DE102019208194A1

DE102019208194A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung komplexer Produktionsabfolgen in großtechnischen Anlagen insbesondere der Stahlindustrie

Info

Publication number: DE102019208194A1
Application number: DE102019208194.0A
Authority: DE
Inventors: Marius Oligschläger; Torsten Ohm; Carsten Andreas Klein; Peter Stojkovic
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2019-06-05
Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2020-12-10
Also published as: WO2020244850A1

Abstract

Bei einer Vorrichtung, die eingerichtet ist, ein Verfahren zur Planung komplexer Produktionsabfolgen in großtechnischen Anlagen insbesondere der Stahlindustrie durchzuführen, soll eine Lösung geschaffen werden, die ein schnelles und robustes Verfahren zur optimierten Planung komplexer Produktionsabfolgen ermöglicht. Dies wird durch eine Vorrichtung erreicht, die eingerichtet ist eine Produktionsabfolge einer großtechnischen Anlage, insbesondere der Stahlindustrie, unter Verwendung eines Steuerverfahrens zu steuern, wobei das Steuerverfahren aufweist: Einlesen von Eingangsgrößen, die einen gegenwärtigen Produktionsstatus und zumindest eine Produktionsaufgabe widerspiegeln; Verarbeiten der Eingangsgrößen und entscheiden, ob eine Optimierungsberechnung basierend auf den Eingangsgrößen unter Verwendung eines Solvers möglich und/oder innerhalb einer vorgegebenen Zeit möglich ist, und Durchführen einer Optimierungsberechnung basierend auf den Eingangsgrößen unter Verwendung eines für die zumindest eine Produktionsaufgabe spezialisierten Algorithmus zum Berechnen von Steuerparametern zum Steuern der Anlage beim Abarbeiten der Produktionsaufgabe falls die Optimierungsberechnung unter Verwendung des Solvers nicht, oder nicht innerhalb der vorgegebenen Zeit, möglich ist.

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Steuerung komplexer Produktionsabfolgen in großtechnischen Anlagen insbesondere der Stahlindustrie und eine Vorrichtung, die eingerichtet ist, ein Verfahren zur Steuerung komplexer Produktionsabfolgen in großtechnischen Anlagen insbesondere der Stahlindustrie durchzuführen.
Zur Steuerung komplexer Produktionsabfolgen in großtechnischen Anlagen werden bisher im Wesentlichen zwei verschiedene Ansätze verfolgt.
Zum einen sind speziell auf die Steuerung komplexer Produktionsabfolgen zugeschnittene Algorithmen, welche nachfolgend als sogenannte „spezialisierte Algorithmen“ bezeichnet werden, bekannt. Diese Algorithmen stellen eine Vorgehensweise zur Steuerung komplexer Produktionsabfolgen dar und ermöglichen es, auch bei schwierigen Randbedingungen möglichst immer ein Ergebnis zu liefern, wobei das Ergebnis beispielsweise eine sich ergebende Abfolge von Produktionsschritten darstellt. Hierbei hat es sich als nachteilhaft herausgestellt, dass ein spezialisierter Algorithmus keine optimale Lösung garantiert, sondern damit lediglich ein sicherer Weg zum Erhalt einer Lösung sichergestellt ist.
Ein weiterer bekannter Ansatz zur Steuerung komplexer Produktionsabfolgen liefert die sogenannte Solver-Berechnung. Hierbei wird ein Solver verwendet und die zu lösende Planungsaufgabe in ein Gleichungssystem, wie zum Beispiel ein lineares Gleichungssystem, überführt, sodass diese Planungsaufgabe für den Solver lösbar ist. Mithilfe dieses Verfahrens wird anhand der Solver-Berechnung im besten Falle eine Lösung gefunden, welche der optimalen Lösung für den jeweiligen Anwendungsfall der Planungsaufgabe entspricht oder dieser zumindest sehr nahe kommt. Möglich ist allerdings auch, dass mit diesem Verfahren keine Lösung für das jeweils vorliegende und definierte Problem gefunden wird, da das Gleichungssystem eventuell schlichtweg nicht lösbar ist oder das Problem aufgrund seiner Komplexität ein derart großes Gleichungssystem erzeugt, dass das durch das Gleichungssystem abgebildete Problem aufgrund seiner Komplexität nicht im Rahmen der zur Verfügung stehenden Rechenzeit gelöst werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen, die ein schnelles und robustes Verfahren zur optimierten Steuerung komplexer Produktionsabfolgen angibt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung, die eingerichtet ist eine Produktionsabfolge einer großtechnischen Anlage, insbesondere der Stahlindustrie, unter Verwendung eines Steuerverfahrens zu steuern, wobei das Steuerverfahren aufweist: Einlesen von Eingangsgrößen, die einen gegenwärtigen Produktionsstatus und zumindest eine Produktionsaufgabe widerspiegeln.
Das Steuerverfahren umfasst weiter ein Verarbeiten der Eingangsgrößen und entscheiden, ob eine Optimierungsberechnung basierend auf den Eingangsgrößen unter Verwendung eines Solvers möglich und/oder innerhalb einer vorgegebenen Zeit möglich ist, und Durchführen einer Optimierungsberechnung basierend auf den Eingangsgrößen unter Verwendung eines für die zumindest eine Produktionsaufgabe spezialisierten Algorithmus zum Berechnen von Steuerparametern zum Steuern der Anlage beim Abarbeiten der Produktionsaufgabe falls die Optimierungsberechnung unter Verwendung des Solvers nicht, oder nicht innerhalb der vorgegebenen Zeit, möglich ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß weiter auch gelöst durch ein Steuerverfahren zum Steuern einer Produktionsabfolge und/oder einer Anlagenbelegung einer großtechnischen Anlage, insbesondere der Stahlindustrie, umfassend: Einlesen von Eingangsgrößen, die einen gegenwärtigen Produktionsstatus und zumindest eine Produktionsaufgabe widerspiegeln; Verarbeiten der Eingangsgrößen und entscheiden, ob eine Optimierungsberechnung basierend auf den Eingangsgrößen unter Verwendung eines Solvers möglich und/oder innerhalb einer vorgegebenen Zeit möglich ist, und Durchführen einer Optimierungsberechnung basierend auf den Eingangsgrößen unter Verwendung eines für die zumindest eine Produktionsaufgabe spezialisierten Algorithmus zum Berechnen von Steuerparametern zum Steuern der Anlage beim Abarbeiten der Produktionsaufgabe falls die Optimierungsberechnung unter Verwendung des Solvers nicht, oder nicht innerhalb der vorgegebenen Zeit, möglich ist.
Mit Hilfe der vorgeschlagenen Lösung ist es möglich, ein schnelles und robustes Verfahren zur Steuerung komplexer Produktionsfolgen insbesondere in der Stahlindustrie, und vorzugsweise bei der Casterplanung anzugeben.
Hierdurch werden einerseits eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung komplexer Produktionsabfolge bereitgestellt, die auf robuste Art und Weise immer ein valides Ergebnis erzeugen, und die andererseits stets eine Optimierung der Steuerungsabfolge vornehmen, sodass eine möglichst effiziente Ausnutzung der vorhandenen Ressourcen gegeben ist. Zudem werden Rechenkapazitäten berücksichtigt, sodass das komplexe Steuerungsproblem im Rahmen der zur Verfügung gestellten Rechenzeit gelöst wird. Somit kann in relativ kurzer Zeit stets eine solide Lösung für eine Steuerungsabfolge ermittelt werden. Weiterhin ist es möglich, dass für den Fall, dass die Solver-Berechnung nicht zu einer Lösung kommt, sondern lediglich eine Teiloptimierung des abstrahierten Problems liefert, durch einen nachgeordneten spezialisierten Algorithmus für ein solches teiloptimiertes Problem dennoch ein robustes Verfahren zur Angabe einer Produktionsabfolge bereitgestellt ist/wird. Überraschenderweise hat sich dabei gezeigt, dass die Kombination eines spezialisierten Algorithmus mit einer Solver-Berechnung stets zu einem Ergebnis für die Steuerungsabfolge gelangt und auch stets eine Optimierung der Steuerungsabfolge erreicht, sodass erfindungsgemäß gegenüber Situationen, in welchen bisher nur nicht zufriedenstellende Steuerungsabfolgen zustande kamen, nunmehr stets eine teiloptimierte und optimierte Steuerungsabfolge in der zur Verfügung stehenden Rechenzeit ermittelt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.
So ist es in Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßig, dass das Entscheiden, ob eine Optimierungsberechnung unter Verwendung des Solvers möglich und/oder innerhalb einer vorgegebenen Zeit möglich ist, ein Beginnen der Optimierungsberechnung basierend auf den Eingangsgrößen unter Verwendung des Solvers, und ein Abrechen der Optimierungsberechnung basierend auf den Eingangsgrößen unter Verwendung des Solvers, wenn ein bei der Solverberechnung verwendetes Gleichungssystem nicht gelöst werden kann, umfasst. Mit anderen Worten kann der Schritt des Entscheidens am zu verwendenden Solver testen, ob eine Lösung mittels des Solvers erzielt werden kann. Falls die Solverberechnung nicht oder nicht in vorgegebener Zeit zu einem Ergebnis kommt, kann dies einer entsprechenden Entscheidung entsprechen, so dass in diesem Fall das Verfahren basierend auf dem spezialisierten Algorithmus fortgesetzt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Vorrichtung eingerichtet sein, während der Ausführung der Solverberechnung die Zeit zu verfolgen, die der Solver benötigt, und weiter eingerichtet sein, die Solverberechnung abzubrechen, wenn die Berechnung eine vorgegebene Zeitschwelle überschreitet.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Verarbeiten der Eingangsgrößen ein Verarbeiten der Eingangsgrößen zum Festlegen geeigneter Randbedingungen für eine Optimierungsberechnung unter Verwendung des Solvers unter Verwendung des für die zumindest eine Produktionsaufgabe spezialisierten Algorithmus umfassen. Dies kann in Fällen vorteilhaft sein, in welchen solche Randbedingungen über ein lineares Gleichungssystem eines Solvers nur schwer zu erhalten sind. Nach Bestimmen der Randbedingungen kann es dann möglich sein, dass der Solver eine Optimierungsberechnung durchführen kann. Mit anderen Worten kann in einer bevorzugten Ausführungsform das Steuerverfahren weiter ein Durchführen einer Optimierungsberechnung basierend auf den Eingangsgrößen unter Verwendung des Solvers zum Berechnen von Steuerparametern zum Steuern der Anlage beim Abarbeiten der Produktionsaufgabe falls die Optimierungsberechnung unter Verwendung des Solvers möglich, und/oder innerhalb der vorgegebenen Zeit möglich ist, umfassen.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Vorrichtung eingerichtet sein, Informationen mit einem oder mehreren Produktionsaggregat der großtechnischen Anlage auszutauschen. Parameter, die von den Aggregaten empfangen werden, wie beispielsweise Information hinsichtlich Verfügbarkeit, Auslastung, aktuelle Betriebstemperatur, aktueller Schritt einer laufenden Bearbeitung, etc. können als Eingangswerte des Steuerverfahrens verwendet werden. Die Vorrichtung kann nach entsprechender Berechnung dann Steuerparameter zur Steuerung der großtechnischen Anlage an diese übermitteln. Mit anderen Worten kann in einer bevorzugten Ausführungsform das Steuerverfahren weiter ein Steuern eines Betriebs zumindest eines Produktionsaggregats der großtechnischen Anlage basierend auf den berechneten Steuerparametern umfassen.
Wie erwähnt, ist es möglich, dass die großtechnische Anlage und/oder einzelne Produktionsaggregate desselben Informationen mit der Vorrichtung austauschen, was eine automatisierte Steuerung der Produktion basierend auf einer Produktionsaufgabe ermöglicht. Die Steuerung kann dazu bei der Berechnung der Steuerparameter auch Betriebsparameter wie Temperatur, Stadium einer laufenden Bearbeitung, Auslastung, etc. der einzelnen Produktionsaggregate berücksichtigen. Mit anderen Worten können somit in einer bevorzugten Ausführungsform die Eingangsgrößen zumindest eine Eingangsgröße umfassen, die einem Sensormesswert entspricht, der einen Produktionsparameter eines entsprechenden Produktionsaggregats der großtechnischen Anlage widerspiegelt.
Weiter können die Eingangsgrößen bevorzugt zumindest eine Eingangsgröße umfassen, die ausgewählt ist aus einer Verfügbarkeit von Produktionsaggregaten der großtechnischen Anlage, Bearbeitungszeiten auf Produktionsaggregaten der großtechnischen Anlage, Transportzeiten zwischen Produktionsaggregaten der großtechnischen Anlage, Anzahl von Gießsequenzen und die entsprechenden Metallschmelzen und/oder Pfannen, aktueller Zustand vom Metallschmelzen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können die Steuerparameter zumindest einen Steuerparameter umfassen, der ausgewählt ist aus zumindest einem Start- und zumindest einem Stoppzeitpunkt zumindest eines Produktionsaggregats der großtechnischen Anlage, Festlegung und Verteilung von Metallschmelzen auf entsprechende Produktionsaggregate der großtechnischen Anlage.
Vorzugsweise ist die Optimierungsberechnung geeignet, einen Produktionsparameter zu optimieren, der einen Materialdurchsatz maximiert, und oder einen Produktionsparameter zu optimieren, der Gießabbräche minimiert, und oder einen Produktionsparameter zu optimieren, der Behandlungszeiten optimiert. Die Optimierungsberechnung berücksichtigt vorzugsweise weiter Stillstandzeiten von Produktionsaggregaten der großtechnischen Anlage.
In einer bevorzugten Ausführungsform berücksichtigt die Optimierungsberechnung eine Abarbeitung von Produktionsschritten in einer technisch notwendigen Reihenfolge, minimale und maximale Behandlungszeiten, Kapazitäten einzelner Produktionsaggregate der großtechnischen Anlage, und/oder eine Auslastung einzelner Produktionsaggregate zum gleichmäßigen Auslasten aller P rod u ktionsagg regate.
Vorzugsweise ist die großtechnische Anlage ein Stahl- oder Hüttenwerk, insbesondere eine metallurgische Produktionsanlage, wobei das zumindest eine Produktionsaggregat eingerichtet ist, zumindest einen Prozessschritt durchzuführen, der ausgewählt ist aus den Produktionsschritten Rohmaterialbereitstellung, Schmelzen, Legieren, Gießen, Warmwalzen, Kaltwalzen, Beizen, Glühen, Beschichten und/oder Konfektionieren.
Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt in

1 schematisch als Blockdiagramm ein erstes Ausführungsbeispiel des Verfahrens, bei welchem zunächst eine Solver-Berechnung und danach ein spezialisierter Algorithmus durchlaufen wird,
2 schematisch als Blockdiagramm ein zweites Ausführungsbeispiel des Verfahrens, bei welchem zunächst ein spezialisierter Algorithmus und danach eine Solver-Berechnung durchlaufen wird,
3 schematisch als Blockdiagramm ein drittes Ausführungsbeispiel des Verfahrens, welches eine Kombination der beiden ersten Ausführungsformen darstellt,
4 ein Gantt-Chart für eine mit einem Verfahren nach dem Stand der Technik mit einemheuristischen Löser ermittelte die Belegung von Produktionsaggregaten und in
5 ein Gantt-Chart für eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einem Solver ermittelte die Belegung von Produktionsaggregaten.

Die 1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der eine Lösung der Aufgabenstellung zunächst mittels einer in einer als Computer ausgebildeten Vorrichtung mit Speichereinheit in einer Speichereinheit gespeicherten Solver-Berechnung 10 ermittelt wird. Kommt die Solver-Berechnung 10 zu keinem Ergebnis, da zum Beispiel das zu lösende Gleichungssystem nicht lösbar ist, Eingangsdaten fehlerhaft sind oder die Rechenzeit der Lösung zu hoch ist, wird nach dem Durchlaufen der Solver-Berechnung 10 in sequentieller und/oder konsekutiver Abfolge ein ebenfalls in einer als Computer ausgebildeten Vorrichtung mit Speichereinheit in einer Speichereinheit gespeicherter spezialisierter Algorithmus 11 gestartet, um dennoch ein gültiges Ergebnis zu erhalten. Nachdem der spezialisierte Algorithmus 11 durchlaufen wurde, erfolgt eine Ausgabe des Ergebnisses 12 in Form von Steuerparametern zum Steuern beispielsweise einzelner Produktionsaggregate einer großtechnischen Anlage wie beispielsweise eines Hüttenwerks. Die Steuerparameter basieren auf einem Ergebnis einer Optimierungsberechnung, die eine vorteilhafte Produktionsabfolge und optimale Belegung von Produktionsaggregaten in ihrer zeitlichen Abfolge in einer großtechnischen Anlage zur Erzielung einer optimalen Auslastung der Anlagenteile und Produktionsaggregate wiedergibt. Die Steuerparameter werden an die großtechnische Anlage und/oder die einzelnen Aggregate übermittelt um einen entsprechenden Produktionsablauf vorzugeben.
Eine Abfolge von Solver-Berechnung 10, Verwendung des spezialisierten Algorithmus 11 und eine Ausgabe der Ergebnisse 12 spiegelt somit exemplarisch einen Fall wider, bei welchem eine Optimierungsberechnung basierend auf den Eingangsgrößen unter Verwendung eines für die zumindest eine Produktionsaufgabe spezialisierten Algorithmus zum Berechnen von Steuerparametern zum Steuern der Anlage beim Abarbeiten der Produktionsaufgabe durchgeführt wird, falls die Optimierungsberechnung unter Verwendung des Solvers nicht, oder nicht innerhalb der vorgegebenen Zeit, möglich ist (Gleichungssystem kann nicht gelöst werden).
Die 2 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei wird anhand eines in der als Computer ausgebildeten Vorrichtung mit Speichereinheit in einer Speichereinheit gespeicherten spezialisierten Algorithmus 20 eine Vorplanung (Berechnung von Randbedingungen) vorgenommen, die aufgrund der Programmierung des spezialisierten Algorithmus 20 sehr schnell und robust erfolgt. Die hierfür benötigte Berechnungszeit fällt daher gering aus. Anschließend werden anhand dieser durch den spezialisierten Algorithmus 20 durchgeführten Planung, d.h. mittels ermittelten Ergebnisse, Randbedingungen festgelegt, welche von einer in sequentieller und/oder konsekutiver Abfolge nachfolgenden, ebenfalls in der als Computer ausgebildeten Vorrichtung mit Speichereinheit in einer Speichereinheit gespeicherten Solver-Berechnung 21 übernommen werden. Auf diese Weise lassen sich Randbedingungen festlegen, welche alleine durch ein Gleichungssystem der Solver-Berechnung 21 nur schwer oder gar nicht festzulegen wären. Hierdurch ist es ferner möglich, die Solver-Berechnung 21 zu beschleunigen bzw. im Falle eines ansonsten nicht lösbaren Gleichungssystems, welches der Solver-Berechnung 21 zu Grunde liegt, es zu ermöglichen, dass die Solver-Berechnung 21 zu einem Ergebnis führt. Somit wird zunächst durch Festlegung der Randbedingungen durch den spezialisierten Algorithmus ein eingeschränkter Fall erzeugt, welcher anschließend der Solver-Berechnung zu Grunde gelegt wird, sodass für den durch den spezialisierten Algorithmus erzeugten eingeschränkt Fall eine optimale Lösung ermittelt wird.
Mit anderen Worten spiegelt 2 exemplarisch einen Fall wider, bei welchem ein Verarbeiten von Eingangsgrößen ein Festlegen geeigneter Randbedingungen für eine Optimierungsberechnung unter Verwendung des Solvers unter Verwendung des für die zumindest eine Produktionsaufgabe spezialisierten Algorithmus umfasst. Dieser Fall gemäß 2 spiegelt dabei exemplarisch einen Fall wider, bei dem das Steuerverfahren weiter ein Durchführen einer Optimierungsberechnung umfasst, basierend auf den Eingangsgrößen unter Verwendung des Solvers zum Berechnen von Steuerparametern zum Steuern der Anlage beim Abarbeiten der Produktionsaufgabe falls die Optimierungsberechnung unter Verwendung des Solvers möglich, und/oder innerhalb der vorgegebenen Zeit möglich ist.
In 3 ist schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Hierbei wird zunächst ähnlich wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung mittels eines in der als Computer ausgebildeten Vorrichtung mit Speichereinheit in einer Speichereinheit gespeicherten spezialisierten Algorithmus 30 eine Vorplanung vorgenommen. Die durch den spezialisierten Algorithmus 30 festgelegten Randbedingungen werden von einer in sequentieller und/oder konsekutiver Abfolge nachfolgenden, ebenfalls in der als Computer ausgebildeten Vorrichtung mit Speichereinheit in einer Speichereinheit gespeicherten Solver-Berechnung 31 übernommen. Anschließend erfolgt die Solver-Berechnung 31 anhand des der Solver-Berechnung 31 zugrunde liegenden Gleichungssystems.
Kann das Gleichungssystem durch die Solver-Berechnung 31 gelöst werden, so erfolgt unmittelbar nach der Solver-Berechnung 31 die Ausgabe der Ergebnisse 33, ebenfalls mittels einer an die Vorrichtung, insbesondere den Computer, angeschlossenen Druck- oder Anzeigeeinheit. Kann die Solver-Berechnung 31 das ihr zugrunde liegende Gleichungssystem nicht lösen, folgt ein weiterer, ebenfalls in der als Computer ausgebildeten Vorrichtung mit Speichereinheit in einer Speichereinheit gespeicherter spezialisierter Algorithmus 32 oder erneut der spezialisierten Algorithmus 30, welcher jeweilige Algorithmus 30,32 der Solver-Berechnung 31 in sequentieller und/oder konsekutiver Abfolge nachfolgend durchgeführt wird. Somit kommt der spezialisierte Algorithmus 32 stets zu einer Lösung, auch wenn durch die vorhergehende Solver-Berechnung 31 kein valides Ergebnis geliefert werden kann. Ferner ist es auch möglich, dass durch die Solver-Berechnung 31 eine teiloptimierte vollständige Lösung erzeugt wird, welche anschließend durch den spezialisierten Algorithmus 32 gelöst werden kann, sodass ein teiloptimiertes Ergebnis erzeugt wird.
Der spezialisierte Algorithmus 32 ist in vorteilhafter Ausgestaltung insbesondere identisch mit dem spezialisierten Algorithmus 30. Das heißt, dass zunächst eine Vorplanung mit dem spezialisierten Algorithmus 30 durchgeführt wird, wodurch beispielsweise Randbedingungen für die darauf folgende Solver-Berechnung 31 ermittelt werden. Im Anschluss daran erfolgt dann die Solver-Berechnung 31. Nachdem die Solver-Berechnung 31 beendet wurde, wird mit dem spezialisierten Algorithmus 32, der mit dem spezialisierten Algorithmus 30 identisch ist, eine Lösung ermittelt. Mit anderen Worten wird gemäß dieser vorteilhaften Ausgestaltung ein spezialisierter Algorithmus 30 zunächst verwendet, um bestimmte Randbedingen zu ermitteln, dann unterbrochen, um dann durch die Solver-Berechnung 31 falls möglich eine Lösung des der Solver-Berechnung 31 zugrunde liegenden Gleichungssystems zu ermitteln und anschließend auch in Fällen, in denen die Solver-Berechnung 31 zu keiner Lösung kommt, ein vollständiges Ergebnis 33 zu erzeugen.
Dem spezialisierten Algorithmus 32 folgend findet die Ausgabe des Ergebnisses 33 statt. Um Wiederholungen zu vermeiden wird an dieser Stelle nochmals darauf verwiesen, dass die für den Fall des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels gemäß 1 und 2 beschriebenen Ausgestaltungen ebenfalls auf das dritte Ausführungsbeispiel anwendbar sind, da es sich bei dem dritten Ausführungsbeispiel um eine Kombination des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels handelt.
Die Verwendung des Algorithmus 30, die Solver-Berechnung 31 und die Verwendung des Algorithmus 32, 30 in 3 spiegelt exemplarisch einen Fall wider, der ein Verarbeiten der Eingangsgrößen zum Festlegen geeigneter Randbedingungen für eine Optimierungsberechnung unter Verwendung des Solvers unter Verwendung eines (Algorithmus 32) oder des (Algorithmus 30) für die zumindest eine Produktionsaufgabe spezialisierten Algorithmus umfasst. Dieser Fall umfasst weiter ein Durchführen einer Optimierungsberechnung basierend auf den Eingangsgrößen unter Verwendung eines für die zumindest eine Produktionsaufgabe spezialisierten Algorithmus zum Berechnen von Steuerparametern zum Steuern der Anlage beim Abarbeiten der Produktionsaufgabe falls die Optimierungsberechnung unter Verwendung des Solvers nicht, oder nicht innerhalb der vorgegebenen Zeit, möglich ist.
Bei allen drei vorstehend genannten Ausführungsbeispielen handelt es sich bei den Solver-Berechnungen 10, 21, 31 um vollwertige heuristische Solver, welche dazu eingerichtet, sind existierende Probleme vollständig und selbständig zu lösen. Diese ermitteln auf Basis von auf Erfahrungen beruhenden Vorgehensweisen gute, aber nicht notwendigerweise optimale Ergebnisse für das Planungsproblem. In diesen ist bereits vorhandenes problembezogenes Erfahrungswissen formalisiert.
Erfindungsgemäß findet keine Zerlegung des Gesamtmodells innerhalb der Solver-Berechnungen 10, 21, 31 statt, sondern den Solver-Berechnungen liegt das Gesamtproblem zugrunde. Somit findet keine Separierung des Gesamtproblems beispielsweise anhand von Produktkenngrößen statt. Vielmehr bleibt erfindungsgemäß das Gesamtmodell als solches erhalten und es werden mittels der spezialisierten Algorithmen entweder vor der Solver-Berechnung Randbedingungen festgelegt, sodass nach Durchführung einer Solver-Berechnung eine Lösung für das existierende Planungsproblem ermittelt ist. Hierbei wird ohne das Planungsproblem in Einzelprobleme zu zerlegen zeiteffizient und robust eine Lösung des gesamten Planungsproblems ermittelt.
Ferner kommen alle drei vorstehend genannten Ausführungsbeispiele in der Stahlindustrie zur Planung von komplexen Produktionsabfolgen zur Anwendung, sodass Nachfolgendes für alle vorstehenden Ausführungsbeispiele gilt.
Der Anlagenbetrieb bzw. die großtechnische Anlage für welchen/welche die Produktionsabfolge geplant werden soll, ist insbesondere ein Stahl- oder Hüttenwerk, vorzugsweise eine metallurgische Produktionsanlage, wobei die Produktionsaggregate insbesondere Stahlpfannen sind und die Produktionskenngrößen die Anzahl und Art der Stahlwerksaggregate umfassen. Eine exemplarische Konfiguration einer Stahlwerks- und Casterplanung umfasst drei Elektrolichtbogenöfen (EAF 1-3), drei Argon-Spülstationen (ARS 1-3), zwei Pfannenöfen (LF1-2), eine Vakuum Entgasungsanlage (VD 1) und drei Gießmaschinen (CCM 1-3).
Als Neben- oder Randbedingungen eingehalten werden müssen zum Beispiel die Abarbeitung der Prozessschritte in technologisch notwendiger Reihenfolge, Berücksichtigung finden weiterhin beispielsweise die minimalen und maximalen Behandlungszeiten je Prozessschritt, die Behandlungskapazitäten der einzelnen Aggregate der Anlage, sowie eine individuelle Auslastungsverteilung der jeweiligen Aggregate.
So findet die Planung der Produktionsabfolge insbesondere auf Basis einer gegebenen Reihenfolge statt und es wird innerhalb dieser gegebenen Reihenfolge eine optimale Abfolge realisiert. Durch eine solche Anlagen- oder Maschinenbelegplanung ist es möglich, innerhalb einer existierenden Reihenfolge eine ideale Auslastung der diversen Produktionsaggregate einer Produktionsanlage oder eines Anlagenbetriebs zu realisieren.
Optimierungsgrößen sind beispielsweise ein maximaler Materialdurchsatz, eine Einplanung von flexiblen Stillständen, eine Einhaltung der optimalen Behandlungszeiten, so wie eine Minimierung der Gießabbrüche.
Eingangsgrößen sind beispielsweise die Verfügbarkeit der Aggregate, Minimale, optimale und maximale Behandlungszeiten innerhalb der einzelnen Prozessschritte, Transportzeiten zwischen den Aggregaten der einzelnen Prozessschritte, Transportzeiten zwischen den Aggregaten, Anzahl der Sequenzen und die beinhalteten Schmelzen/Pfannen mit zugehörigen Prozessschritten, aktueller Ist-Zustand der Schmelzen, Soll-Zustand der Schmelzen.
Ausgangsgrößen oder Steuerparameter können beispielsweise Start- und Stoppzeiten der einzelnen Aggregate und eine Festlegung der Verteilung der Schmelzen auf die verschiedenen Aggregate eines Typs sein.
Eine Berücksichtigung der individuellen Auslastungsverteilung muss beispielsweise erfolgen, um alle Aggregate auf Betriebstemperatur zu halten. Daher werden beispielsweise alle Aggregate eines Typs wie zum Beispiel die Elektrolichtbogenöfen gleichmäßig ausgelastet. Alternativ kann jedoch auch eine andere Strategie zur Anwendung kommen, bei der möglichst wenige Aggregate eines Typs verwendet werden.
Die Durchführung und der Ablauf des Verfahrens umfassen die nachfolgenden Schritte und Aspekte

• Vorsortierung durch einen vollwertigen heuristischer Löser, der das Problem auch selbstständig löst
• Keine Zerlegung des Gesamtproblems / des Gesamtmodells in mehrere kleine Probleme für den math. Solver, sondern ganzheitliche Lösung
• Sequenzierung in Form einer gegebenen Reihenfolge und deren logistischer Umsetzung (Maschinenbelegungsplanung)
• Instandhaltungszeiten/Wartungszyklen in Form einer aktiven Planung zu dem mit den Produktionsanforderungen bestmöglich zu vereinbarenden Zeitpunkt und Festlegung einer Startzeit in einem vorgegebenen Zeitfenster
• Produktkenngrößen werden indirekt im Rahmen von variablen Prozess- und Behandlungszeiten berücksichtigt

Beispielsweise wird bei einer Stahlwerks- und Casterplanung für eine Betriebs- und Produktionsanlage, die drei Elektrolichtbogenöfen (Produktionsaggregate), drei Argon-Spülstationen (Produktionsaggregate), zwei Pfannenöfen (Produktionsaggregate), eine Vakuumentgasungsanlage (Produktionsaggregate) und drei Gießmaschinen (Produktionsaggregate) umfasst, bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens - und dies mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung - als Anforderung festgelegt, die Erstellung eines Zeitplans für alle zur Verfügung stehenden Aggregate aufzustellen. Weiterhin wären die einzuhaltenden Nebenbedingungen festzulegen, wie z.B. Abarbeitung der Prozessschritte in technisch notwendiger Reihenfolge, Berücksichtigung der minimalen und maximalen Behandlungszeiten (in den jeweiligen Aggregaten), die Behandlungskapazität der einzelnen, jeweiligen Aggregate und die Berücksichtigung der individuellen Auslastungsverteilung. Als Optimierungsgrößen wären ein maximaler Materialdurchsatz, eine Einplanung von flexiblen Stillständen, eine Einhaltung optimaler Behandlungszeiten und eine Minimierung der Gießabbrüche weiterhin festzulegen. Ebenso müssten die Eingangsgrößen, die Verfügbarkeit der Aggregate, minimale, optimale und maximale Behandlungszeiten, Transportzeiten zwischen den Aggregaten, Anzahl der Gießsequenzen und die beinhalteten Schmelzen/Pfannen mit den zugehörigen Prozessschritten und der aktuelle Ist-Zustand der Schmelzen bereitgestellt werden. Als Ausgangsgrößen würden dann die Start- und Stoppzeiten der einzelnen Aggregate und die Festlegung der Verteilung der Schmelzen auf die verschiedenen Aggregate eines Typs ermittelt werden. Dies gegebenenfalls unter Berücksichtigung der individuellen Auslastungsverteilung, um alle Aggregate auf Betriebstemperatur zu halten und alle Aggregate eines Typs gleichmäßig auszulasten. Eine andere Strategie kann aber auch darin bestehen, möglichst wenig Aggregate, z.B. des Typs Lichtbogenofen EAF, zum Einsatz zu bringen.
In den 4 und 5 sind konkrete Beispiele von Ergebnissen dargestellt, die bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. bei Verwendung einer damit ausgestatteten und für dessen Durchführung eingerichteten Vorrichtung, eines Computers mit entsprechender Speichereinheit, erhalten werden (5) oder die bei der Anwendung von Verfahren nach dem Stand der Technik erhalten werden (4). Ein Test-Datensatz wird einmal sowohl von einem heuristischen Löser (4) und einmal von einem Solver (5) gelöst.
Die Abbildungen 4 und 5 zeigen die jeweiligen Berechnungsergebnisse eines Test-Datensatzes in Form eines Gantt-Charts. Die zu planenden Jobs sind vorgegeben, aber der genaue zeitliche Ablauf sowie die Verteilung auf die geeigneten Aggregate werden von den jeweiligen Berechnungsverfahren übernommen. Im vorliegenden Fall sind die beiden Berechnungen sehr ähnlich. Unter anderen Randbedingungen können die Ergebnisse aber auch sehr unterschiedlich ausfallen.
Es zeigt sich, wie die einzelnen Aggregate, drei Elektrolichtbogenöfen EAF 1-3, drei Pfannenöfen LF 1-3), und drei Gießmaschinen CCM 1-3 im Zeitraum von 16.00 Uhr - 22.00 Uhr belegt werden..

Claims

Vorrichtung, die eingerichtet ist, eine Produktionsabfolge und/oder eine Anlagenbelegung einer großtechnischen Anlage, insbesondere der Stahlindustrie, unter Verwendung eines Steuerverfahrens zu steuern, wobei das Steuerverfahren aufweist: Einlesen von Eingangsgrößen, die einen gegenwärtigen Produktionsstatus und zumindest eine Produktionsaufgabe widerspiegeln; Verarbeiten der Eingangsgrößen und entscheiden, ob eine Optimierungsberechnung basierend auf den Eingangsgrößen unter Verwendung eines Solvers möglich und/oder innerhalb einer vorgegebenen Zeit möglich ist, und Durchführen einer Optimierungsberechnung zur Optimierung der Produktionsabfolge und/oder der Anlagenbelegung basierend auf den Eingangsgrößen unter Verwendung eines für die zumindest eine Produktionsaufgabe spezialisierten Algorithmus zum Berechnen von Steuerparametern zum Steuern der großtechnischen Anlage beim Abarbeiten der Produktionsaufgabe falls die Optimierungsberechnung unter Verwendung des Solvers nicht, oder nicht innerhalb der vorgegebenen Zeit, möglich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Entscheiden, ob eine Optimierungsberechnung unter Verwendung des Solvers möglich, und/oder innerhalb einer vorgegebenen Zeit möglich ist, ein Beginnen der Optimierungsberechnung basierend auf den Eingangsgrößen unter Verwendung des Solvers, und ein Abrechen der Optimierungsberechnung basierend auf den Eingangsgrößen unter Verwendung des Solvers, wenn ein bei der Solverberechnung verwendetes Gleichungssystem nicht gelöst werden kann, umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Verarbeiten der Eingangsgrößen umfasst: Verarbeiten der Eingangsgrößen zum Festlegen geeigneter Randbedingungen für eine Optimierungsberechnung unter Verwendung des Solvers unter Verwendung eines für die zumindest eine Produktionsaufgabe spezialisierten Algorithmus.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Steuerverfahren weiter umfasst: Durchführen einer Optimierungsberechnung basierend auf den Eingangsgrößen unter Verwendung des Solvers zum Berechnen von Steuerparametern zum Steuern der großtechnischen Anlage beim Abarbeiten der Produktionsaufgabe falls die Optimierungsberechnung unter Verwendung des Solvers möglich, und/oder innerhalb der vorgegebenen Zeit möglich ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Steuerverfahren weiter umfasst: Steuern eines Betriebs zumindest eines Produktionsaggregats der großtechnischen Anlage basierend auf den berechneten Steuerparametern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Eingangsgrößen zumindest eine Eingangsgröße umfassen, die einem Sensormesswert entspricht, der einen Produktionsparameter eines entsprechenden Produktionsaggregats der großtechnischen Anlage widerspiegelt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Eingangsgrößen zumindest eine Eingangsgröße umfassen, die ausgewählt ist aus einer Verfügbarkeit von Produktionsaggregaten der großtechnischen Anlage, Bearbeitungszeiten auf Produktionsaggregaten des großtechnischen Anlagenbetriebs, Transportzeiten zwischen Produktionsaggregaten der großtechnischen Anlage, Anzahl von Gießsequenzen und die entsprechenden Metallschmelzen und/oder Pfannen, aktueller Zustand vom Metallschmelzen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuerparameter zumindest einen Steuerparameter umfassen, der ausgewählt ist aus zumindest einem Start- und zumindest einem Stoppzeitpunkt zumindest eines Produktionsaggregats der großtechnischen Anlage, Festlegung und Verteilung von Metallschmelzen auf entsprechende Produktionsaggregate der großtechnischen Anlage.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Optimierungsberechnung geeignet ist, einen Produktionsparameter zu optimieren, der einen Materialdurchsatz maximiert, und oder einen Produktionsparameter zu optimieren, der Gießabbräche minimiert, und oder einen Produktionsparameter zu optimieren, der Behandlungszeiten optimiert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Optimierungsberechnung Stillstandzeiten von Produktionsaggregaten der großtechnischen Anlage berücksichtigt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Optimierungsberechnung eine Abarbeitung von Produktionsschritten in einer technisch notwendigen Reihenfolge, minimale und maximale Behandlungszeiten, Kapazitäten einzelner Produktionsaggregate der großtechnischen Anlage, und/oder eine Auslastung einzelner Produktionsaggregate zum gleichmäßigen Auslasten aller Produktionsaggregate berücksichtigt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die großtechnische Anlage ein Stahl- oder Hüttenwerk, insbesondere eine metallurgische Produktionsanlage, ist, wobei das zumindest eine Produktionsaggregat eingerichtet ist, zumindest einen Prozessschritt durchzuführen, der ausgewählt ist aus den Produktionsschritten Rohmaterialbereitstellung, Schmelzen, Legieren, Gießen, Warmwalzen, Kaltwalzen, Beizen, Glühen, Beschichten und/oder Konfektionieren.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung zumindest einen Computerprozessor und zumindest eine computerlesbare Speichereinheit umfasst, die Befehle umfasst, die den Computerprozessor veranlassen, das Steuerprogram auszuführen.
Steuerverfahren zum Steuern einer Produktionsabfolge und/oder eine Anlagenbelegung einer großtechnischen Anlage, insbesondere der Stahlindustrie, umfassend: Einlesen von Eingangsgrößen, die einen gegenwärtigen Produktionsstatus und zumindest eine Produktionsaufgabe widerspiegeln; Verarbeiten der Eingangsgrößen und entscheiden, ob eine Optimierungsberechnung basierend auf den Eingangsgrößen unter Verwendung eines Solvers möglich und/oder innerhalb einer vorgegebenen Zeit möglich ist, und Durchführen einer Optimierungsberechnung basierend auf den Eingangsgrößen unter Verwendung eines für die zumindest eine Produktionsaufgabe spezialisierten Algorithmus zum Berechnen von Steuerparametern zum Steuern der großtechnischen Anlage beim Abarbeiten der Produktionsaufgabe falls die Optimierungsberechnung unter Verwendung des Solvers nicht, oder nicht innerhalb der vorgegebenen Zeit, möglich ist.
Computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach Anspruch 14 auszuführen und/oder die die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 veranlassen das Steuerverfahren auszuführen.