Wiener Linien | Alles auf Schiene: Effizienz im Gleisbau

Mit der Evaluierung und Optimierung der Wiener Linien Oberbauwerkstätte sorgt Fraunhofer Austria für verbesserte Planbarkeit und effiziente Abläufe

Oberbau – damit meint man in der Fachsprache des Bahnbetriebes sämtliche Gleisanlagen samt dem dazugehörigen Gleisbett. Die Oberbauwerkstätte der Wiener Linien widmet sich demensprechend der Produktion und Erneuerung sämtlicher Straßenbahngleise und Weichen. In Kaiserebersdorf in unmittelbarer Nähe der Hauptwerkstätte werden pro Jahr aus 1200 Tonnen Stahl 8000 Meter Schienen produziert, dazu kommen teils aufwändige Weichenanlagen, die von Hand geschweißt werden müssen. Wie in vielen Branchen stellt der Fachkräftemangel auch die Wiener Linien vor eine große Herausforderung. Dazu kommt, dass das Wiener Öffi-Netz stetig wächst und im Sinne der klimafreundlichen Mobilität in Zukunft ausgebaut werden soll. Wie kann der erhöhte Bedarf nach neuen Gleisen bestmöglich bewältigt werden? Hier kamen die Expertinnen und Experten für Produktionsoptimierung von Fraunhofer Austria ins Spiel. Gemeinsam mit den Wiener Linien evaluierte das Forschungsteam sämtliche Abläufe und Prozesse und lieferte ein Planungs-Tool, das den Weg zur effizientesten Produktion weist. Auch einer möglichen Automatisierung für das mühsame Schweißen der Blockherze im Kern der Weichenanlagen sind die Forscherinnen und Forscher auf der Spur.

Um die Oberbauwerkstätte fit für die Herausforderungen der Zukunft zu machen, setzte das Team an drei Stellen an: als erstes wurde die Werkstätte an sich hinsichtlich ihrer Struktur und ihres Layouts genau unter die Lupe genommen. Den zweiten Ansatzpunkt bildete die Optimierung der Produktionsplanung mittels smarter Algorithmik und als drittes wurden Controlling und Supportprozesse analysiert.

„Beim Optimieren der Werkstätte an sich haben wir zu den klassischen Methoden der Fabrikplanung gegriffen. Das bedeutet: Wir haben das Layout genau hinterfragt, detaillierte Prozessanalysen sowie Lean-Analysen durchgeführt und Methoden der Produktionsoptimierung angewandt, um die Abläufe effizienter zu machen. Am innovativsten war aber sicher unsere Methode zur verbesserten Planung, denn hier ist es uns gelungen, ein digitales Tool zur rollierenden und zuverlässigen Planung eines kompletten Jahres zu erschaffen“, erklärt Fraunhofer Austria-Projektleiter Thomas Sobottka. Das Tool beruht auf einem genetischen Algorithmus, welcher – wie der Name schon andeutet – der natürlichen Evolution nachempfunden ist und Schritt für Schritt durch kontinuierliche Verbesserung zur besten Lösung gelangt.
 

Weitblick durch Simulation

Für ihren Planungsalgorithmus erstellen die Forscherinnen und Forscher zuerst ein Datenmodell der Fertigung. Sie betrachteten im Zeitverlauf, welche Abläufe es in der Vergangenheit gegeben hatte, wie lange die Arbeitsschritte dauerten und zu welchem Zeitpunkt welche Produkte fertiggestellt wurden. Das Modell diente dann als Basis für die Simulation, die in der Lage ist, Zukunftsszenarien durchzuspielen. Was würde passieren, wenn alle Abläufe gleichblieben, während sich das Auftragsvolumen durch den Netzausbau erhöht? Welche Auswirkungen hätte diese oder jene Veränderung? All das und beliebige weitere Fragen lassen sich in der Simulation darstellen und klären. Am wichtigsten für den Einsatz in der Praxis ist aber die Fähigkeit des Tools, eine komplette Jahresplanung basierend auf fundierten Daten durchzuführen. Der Algorithmus stellt sicher, dass alles berücksichtigt wird, was für eine solide Planung gebraucht wird: die Verfügbarkeit des Personals, der nötige Platz in der Montagehalle, die Dauer der jeweiligen Arbeitsschritte. Damit werden die Produktionsaufträge für die Baustellen des nächsten Jahres sowie die zu erwartenden Wartungseinsätze im Gleisnetz im Jahresverlauf verplant.

Um sicherzustellen, dass Werkstücke tatsächlich in der Zeit produziert werden, in der sie theoretisch produziert werden könnten, ermittelte das Forschungsteam zusammen mit den Experten der Oberbauwerkstätte zuerst den technologisch bestmöglichen Montage-Prozess. Oft ist die Reihenfolge der Arbeitsschritte entscheidend, in bestimmten Phasen ist eine Mindestzahl von Personen erforderlich, und vieles mehr. Im sogenannten Schrittmacher-Prozess sind die Anforderungen, die Reihenfolge und die Dauer der einzelnen Prozesse festgelegt. Das Planungstool soll sicherstellen, dass alle Voraussetzungen für die Einhaltung dieses Ideal-Prozesses im ganzen Jahr gegeben sind und dafür Schwankungen der Arbeitsmenge für die Werkstatt intelligent ausgleichen. Der Prototyp des Tools konnte für die Kapazitätsplanung im Projekt schon genutzt werden, und soll zukünftig auch im Live-betrieb der Planung eingesetzt werden.
 

Chance auf Automatisierung?

Zusätzlich zur verbesserten Planung gibt es noch andere Stellschrauben, um den Betrieb zukunftsfit zu machen. Die Expertinnen und Experten machten sich gezielt auf die Suche nach den Arbeitsschritten, die besonders viel Zeit – insbesondere die wertvolle Zeit der raren Fachkräfte – in Anspruch nehmen. Das Verschweißen der Schienenansätze mit dem zentralen Teil der Weiche – dem Blockherz – erwies sich als ein solcher Schritt.

„Dieser Arbeitsvorgang ist aus ergonomischer Sicht nicht ideal und erfordert eine sehr lange ununterbrochene Konzentration auf den Schweißvorgang. Hier könnte eine technische Hilfe die Schweiß-Profis entlasten um den Job attraktiver zu machen“, erklärt Thomas Sobottka. Eine Automatisierung des Blockherz-Schweißens ist bisher allerdings noch niemandem gelungen. Dafür sind neues Knowhow und Innovationen gefragt. Eine Kooperation mit dem Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart bringt hier neue Chancen. „Wir tasten uns Schritt für Schritt an eine technologische Lösung heran. Es gibt vielversprechende Ansätze, die wir jetzt gemeinsam mit der Oberbauwerkstätte verfolgen“, ist Thomas Sobottka zuversichtlich.

Lukas Lingitz, Leiter des Geschäftsbereichs Fabrikplanung und Produktionsmanagement bei Fraunhofer Austria sagt: „Das Besondere an dem Projekt ist, dass wir beinahe das gesamte Leistungsspektrum unseres Bereichs einbringen konnten – von der Optimierung der administrativen Prozesse in der Auftragsabwicklung über die Entwicklung eines neuen Produktionsablaufs und die Erprobung ergonomischer Hilfsmittel bis hin zur Erhöhung des Digitalisierungsreifegrades, um nur einige Beispiele zu den oben angeführten Themen zu nennen.“

„Die vor Projektstart festgelegten Ziele wurden unter anderem mithilfe des Planungstools erreicht. Die Zusammenarbeit mit Fraunhofer Austria war von der Professionalität und der fachlichen Kompetenz aller Projektteilnehmer*innen geprägt. Ebenfalls war die menschliche Komponente ein hervorzuhebendes Attribut, das die Erreichung der Projektziele maßgeblich positiv beeinflusste und zum Projekterfolg beitrug“, sagt Armin Raudaschl-Richter, Fachbereichsleitung Abteilung Oberbau bei den Wiener Linien.