VDI 4446-2004 Determination of cycle time of cranes.pdf

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1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEURESpielzeitermittlung von KrananlagenDetermination of cycle times of cranesVDI 4446Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch Materialfluss und Frdertechnik, Band 1VDI-RICHTLINIENZu beziehen durch / Available from Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbeh

2、alten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2004Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 53.020.20Februar 2004February 2004The German version of

3、this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation.Inhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Geltungsbereich . . . . . . . . . . . . . . . . 21.1 Arbeitsspiele zwischen zwei definiertenPunkten . . . . . . . . .

4、. . . . . . . . . . 21.2 Arbeitsspiele fr Lager mit definiertem Lagervolumen . . . . . . . . . . . . . . . . 31.3 Arbeitsspiele fr Lager mit sich stochastisch nderndem Lagervolumen . . . 32 Arbeitsspielablauf . . . . . . . . . . . . . . . 43Spielzeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Arbe

5、itsspiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64.1 Arbeitsspiele zwischen zwei Punkten. . . . 64.2 Arbeitsspiele fr Lager mit definiertem Lagervolumen . . . . . . . . . . . . . . . . 74.3 Arbeitsspiele fr Lager mit sich stochastisch nderndem Lagervolumen . . . 84.3.1 Fahrwege . . . . . . . . . . . .

6、 . . . 94.3.2 Hubwege . . . . . . . . . . . . . . . 94.3.3 Anpassung der reprsentativen Lagerpunktkoordinaten an diertlichen Gegebenheiten . . . . . . . 104.3.4 Lagerpunktkoordinaten P1und P2in Abhngigkeit von der Lage der Einlagerpltze und Auslagerpltze . . 114.3.5 Beispiele von Anwendungsfllen . .

7、 13Schrifttum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.1 Working cycles between two definedpoints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.2 Working cycles for warehouses wi

8、thdefined storage volume . . . . . . . . . . . 31.3 Working cycles for warehouses withstorage volume varying stochastically . . . 32 Sequences of working cycles . . . . . . . . . 43 Cycle time. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64Working cycles . . . . . . . . . . . . . . . . . 64.1 Working cycl

9、es between two points . . . . 64.2 Working cycles for warehouses withdefined storage volume . . . . . . . . . . . 74.3 Working cycles for warehouses with thestorage volume varying stochastically . . . 84.3.1 Travelling distances . . . . . . . . . 94.3.2 Lift heights. . . . . . . . . . . . . . 94.3.3

10、 Adaptation of the representativestorage-point coordinates tolocal conditions . . . . . . . . . . . 104.3.4 Storage-point coordinates P1and P2as a function of the location ofstorage and retrieval positions . . . . 114.3.5 Case studies . . . . . . . . . . . . . 13Bibliography . . . . . . . . . . . .

11、. . . . . . . . 20VDI-Gesellschaft Frdertechnik Materialfluss LogistikFachbereich B1 KraneFrhere Ausgabe: 10.01 Entwurf,deutschFormer edition: 10/01 draft, in German onlyB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 200

12、4 2 VDI 4446VorbemerkungKrane nehmen in industriellen Ablufen wesentlicheTransportaufgaben wahr. Ihre Leistungsfhigkeit, be-stimmt durch Tragfhigkeit und Arbeitsgeschwindig-keiten, muss auf diese Anforderungen abgestimmtwerden.Der Nachweis der Leistungsfhigkeit einer Kran-anlage erfolgt durch Spielz

13、eitberechnungen fr defi-nierte Arbeitsspiele.Grnde fr Spielzeitberechnungen sind:Leistungsfhigkeit der betrachteten Krane darstel-len, wobei die Voraussetzungen fr die Berech-nung vergleichbar sein mssenEntscheidung ber die Anzahl der Krane auf einerKranbahnOptimierung von Arbeitsablufen, z.B. fr da

14、sBeschicken einer MaschineOptimierung der ArbeitsgeschwindigkeitenAbschtzung des Stck- bzw. Schttgutumschla-gesErmittlung der Laufzeiten der Kranantriebe zurberprfung der Einschaltdauer1 GeltungsbereichDie Richtlinie ist anzuwenden fr die Spielzeitermitt-lung von Transportablufen mit Kranen. Die Kra

15、neknnen manuell, teilautomatisch oder vollauto-matisch (VDI 3653) gesteuert werden.Es werden folgende Transportablufe von Stck-oder Schttgtern betrachtet:zwischen zwei definierten Punktenin oder aus einem Lager mit definiertem Lager-volumenin oder aus einem Lager mit sich stochastischnderndem Lagerv

16、olumen1.1 Arbeitsspiele zwischen zwei definierten PunktenDas Arbeitsspiel beschreibt den Transport von einemStartpunkt P1zu einem Zielpunkt P2und gegebenen-falls wieder zurck.Bild 1. Arbeitsspiel zwischen zwei PunktenPreliminary noteCranes fulfil essential transport tasks in industrial se-quences. T

17、heir performance, which is determined bycarrying capacity and operating speed, must be tai-lored to these requirements.The proof of performance of a crane is furnished bymeans of cycle-time calculations for defined workingcycles.Reasons for cycle-time calculations are:illustration of the performance

18、s of the cranesbeing compared, which prerequisites that the cal-culating conditions are comparabledecision on the number of cranes to run on onecranewayoptimisation of work sequences such as for loa-ding of a machineoptimisation of the operating speedsestimation of the volume of unit loads or bulk m

19、a-terial handleddetermination of the running times of the cranedrives to check the ON-time1ScopeThe guideline is applicable to the cycle-time determi-nation of transport sequences which are performedusing cranes. Crane control can be manual, semi- orfully automatic (VDI 3653).The following sequences

20、 of transport of unit loads orbulk material are considered:between two defined pointsinto or out of a warehouse with a defined storagevolumeinto or out of a warehouse with the storage vo-lume varying stochastically1.1 Working cycles between two defined pointsThe working cycle describes the transport

21、 from astarting point P1to a destination P2and back again, ifrequired.Fig. 1. Working cycle between two pointsB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2004 VDI 4446 3 BeispielBeschickung einer Maschine, z.B. fr

22、 den Wech-selvorgang eines Spritzgusswerkzeuges1.2 Arbeitsspiele fr Lager mit definiertem LagervolumenDas Arbeitsspiel beschreibt den Transport zwischenEinlagerplatz E und Auslagerplatz A in Lagern mitdefiniertem Lagervolumen, wobei das Lagervolumenkomplett ein- oder ausgelagert wird. Die Einlagerun

23、-gen drfen nicht durch zwischenzeitliche Auslage-rungen und Auslagerungen drfen nicht durch Ein-lagerungen unterbrochen werden.Einlagerplatz und Auslagerplatz knnen im Lagerunterschiedlich angeordnet sein. Solche Lager sindgekennzeichnet durch gleiche Ladeeinheiten, wiez.B. Container, Paletten, Gitt

24、erboxen etc.BeispieleBeladung bzw. Entladung eines ContainerschiffesAusrumen eines SchttgutlagersBild 2. Arbeitsspiele fr Lager mit definiertem Lagervolumen(Pm= Mittelpunkt)1.3 Arbeitsspiele fr Lager mit sich stochastisch nderndem LagervolumenDie Lagerablufe sind gekennzeichnet durch stochas-tisch w

25、echselnde Einlager- und Auslagervorgnge,die den Inhalt des Lagers stndig verndern.Fr die Spielzeitberechnung werden zwei reprsenta-tive Lagerpunkte P1und P2so definiert, dass derenmittlere Spielzeit fr Ein- und Auslagerungen mit ge-ngender Genauigkeit mit dem Mittelwert der Spiel-zeit aller Lagerpun

26、kte bereinstimmt. Damit ist eineAussage ber die Leistungsfhigkeit der Krananlagegegeben.BeispieleLager fr Schttgut (z.B. Kohle, Gips)Lager fr Stckgut (z.B. Papierrollen, Coils)ExampleLoading of a machine, e.g. for changing an injec-tion mould1.2 Working cycles for warehouses with defined storage vol

27、umeThe working cycle describes the transport betweenstorage position E and retrieval position A in ware-houses with defined storage volume, where the com-plete storage volume is stored or retrieved. Storageprocesses must not be interrupted by retrieval pro-cesses and vice versa.Storage and retrieval

28、 positions can be arranged in dif-ferent ways in warehouses. Such warehouses arecharacterised by identical loading units such as con-tainers, pallets, skeleton containers, etc.ExamplesLoading and unloading of a container vesselClearing of a bulk-material warehouseFig. 2. Working cycles for warehouse

29、s with defined storage vol-ume (Pm = centre)1.3 Working cycles for warehouses with storage volume varying stochasticallyThe storage sequences are characterised by stochasti-cally varying storage and retrieval processes whichalter the content of the warehouse continuously.For cycle-time calculation,

30、two representative storagepoints P1and P2are defined in such a manner thattheir mean cycle times for storage and retrieval pro-cesses correspond to sufficient accuracy to the meanvalue of the cycle times of all storage points. There-fore allowing a definition about the crane perform-ance to be made.

31、ExamplesWarehouse for bulk material(such as coal, gypsum)Warehouse for unit loads(such as reel paper, coils)B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2004 4 VDI 4446Bild 3. Arbeitsspiele fr Lager mit sich stochastis

32、ch nderndemLagervolumen2 ArbeitsspielablaufDie Spielzeiten werden durch drei dominante Vor-gnge gekennzeichnet:EinlagerungenAuslagerungenkombiniertes Spiel mit Ein- und AuslagerungenZum besseren Verstndnis werden diese drei Trans-portvorgnge als Ablaufdiagramme in Bild 4 bisBild 6 dargestellt.Bild 4

33、. EinlagerspielBild 5. AuslagerspielFig. 3. Working cycles for warehouses with storage volume vary-ing stochastically2 Sequences of working cyclesThe cycle times are characterised by three significantprocesses:storage processesretrieval processescombined storage/retrieval cycleThese three transport

34、processes are illustrated, for thesake of clarity, by means of sequence charts in Fi-gure 4 to Figure 6.Fig. 4. Storage cycleFig. 5. Retrieval cycleB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2004 VDI 4446 5 Die K

35、reisdarstellungen zeigen die sich wiederholen-den Prozesse im Arbeitsspiel. Fr die Spielzeit-betrachtung ist ein Arbeitsspiel abgeschlossen, wennder Kran an die Startposition zurckgekehrt ist.The circle diagrams illustrate the repetitive processesin the working cycle. For the purposes of cycle-timee

36、xamination, a working cycle is completed when thecrane has returned to its starting position.Bild 6. Kombiniertes ArbeitsspielFig. 6. Combined working cycleB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2004 6 VDI 4446Be

37、i einem kombinierten Arbeitsspiel (Bild 6) wirdnach einer Einlagerung direkt eine Auslagerung vor-genommen um Spielzeit einzusparen. Am Einlager-platz E wird eine Last aufgenommen und am Lager-punkt P1abgesetzt. Ohne Last wird zum LagerpunktP2gefahren um eine neue Last aufzunehmen. DieseLast wird am

38、 Auslagerplatz A ausgelagert. ZumSchluss erfolgt die Rckkehr zum Start am Einlager-platz E.Die vorstehend beschriebenen Einlager- und Aus-lagerspiele verlngern sich durch Wartezeiten, diesich z.B. ergeben aus:Rechnerlaufzeitenberschneidungen in den Arbeitsbereichen meh-rerer Krane3SpielzeitDie Spiel

39、zeit fr ein Kranarbeitsspiel ist die Summeaus den Zeiten fr Heben, Kran fahren, Katz fahren,Senken, Drehen und Positionieren unter Bercksich-tigung der Beschleunigungs- und Verzgerungs-zeiten sowie den Zeiten fr Lastaufnahme oderLastabgabe und Wartezeiten. Diese Zeiten hngenvon den technischen Daten

40、 des Krans, von den Fahr-strecken (x-, y- und z-Richtung) und sonstigen Rand-bedingungen ab.Mittlere SpielzeitDie mittlere Spielzeit ist ein statistischer Durch-schnittswert, der voraussetzt, dass die gesamtenLagerpunkte ber einen bestimmten Zeitraum ge-sehen gleichhufig angefahren werden.Der Mittel

41、wert kann durch Berechnung smtlichermglicher Arbeitsspiele im Lager ermittelt oderdurch definierte reprsentative Arbeitsspiele abgebil-det werden.Da Krane hufig Lager mit mehreren Einlagerpltzenund Auslagerpltzen bedienen und in den Lagernauch unterschiedliche Lagergter in getrenntenLagerbereichen e

42、ingelagert werden, mssen bei derSpielzeitbetrachtung getrennte Berechnungen mit ge-nderten Koordinaten der reprsentativen Lager-punkte vorgenommen werden.4 Arbeitsspiele4.1 Arbeitsspiele zwischen zwei PunktenDer Start- und Zielpunkt lsst sich im Koordinaten-system des Kranarbeitsraums mit den Koordi

43、naten x,y und z eindeutig beschreiben:In a combined working cycle (Figure 6), a storageprocess is followed immediately by a retrieval pro-cess in order to save cycle time. A load is picked fromstorage position E and placed at storage point P1.Without a load, the crane then travels to storage pointP2

44、in order to pick up a new load. This load is placedat retrieval position A. Finally, the crane returns to itsstarting position at storage position E.The storage and retrieval cycles described above areprolonged by waiting times resulting, e.g., from:computer processing timesoverlaps between the work

45、ing areas of several cra-nes3 Cycle timeThe cycle time of one crane working cycle is the sumtotal of the times required for lifting, crane travelling,trolley travelling, lowering, turning, and positioning,taking into account the accelerating and deceleratingtimes and the times for load picking or pl

46、acing, andwaiting times. These times depend on the technicaldata of the crane, the travelling distances (x-, y-, andz-directions), and other boundary conditions.Mean cycle timeThe mean cycle time is a statistical average based onthe assumption that, over a certain period of time, thefrequency of bei

47、ng approached is identical for allstorage points.The average can be determined by calculating all theworking cycles that are possible in the warehouse, orcan be represented by means of defined, representa-tive working cycles.Cranes are often used in warehouses with severalstorage and retrieval posit

48、ions, and different types ofgoods are stored in separate storage areas of the ware-house. Cycle-time examinations will therefore re-quire separate calculations, using modified coordi-nates of the representative storage points.4 Working cycles4.1 Working cycles between two pointsStarting point and de

49、stination can be described unam-biguously in terms of the coordinates x, y, and z in thecoordinate system of the crane working space:B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2004 VDI 4446 7 Startpunkt: P1(x1,y1,z1)Zielpunkt: P2(x2,y2,z2)Spielzeit: ts= t (P1 P2) + t0t Fahrzeit P1 P2und eventuell zurckt0NebenzeitBild 7. Arbeitsraum mit zwei Lagerpunkten4.2