere logistische Funktionalitten geprgt.Wenn ein Artikel z.B. nur einmal existiert (Fracht-sendung), sind die Regalbediengerte logistisch nichtpar

43、allel, sondern seriell, denn wenn ein Regalbedien-gert ausfllt, kann auf die Ware im Lager nicht mehrzugegriffen werden. Um hier zu einer hheren Ver-fgbarkeit zu gelangen, mssen mehrere Regalbe-diengerte in einer Gasse angeordnet werden, diedann wieder im Ersatzschaltbild parallel sind. BeiWarenlage

44、r mit Artikelstreuungen sind die Gassen imErsatzschaltbild parallel, die fr Artikelstreuungenbenutzt werden.Das Ersatzschaltbild kanna) fr die gesamte Anlage, aber auchb) fr ein Teilsystem wie z.B. die Ein-, Aus-, Um-lagerung oder Kommissionierungentwickelt werden. Das Ersatzschaltbild fr die Ge-sam

45、tanlage enthlt dann alle Elemente einer Lager-und Transportanlage. Soll die Verfgbarkeit fr Teil-systeme fr die Einlagerung ermittelt werden, so sindnur die fr die Einlagerung notwendigen Elemente indie Erstellung des Ersatzschaltbildes mit aufzuneh-men.2.2 VerfgbarkeitsformelnDie Verfgbarkeit von S

46、ystemen (Index s) wird ausder Verfgbarkeit der einzelnen Elemente (Index i)ermittelt. Es wird zwischen Systemen ohne und mitRedundanz, das heit zwischen seriellen und paralle-len Strukturen unterschieden.the calculation of the availability of an equivalent cir-cuit diagram we would first like to off

47、er some instruc-tions and aids for the compilation of the equivalentcircuit diagram.Simple geometric factors are used first for this. Paral-lel conveyor lines, parallel distribution carriages, par-allel storage and retrieval systems, multiple order-picking points are parallel elements in the equival

48、entcircuit diagram. In the case of complex elements, e.g.a sorter, the sorter is an indispensable element, i.e. aserial element, while the input and output points areparallel units corresponding to their number.Function units which can be dispensed with withoutany loss of operational performance are taken as par-allel elements. For example, an automatic scannercan be substituted by a manual dialogue, althoughthis, of course, will lead to a reduction in output. Inthe equivalent circuit diagram that would be a parallelarrangement while in the evaluation it would alsohave serial components.Alon