V06_Wanner_Schiffbau

Universität RostockFakultät für Maschinenbau und SchiffstechnikLehrstuhl Fertigungstechnik

Produktivitätssteigerun-gen im Schiffbau13.05.2008Prof. Dr.-Ing. M.-C. Wanner

Interdisziplinäre RingvorlesungDie Ostseeküste, eine Region im Wandel

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Produktionssteigerungen im Schiffbau:Schlüssel für die Globalisierung der Märkte

Prof. Dr.-Ing. Martin-Christoph Wanner




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Gliederung

The Shipping Revolution

Produktivitätskennziffern

Produktivitätssteigerungen

Das genietete Schiff

Das geschweißte Schiff

Die Kompaktwerft

Die Werft der Zukunft – Ausblick




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Geringe Kosten für Seefracht

• Die Produktivität der Seefracht ist stark angestiegen.

- In den 70er Jahren absolvierte ein konventioneller Frachter 4 Rundreisen pro Jahr und beförderte 100.000 t Ladung; ein modernes Containerschiff mit der gleichen Mannschaftsstärke bewältigt 6,5 Rundreisen und 1,3 Mio. t.

Die Transportkosten für die Seefracht sind heute fast zu vernachlässigen:Der Seefrachtanteil für ein Motorrad (Japan/Europa) lag1970 bei 10%, heute bei 3% des Anschaffungswertes. Einen Fernseher von China nach Europa zu transportieren kostet heute 10 $, der Transport eines Staubsaugers 1$ und einer Flasche Bier 1 Cent.




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Umweltverträglichkeit, geringer Energieverbrauch

• CO2-Emissionen pro Tonne und Kilometer

- LKW 110 g

- Bahn 35 g

- Containerschiff 4,5 g

Die Schifffahrt ist die mit Abstand umweltfreundlichste Transportart. Sie steuert nur 2% zu den weltweiten CO2-Emissionenen bei.




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Welche Regionen profitieren von der Shipping Revolution?

• Einen Apfel von Hamburg nach Hannover zu transportieren, kostet mehr als von Neuseeland nach Hamburg.

Von der Shipping Revolution profitieren die Küstenregionen mit einer Hafenanbindung/Kaikante. Magnet für Industrien mit frachtintensiven Produkten (z. B. Großkrane, Stahlrohre, Windkraftanlagen, Großstahlbau).




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Optimierte logistische Ketten

• Vor einigen Jahren wurden Bananen nach der Ernte erst in ein Lagerhaus, dann auf einen Laster, dann auf ein spezielles Kühlschiff und schließlich wieder auf einen Laster gepackt. Heute gehen die Bananen direkt in einen Kühlcontainer, der dann mit dem nächsten Containerschiff (dieses verfügt über eine Anzahl von Reefer-Plätzen) verladen wird und vor Ort, meist im Binnenland über den Rad-/Schiene-Verkehr wieder entladen wird.

Optimierung der Schiffskonstruktion und der Peripherie speziell auf die spezifische Transportaufgabe große Vielfalt von unterschiedlichen Schiffstypen




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Containerschiffstypen I

Sehr große Containerschiffe Große Containerschiffe

Containerschiff Emma Maersk, 11.000 TEU, Bauwerft: Odense Steel Shipyard, 170.794 BRZ; 11.000 TEU + 1.000 FEU; L x B x T = 398 x 56,4 x 16 m; 80.080 kW und zwei Booster Module (Siemens) 2 x 9.000 kW; 26 kn; 13 Besatzung

Containerschiff Nedlloyd Tasman, 5.500 TEUBauwerft: Warnow-Werft, 66.500 GT; L x B x T = 264 x 40 x 14 m; 25,3 kn, 54.900 kW; 5.500 TEU




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Containerschiffstypen II

Sehr schnelle Containerschiffe Mittlere Containerschiffe

Maersk Boston, Volkswerft Stralsund48.800 GT, 52.400 t DWT; 4.170 TEU; L x B x T = 294 x 32 x 13,5 m; 68.700 kW; 29,2 kn

Containerschiff Baltic CS 2500, 25.406 BRZ; L x B x T = 207 x 30 x 10,1 m; 21.770 kW; 22,5 kn; 2.478 TEU, im Laderaum 992 TEU, Rest auf den Luken




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Containerschiffstypen III

Container-Feederschiffe Open-Top-Feederschiffe

Container-Feeder Pancaldo, Bauwerft: Peene-Werft, 6.275 GT; L x B x T = 118 x 19,4 x 7,25 m; 16,6 kn, 5.400 kW Diesel; 2 Krane 70 t bei 28 m Reichweite; 487 TEU, davon 269 auf Deck

Die 1993 in den Niederlanden gebaute European Express, ein 1.643 TEU Open-Top-Container-Feederschiff




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Containerschiffstypen IV

Container Ro-Ro/Lo-Lo Eisbrechende Containerschiffe

Eisbrechendes Containerschiff Norilskiy NickelBauwerften: AFY, AWW, 16.000 GT, 14.500 t DWT; L x B x T = 169,5 x 23,2 x 9 m; 13 MW Azipod-Antrieb; bricht bis zu 1,5 m dickes Eis; 650 TEU, Zusatzladung metallurgisches Schüttgut

Ro-Ro/Lo-Lo Schiff Scan Artic, Bauwerft:Peene-Werft, 8.800 GT; L x B x T = 127 x 20 x 6,6 m; 15.9 kn, 5.700 kW Diesel; 2 Liebherr Krane 75 t bei 33 m Reichweite; Lo-Lo Beladung Oberdeck oder 3 Luken, Ro-Ro Beladung über Heckrampe




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Spezialcontainer: Auswahl verschiedener Typen

Verladung eines 20 ftStandardcontainers (TEU)

Tankcontainer für den Transport von flüssigen und gasförmigen Gütern

Kühlcontainer sind das Rückrat der weltweiten NahrungsmittellogistikFlats für Sackguttransport




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Das Preisregulativ: Die Frachtraten




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Die Frachtraten schlagen direkt auf die Neubaupreise I

100,0089,0091,0071,00-----Container-6.200 TEU

72,0067,5071,9056,50-----Container-4.600 TEU

57,0052,5053,0042.5033,0036,0041,5038,00-Container-3.500 TEU

50,5048,5046,5037,0029,5031,0037,5033,90-Container-2.750 TEU

40,5040,0037,0030,5027,0028,0031,5028,00-Container-2.000 TEU

37,0036,0035,0022,5021,0021,5025,0023,00-Container-1.700 TEU

23,5023,0022,5018,5015,5015,5018,0017,50-Container-1.000 TEU

20,5020,5019,5017,5013,0013,0014,0014,00-Container-725 TEU

Containerschiffe

27,0025,5023,5018,0015,0014,5015,0015,5014,25Handysize-30.000 tdw

32,0030,5030,0024,0019,0018,5020,5020,0018,00Handymax-51.000 tdw

37,0036,0036,0027,0021,5020,5022,5022,0020,00Panmax-75.000 tdw

62,0059,0064,0048,,036,2536,0040,5035,0033,00Capasize-170.000 tdw

Massengutfrachter

200620052004200320022001200019991998Schiffstyp

Preisentwicklung in Mio. US-Dollar




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51,8248,2646,0033,0031,0031,0033,00Ro-Ro-2.300-2.700 Lm

35,3932,8733,0022,0018,5019,0020,00--Ro-Ro-1.200-1.300 Lm

Ro-Ro-Schiffe

92,0090,0082,5063,0058,0060,0060,0056,0058,00LPG-78.000 m³

LPG-Tanker

220,00205,00185,00155,00150,00165,00172,50165,00190,00LNG-147.000 m³

LNG-Tanker

46,5043,0040,0031,5027,0026,2529,5026,0026,00Handy-47.000 tdw

54,0050,0048,0037,5031,2532,0036,0031,00-Panamax-70.000 tdw

64,0058,5059,0041,5034,7536,0041,5033,0034,50Aframax-110.000 tdw

79,0071,0071,0051,5043,7546,5052,5042,5044,00Suezmax-150.000 tdw

126,00120,00110,0077,0063,5070,0076,5069,0072,50VLCC 300.000 tdw

Rohöltanker

Die Frachtraten schlagen direkt auf die Neubaupreise II




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Große Vielfalt von Schiffstypen für die unterschiedlichsten Seefrachten I

Mehrzweckfrachter Iki, Bauwerft Shin Kouchi Jukou, Japan, 13.694 GT, 19.950 DWT, L x B x T = 149,5 x 24 x 14,2 m, Diesel, 6.250 kW 14,6 kn, Trockenfracht, Küstenverkehr Japan-Korea

Bulk-Carrier, Shin Seto, erbaut in Japan 2005,178.719 t DWT; L x B x T = 300 x 50 x 24,1 m; Geschwindigkeit 16,1 kn; 1 x 13.620 kW MAN/B & W 6S70 MC; 30 Besatzung

294.000 DWT; L x B x T = 330 x 60 x 29,4 m, 37.000 SHP; 15,8 kn

LNG Jamat, erbaut in Japan 2006, 110.000 GT; L x B x T = 290 x 46 x 10,9 m; 26.800 kW, 19,5 kn; 135.000 m³ LNG; Tanks Typ Moss

VLCC (VeryLarge CrudeCarrier), VegaTrader, Japan, 160.000 GT,

Frachter

Öl-Tanker

Bulker

LNG-Tanker




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Große Vielfalt von Schiffstypen für die unterschiedlichsten Seefrachten II

Azov Sea, 47.400 DWT; L x B x T = 182,5 x 32,2 x 12,5 m; 8.310 kW, 15 kn; Tanks 53.100 m³, Slop-Tanks 1.150 m³; 22 Besatzung

Celestial Wing, Fahrzeugtransporter; Bauwerft Mitsubishi Shimonoseki Plant; 2005 gebaut; 44.500 GT, 14.800 DWT; L x B x H x T = 180 x 30 x 30,9 x 7,9 m; Diesel 11.600 kW, 20,1 kn, 3.900 Fahrzeuge, 16 Rampen

Ro-Ro-Frachtfähre Tor Magnolia, Werft: FSG, 32.400 GT; L x B x T = 199,8 x 26,5 x 6,95 m; Tragfähigkeit 8.850 t; Diesel 20.070 kW; 22,8 kn; Heckrampe, 3.831 m Spurlänge; 253 Trailer, 430 TEU auf Rolltrailern

Fleet Logistic Tanker Patino, Spanien, 17.045 ts Wasserverdrängung (volle Beladung); L x B x T = 166 x 22 x 8 m; 165 Besatzung; 2 Helikopter; 4 x 20 mm; 17,6 MW, 20 kn Geschwindigkeit; Tragfähig-keit 6.815 ts, Diesel, 1.660 ts Flugbenzin, 500 ts feste Ladung

Chemikalien-Tanker Fahzeugtransporter

Frachtfähre

Flottenversorger




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Gliederung






Die Kompaktwerft





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Gross-Tonnage (GT)

Die Gross-Tonnage wird mit einer Formel berechnet, die das Volumen des Schiffes in Kubikmeter unter dem Hauptdeck und alle geschlossenen Räume über dem Hauptdeck mit einbezieht. Dieses Volumen wird mit einer vom Volumen abhängigen Konstante K1 multipliziert, so dass eine dimensionslose Größe entsteht.

GT = K1 x V

K1 =0,22 bei V =10 m³0,24 100 m³0,26 1.000 m³0,28 10.000 m³0,30 100.000 m³0,32 1.000.000 m³




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Möchte man die Produktivität von Werften für sehr unterschiedliche Schiffe miteinander vergleichen, geht man meist von CGT (Compensated Gross Tons), wie von der OECD 1974 als Bezugsgröße vorgeschlagen, aus und kommt aufbauend auf diesen Parametern zu vom Schiffstyp unabhängigen Produktivitätskennziffern

• Mannstunde / CGT• CGT / Mannjahr




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Compensated Gross Tonnage (CGT)

Die Compensated Gross Tonnage ist eine Maßeinheit, die darauf abzielt einen Maßstab zu schaffen, der den relevanten Ausstoß(Arbeitsaufwand) verschiedener Schiffstypen in Gesamtbeträgen abbildet.

CGT = A x GTB

Schiffstyp Faktor A Faktor B

Öltanker (Doppelh.)

48 0,57

Chemikalientanker 84 0,55

Bulker 29 0,61

Containerschiffe 19 0,68

Ro-Ro-Schiffe 32 0,63

LNG-Tanker 32 0,68




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CGT darf nicht mit Werthaltigkeit verwechselt werden

Werthaltigkeit €/CGT

CESA = 2.834Japan = 1.180Korea = 1.150Deutschland = 2.542

Deutschland2002 2.7802003 2.9392004 2.5422005 2.2202006 2.486

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

CESA Südkorea Japan China

Umsatz 2004

CESA Südkorea Japan China

Fertig-stellungen(in TGGT)

3.691 8.339 7.897 2.726

Umsatz(in Mio. €)

10.463 9.595 9.323 4.970




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Gliederung






Die Kompaktwerft





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Entwicklung der Arbeitsproduktivität im Handelsschiffbau (CESA)

• Sehr hohe Produktivitätsgewinne in der Vergangenheit, abflachende Tendenz

• Oberer und unterer Grenzwert läuft immer enger zusammen

Unterschiede zwischen den Werften haben sich verringert

Unwirtschaftlich arbeitende Werften verschwanden




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Produktivitätsgewinne in verschiedenen Ländern

Fazit:

• Die Werften können immer weniger international die Unterschiede in den Lohn- und Kapitalkosten durch entsprechend geringere Fertigungszeiten ausgleichen

Land 1990 1995 2000 2001 2002 2002 minus 1995

DänemarkFinnlandFrankreichDeutschlandItalienNiederlandeNorwegenSpanienJapanSüdkorea

Mh/CGTMh/CGTMh/CGTMh/CGTMh/CGTMh/CGTMh/CGTMh/CGTMh/CGTMh/CGT

32,85

35,4241,0725,0758,7147,6422,0039,00

25,7733,6925,7624,9023,9516,2333,6139,2714,0024,00

15,0023,1019,5018,6023,5012,0014,1027,0012,0014,50

16,0019,0019,0018,0022,0011,0015,0026,0011,8014,00

14,0018,0018,5515,7518,0711,0012,5025,0011,7013,50

-11,77-15,69

-7,21-9,15-5,83-5,23

-21,11-14,27

-2,30-10,50

Max. Unter-schied

ΔMh/CGT 36,71 25,27 15,00 15,00 14,00 -11,27




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Linien wettbewerbsfähiger Werfteigenkosten €/CGT

Fazit:

• Verschiedene Ansätze zur Erzielung hoher Wettbewerbsfähigkeit werden deutlich:

Japan

Senkung der Werfteigenkosten (keine Verschwendung)

Korea

Durch hohe Stückzahlen Senkung des Fertigungs-zeitaufwandes




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Innovationen führen zu TechnologiesprüngenEntwicklung der Produktivität im Schiffbau im 20. Jahrhundert

Innovationstreiber:

• Technologie

• Fördertechnik/ Handhabungs- und Automatisierungstechnik

• Werftlayout

• Fertigungstiefe




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Gliederung






Die Kompaktwerft





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Erste Werftgeneration 1850-1930

Warmnieten, Kaltnieten, Lochstanzen

Fügetechnologien

Fertigungstiefe

Trenntechnologien

Fördertechnik, Handhabungs- und Automatisierungstechnik

Werftlayout

Hobeln, Brennschneiden (Wasserstoff Azetylen)

Kabelkrananlagen, Hellinggerüste, Schwimmkrane, Hammerkrane

Autarke Großwerft

Werkstattfertigung, Hellingmontage, separierte Ausrüstung




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Fügetechnologien

Warmnieten

Kaltnieten




30

Handhabungstechnik Hellingmontage

Kabelkrananlage Hellinggerüst




31

Handhabungstechnik Ausrüstung

HammerkranEntwicklung der Schwimmkrane

Derrickkran




32

Werftlayout




33

Gliederung






Die Kompaktwerft





34

Zweite Werftgeneration 1930-1970

Thermitschweißen Lichtbodenschweißen ELLIRA (UP-Schweißen) Elektrogasschweißen MIG/MAG-Schweißen

Fügetechnologien

Werftlayout

Fördertechnik

Automatisierungstechnik

Doppellenkerwippkrane, Werftportalkrane

Bereichsorientiert

Schwerkraft-Lichtbogenschweißen, Schweißtraktoren, Mehrkopfschweißen




35

Fügetechnologien I

ThermitschweißenVergleich von genieteten und geschweißten Verbindungen




36

Fügetechnologien II

Ellira-VerfahrenFaktor 10 schneller als Handschweißung Elektrogasschweißen




37

Fördertechnik

Doppellenkerwippkran Werftportalkrane




38


Schwerkraft-Lichtbogenschweißen Zweiseitenschweißanlagen




39

Bereichsorientiertes Werftlayout

Blockmontage „Drei-Seiten-Dockanordnung“




40

Gliederung






Die Kompaktwerft





41

Dritte Werftgeneration 1970-heute

Gruppentechnologie, kleine Puffer, kurze Durchlaufzeiten

Werftlayout

Fördertechnik


Schienengebundene Systeme, Schwerlastfahrzeuge

Fließfertigung, Modularisierung




42

Gruppentechnologische FertigungsprozessePlatte PlatteProfile Profil

Groß-/ Ringsektion

Gekrümmte Platte

Paneel

Besteifter Rahmenträger

Teilsektion

Gekrümm-te SektionSektion gekrümmter

Bereich




43

Kompaktwerft, MTW Wismar




44

Fließfertigung-Paneelfließlinie

Kantenvor-bereitung

Zuschnitt und Markierung

Einseiten-schweißportal

Portal zur Montage der Steifen

Roboterschweiß-portal für schwer zugängliche ver-tikale und horizon-tale Nähte

Portal zur Montage der Steifen und Stegbleche

Schweißportal für Steifen

Service-portale für Nacharbeiten

Hebeeinrich-tung für Weitertrans-port




45

Modularisierung, Vorfertigung von Ausrüstung

Rohrtrassen Module

NT - Kühlwassermodul




46

Transportfahrzeuge

SchienengebundeneQuerverschiebanlage

Schwerlastfahrzeuge





47

Gliederung






Die Kompaktwerft





48


Laserhybridschweißen, Kleben, mechanisches Fügen in Verbindung mit neuen Werkstoffen

Fügetechnologien

Werftlayout

Flexible Automation

Verteilte Fertigung und Montage, Wertstromoptimierung

Adaptive Fertigungsalgorithmen




49

Neue Werkstoffe, neue Fügetechnologien


Korvette Visby, Schweden, 620 ts Wasser-verdrängung; L x B x T = 72 x 10,4 x 2,5 m; 43 Besatzung; ODOG Gas Turbinen, 16 MW, Diesel 2,6 MW Wasserstrahlturbinen; 35 kn; Bewaffnung 8 SSM RBS 15, Mk II, 1 Bofors 57 mm, 4 x 400 mm Torpedos, 1 Helikopter




50

Verteilte Fertigung und Montage


HecksektionMTW

BugsektionWarnowwerft

Verteilte Fertigung




51

Der Roboter schweißt das, was er sieht

3D-Laserscanner

Erkannte Paneele mit Schweißnähten

http://www.konicaminolta-3d.de/index.php?id=39&L=1

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