AT500373A2

AT500373A2 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung und zuordnung der erzeugungskosten eines produktes

Info

Publication number: AT500373A2
Application number: AT0069203A
Authority: AT
Inventors: Rudolf Dipl Ing Pichler
Original assignee: Voest Alpine Ind Anlagen
Priority date: 2003-05-07
Filing date: 2003-05-07
Publication date: 2005-12-15
Also published as: AT500373B1; CN1573769A; DE102004014756A1

Description

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• * t» I *« ♦ · * ·· «III -1-

Die gegenständliche Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung und Zuordnung der Erzeugungskosten eines Produktes innerhalb einer Produktklasse, wobei aus Produkteigenschaften und aus Modellen, welche den Zusammenhang zwischen Produkteigenschaften, Produktionsmitteln und vorgegebener Kosten für die Produktionsmittel beschreiben, die Erzeugungskosten des Produktes berechnet werden.

Die Erfindung kann auf verschiedenste Produktionsvorgänge angewendet werden, ist aber besonders geeignet für solche Produktionsvorgänge, bei denen die Beschaffenheit der Produkte variiert werden kann, wie z.B. Hüttenwerke, die auf den stets gleichen Anlagen Metall zu Produkten mit unterschiedlicher Abmessung, Härte, Zusammensetzung,... verarbeiten.

Heute hat mehr oder minder stark ausgeprägt jedes Hüttenwerk eine Kostenerfassung und Kostenrechnung, auf denen die Zuordnung der Erzeugungskosten zu verkauffähigen Endprodukten beruht. Die Erzeugungskosten werden aber in der Regel als Gesamtsummen ermittelt und mehr oder minder nach heuristischen Schlüsseln auf die erzeugten Produkte aufgeteilt. Die genaue Kostenverursachung die sich aus den produktspezifischen Anforderungen ergeben, finden dabei keine Berücksichtigung. Meist erfolgt die Aufteilung der Kosten nach dem Kostenstellenprinzip immer basierend auf den Ergebnissen des Vorgängerjahres der Produktion.

Im Artikel „Activity Based Product Cost Calculation of Hot Rolled Steel Plates“, Pesonen L., CIM in Process and Manufacturing Industries, IFAC Workshop, Espoo, Finland, 1992, ist ein Verfahren dargestellt, mit welchem die Kosten für ein Produkt im Voraus berechnet werden können. Dazu wird aus einem Modell für die vorhersehbaren bzw. bestimmbaren Kosten unter Verwendung von in einer Datenbank gespeicherten Produktdaten ein Kostenanteil bestimmt. Zu diesem Kostenanteil werden mutmaßliche (vom Zufall abhängige Kosten) aus empirischen Statistiken hinzugeschlagen.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, das Verfahren so zu verbessern, dass die tatsächlichen Produktionsbedingungen besser berücksichtigt werden.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 9 gelöst.

Als Produkt wird hier einerseits ein einzelnes bestimmtes Produkt oder eine Produktklasse, die aus mehreren gleichen Produkten besteht, bezeichnet.

Unter Produkteigenschaften versteht man jeweils für den Rohstoff, etwaige Zwischenprodukte und Endprodukte beispielsweise die Abmessungen, Masse oder Dichte, spezifische i :achgereicht

A400948.AT -2- Wärme, Härte, Temperatur, bei Hüttenwerken insbesondere die Zunderschichtdicke, Temperaturabhängigkeit der Zunderbildung, Zeitabhängigkeit der Zunderbildung, Temperaturabhängigkeit der Härte, Ausbringungsverluste, Schrottverluste, Bearbeitungszugaben, usw.

Produktionsbedingungen sind jene Größen, welche die Produktionsanlage beschreiben (Anlagenbedingungen) und Bedingungen, denen das Produkt während der Produktion ausgesetzt ist, z.B. die Umgebungstemperatur. Anlagenbedingungen sind etwa die Leistungsaufnahme der Anlage (Energieverbrauch), der Wirkungsgrad, die Produktionszeit, bei Hüttenwerken insbesondere die Walzkraft in einem Walzgerüst.

Produktionsmittel sind Energie (Strom), Rohstoffe für die Produkte, Produktionsanlagen, Produktionshallen, Personal. Kosten für die Produktionsmittel sind Energiekosten, Kosten für Rohstoffe, Anschaffungs-, Instandhaltungs- und Reparaturkosten für Produktionsanlagen, Miete für Produktionshallen, Personalkosten und Ähnliches.

Dadurch, dass bei dieser Erfindung der Produktionsprozess selbst zumindest teilweise nachgebildet wird, können die einzelnen Produkteigenschaften als unterschiedliche Ergebnisse des Produktionsprozesses getrennt in die Kostenbewertung einfließen. Wird etwa die Zunderbildung in einem Prozessmodell nachgebildet, so kann die Produkteigenschaft „Zunderschichtdicke" berechnet werden und dieser ein entsprechender Anteil an den Produktionskosten zugeordnet werden. Wenn nun die Produktionsbedingungen geändert werden, kann dies einen Einfluss auf die Zunderschichtdicke und damit auf den Kostenanteil der Zunderschicht an den Kosten für das Produkt haben. Auf diese Weise kann aufgezeigt werden, welche Reduzierung des Anteils an den Gesamtkosten zu erreichen sind, wenn bestimmte Produktionsbedingungen oder Produkteigenschaften geändert werden.

Entsprechende Modelle, die den Produktionsprozess nachbilden, sind dem Fachmann auf dem jeweiligen Gebiet bekannt und zudem der Fachliteratur zu entnehmen, sodass auf diese hier nicht weiter eingegangen wird.

Das Verfahren kann on-line ausgeführt werden, indem während der Produktion Produkteigenschaften und/oder Produktionsbedingungen gemessen, die geänderten Produkteigenschaften bestimmt und die Kosten zugeordnet werden. Es werden dabei einerseits die direkt erfassbaren Erzeugungskosten (z.B. Energieverbrauch der Anlage) für ein Produkt erfasst und zugeordnet und andererseits die restlichen Erzeugungskosten (z.B. die der Zunderbildung entsprechenden Kosten) aus den gemessenen Erzeugungsparametern

NACHGEREICHT

A40Q948.AT • * · • · · · · • · I · · • * · -3- berechnet. Dabei werden etwa in Form eines Computerprogramms, in welches Anlagen-und Prozesssteuerungsalgorithmen eingebunden sind, schritthaltend mit dem Erzeugungsprozess Prozessparameter gemessen und mit Hilfe der Anlagen- und Prozesssteu-erungsalgorithmen ausgewertet.

Es kann vorgesehen werden, dass Produktionsbedingungen eines Produktionsschrittes über mehrere Produkte hinweg aufgezeichnet und daraus laufend angepasste Produkti-onsbedingungen als Eingangsgrößen bestimmt werden.

Dies kann vor allem für jene Produktionsbedingungen angewendet werden, die Ereignisse berücksichtigen, die nicht bei jedem Produkt auftreten, wie etwa ein Bandstau in einer Walzanlage, der mittels einer Bandstaurate Eingang in das erfindunsgemäße Verfahren findet. Für eine Produktklasse, die aus gleichartigen Produkten besteht, wird laufend aufgezeichnet, ob bei einem Produktionsschritt bei einem bestimmten Produkt ein Bandstau auftritt. Aus der Menge des bis zu einem bestimmten Zeitpunkt erzeugten Produkte einer Produktklasse und der Anzahl der dabei aufgetretenen Bandstaus kann immer eine aktualisierte Bandstaurate bestimmt werden. Diese wird etwa sinken, wenn im Vergleich zur Vergangenheit relativ weniger Bandstaus auftreten.

Das erfindungsgemäße Zuordnungsverfahren kann auch off-line verwendet werden, indem die Ermittlung und Zuordnung der relevanten Kosten basierend auf einer Simulation des Erzeugungsprozesses Produktweise erfolgt. Dabei werden Produkteigenschaften und/oder Produktionsbedingungen durch Simulation berechnet, wobei gegebenenfalls vorhandene Messwerte als Produkteigenschaften und/oder Produktionsbedingungen verwendet werden. So können etwa Messwerte aus ähnlichen Anlagen hierzu verwendet werden. Auch das offline-Verfahren wird vorteilhaft als Computerprogramm implemeniert.

Vor allem bei der online-Ausführung ist es von Vorteil, wenn in der Produktionsanlagensteuerung eingebundene Prozessmodelle verwendet werden. Da zur Steuerung der Produktionsanlagen sowieso Modelle bzw. Algorithmen vorhanden sind, um Anlagen und Prozesse zu steuern, können diese Modelle bzw. Algorithmen auch für die Zwecke des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden. In der Regel sind diese Modelle bzw. Algorithmen ebenfalls als Computerprogramme implementiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann für zumindest einen der folgenden Vorgänge allein oder in Kombination mit anderen dieser Vorgänge verwendet werden: Eisenerzeugung, Stahlerzeugung, Stranggiessen, Erwärmung, Warmwalzen, Kaltwalzen, Veredelung, Lagerung und Transport. Beispielsweise kann ein gesamter metallurgischer Erzeu-

NACHGEREICHT

A400948.AT -4- gungsprozess von der Stahlerzeugung bis zur Lagerung und zum Transport eines gewalzten Produkts bewertet werden.

Das Verfahren wird in der Regel mittels eines Computerprogramms implementiert und durchgeführt. Dabei kann das dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegende Computerprogramm auf Automatisierungseinrichtungen installiert werden, welche die Steuerung und/oder Regelung der Anlage bzw. der Produktionsprozesses durchführt.

Das Computerprogramm kann aber auch auf Automatisierungseinrichtungen installiert werden, mit welcher die Produktionsplanung und -Steuerung der Anlage bzw. des Produktionsprozesses durchgeführt wird.

Vorteilhaft ist auch, wenn die Ergebnisse des Zuordnungsprozesses für das Anlagenpersonal, das Betriebsleitungspersonal sowie das Werk- und Investitionsmanagement visua-lisiert - etwa auf Anzeigeeinrichtungen während des Produktionsvorganges - und dokumentiert werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Programm werden nicht nur die Gesamtkosten des Endprodukts, welche alle Produktionsschritte umfasst, oder die Kosten des Produktes in den einzelnen Produktionsschritten ermittelt, sondern für jeden Produktionsschritt die Teilkosten, die bestimmten Produkteigenschaften oder Produktionsbedingungen zuordenbar sind. Es werden somit nicht nur die Gesamtkosten, sondern auch die Kostenstruktur berechnet.

Bestimmte Produktionsbedingungen, insbesondere Anlagenbedingungen, können auch beim erfindungsgemäßen Verfahren pauschal bewertet werden, da hierfür eine Zuordnung zu einem bestimmten Produkt keinen Sinn macht, wie etwa bei den Personalkosten oder den Kosten für die Instandhaltung der Anlage.

Die Erfindung wird anhand des Beispiels der Produktion eines Warmbandes aus einer Bramme näher erläutert: für die Produktion eines Warmbandes wird ein offline-Verfahren vorgestellt, das folgende allgemeine Eingangsgrößen benötigt:

Produkteigenschaften:

Brammendicke, Brammenbreite, Brammenlänge,

Eingangstemperatur der Bramme (in den Erwärmofen),

Austrittstemperatur der Bramme (aus dem Erwärmofen),

Dichte der Bramme (kg/m3), spezifische Wärme der Bramme (J/kg/K);

Brammendicke, Brammenbreite, Brammentemperatur,

NACHGEREICHT

A400948.AT • · • · • · -5- Härte des Referenzmaterials für die Bramme (N/mm2) und Temperaturkoeffizient der Härte.

Anlagenbedingungen:

Abschreibungszeitraum der Anlage (in Jahren):

Betriebszeit pro Jahr,

Zeit für Hauptwartung,

Anzahl der wöchentlichen Wartungszeiten.

Kosten der Produktionsmittel:

Kosten der Bramme,

Energiekosten für elektrische Energie (EUR/GJ),

Schrottpreis (EUR/t),

Personalkosten bezogen auf die Produktionsmenge (Tonnen/Jahr). Für die einzelnen Produktionsschritte Vorwärmen (reheating furnace), Vorwalzen (roug-hing mill), Fertigwalzen (finishing mill) werden die folgenden Eingangsgrößen benötigt:

Erwärmen:

Produkteigenschaften:

Referenzwert der Zunderschichtdicke (in % von der Brammendicke), Temperaturkoeffizient der Zunderbildung (%/eC),

Zeitkoeffizient der Zunderbildung (%/min).

Anlagenbedingungen:

Störungsrate (% von theoretischer Betriebszeit):

Stillstandszeiten während Störung installierte thermische Leistung des Vorwärmofens (GJ/h),

Wirkungsgrad des Vorwärmofens bezogen auf die Brammenlänge (1/m),

Wirkungsgrad des Vorwärmofens bezogen auf die Durchlaufzeit der Bramme (1/min) Referenzheizdauer (min) Wärmekoeffizient der Heizdauer (min/°C)

Brammendicken-Koeffizient der Heizdauer (min/m) installierte elektrische Leistung (kW)

Koeffizient für die Nutzung der elektrischen Leistung (%).

Kosten der Produktionsmittel:

Kosten für thermische Energie (EUR/GJ).

Vorwalzen:

NACHGEREICHT

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Produkteigenschaften:

Zeitkoeffizient der Zunderbildung (%/sec),

Bandverluste an Beginn und Ende des Bandes (m)

Breite des zu entfernenden Randes (m)

Anlagenbedingungen:

Störungsrate (% von theoretischer Betriebszeit);

Arbeitswalzenradius (m)

Koeffzient für Arbeitswalzenverformung Koeffzient für Drehmoment Walzwirkungsgrad

Durchschnittsgeschwindigkeit pro Stich (m/sec)

Transportier- und Reversierdauer (sec) installierte elektrische Leistung (kW)

Koeffizient für die Nutzung der elektrischen Leistung (%).

Kosten der Produktionsmittel:

Investitionskosten für Anlage (EUR),

Verwaltungskosten für Anlage (EUR/Jahr),

Personalkosten (Betrieb und Wartung getrennt),

Fertiawalzen:

Produkteigenschaften:

Austrittstemperatur des Bandes,

Banddicke,

Bandbreite,

Referenzwert der Zunderschichtdicke (in % von der Banddicke), Temperaturkoeffizient der Zunderbildung (%/°C),

Zeitkoeffizient der Zunderbildung (%/sec),

Anlagenbedingungen:

Störungsrate (% von theoretischer Betriebszeit),

Bandstau: Bandstaurate (Anzahl der Ereignisse/t),

Bandstau: Dickenfaktor der Bandstaurate (Anzahl der Ereignisse/t/mm),

NACHGEREICHT

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Bandstau: Behebungsdauer (h)

Arbeitswalzenradius (m)

Durchschnittliche Walzgeschwindigkeit (m/sec) installierte elektrische Leistung (kW)

Koeffizient für die Nutzung der elektrischen Leistung (%).

Kosten der Produktionsmittel:

Investitionskosten für Anlage (EUR),

Verwaltungskosten für Anlage (EUR/Jahr),

Personalkosten (Betrieb und Wartung getrennt),

Zusammenhang zwischen Abweichungen vom Sollwert und Kosten:

Koeffizient für Dickenabweichung (%)

Koeffizient für Planheitsabweichung (%)

Koeffizient für Profilabweichung (%)

Koeffizient für Breitenabweichung (%)

Koeffizient für Temperaturabweichung (%)

Bandverluste an Beginn und Ende des Bandes (m) Preisabweichungsfaktor (%)

Aus diesen Eingangsdaten lassen sich folgende Zwischenergebnisse, insbesondere geänderte Produkteigenschaften berechnen: zur Verfügung stehende Produktionszeit

Brammengewicht

Gesamtwartungszeit wöchentliche Wartungszeit tatsächlicher Wirkungsgrad für Vorwärmung tatsächliche Zunderschichtdicke (Vorwärmung) tatsächliche Vonwärmzeit

Störungszeit (Vonwärmung) tatsächliche Materialhärte

NACHGEREICHT

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• · · * * * · « I * · * ·* *· * * # * · 114 1 -8-

Verformungsarbeit (Vorwalzen) tatsächliche Zunderschichtdicke (Vorwalzen)

Walzdauer

Störungszeit tatsächliche Bandstaurate (Fertigwalzen) durchschnittliche Materialhärte Verformungsarbeit (Fertigwalzen) tatsächliche Zunderschichtdicke (Fertigwalzen)

Und daraus lassen sich für die einzelnen Produktionsschritte die folgenden Kosten berechnen:

Erwärmen:

Vorwärmofen elektrische Energie

Verluste durch Zunder

Störungen

Betrieb

Wartung

Abschreibung

Vorwalzen: elektrische Energie zum Walzen sekundäre elektrische Energie?

Verluste durch Zunder

Bandverluste an Beginn und Ende des Bandes

Störungen

Betrieb

Wartung

Abschreibung

Fertigwalzen: elektrische Energie zum Walzen sekundäre elektrische Energie Verluste durch Zunder Toleranzabweichungen Störungen

NACHGEREICHT

A400948.AT • · » · ί · · * • · · c · • · · · · • · • · -9-

Bandstau

Betrieb

Wartung

Abschreibung

Die oben genannten Parameter sind nur beispielhaft für die Erfindung anzusehen; es können selbstverständlich Parameter weggelassen und/oder hinzugefügt werden.

Mit der gegenständlichen Erfindung ist eine Erfassung bzw. Berechnung und Zuordnung aller relevanten Erzeugungskosten nach dem Verursacherprinzip basierend auf den Produkteigenschaften, den Erzeugungsbedingungen und den Anlagenbedingungen für jedes einzelne erzeugte Produkt bzw. für eine Klasse von Endprodukten möglich.

Das Ergebnis dieses Zuordnungsprozesses ist die genaue und objektive Zuordnung der Erzeugungskosten für jedes erzeugte Produkt bzw. Produktklasse, welche vom Betreiber benutzt werden kann, um das Produktspektrum zu optimieren, einen fairen Produktpreis zu ermitteln sowie vorhandene Mittel zur Kostensenkung optimal einsetzen zu können.

NACHGEREICHT

Claims

A400948.AT * · * · « · · · • I t · · t t I • * * · i « i »It φ * % 9 , 4 -10- PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Bestimmung und Zuordnung der Erzeugungskosten eines Produktes, wobei aus Produkteigenschaften und aus Modellen, welche den Zusammenhang zwischen Produkteigenschaften, Produktionsmitteln und vorgegebener Kosten für die Produktionsmittel beschreiben, die Erzeugungskosten des Produktes berechnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest für einen Produktionsschritt mittels zumindest eines Prozessmodells aus Produkteigenschaften und Produktionsbedingungen als Eingangsgrößen die durch diesen Produktionsschritt geänderten Produkteigenschaften bestimmt werden und diesen geänderten Produkteigenschaften ein Anteil der in diesem Produktionsschritt für das Produkt angefallenen Erzeugungskosten zugeordnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Produktion Produkteigenschaften und/oder Produktionsbedingungen gemessen, die geänderten Produkteigenschaften bestimmt und die Kosten zugeordnet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Produktionsbedingungen eines Produktionsschrittes über mehrere Produkte hinweg aufgezeichnet und daraus laufend angepasste Produktionsbedingungen als Eingangsgrößen bestimmt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Produkteigenschaften und/oder Produktionsbedingungen durch Simulation berechnet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vorhandene Messwerte als Produkteigenschaften und/oder Produktionsbedingungen verwendet werden. I ? ACHGEREICHT A400948.AT < · • ϋ · · « • · I«· ·«· * I I f i «« * 4 * 4 9 -11-
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Produktionsanlagensteuerung eingebundene Prozessmodelle verwendet werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es für zumindest einen der folgenden Vorgänge verwendet wird: Eisenerzeugung, Stahlerzeugung, Stranggiessen, Erwärmung, Warmwalzen, Kaltwalzen, Veredelung, Lagerung und Transport.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ergebnisse des Zuordnungsprozesses einem Automatisierungssystem zur Steuerung der Produktionsplanung und -Steuerung zugeführt werden.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel vorgesehen ist, mit welchem zumindest für einen Produktionsschritt mittels zumindest eines Prozessmodells aus Produkteigenschaften und Produktionsbedingungen als Eingangsgrößen die durch diesen Produktionsschritt geänderten Produkteigenschaften bestimmbar sind und diesen geänderten Produkteigenschaften ein Anteil der in diesem Produktionsschritt für das Produkt angefallenen Kosten zuordenbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Mittel eine Automatisierungseinrichtung ist, mit welcher die Anlage bzw. der Produktionsprozess Steuer- oder regelbar ist.
11 .Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Mittel eine Automatisierungseinrichtung ist, mit welcher die Produktionsplanung und -Steuerung der Anlage bzw. des Produktionsprozesses durchführbar ist. NACHGEREICHT