-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung einer Materialausnutzung, insbesondere für das Spalten (Längsteilen) und das Abtafeln (Querteilen) von Stahlrollen.
-
Die Stahlindustrie stellt Vorprodukte, wie beispielsweise Warm- und Kaltbreitband, Schmiedeteile, Bleche, Schienen, Langprodukte, Draht oder Röhren zur Weiterverarbeitung zu einem Endprodukt her. Der dafür verwendete Stahl wird dabei von den Produzenten aus Material mit unterschiedlichen Sorten oder Güten hergestellt. Diese unterscheiden sich durch ihre physikalischen (z.B. mechanischen) Eigenschaften und ihre chemische Zusammensetzung. Die drei üblicherweise verwendeten physikalischen (mechanischen) Eigenschaften zur Definition einer Güte eines Metalls sind dabei die Streckgrenze, die Zugfestigkeit und die Bruchdehnung.
-
Im Fall von Stahl umfasst die chemische Zusammensetzung der Materialien eine Kombination von etwa zwanzig unterschiedlichen Legierungsmetallen, wie beispielsweise Mangan, Kupfer oder Chrom. Die physikalischen (z.B. mechanischen) Eigenschaften und die chemische Zusammensetzung werden für jede Güte durch Wertebereiche der einzelnen physikalischen Eigenschaften und der einzelnen chemischen Bestandteile definiert. Durch unterschiedlichste Benennungen und Typisierungen gibt es im internationalisierten Stahlmarkt eine unübersichtliche Anzahl an angebotenen Güten für Stahl. Die Wertebereiche der physikalischen (z.B. mechanischen) Eigenschaften und der chemischen Zusammensetzung der Stahlgüten überlappen sich zumindest für bestimmte Bereiche häufig. Eine allgemeingültige Normierung ist zwar als Vorschlagswert vorhanden, wobei diese nicht durchgängig verwendet wird und insbesondere die großen Stahlhändler und auch die meisten Stahlproduzenten ihre eigenen Benennungssysteme führen. Auch in unterschiedlichen Ländern bzw. Kontinenten gibt es unterschiedliche Benennungssysteme.
-
Ein Marktvergleich beziehungsweise eine Zusammenfassung einzelner Stähle ist somit aufgrund dieser weltweiten Intransparenz nicht möglich.
-
Stahlblech wird in großen Stahlrollen, sogenannten Coils, erzeugt. Diese haben eine Breite beziehungsweise einen Durchmesser von bis zu zwei Metern. Die Länge des derart aufgewickelten Bleches erreicht abhängig von der Materialdicke mehrere tausend Meter. Diese Coils werden durch Längsteilung in Ringe gespalten, deren Breite exakt den Vorgaben des Kunden entspricht. Aus einem Coil können dadurch dutzende Ringe in unterschiedlichen Breiten erzeugt werden. Dieser Spalt-Prozess ist ein Kernprozess für Stahl-Servicecenter, in welchen die Bedarfe einzelner Kunden oder auch Großbedarfe eines einzelnen Kunden kombiniert werden. Das gleiche gilt für die Querteilung von Coils, hier werden Coils in Tafeln geschnitten, deren Breite und Länge exakt den Vorgaben des Kunden entspricht. Aus einem Coil können dadurch dutzende Tafeln in unterschiedlichen Breiten und Längen erzeugt werden. Dieser Abtafel-Prozess ist ebenso ein Kernprozess für Stahl-Servicecenter, in welchen wiederum die Bedarfe einzelner Kunden oder auch Großbedarfe eines einzelnen Kunden kombiniert werden. In beiden Fällen werden dabei die einzelnen Bedarfe derart kombiniert, dass die Coils möglichst vollständig ausgenutzt werden, also ohne einen nicht verwertbaren Rest, zerteilt werden können.
-
Die Zusammenführung der Einzelbedarfe basiert bisher auf einer Kombination von Stahlgüten mit einheitlichen Bezeichnungen und erfolgt damit innerhalb eines Benennungssystems. Zur Optimierung der Ausnutzung der Coils beim Zerteilen können im Bedarfsfall noch Ringe und/oder Tafeln mit abgespaltet/abgetafelt werden, welche für die Bedienung von Bestellungen für Ringe und/oder Tafeln aus einem Stahl mit einer geringeren Güte verwendet werden können. Dadurch kann ein Coil beispielsweise komplett aufgearbeitet oder mindestens der Verlust minimiert und dadurch die Ausnutzung optimiert werden. Dabei wird allerdings Stahl höherer Güte zu dem Preis der geringeren Güte, also zu einem niedrigeren Preis verkauft.
-
Nachteil des Verfahrens ist es, dass die Bedarfe nur innerhalb eines Benennungssystems zu den vorhandenen Coils zugeordnet werden können, so dass keine effiziente und gewinnoptimierte Ausnutzung des gesamten Coils möglich ist.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, welches die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik beseitigt.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
-
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Optimierung der Materialausnutzung beim Aufteilen von Meterware umfasst folgende Verfahrensschritte:
- - Ermittlung der Geometrie der vorhandenen Meterware einer Materialgüte.
- - Ermittlung der aus der Meterware zu erstellenden Geometrien und Materialgüten.
- - Zuordnung der zu erstellenden Geometrien und der Materialgüten zu der Geometrie und der Materialgüte der vorhandenen Meterware auf Basis einer Datenbank.
- - Aufteilen der Meterware einer Materialgüte in die zu erstellenden Geometrien.
-
Erfindungsgemäß umfasst die verwendete Datenbank einen Algorithmus, der derart ausgebildet ist, dass Material mit unterschiedlichen Produktbezeichnungen auf Basis der physikalischen (z.B. mechanischen) Eigenschaften und/oder chemischen Zusammensetzung einer bestimmten Materialgüte zugeordnet wird.
-
Meterware ist in diesem Zusammenhang Ware, die als Grundmaterial für weitere Verfahrensschritte verwendet wird. Dabei kann es sich beispielsweise um Materialien wie Metalle (Stahl, Aluminium, Kupfer etc.), Holz, Kunststoff oder Textilien, um nur einige Beispiele zu nennen, handeln. Die Meterware kann in verschiedenen Geometrien vorliegen, wie beispielsweise im Fall von Metall als Stangenmaterial oder als Metallbünde, die auch als Coils bezeichnet werden. Dabei handelt es sich um zu einer Rolle aufgewickelte Metallbänder einer bestimmten Breite und Dicke, welche aus einem bestimmten Material hergestellt werden. Diese werden mit Metallmessern entweder in Streifen bzw. Ringe gespalten oder es werden Blechtafeln für Press- oder Kantvorgänge ausgestanzt beziehungsweise abgetafelt.
-
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Datenbank mit dem Algorithmus besteht darin, dass mehr Aufträge aus Meterwaren, insbesondere einem Coil einer bestimmten Geometrie und aus einem bestimmten Material bedient werden können. Dadurch ist die Wahrscheinlichkeit, den Coil vollständig oder nahezu vollständig auszunutzen, also Abfall zu vermeiden und/oder den Energieverbrauch zu reduzieren und/oder die Lagerhaltung zu verringern, höher als innerhalb eines Benennungssystems.
-
Weiterhin kann die Zuordnung der Materialgüten in der Datenbank mehrere Ebenen umfassen. Die Datenbank umfasst in der untersten Ebene mehrere neutrale, also unabhängig von Herstellern oder Benennungssystemen definierte, Güten. Diese können bereits eine erste Zusammenfassung der unterschiedlichen Güten der einzelnen Benennungssysteme, welche teilweise nur minimal unterschiedliche Bereiche der physikalischen Eigenschaften und oder der chemischen Zusammensetzung aufweisen, darstellen. Die ursprünglichen Namen der Güten aus deren Benennungssystem und deren Zuordnung zu den neutralen Güten in der Datenbank bleiben erhalten, werden aber bei der Auswahl der Meterware nicht weiter berücksichtigt. Bei der Zuordnung kann eine Güte eines Benennungssystems auch zwei neutralen Güten zugeordnet werden. Dies ist immer dann der Fall, wenn die Bereiche der physikalischen (z.B. mechanischen) Eigenschaften und/oder der chemischen Zusammensetzung der Güte eines Benennungssystems zum Teil einem Bereich der physikalischen (mechanischen) Eigenschaften und/oder der chemischen Zusammensetzung von einer neutralen Güte und zum Teil einem Bereich einer zweiten neutralen Güte zugeordnet werden kann.
-
Die Datenbank kann diese unterste Ebene an neutralen Güten in einer nächst höheren Ebene, welche durch größere Bereiche für die physikalischen (z.B. mechanischen) Eigenschaften und/oder der chemischen Zusammensetzung definiert ist, weiter zusammenfassen. Die Anzahl der Ebenen ist beliebig und kann neben den Bereichen für die physikalischen (z.B. mechanischen) Eigenschaften und/oder die chemische Zusammensetzung auch zusätzlich durch allgemeingültige Begriffe, wie beispielsweise Schnellarbeitsstahl, definiert werden.
-
Die physikalischen, beispielsweise mechanischen Eigenschaften, die zur Zuordnung zu einer bestimmten Materialgüte herangezogen werden, können dabei beispielsweise aus Normen gewonnen werden. Sie können jedoch auch aus Prüfzeugnissen von Material, also exakten, durch Prüfungen ermittelten Werten, die ebenfalls eine Basis für einen Vergleich bieten können, abgeleitet werden.
-
Derartige Prüfzeugnisse können durch eine eigene Prüfung erstellt werden; sie sind jedoch oftmals auch herstellerseitig beziehungsweise bei einem Stahl- ServiceCenter verfügbar sein.
-
Ein Vorteil der genannten Prüfzeugnisse liegt dabei darin, dass dem System damit exakte Werte zur Verfügung gestellt werden können und damit die Qualität der Zuordnung besser wird.
-
So zeigt beispielsweise das gleiche Material laut Norm von verschiedenen Herstellern theoretisch die gleichen Werte, in der Praxis ergeben sich jedoch laut Prüfzeugnissen jedoch oftmals unterschiedliche Werte, die zwar unter die jeweilige Norm fallen, sich jedoch bei der Weiterverarbeitung massiv auswirken.
-
So kann beispielsweise die Stahlsorte DD11 laut Norm eine Streckgrenze für eine bestimmte Materialdicke ReL (MPa) 170-360 aufweisen.
-
Laut Prüfzeugnis ergeben sich jedoch für einen ersten Hersteller 200MPa, für einen zweiten 250MPa und für einen Dritten 320MPa. Gefordert ist jedoch für einen Fertigungsprozess mindestens 300MPa. Die Verwendung der aus Prüfzeugnissen ermittelten Werte ermöglicht nun eine Zuordnung, die allein auf Basis der Norm nicht möglich gewesen wäre. Ähnliches gilt insbesondere für die bereits erwähnten Parameter Bruchdehnung und Zugfestigkeit.
-
Weiterhin kann die Datenbank eine Eingabemaske für Bestellvorgänge umfassen. In diese Maske kann beispielsweise ein Besteller die physikalischen (z.B. mechanischen) Eigenschaften und/oder die chemische Zusammensetzung, ausgehend von einer neutralen Materialgüte, eingeben und nach seinen Wünschen anpassen.
-
Insbesondere können bei der Eingabe einer Bestellung verschiedene Optionen angezeigt werden. Ergibt die Auswertung der Eingabe durch den Algorithmus verschiedene Treffer, können diese in einer Liste als Optionen zur Auswahl angezeigt werden.
-
Beispielsweise können die Optionen eine Optimierung bezüglich des Preises und/oder der Lieferzeit umfassen. Angenommen es werden vier verschiedene Güten als geeignet ausgewählt, kann die Anzeige der Optionen nach Preisen gestaffelt ausgegeben werden oder über die Einstellung der Option auch nach der Dauer der Lieferzeiten gestaffelt werden.
-
Weiterhin können die Optionen auch Materialgüten in einem vorbestimmten Toleranzbereich der eingegebenen physikalischen Eigenschaften und/oder der chemischen Zusammensetzung umfassen. Diese Optionen können speziell gekennzeichnet werden und können beispielsweise erst nach Anpassung der ursprünglich eingegebenen physikalischen (z.B. mechanischen) Eigenschaften und/oder der chemischen Zusammensetzung ausgewählt werden. Parallel können auch für diese zusätzlichen Güten der Preis und die Lieferzeit angezeigt werden. Die über die Eingabemaske final ausgewählte Materialgüte kann nachfolgend auch direkt über die Eingabemaske bestellt werden. Durch die interaktive Auswahl der passenden neutralen Materialgüte kann sich die Menge der passenden, also der zur Abarbeitung eines Auftrages zur Verfügung stehenden, Meterware weiter erhöhen. Gleichzeitig kann der Besteller durch Anpassung der physikalischen (z.B. mechanischen) Eigenschaften und/oder der chemischen Zusammensetzung den Liefertermin und/oder den Preis beeinflussen. Gleichzeitig können so auch noch auf Lager oder bereits in der Bearbeitung befindliche Coils angeboten werden, wodurch sich die Ausnutzung der Coils weiter verbessern lässt.
-
Daneben kann mindestens ein Parameter des Verfahrens zum Aufteilen der Meterware auf Basis der Datenbank ausgewählt werden. Durch einen Abgleich des Bestandes an Meterware mit einer Bestellung ist diese bereits bei der Bestellung einer spezifischen Meterware, wie beispielsweise einem Coil einer bestimmten Güte, zugeordnet. Dadurch können aus der Datenbank die Materialgüte an den folgenden Verfahrensschritt des Aufteilens weitergegeben werden. Die Materialgüte wiederum kann die Auswahl der verwendeten Messer, Schnittgeschwindigkeiten und andere für das Verfahren relevanten Parameter bestimmen.
-
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann in dem weiter oben beschriebenen Verfahren mindestens einer der Verfahrensschritte durch eine Steuerung nach Abschluss des vorherigen Verfahrensschrittes automatisch gestartet werden. Dadurch kann beispielsweise der Verfahrensschritt Aufteilen der Meterware automatisch gestartet werden, sobald eine spezifische Meterware durch Bestellungen ausreichend ausgelastet ist.
-
Daneben kann mindestens ein Parameter des Verfahrens zur Aufteilung der Meterware an die Datenbank zurückgegeben werden. Ist eine Meterware einer Güte vollständig aufgeteilt, kann diese Information an die Datenbank zurückgegeben werden. Diese kann beispielsweise überprüfen, ob eine weitere Meterware mit der gleichen oder einer ähnlichen Materialgüte, welche zum Beispiel die gleichen Messer zur Aufteilung verwendet im weiteren Fertigungsprozess eingeplant ist und diese in der Fertigung vorziehen. Dadurch kann ein sonst notwendiger Messerwechsel vorteilhaft eingespart werden. Die Datenbank kann dadurch als zentrale Schnittstelle zwischen einem Einkaufsprozess, einem Verkaufsprozess und einem Fertigungsprozess verwendet werden.
-
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
- 1 eine schematische Darstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten Datenbank,
- 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Datenbank, und
- 3 ein Flussdiagramm zu einem erfindungsgemäßen Verfahren.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Datenbank 10 für Stahl, wie sie üblicherweise bei Stahlherstellern, Händlern und Stahl-Servicecentern verwendet wird. Die einzelnen Stahlgüten 6 oder Güten, welche in der untersten dritten Ebene 3 der 1 durch Kästchen dargestellt sind, werden in einer nächst höheren zweiten Ebene 2 zu Untergruppen 5.1, 5.2, ..., 5.8 zusammengefasst. Diese sind ebenfalls durch etwas größere Kästchen dargestellt und werden ihrerseits in dem in 1 dargestellten Beispiel in einer obersten ersten Ebene 1 zu lediglich noch drei Hauptgruppen 4 zusammengefasst. Bei einer Anfrage nach einer bestimmten Stahlgüte 6.x, werden durch den Besteller zulässige Bereiche für die physikalischen (z.B. mechanischen) Eigenschaften und/oder die chemische Zusammensetzung der angefragten Güte 6.x bereitgestellt. Durch die Bedienung der Anfrage innerhalb eines Benennungssystems, entspricht die Anfrage genau einer Güte 6.1, also einem Kästchen der dritten Ebene 3 und kann gegebenenfalls durch eine höherwertige Güte 6.2 ersetzt werden. Bei vielen Anfragen ist ein zusammenlegen von Anfragen mit den gleichen physikalischen (z.B. mechanischen) Eigenschaften und chemischer Zusammensetzung so nicht möglich, da die Abarbeitung nur im Rahmen des Benennungssystems stattfindet, aus welchem die angefragte Güte stammt.
-
2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Datenbank 10 für Stahl, welche die Daten von allen oder nahezu allen auf dem Markt verfügbaren Stahlgüten 6.1, 6.2, ..., 6.z und deren unterschiedlichen Untergruppen 5.1, 5.2, ..., 5.z und Hauptgruppen 4.1, 4.2, ..., 4.z umfasst. Die unterschiedlichen Güten 6.x (gestrichelt dargestellt) der verschiedenen Hersteller und Händler werden dabei zu neutralen Güten 9.1, 9.2, ..., 9.18 zusammengefasst, welche von Herstellern und Händlern unabhängige Bereiche für die physikalischen Eigenschaften und die chemische Zusammensetzung umfassen. Dabei können auch mehrere Güten 6.1, 6.2 in eine neutrale Güte 9.1 eingruppiert werden oder ein erster Bereich einer Güte 6.15 in eine erste neutrale Güte 9.8 eingruppiert werden und ein zweiter Bereich der Güte 6.15 in eine zweite neutrale Güte 9.9 eingruppiert werden. Dies soll in 2 durch den Verlauf der Ränder der als Kästchen dargestellten neutralen Güten 9.x verdeutlicht werden, welche die ebenfalls als Kästchen dargestellten Güten 6.x entweder vollständig umfassen oder in zwei Bereiche teilen. Die neutralen Güten 9.x werden, vergleichbar zu der aus dem Stand der Technik bekannten Datenbank, in den neutralen Untergruppen 8.1, ..., 8.6 und diese zu neutralen Hauptgruppen 7.1 und 7.2 zusammengefasst. Bei einer Anfrage nach einer bestimmten Stahlgüte 6.x, wird für die mit der Anfrage mitgeteilten zulässigen Bereiche der physikalischen (z.B. mechanischen) Eigenschaften und/oder der chemischen Zusammensetzung in einer größeren Datenmenge, nämlich der nahezu aller Hersteller nach einer korrespondierenden Stahlgüte gesucht. Dies hat den Vorteil, dass Verfahren, welche aus Meterware, wie beispielsweise Stahlrollen, welche auch als Coils bezeichnet werden, kleinere Mengen abschneiden, effizienter und damit kostengünstiger gestaltet werden können. Aufgrund der signifikant größeren Datenbasis der Datenbank 10, können mehr Anfragen einer neutralen Güte 9.x zugeordnet werden. Dadurch ist die Auslastung der Coils, also die Minimierung des nicht mehr verwertbaren Restes des jeweiligen Coils, höher. Dadurch werden einerseits die Gewinne je Coil vergrößert und anderseits kann die Lagerhaltung reduziert werden. Es können also mit weniger neutralen Stahlgüten 9.x, eine große Menge an Anfragen bedient werden. Das Verfahren kann alternativ auch für andere Meterware wie Holz, oder ähnliches verwendet werden.
-
3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Optimierung der Materialausnutzung beim Aufteilen von Meterware.
-
In einem ersten Verfahrensschritt 11 wird die Geometrie der vorhandenen Metennrare einer Materialgüte 6.x, 9.x ermittelt.
-
In einem zweiten Verfahrensschritt 12 werden die zu erstellenden Geometrien und Materialgüten 6.x, 9.x ermittelt.
-
In einem dritten Verfahrensschritt 13 werden die zu erstellenden Geometrien und die Materialgüten 6.x, 9.x zu der Geometrie und den Materialgüten 6.x, 9.x der vorhandenen Meterware auf Basis einer Datenbank 10 zugeordnet.
-
In einem vierten Verfahrensschritt 14 wird die Meterware einer Materialgüte 6.x, 9.x in die zu erstellenden Geometrien aufgeteilt.
-
Erfindungsgemäß umfasst die verwendete Datenbank 10 einen Algorithmus, der derart ausgebildet ist, dass Güten mit unterschiedlichen Produktbezeichnungen auf Basis der chemischen Zusammensetzung und/oder der physikalischen Eigenschaften einer bestimmten Materialgüte 6.x, 9.x zuordnet werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Ebene 1
- 2
- Ebene 2
- 3
- Ebene 3
- 4.1-4.3
- Hauptgruppe
- 5.1-5.8
- Untergruppe
- 6.1-6.x
- Sorte/Güte
- 7.1,7.2
- neutrale Hauptgruppe
- 8.1-8.6
- neutrale Untergruppe
- 9.1-9.18
- neutrale Sorte/Güte
- 10
- Datenbank
- 11
- Verfahrensschritt 1
- 12
- Verfahrensschritt 2
- 13
- Verfahrensschritt 3
- 14
- Verfahrensschritt 4
