DE102021205910A1

DE102021205910A1 - Verfahren, System und Computerprogramm zur Planung einer Produktion in einer aus mehreren separaten aufeinanderfolgenden Anlagenteilen bestehenden Produktionsanlage, insbesondere einer metallurgischen Produktionsanlage zur Erzeugung von Industriegütern wie metallischem Halbzeug und/oder metallischen Endprodukten

Info

Publication number: DE102021205910A1
Application number: DE102021205910.4A
Authority: DE
Inventors: Carsten Andreas Klein
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2021-06-10
Filing date: 2021-06-10
Publication date: 2022-12-15
Also published as: EP4352580A1; WO2022258463A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Planung einer Produktion in einer aus mehreren separaten aufeinanderfolgenden Anlagenteilen (2) bestehenden Produktionsanlage (1), insbesondere einer metallurgischen Produktionsanlage (1) zur Erzeugung von Industriegütern wie metallischem Halbzeug und/oder metallischen Endprodukten,wobei die in der Produktionsanlage (1) herzustellenden Produkte (P1, P2, P3, P4,P5) in einer Produktionsliste (3) vorliegen und/oder Teilproduktionslisten (4) für die separaten aufeinanderfolgenden Anlagenteile (2) vorliegen oder aus der Produktionsliste (3) ermittelt werden, (BE: Produktionsliste/Teilproduktionslisten ggf. ergänzt um zukünftig erwartete Aufträge)umfassend die Schritte:Analysieren der Teilproduktionslisten (4) und Bestimmung von Produktionssequenzen für die entsprechenden Anlagenteile (2), wobei in jeder Produktionssequenz die in dem entsprechenden Anlagenteil (2) herstellbaren Produkte (P1, P2, P3, P4, P5) zusammengefasst sind, die ohne Produktionseinschränkung oder Produktionsunterbrechung in dem Anlagenteil (2) hergestellt werden können,Analysieren der Produktionssequenzen der Anlagenteile (2) und Bestimmung wenigstens einer Gesamtproduktionssequenz für die Produktionsanlage (1), wobei in einer Gesamtproduktionssequenz Produkte (P1, P2, P3, P4, P5) enthalten sind,die für alle Anlagenteile (2) in einer gemeinsamen Produktionssequenz enthalten sind.Die Erfindung betrifft ein entsprechendes System und Computerprogramm.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Planung einer Produktion in einer aus mehreren separaten aufeinanderfolgenden Anlagenteilen bestehenden Produktionsanlage, insbesondere einer metallurgischen Produktionsanlage zur Erzeugung von Industriegütern wie metallischem Halbzeug und/oder metallischen Endprodukten. Die Erfindung betrifft ferner ein System und ein Computerprogramm zur Planung einer Produktion in einer aus mehreren separaten aufeinanderfolgenden Anlagenteilen bestehenden Produktionsanlage, insbesondere einer metallurgischen Produktionsanlage zur Erzeugung von Industriegütern wie metallischem Halbzeug und/oder metallischen Endprodukten.
In Produktionsanlagen mit mehreren separaten aufeinanderfolgenden Anlagenteilen, wie insbesondere metallurgische Produktionsanlagen zur Erzeugung von Industriegütern wie metallischem Halbzeug und/oder metallischen Endprodukten, verknüpfen verschiedene Prozessschritte miteinander. In den separaten Anlagenteilen werden unterschiedliche Prozessschritte zur Herstellung eines Endprodukts der Produktionsanlage ausgeführt. Das in einem Anlagenteil hergestellte (Zwischen-) Produkt dient als Eingangsprodukt des nachfolgenden Anlagenteils oder wird als Zwischenprodukt oder nach Verarbeitung im letzten Anlagenteil als Endprodukt an einen Kunden geliefert. Die Anlagenteile können dabei räumlich voneinander getrennt sein und die (Zwischen-) Produkte werden gegebenenfalls zwischen den Anlagenteilen transportiert, zwischengelagert oder dergleichen.
Die in der Produktionsanlage bzw. in den separaten Anlagenteilen herzustellenden Produkte liegen dabei in einer Produktionsliste bzw. in Teilproduktionslisten für die separaten Anlagenteilen vor. Die Teilproduktionslisten können beispielsweise aus der Produktionsliste abgeleitet werden.
In den separaten Anlagenteilen werden jeweils Produkte der Teilproduktionslisten in Produktionssequenzen hergestellt, vorzugsweise unmittelbar nacheinander. Dabei erfordern unterschiedliche Produkte üblicherweise eine Anpassung der Fahrweise des Anlagenteils, eine Anpassung der mechanischen Ausrüstung der Anlage, die Durchführung von Wartungsarbeiten an dem Anlagenteil oder vergleichbare Modifikationen des Anlagenteils. Ein Produktwechsel in einer Produktionssequenz kann folglich eine Verzögerung und unnötigen Ausschuss verursachen. Eine Verzögerung entsteht beispielsweise durch Rüstzeiten oder dem Austausch von Verschleißteilen. Ein Ausschuss kann aufgrund transienter Produktionsbedingungen entstehen, wobei das in der Übergangszeit hergestellte Produkt nicht die Anforderungen an das Endprodukt erfüllt. Ferner kann ein Austausch von Verschleißteilen zu einem nicht optimierten, insbesondere zu frühem, Zeitpunkt erfolgen.
Es ist aus dem Stand der Technik die Produktion in einem Anlagenteil manuell und/oder systemgestützt zu optimieren. Die Optimierung betrifft dabei insbesondere die Bestimmung der Produktionssequenz, also die Festlegung der Produktionsreihenfolge in einem Anlagenteil. Dabei werden beispielsweise systemgestützt vergleichbare Produkte in einer Produktionssequenz gruppiert. Es ist bekannt dazu Algorithmen einzusetzen, die Ähnlichkeitsbetrachtungen zwischen Produkten ausführen und den Auftragsbestand filtern.
Die in der Produktionsanlage herzustellenden Produkte erfordern eine Mehrzahl von Produktionsschritten, welche in den separaten Anlagenteilen ausgeführt werden. Die separaten Anlagenteile betreffen unterschiedliche Anlagentypen, bei welchen jeweils verschiedene (Produkt-) Merkmale für die Bewertung von Produktübergängen innerhalb der Produktionssequenz relevant sind. Bezüglich eines Anlagenteils kann die chemische Zusammensetzung der herzustellenden Produkte relevant sein, während in einem anderen Anlagenteil die Produktabmessungen der herzustellenden Produkte relevant sind. Aufgrund der komplexen Abhängigkeiten und der großen Anzahl an einzelnen Produktionsaufträgen ist eine manuelle Planung und Optimierung der Produktionsaufträge nicht umsetzbar, da die Zusammenhänge zwischen sämtlichen Produktionsaufträgen für alle Anlagenteile unter Berücksichtigung von Rüstzeiten, Ausbringungsverlusten oder ähnlichen Nachteilen analysiert und optimiert werden müssten. Auch eine systemunterstützte globale Minimierung der Produktionsaufträge unter Berücksichtigung der Produktübergänge der Produktionssequenzen über alle Anlagenteile findet bisher nicht statt, wodurch es zu vermeidbaren Ausbringungsverlusten und Stillstandzeiten kommt, die einen betriebswirtschaftlichen und gesellschaftlichen Schaden darstellen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung die Produktion in einer aus mehreren separaten aufeinanderfolgenden Anlagenteilen bestehenden Produktionsanlage zu planen und den Produktionsprozess über alle Anlagenteile für eine vorgegebene Produktionsliste zu optimieren. Dabei sollen insbesondere Stillstandzeiten und Ausbringungsverluste minimiert werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Planung einer Produktion in einer aus mehreren separaten aufeinanderfolgenden Anlagenteilen bestehenden Produktionsanlage, insbesondere einer metallurgischen Produktionsanlage zur Erzeugung von Industriegütern wie metallischem Halbzeug und/oder metallischen Endprodukten,
wobei die in der Produktionsanlage herzustellenden Produkte in einer Produktionsliste vorliegen und/oder Teilproduktionslisten für die separaten aufeinanderfolgenden Anlagenteile vorliegen oder aus der Produktionsliste ermittelt werden, (BE: Produktionsliste/Teilproduktionslisten ggf. ergänzt um zukünftig erwartete Aufträge)
umfassend die Schritte:

Analysieren der Teilproduktionslisten und Bestimmung von Produktionssequenzen für die entsprechenden Anlagenteile, wobei in jeder Produktionssequenz die in dem entsprechenden Anlagenteil herstellbaren Produkte zusammengefasst sind, die ohne Produktionseinschränkung oder Produktionsunterbrechung in dem Anlagenteil hergestellt werden können,
Analysieren der Produktionssequenzen der Anlagenteile und Bestimmung wenigstens einer Gesamtproduktionssequenz für die Produktionsanlage, wobei in einer Gesamtproduktionssequenz Produkte enthalten sind, die für alle Anlagenteile in einer gemeinsamen Produktionssequenz enthalten sind.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Planung einer Produktion in einer aus mehreren separaten aufeinanderfolgenden Anlagenteilen bestehenden Produktionsanlage. Dies sind insbesondere industrielle Produktionsanlagen wie beispielsweise eine metallurgische Produktionsanlage zur Erzeugung von Industriegütern wie metallischem Halbzeug und/oder metallischen Endprodukten. Die in der Produktionsanlage herzustellenden Produkte liegen dabei in einer Produktionsliste vor. Alternativ können für die separaten Anlagenteile Teilproduktionslisten vorliegen oder diese werden aus der Produktionsliste der Produktionsanlage angeleitet.
Die Produktionsliste bzw. die Teilproduktionslisten können auch zukünftig erwartete Produkte aus erwarteten Auftragseingängen umfassen, wenn die Produktionsanlage eine entsprechende Vorhersage von Auftragseingängen bereitstellen kann bzw. von einem anderen System erhält.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Teilproduktionslisten der Anlagenteile dahingehend analysiert, um festzustellen welche Produkte aus der entsprechenden Teilproduktionsliste in dem entsprechenden Anlagenteil ohne Produktionseinschränkung oder Produktionsunterbrechung hergestellt werden können. Auf Basis dieser Analyse werden Produktionssequenzen für den Anlagenteil bestimmt, wobei jede Produktionssequenz die in dem entsprechenden Anlagenteil herstellbaren Produkte zusammengefasst, die ohne Produktionseinschränkung oder Produktionsunterbrechung in dem Anlagenteil hergestellt werden können. Die in einer Teilproduktionsliste enthaltenen Produkte werden also gruppiert, wobei jede Gruppe in dem entsprechenden Anlagenteil ohne Einschränkungen bzw. unterbrechungsfrei herstellbar ist. Bei einem Wechsel zwischen den Gruppen, also den Produktionssequenzen, ist zwangsläufig eine Produktionseinschränkung oder Produktionsunterbrechung erforderlich.
Eine Produktionseinschränkung im Sinne der Erfindung bedingt eine maßgebliche Verringerung der Ausbringung der Produktionsanlage oder erhebliche Ressourcenverluste, welche im Zusammenhang mit einem Produktwechsel im Produktionsprozess des Anlagenteils stehen.
Nachfolgend wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren analysiert, welche Produkte aus der Produktionsliste bzw. der Teilproduktionslisten für alle Anlagenteile der Produktionsanlage jeweils in einer gemeinsamen Produktionssequenz enthalten sind. Es wird also festgestellt, welche herzustellenden Produkte auf allen Anlagenteilen in den jeweiligen Anlagenteilen unterbrechungsfrei hergestellt werden können. Aus Basis dieser Analyse wird wenigstens eine Gesamtproduktionssequenz für die Produktionsanlage bestimmt, in jeder Gesamtproduktionssequenz Produkte enthalten sind, die für alle Anlagenteile in einer gemeinsamen Produktionssequenz enthalten sind. Eine Gesamtproduktionssequenz enthält also eine Möglichkeit zur Herstellung der in der Gesamtproduktionssequenz angegebenen Produkte, welche in den einzelnen Anlagenteilen unterbrechungsfrei ist.
Dadurch wird erfindungsgemäß die Produktion in einer aus mehreren separaten aufeinanderfolgenden Anlagenteilen bestehenden Produktionsanlage optimiert. Insbesondere werden Stillstandzeiten und Ausbringungsverluste minimiert, beispielsweise durch Vermeidung von Rüstzeiten und Ausbringungsverlusten bei Übergängen zwischen herzustellenden Produkten.
Es wird eine Effizienzsteigerung aufgrund einer höheren Nutzung der Produktionskapazitäten erzielt, beispielsweise durch eine Minimierung von Anlagenstillständen. Ausbringungsverluste werden durch optimierte Produktwechsel vermieden. Daraus resultiert eine ökonomischere Betriebsweise der Produktionsanlage, sowie gesellschaftlich eine Vermeidung von unnötig eingesetzten Ressourcen.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Variante wird ein Produkt einer Produktionssequenz eines Anlagenteils zugeordnet, wenn das Produkt ohne Produktionseinschränkung oder Produktionsunterbrechung vor oder nach einem in der Produktionssequenz enthaltenen Produkt herstellbar ist. Es wird also für jeden Anlagenteil und jede Kombination von zwei Produkten aus der Teilproduktionsliste des entsprechenden Anlagenteils überprüft, ob diese unterbrechungsfrei aufeinanderfolgend hergestellt werden können.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Festlegens von Grenzwerten für Produkteigenschaften in den separaten Anlagenteilen die eine Produktionseinschränkung oder Produktionsunterbrechung bedingen. Es werden also für jeden Anlagenteil die für die Produktion wesentlichen Produkteigenschaften der herzustellenden Produkte identifiziert, welche eine Einschränkung bzw. Unterbrechung der Produktion in dem Anlagenteil verursachen können. Für diese Produkteigenschaften werden Grenzwerte festgelegt, bei deren Überschreiten eine Produktionseinschränkung oder Produktionsunterbrechung angenommen wird. Durch die festgelegten Grenzwerte können die in einer Teilproduktionsliste enthaltenen Produkte auf einfache Art und Weise in die Produktionssequenzen aufgeteilt werden, wobei jede Produktionssequenz in dem entsprechenden Anlagenteil unterbrechungsfrei ausgeführt werden kann. Die Grenzwerte können erfindungsgemäß aus einer Kombination einzelner Parameter gebildet werden. Die Grenzwerte sind insbesondere maschinell auswertbare Kriterien zur Klassifikation von Produktwechseln.
Nach einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung umfasst das Analysieren der Teilproduktionslisten zur Bestimmung von Produktionssequenzen für die entsprechenden Anlagenteile das Erstellen von Graphenmodellen für die Anlagenteile. In einem erstellten Graphenmodell repräsentieren die in den Teilproduktionslisten enthaltenen Produkte einen Knoten in dem Graphenmodell und die Knoten werden miteinander über eine Kante verbunden, wenn die entsprechenden Produkte ohne Produktionseinschränkung oder Produktionsunterbrechung in dem Anlagenteil hergestellt werden können. Alle über Kanten verbundenen Knoten in dem erstellten Graphenmodell bilden somit eine Produktionssequenz für den entsprechenden Anlagenteil. Die Teilproduktionslisten werden also rechnergestützt analysiert und in ein Graphenmodell überführt. Aus diesem erstellten Graphenmodell lassen sich die Produktionssequenzen ableiten. Dadurch können auch sehr umfangreiche Teilproduktionslisten schnell und einfach analysiert und in Produktionssequenzen überführt werden.
Prinzipiell kann das erfindungsgemäße Verfahren auf Methoden basieren, welche Beziehungen zwischen den in den Teilproduktionslisten enthaltenen Produkten und deren Produktion in den Anlagenteilen repräsentieren und auswerten können. Aus den Zusammenhängen, insbesondere dem Graphenmodell, lassen sich die Produktionssequenzen einfach und effizient ableiten
Gemäß einer vorteilhaften Variante der Erfindung umfasst das Analysieren der Produktionssequenzen der Anlagenteile zur Bestimmung wenigstens einer Gesamtproduktionssequenz für die Produktionsanlage das Auswerten der Graphenmodelle für die Anlagenteile. Dabei werden Produkte in einer Gesamtproduktionssequenz aufgenommen, wenn diese Produkte für alle Anlagenteile in den entsprechenden Graphenmodellen über eine Kante verbunden sind. Die Gesamtproduktionssequenz enthält somit Produkte, die auf allen Anlagenteilen in einer gemeinsamen Produktionssequenz enthalten sind, also auf allen Anlagenteilen unterbrechungsfrei hergestellt werden können. Da die Produkte in den Graphenmodellen durch Knoten repräsentiert werden und die unterbrechungsfreien Produktionssequenzen durch die Kanten definiert werden, müssen die Graphenmodelle der Anlagenteile dahingehend ausgewertet werden, welche Knoten in allen Graphenmodellen über eine Kante verbunden sind.
In einer alternativen erfindungsgemäßen Variante zu dem Erstellen von Graphenmodellen umfasst das Analysieren der Teilproduktionslisten zur Bestimmung von Produktionssequenzen für die entsprechenden Anlagenteile das Erstellen von Listen, insbesondere Listen von Vektoren, Adjazenzmatrizen, oder vergleichbaren Datenstrukturen zur Erfassung von Beziehungsgeflechten. Die erstellten Listen, Adjazenzmatrizen oder vergleichbaren Datenstrukturen können nachfolgend analog zu den erstellten Graphenmodellen ausgewertet werden, um eine Gesamtproduktionssequenz für die Produktionsanlage zu bestimmen.
Nach einer zweckmäßigen Variante der Erfindung werden in einer Gesamtproduktionssequenz nur berücksichtigt, die eine Produktion in denselben aufeinanderfolgenden Anlagenteilen erfordern. Die in einer Gesamtproduktionssequenz enthaltenen Produkte erfordern also die gleiche Abfolge von Produktionsschritten in der Herstellung. Im Gegensatz dazu ist es möglich, dass die Produktionssequenzen der Anlagenteile Produkte enthalten, die keine Bearbeitung in allen Anlagenteilen erfordern. Beispielsweise enthalten die Produktionssequenzen der Anlagenteile Produkte die nach einer Bearbeitung durch einen Anlagenteil oder einer Bearbeitung durch einen Teil der verfügbaren Anlagenteile an einen Kunden geliefert werden.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Variante enthalten die Produktionssequenzen der Anlagenteile zumindest teilweise Produkte, die Bestandteil unterschiedlicher Gesamtproduktionssequenzen sind. Es ist also möglich, dass Produkte einer Produktionssequenz in einem Anlagenteil Bestandteil von mehreren Produktionssequenzen eines anderen Anlagenteils ist, so dass daraus mehrere Gesamtproduktionssequenzen entstehen. Beispielsweise können Produkte in einem vorgelagerten Anlagenteil in einer Produktionssequenz enthalten sein, während dieselben Produkte in einem nachfolgenden Anlagenteil in zwei unterschiedlichen Produktionssequenzen enthalten sind. Da eine Gesamtproduktionssequenz nur Produkte enthält, die auf allen Anagenteilen in einer Produktionssequenz enthalten sind, werden in diesem Beispiel zwei Gesamtproduktionssequenzen bestimmt, wegen unterschiedlichen Produktionssequenzen in dem nachfolgenden Anlagenteil. Somit enthält die Produktionssequenz des vorgelagerten Anlagenteils beispielsweise Produkte, die in zwei Gesamtproduktionssequenzen enthalten sind. Dies ist nur eine beispielhafte Erläuterung und auch umgekehrt möglich, also dass eine Produktionssequenz eines nachfolgenden Anlagenteils Produkte aus zwei Produktionssequenzen eines vorgelagerten Anlagenteils enthält.
In einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Optimierens von mehreren Gesamtproduktionssequenzen zur Bestimmung einer Masterproduktionssequenz. Die Masterproduktionssequenz umfasst vorzugsweise alle in der Produktionsanlage herzustellenden Produkte aus der Produktionsliste und/oder den Teilproduktionslisten. Sofern nicht alle in der Produktionsanlage herzustellenden Produkte, die durch die Produktionsliste bzw. Teilproduktionslisten vorgegeben sind, in einer Gesamtproduktionssequenz herstellbar sind, wird die Ausführung der mehreren bestimmten Gesamtproduktionssequenzen gemäß dieser Variante der Erfindung optimiert. Dabei wird insbesondere berücksichtigt, dass Produktionssequenzen Teil von unterschiedlichen Gesamtproduktionssequenzen sein können. Bei der Bestimmung der Masterproduktionssequenz werden also insbesondere die Produktionssequenzen und deren Verknüpfung mit den Gesamtproduktionssequenzen berücksichtigt. Insbesondere sieht die Masterproduktionssequenz nur Produktionseinschränkungen oder Produktionsunterbrechungen in Anlagenteilen vor, wo diese durch die Verknüpfung der Gesamtproduktionssequenzen unvermeidbar sind. Die Masterproduktionssequenz reduziert somit die Produktionseinschränkungen oder Produktionsunterbrechungen vorzugsweise auf ein Minimum.
Nach einer zweckmäßigen erfindungsgemäßen Variante werden bei der Bestimmung der Masterproduktionssequenz die Anzahl, das Gewicht, das Volumen oder ähnlicher Eigenschaften von Produkten berücksichtigt, die im Rahmen einer Produktionssequenz frühzeitig hergestellt werden, aber erst zu einem späteren Zeitpunkt in nachfolgenden Gesamtproduktionssequenzen weiter berücksichtigt werden. Die frühzeitige Herstellung im Rahmen einer Produktionssequenz und der nachfolgenden Berücksichtigung in einer Gesamtproduktionssequenz sollte dabei so kurz wie möglich sein.
In einer erfindungsgemäßen Variante umfasst das Verfahren den Schritt den Schritt des Bestimmens von Produktionsstartzeitpunkten und Produktionsendzeitpunkten für die der Produktionsliste oder in den Teilproduktionslisten aufgeführten herzustellenden Produkte. Für die einzelnen herzustellenden Produkte wird also ermittelt, wann die Produktion beginnt und wann diese abgeschlossen ist. Bei Bedarf können auch die entsprechenden Start- und Endzeitpunkte der Bearbeitung durch die einzelnen Anlagenteile bestimmt werden. Somit lässt sich jederzeit ermitteln, wie der Bearbeitungsstand der einzelnen herzustellenden Produkte und ggf. deren Zwischenprodukte ist.
Gemäß einer Variante werden bei der Bestimmung der Masterproduktionssequenz weiterhin Lagerkapazitäten der Produktionsanlage, der Anlagenteile, von Zwischenlagern oder dergleichen berücksichtigt, insbesondere für Produkte, die im Rahmen einer Produktionssequenz frühzeitig hergestellt werden, aber erst zu einem späteren Zeitpunkt in nachfolgenden Gesamtproduktionssequenzen weiter berücksichtigt werden.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung basiert das Optimieren von mehreren Gesamtproduktionssequenzen zur Bestimmung der Masterproduktionssequenz auf einem Algorithmus zur Lösung des Job-Shop-Problems, insbesondere auf einem Algorithmus aus dem Bereich der gemischt-ganzzahligen Optimierung, der genetischen Optimierung, der heuristischen Verfahren aus dem Operation Research wie particle swarm, simulated annealing, tabu search, predator-prey, oder vergleichbaren Algorithmen.
Nach einer zweckmäßigen Variante der Erfindung erfolgt die Bestimmung der Masterproduktionssequenz vorwärts oder rückwärts entlang einer entsprechenden Prozesskette. Eine Produktionskette betrifft beispielsweise die Herstellung der Produkte von einer Verarbeitung von Rohstoffen über mehrere Verarbeitungsschritte bis zum gewünschten Produkt. Die Mastersequenz kann unter Berücksichtigung der Prozesskette in beiden Richtungen bestimmt werden. Gemäß einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Variante wird bei der Bestimmung der wenigstens einen Gesamtproduktionssequenz und/oder der Masterproduktionssequenz eine Priorisierung der Anlagenteile berücksichtigt. Die Priorisierung basiert beispielsweise auf der Wertschöpfung, Auslastung oder anderen Eigenschaften der Anlagenteile. Die Bestimmung der Gesamtproduktionssequenz und/oder der Masterproduktionssequenz erfolgt iterativ beginnend von dem höchstpriorisiertem Anlagenteil, so dass für diesen Anlagenteile eine optimale Auslastung erzielt wird.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung umfasst der Verfahren den Schritt des Überprüfens der Produktionssequenzen für die entsprechenden Anlagenteile auf eine tatsächlich unterbrechungsfreie Ausführung in dem entsprechenden Anlagenteil. Bei der Überprüfung werden insbesondere die betrieblichen Gegebenheiten und Abläufe des entsprechenden Anlagenteils berücksichtigt, insbesondere notwendige Wartungsstillstände, Austausch von Betriebswechselteilen, oder dergleichen. Auch wenn eine Produktionssequenz theoretisch unterbrechungsfrei in einem Anlagenteil ausgeführt werden kann, so können betriebliche Gegebenheiten und Abläufe zu notwenigen Produktionsunterbrechungen führen. Diese Produktionsunterbrechungen entstehen beispielsweise durch Wartungsstillstände, Austausch von Betriebswechselteilen, oder dergleichen. Um dies zu verhindern, wird erfindungsgemäß überprüft, ob eine Produktionssequenz tatsächlich unterbrechungsfrei unter den aktuellen Gegebenheiten in dem entsprechenden Anlagenteil ausgeführt werden kann. Auch können dabei erwartete Zustände und Gegebenheiten auf Basis eine Vorhersage berücksichtigt werden.
Nach einer zweckmäßigen Variante der Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Teilens von Produktionssequenzen, wenn eine tatsächlich unterbrechungsfreie Ausführung in dem entsprechenden Anlagenteil nicht möglich ist. Vorzugsweise wird die Einbindung der zu teilenden Produktionssequenz in einer Gesamtproduktionssequenz beim Teilen berücksichtigt, so dass vorzugsweise ein Teilen der Gesamtproduktionssequenz vermieden wird. Ist dies nicht möglich, so muss auch die Gesamtproduktionssequenz geteilt werden und ggf. eine bestimmte Masterproduktionssequenz neu bestimmt werden.
Gemäß einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Variante umfasst das Verfahren den Schritt des Optimierens der Produktionssequenzen für die Anlagenteile hinsichtlich der Abarbeitung durch den entsprechenden Anlagenteil. Die Optimierung basiert vorzugsweise auf einem Algorithmus zur Lösung des Travelling-Salesman-Problems, insbesondere auf einem Algorithmus aus dem Bereich der gemischt-ganzzahligen Optimierung, der genetischen Optimierung, der heuristischen Verfahren aus dem Operation Research wie particle swarm, simulated annealing, tabu search, predator-prey, oder vergleichbaren Algorithmen. Im einfachsten Fall kann auch eine Sortierung gemäß einer oder mehrerer Produkteigenschaften vorgenommen werden.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung berücksichtigt das Verfahren die Ausgangsmaterialien und deren Zustände für die herzustellenden Produkte bei der Planung der Produktion in der Produktionsanlage. Insbesondere können Lagerbestände, Lieferzeiten, Lieferkonditionen, Verfügbarkeit von Rohstoffen, Zustand der Ausgangsmaterialien, Verarbeitungszustände von (Zwischen-) Produkten oder dergleichen berücksichtigt werden. Dadurch lässt sich die Planung der Produkte zeitlich optimieren, aber auch hinsichtlich des gebundenen Kapitals oder anderen wirtschaftlichen Gesichtspunkten.
Nach einer weiteren vorteilhaften Variante umfasst das erfindungsgemäße Verfahren den Schritt des Festlegens eines Zeithorizonts für die Ausführung des Verfahrens, insbesondere hinsichtlich der Herstellung der Produkte aus der Produktionsliste und/oder der Teilproduktionslisten. Durch die Minimierung von Produktionseinschränkungen oder Produktionsunterbrechungen erzielt das erfindungsgemäße Verfahren eine zeitlich optimierte Herstellung der Produkte. Es müssen bei der Planung aber beispielsweise Liefertermine, Rohstoffverfügbarkeiten, oder ähnliche Zeitvorgaben berücksichtigt werden. Da sich die Gegebenheiten kontinuierlich verändern können, ist eine Planung für einen bestimmten Zeithorizont ausreichend, so dass die Planung kontinuierlich für diesen Zeithorizont optimal ist.
Gemäß einer zweckmäßigen Variante der Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Anpassens der Produktion zu einem späteren Zeitpunkt während der Produktion, wenn in dem festgelegten Zeithorizont noch Produktionskapazitäten zur Verfügung stehen.
In einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Variante umfasst das Verfahren den Schritt des Einfügens eines neuen herzustellenden Produkts in bestehende Produktionssequenzen und/oder eine Gesamtproduktionssequenz. Dadurch kann die Planung auch an kurzfristige Auftragseingänge angepasst werden, insbesondere eilige Auftragseingänge.
Nach einer zweckmäßigen Variante der Erfindung werden bei dem Einfügen der Fälligkeitstermin des neuen herzustellenden Produkts, die Produkteigenschaften oder dergleichen berücksichtigt. Insbesondere können Ähnlichkeiten zu Produkteigenschaften von bereits geplanten und in einer Gesamtproduktionssequenz und/oder Masterproduktionssequenz enthaltenen Produkten berücksichtigt werden.
Zweckmäßigerweise wird ein neu herzustellendes Produkt in eine bestehende Gesamtproduktionssequenz aufgenommen wird, wenn sich dadurch die Gesamtproduktionssequenz nicht unnötig verzögert, insbesondere eine Trennung der Gesamtproduktionssequenz verursacht. Eine unnötige Verzögerung im Sinne der Erfindung ist eine die normale Herstellungszeit für das einzufügende Produkt überschreitende Verzögerung.
Gemäß einer bevorzugten Variante umfasst das erfindungsgemäße Verfahren das Verknüpfen von zwei bestehenden Gesamtproduktionssequenzen durch das eingefügte neu herzustellende Produkt. Durch das neu eingefügte Produkt lassen sich als zwei vormals separate Gesamtproduktionssequenzen zu einer einzigen Gesamtproduktionssequenz zusammenfassen. Dies wird beispielsweise dadurch ermöglich, dass das neu eingefügte Produkt zwischen zwei separaten Produktionssequenzen eines Anlagenteils vermitteln kann, also diese zu einer Produktionssequenz zusammengefasst werden.
In einer weiteren Variante der Erfindung wird das Verfahren iterativ ausgeführt, insbesondere auf einer fixen zeitlichen Basis oder nach bestimmten Ereignissen wie Abschluss eines Optimierungslaufs, Zustandsänderungen, Eingang neuer Aufträge, oder dergleichen.
Nach einer zweckmäßigen Variante wird das Verfahren zur Herstellung von Stahl, nicht-Eisen Metallen, Brammen, Blöcken, Stäben, Bändern, Blechen, Rohren, Trägern, Schmiedestücken oder dergleichen verwendet. Nicht-Eisen Metalle sind beispielsweise Aluminium, Kupfer, Nickel, oder dergleichen.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Variante umfasst das Verfahren einen oder mehrere der folgenden Prozessschritte: Schmelzen, Gießen, Warmumformung, Kaltumformung, Beizen, Beschichten, oder dergleichen.
In einer weiteren zweckmäßigen Variante der Erfindung sind die Anlagenteile ausgewählt aus: Hochöfen, Sinteranlagen, Konverter, Lichtbogenöfen, Induktionsöfen, Pfannenöfen, Vakuumbehandlungsanlagen, Pulververdüsungsanlagen, Stranggießmaschinen, Block- oder Formgießereien, Warmwalzwerke, Kaltwalzwerke, Beizanlagen, Umwickellinien, Strahlanlagen, Verzinkungslinien, Verzinnungslinien, Lackierlinien, Längsteillinien, Querteillinien, Adjustagelinien, Schmiedepressen, Gesenkschmieden, Wiedererwärmungsöfen, Wärmebehandlungslinien, Haubenglühen, oder dergleichen.
Nach einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung wird von dem Verfahren bei der Bestimmung von Produktsequenzen berücksichtigt, dass zwei Produkte nur in einer vorgegebenen Reihenfolge ohne Produktionseinschränkung oder Produktionsunterbrechung hergestellt werden können. Aufgrund der Produktionsbedingungen und/oder Produkteigenschaften kann es vorkommen, dass Übergänge zwischen zwei Produkten nicht in beiden Richtungen mit dem gleichen Aufwand bzw. Anpassungen in dem entsprechenden Anlagenteil verbunden sind, so dass diese beiden Produkte nur in einer bestimmten Reihenfolge in einem Anlagenteil unterbrechungsfrei hergestellt werden können.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Variante umfasst das Analysieren der Teilproduktionslisten zur Bestimmung von Produktionssequenzen für den entsprechenden Anlagenteil das Erstellen von Graphenmodellen für den Anlagenteil, wobei in einem Graphenmodell die in den Teilproduktionslisten enthaltenen Produkte einen Knoten in dem Graphenmodell repräsentieren und die Knoten miteinander über eine gerichtete Kante verbunden werden, wenn die entsprechenden Produkte in der entsprechenden Produktionsreihenfolge ohne Produktionseinschränkung oder Produktionsunterbrechung in dem Anlagenteil hergestellt werden können. Es wird also ein gerichtetes Graphenmodell erstellt, welches die Reihenfolge von Produkten in einer Produktionssequenz berücksichtigt, um eine unterbrechungsfreie Herstellung zu gewährleisten.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung umfasst das Analysieren der Produktionssequenzen der Anlagenteile zur Bestimmung wenigstens einer Gesamtproduktionssequenz für die Produktionsanlage das Auswerten der Graphenmodelle für die Anlagenteile, wobei Produkte in einer Gesamtproduktionssequenz aufgenommen werden, wenn diese Produkte für alle Anlagenteile in den entsprechenden Graphenmodellen über gerichtete Kanten verbunden sind. Da die Kanten die Produktionsreihenfolge berücksichtigen, ist eine unterbrechungsfreie Herstellung gewährleistet. Dies entspricht der Bestimmung von Hamilton-pfaden in einem gerichteten Graphenmodell.
Nach einer erfindungsgemäßen Variante werden die gerichteten Kanten direkt bei der Erstellung der Produktionssequenzen für die entsprechenden Anlagenteile berücksichtigt oder Produktionssequenzen werden nachfolgend auf Basis der gerichteten Kanten angepasst und/oder unterteilt. Es wird also entweder direkt ein gerichtetes Graphenmodell erstellt und daraus wird die Produktionssequenz abgeleitet, welche auf Basis der gerichteten Kanten direkt die Produktionsreihenfolge der Produkte berücksichtigt, oder es wird eine bereits bestimmte Produktionssequenz auf Basis des gerichteten Graphenmodells angepasst und/oder unterteilt. Eine Unterteilung einer Produktionssequenz ist notwendig, wenn nicht alle in der Produktionssequenz enthaltenen Produkt in einer unterbrechungsfreien Produktionsreihenfolge hergestellt werden können.
Gemäß einer Variante der Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Unterteilens der Gesamtproduktionssequenz gemäß der Unterteilung der Produktionssequenzen. Wird eine Produktionssequenz aufgrund des gerichteten Graphenmodells unterteilt, so wird auch die darauf basierende Gesamtproduktionssequenz entsprechend geteilt.
In einer alternativen erfindungsgemäßen Variante zu dem Erstellen eines gerichteten Graphenmodells können auch gerichtete Listen, insbesondere Listen von gerichteten Vektoren, gerichteten Adjazenzmatrizen, oder vergleichbaren gerichtete Datenstrukturen zur Erfassung von Beziehungsgeflechten genutzt werden.
Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Variante umfasst das Verfahren den Schritt des Filterns der Produktionsliste und/oder der Teilproduktionslisten, insbesondere bezüglich der Liefertermine. Das Filtern der Produktionslisten und/oder Teilproduktionslisten erfolgt dabei vorzugsweise vor dem Analysieren der Teilproduktionslisten. Die Filterung erfolgt insbesondere auf Basis von Lieferterminen der in der Produktionsanlage herzustellenden Produkte. Durch das Filtern können beispielsweise herzustellende Produkte aussortiert werden, welche aktuell nicht zeitkritisch sind und erst zu einem späteren Zeitpunkt bei der Planung der Produktion in der Produktionsanlage berücksichtigt werden können bzw. müssen. Das Ergebnis der Filterung ist somit eine Liste von für die aktuelle Prozesssituation relevanter Produkte, welche in der Produktionsanlage herzustellen sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer Produktionsanlage mit mehreren separaten aufeinanderfolgenden Anlagenteilen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2a-2d detaillierte Beispiele für Graphenmodelle von Produktionssequenzen und Überlagerung der Graphenmodelle zur Bestimmung einer Gesamtproduktionssequenz, und
3a-3d reduzierte Beispiele für Graphenmodelle von Produktionssequenzen und daraus abgeleitete Gesamtproduktionssequenzen.

1 zeigt eine schematische Ansicht einer Produktionsanlage 1 mit mehreren aufeinanderfolgenden Anlagenteilen 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Produktionsanlage 1 ist dabei zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Planung einer Produktion in der Produktionsanlage 1 ausgebildet. Bei der Produktionsanlage 1 aus 1 handelt es sich um eine metallurgische Produktionsanlage 1 zur Erzeugung von Industriegütern wie metallischem Halbzeug und/oder metallischen Endprodukten. In dem ersten Ausführungsbeispiel aus 1 umfasst die Produktionsanlage 1 drei separate aufeinanderfolgende Anlagenteil 2, nämlich in der Reihenfolge von oben nach unten: eine Gießwalzanlage, eine Beiz-Tandemstraße und eine Feuerverzinkung.
Die Anlagenteile 2 sind rein exemplarisch ausgewählt und der übersichthalber auf drei beschränkt. Grundsätzlich ist die Anzahl und Art der Anlagenteile 2 nicht beschränkt und betrifft beispielsweise Hochöfen, Sinteranlagen, Konverter, Lichtbogenöfen, Induktionsöfen, Pfannenöfen, Vakuumbehandlungsanlagen, Pulververdüsungsanlagen, Stranggießmaschinen, Block- oder Formgießereien, Warmwalzwerke, Kaltwalzwerke, Beizanlagen, Umwickellinien, Strahlanlagen, Verzinkungslinien, Verzinnungslinien, Lackierlinien, Längsteillinien, Querteillinien, Adjustagelinien, Schmiedepressen, Gesenkschmieden, Wiedererwärmungsöfen, Wärmebehandlungslinien, Haubenglühen, oder dergleichen.
Insbesondere wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Stahl, nicht-Eisen Metallen, Brammen, Blöcken, Stäben, Bändern, Blechen, Rohren, Trägern, Schmiedestücken oder dergleichen verwendet. Das Verfahren umfasst dabei beispielsweise einen oder mehrere der folgenden Prozessschritte: Schmelzen, Gießen, Warmumformung, Kaltumformung, Beizen, Beschichten, oder dergleichen.
Die in der Produktionsanlage 1 herzustellenden Produkte P1, P2, P3, P4, P5 liegen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aus 1 in einer Produktionsliste 3 vor. Aus der Produktionsliste 3 können Teilproduktionslisten 4 für die separaten aufeinanderfolgenden Anlagenteile 2 ermittelt werden. Die Produktionsliste 3 kann auch zukünftig erwartete Aufträge enthalten, also Produkte P1, P2, P3, P4, P5 die wahrscheinlich in der Zukunft hergestellt werden sollen.
Zur Planung der Produktion in der aus den separaten aufeinanderfolgenden Anlagenteilen 2 bestehenden Produktionsanlage 1 werden für die Anlagenteile 2 die Teilproduktionslisten analysiert und Produktionssequenzen für die entsprechenden Anlagenteile 2 bestimmt. In jeder Produktionssequenz sind die in dem entsprechenden Anlagenteil 2 herstellbaren Produkte P1, P2, P3, P4, P5 zusammengefasst, die ohne Produktionseinschränkung oder Produktionsunterbrechung in dem Anlagenteil 2 hergestellt werden können. In den Teilproduktionslisten 4 aufgeführten Produkte P1, P2, P3, P4, P5 werden also dahingehend analysiert, ob diese unterbrechungsfrei in dem Anlagenteil 2 hergestellt werden. Alle unterbrechungsfrei herstellbaren Produkte P1, P2, P3, P4, P5 der Teilproduktionsliste 4 werden in einer Produktionssequenz zusammengefasst. Die Teilproduktionsliste 4 wird folglich in mehrere Produktionssequenzen unterteilt, wobei jede Produktionssequenz von dem Anlagenteil unterbrechungsfrei ausgeführt werden kann. Ein Produkt wird insbesondere dann einer Produktionssequenz eines Anlagenteils 2 zugeordnet, wenn das Produkt ohne Produktionseinschränkung oder Produktionsunterbrechung vor oder nach einem in der Produktionssequenz enthaltenen Produkt herstellbar ist.
Nach einer vorteilhaften Variante der Erfindung werden für die separaten Anlagenteile 2 Grenzwerte für Produkteigenschaften festgelegt, die eine Produktionseinschränkung oder Produktionsunterbrechung bedingen. Dadurch lassen sich die Teilproduktionslisten 4 einfach und schnell in die Produktionssequenzen gruppieren.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Planung der Produktion in der Produktionsanlage 1 werden die Produktionssequenzen der Anlagenteile 2 analysiert, um Produkte P1, P2, P3, P4, P5 zu identifizieren, die in allen Anlagenteilen 2 in einer gemeinsamen Produktionssequenz enthalten sind. Auf Basis dieser Analyse wird eine Gesamtproduktionssequenz bestimmt, welche die Produkte P1, P2, P3, P4, P5 enthält, die für alle Anlagenteile 2 in einer gemeinsamen Produktionssequenz enthalten sind. Die Gesamtproduktionssequenz gewährleistet also, dass die darin enthaltenen Produkte P1, P2, P3, P4, P5 auf allen Anlagenteilen 2 unterbrechungsfrei hergestellt werden können.
Zweckmäßigerweise werden dabei in einer Gesamtproduktionssequenz nur Produkte P1, P2, P3, P4, P5 berücksichtigt, die eine Produktion in denselben aufeinanderfolgenden Anlagenteilen 2 erfordern. Gleichzeitig können die Produktionssequenzen der Anlagenteile 2 zumindest teilweise Produkte P1, P2, P3, P4, P5 enthalten, die Bestandteil unterschiedlicher Gesamtproduktionssequenzen sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Planung der Produktion in der aus mehreren separaten aufeinanderfolgenden Anlagenteilen 2 bestehenden Produktionsanlage 1 umfasst vorzugsweise das Optimieren von mehreren Gesamtproduktionssequenzen zur Bestimmung einer Masterproduktionssequenz, welche vorzugsweise alle in der Produktionsanlage 1 herzustellenden Produkte P1, P2, P3, P4, P5 aus der Produktionsliste 3 bzw. den Teilproduktionslisten 4 umfasst. Es werden also nicht nur Gesamtproduktionssequenzen bestimmt, welche die Herstellung der darin enthaltenen Produkte P1, P2, P3, P4, P5 über alle Anlagenteile 2 der Produktionsanlage 1 optimieren, sondern es wird auch die Ausführung der mehreren Gesamtproduktionsanlagen in den Anlagenteilen 2 der Produktionsanlage 1 optimiert.
Bei der Bestimmung der Masterproduktionssequenz werden beispielsweise die Anzahl, das Gewicht, das Volumen oder ähnliche Eigenschaften von Produkten P1, P2, P3, P4, P5 berücksichtigt, die im Rahmen einer Produktionssequenz frühzeitig hergestellt werden, aber erst zu einem späteren Zeitpunkt in nachfolgenden Gesamtproduktionssequenzen weiter berücksichtigt werden. Weiterhin können diesbezüglich Lagerkapazitäten der Produktionsanlage 1, der Anlagenteile 2, von Zwischenlagern oder dergleichen berücksichtigt werden.
Das Optimieren von mehreren Gesamtproduktionssequenzen zur Bestimmung der Masterproduktionssequenz basiert beispielsweise auf einem Algorithmus zur Lösung des Job-Shop-Problems, insbesondere auf einem Algorithmus aus dem Bereich der gemischt-ganzzahligen Optimierung, der genetischen Optimierung, der heuristischen Verfahren aus dem Operation Research wie particle swarm, simulated annealing, tabu search, predator-prey, oder vergleichbaren Algorithmen.
Die Bestimmung der Masterproduktionssequenz kann vorwärts oder rückwärts entlang der entsprechenden Prozesskette erfolgen.
Bei der Bestimmung der wenigstens einen Gesamtproduktionssequenz und/oder der Masterproduktionssequenz kann eine Priorisierung der Anlagenteile 2 berücksichtigt werden. Die Priorisierung basiert beispielsweise auf der Wertschöpfung, Auslastung oder anderen Eigenschaften der Anlagenteile 2.
Gemäß einer vorteilhaften Variante der Erfindung umfasst das Verfahren den Schritt des Überprüfens der Produktionssequenzen für die entsprechenden Anlagenteile 2 auf eine tatsächlich unterbrechungsfreie Ausführung in dem entsprechenden Anlagenteil 2. Die Produkte P1, P2, P3, P4, P5 in einer Produktionssequenz sind zwar theoretisch unterbrechungsfrei in dem Anlagenteil 2 ausführbar, jedoch ist es durchaus möglich, dass die Produktionssequenz insgesamt zu lang ist und nicht unterbrechungsfrei ausgeführt werden kann. Beispielsweise können Wartungsarbeiten an dem Anlagenteil 2 während der Produktionssequenz anstehen, so dass die Produktionssequenz für die Wartungsarbeiten unterbrochen werden muss. Daher werden bei der Überprüfung die betrieblichen Gegebenheiten und Abläufe des entsprechenden Anlagenteils 2 berücksichtigt, insbesondere werden notwendige Wartungsstillstände, Austausch von Betriebswechselteilen, oder dergleichen berücksichtigt.
Sollte eine unterbrechungsfreie Ausführung in dem Anlagenteil 2 nicht möglich sein, wird die entsprechende Produktionssequenz vorzugsweise geteilt. Die Einbindung der zu teilenden Produktionssequenz in einer Gesamtproduktionssequenz wird beim Teilen berücksichtigt, so dass vorzugsweise ein Teilen der Gesamtproduktionssequenz vermieden wird.
Nachdem mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens die Gesamtproduktionssequenzen und ggf. der Masterproduktionssequenz bestimmt wurden, können für die Anlagenteile 2 die entsprechende Abarbeitung der Produktionssequenzen durch den Anlagenteil 2 optimiert werden. Es wird also für jeden Anlagenteil 2 bestimmt, in welcher Reihenfolge die Produkte P1, P2, P3, P4, P5 der Produktionssequenz hergestellt werden. Beispielsweise erfolgt eine Sortierung nach einer oder mehrerer Produkteigenschaften. Die Optimierung basiert beispielsweise auf einem Algorithmus zur Lösung des Travelling-Salesman-Problems, insbesondere auf einem Algorithmus aus dem Bereich der gemischt-ganzzahligen Optimierung, der genetischen Optimierung, der heuristischen Verfahren aus dem Operation Research wie particle swarm, simulated annealing, tabu search, predator-prey, oder vergleichbaren Algorithmen.
Bei der Planung der Produktion in der Produktionsanlage 1 kann das erfindungsgemäße Verfahren die Ausgangsmaterialien und deren Zustände für die herzustellenden Produkte P1, P2, P3, P4, P5 berücksichtigen. Dadurch lässt sich die Wirtschaftlichkeit der Produktionsanlage 1 weiter optimieren, da beispielsweise in den Ausgangsmaterialien gebundenes Kapital berücksichtigen lässt.
Nach einer weiteren Variante der Erfindung umfasst das Verfahren das Festlegen eines Zeithorizonts für die Ausführung des Verfahrens, insbesondere der Herstellung der Produkte P1, P2, P3, P4, P5 aus der Produktionsliste 3 und/oder der Teilproduktionslisten 4. Wenn in dem festgelegten Zeithorizont noch Produktionskapazitäten zur Verfügung stehen, kann beispielsweise zu einem späteren Zeitpunkt die laufende Produktion angepasst werden.
In einer besonders vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein neues herzustellendes Produkt in bestehende Produktionssequenzen und/oder eine Gesamtproduktionssequenz eingefügt werden. Dabei werden insbesondere Fälligkeitstermine der einzufügenden Produkte P1, P2, P3, P4, P5, Produkteigenschaften oder dergleichen berücksichtigt. Ein neu herzustellendes Produkt wird vorzugsweise nur dann in eine bestehende Gesamtproduktionssequenz aufgenommen, wenn sich dadurch die Gesamtproduktionssequenz nicht unnötig verzögert, insbesondere eine Trennung der Gesamtproduktionssequenz verursacht. Ein neu herzustellendes Produkt wird insbesondere dann eingefügt, wenn dadurch zwei bestehende Gesamtproduktionssequenzen verknüpft werden können.
Zweckmäßigerweise wird das Verfahren iterativ ausgeführt, insbesondere auf einer fixen zeitlichen Basis oder nach bestimmten Ereignissen wie Abschluss eines Optimierungslaufs, Zustandsänderungen, Eingang neuer Aufträge, oder dergleichen.
Gemäß einer vorteilhaften Variante der Erfindung wird bei der Bestimmung von Produktionssequenzen berücksichtigt, wenn zwei Produkte P1, P2, P3, P4, P5 nur in einer vorgegebenen Reihenfolge ohne Produktionseinschränkung oder Produktionsunterbrechung hergestellt werden können.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung umfasst das Analysieren der Teilproduktionslisten 4 zur Bestimmung von Produktionssequenzen für die entsprechenden Anlagenteile 2 das Erstellen von Graphenmodellen für die Anlagenteile 2. In den Graphenmodellen werden die in den Teilproduktionslisten 4 enthaltenen Produkte P1, P2, P3, P4, P5 durch einen Knoten in dem Graphenmodell repräsentieren. Die Knoten werden miteinander über eine Kante verbunden, wenn die entsprechenden Produkte P1, P2, P3, P4, P5 ohne Produktionseinschränkung oder Produktionsunterbrechung in dem Anlagenteil 2 hergestellt werden können.
Die 2a bis 2c zeigen detaillierte Beispiele für Graphenmodelle von Produktionssequenzen für die drei Anlagenteile 2 der Produktionsanlage 1 aus 1 und 2d zeigt eine Überlagerung der Graphenmodelle aus den 2a bis 2c zur Bestimmung einer Gesamtproduktionssequenz. In den 2a bis 2d repräsentiert die Winkelposition eines Knotens den Kohlenstoff des zugehörigen Produkts und der Radius repräsentiert die Bandbreite des zugehörigen Produkts. 2a zeigt dabei das Graphenmodell für die Gießwalzanlage, welche der erste Anlagenteil 2 der Produktionsanlage aus 1 ist. Die für die Analyse der Teilproduktionslisten 4 und die Bestimmung von Produktionssequenzen für diesen Anlagenteil 2 relevanten Parameter sind die Stahlgüte, der Kohlenstoffgehalt, Breitenänderungen und Dickenänderungen. Wie sich 2a entnehmen lässt werden Produkte P1, P2, P3, P4, P5 mit ähnlichem Kohlstoffgehalt (Winkelposition) und Abmessungen (Radiusposition) in Produktionssequenzen für die Gießwalzanlage zusammengefasst, da diese unterbrechungsfrei in der Gießwalzanlage hergestellt werden können.
2b zeigt das Graphenmodell für die Beiz-Tandemstraße, welche der zweite Anlagenteil 2 der Produktionsanlage 1 aus 1 ist. Die für die Analyse der teilproduktionslisten 4 und die Bestimmung von Produktionssequenzen für diesen Anlagenteil 2 relevanten Parameter sind unterschiedliche Beizgeschwindigkeiten, Breitenänderungen, Dickenänderungen am Einlauf, Dickenänderungen am Auslauf und Querschnittsänderungen. Wie sich der 2b entnehmen lässt werden Produkte P1, P2, P3, P4, P5 mit ähnlichen Abmessungen (Radiusposition) in Produktionssequenzen für die Beiz-Tandemstraße zusammengefasst, da diese unterbrechungsfrei in der Gießwalzanlage hergestellt werden können. Der Kohlstoffgehalt (Winkelposition) ist bezüglich der Beiz-Tandemstraße weniger relevant als für die Gießwalzanlage.
2c zeigt dabei das Graphenmodell für die Feuerverzinkungsanlage, welche der dritte und letzte Anlagenteil 2 der Produktionsanlage aus 1 ist. Die für die Analyse der Teilproduktionslisten 4 und die Bestimmung von Produktionssequenzen für diesen Anlagenteil 2 relevanten Parameter sind die Glühbehandlung, der Kohlenstoffgehalt, Dickenänderungen, Breitenänderungen und Querschnittsänderungen. Wie sich 2c entnehmen lässt werden Produkte P1, P2, P3, P4, P5 mit vergleichbarem Kohlstoffgehalt (Winkelposition) und ähnlichen Abmessungen (Radiusposition) in Produktionssequenzen für die Feuerverzinkungsanlage zusammengefasst, da diese unterbrechungsfrei in der Feuerverzinkungsanlage hergestellt werden können.
Bezüglich der 2a bis 2c ist ferner anzumerken, dass die in den einzelnen Anlagenteilen 2 herzustellenden Produkte P1, P2, P3, P4, P5 abnimmt, da nicht jedes gegossene Produkt gebeizt oder gar feuerverzinkt wird. Es ist auch möglich, dass Zwischenprodukte bereits nach einem Bearbeitungsschritt verkauft werden.
2d zeigt eine Überlagerung der Graphenmodelle aus den 2a bis 2c, wobei das Graphenmodell der Gießwalzanlage unten abgebildet ist, dass Graphenmodell der Beiz-Tandemstraße in der Mitte und das Graphenmodell der Feuerverzinkung oben. Aus der Überlagerung können Gesamtproduktionssequenzen abgeleitet werden, wobei eine Gesamtproduktionssequenzen nur Produkte P1, P2, P3, P4, P5 enthält, die in allen drei Anlagenteilen 2 jeweils in einer gemeinsamen Produktionssequenz enthalten sind.
Die 3a bis 3d zeigen reduzierte Beispiele für Graphenmodelle von Produktionssequenzen für die drei Anlagenteile 2 aus 1 und 2 und eine daraus abgeleitete Gesamtproduktionssequenzen.
3a zeigt, dass in der Gießwalzanlage in einer ersten Produktionssequenz die Produkte P1, P2 und P3 enthalten sind und in einer zweiten Produktionssequenz die Produkte P4 und P5.
3b zeigt, dass in der Beiz-Tandemstraße die Produkte P1 bis P5 in einer Produktionssequenz herstellbar sind.
3c zeigt, dass in der Feuerverzinkungsanlage in einer ersten Produktionssequenz die Produkte P1 und P2 enthalten sind und in einer zweiten Produktionssequenz die Produkte P3, P4 und P5.
Daraus ergeben sie die drei Gesamtproduktionssequenzen aus 3d. Die erste Gesamtproduktionssequenz umfasst die Produkte P1 und P2, die zweite Gesamtproduktionssequenz das Produkt P3 und die dritte Gesamtproduktionssequenz die Produkte P4 und P5.
Aus diesem drei Gesamtproduktionssequenzen lässt sich eine Masterproduktionssequenz für die Produktionsanlage 1 mit den drei Anlagenteilen 2 bestimmen.
Als erstes wird beispielsweise die Gesamtproduktionssequenz für die Produkte P1 und P2 ausgeführt, welche auch allen Anlagenteilen 2 unterbrechungsfrei ausgeführt werden kann.
Da das Produkt P3 bezüglich der Gießwalzanlage mit den Produkten P1 und P2 in einer Produktionssequenz enthalten ist, also unterbrechungsfrei mit hergestellt werden kann, wird in der Gießwalzanlage auch direkt das Produkt P3 hergestellt und ggf. gelagert. Bezüglich der Beiz-Tandemstraße ist das Produkt P3 mit den Produkten P4 und P5 in einer Produktionssequenz, also unterbrechungsfrei mit diesen herstellbar. Daher wird das Produkt P3 gelagert bis in der Gießwalzanlage die Produkte P4 und p5 hergestellt wurden. Nachfolgend können in der Beiz-Tandemstraße die Produkte P3 bis P5 hergestellt werden. Da die Produkte P3 bis P5 auch in der Feuerverzinkung in einer Produktionssequenz enthalten sind, also unterbrechungsfrei herstellbar sind, enthält die so bestimmte Masterproduktionssequenz im Wesentlichen nur die Unterbrechung bezüglich des Wechsels zwischen den zwei Produktionssequenzen in der Gießwalzanlage. Die Unterbrechung in der Feuerverzinkung wird zumindest teilweise oder sogar ganz durch die Zwischenlagerung des Produkts P3 nach der ersten Produktionssequenz in der Gießwalzanlage kompensiert.
Alternativ zu den Graphenmodellen kann das Analysieren der Teilproduktionslisten 4 zur Bestimmung von Produktionssequenzen für die entsprechenden Anlagenteile 2 das Erstellen von Listen, insbesondere Listen von Vektoren, Adjazenzmatrizen, oder vergleichbaren Datenstrukturen zur Erfassung von Beziehungsgeflechten umfasst.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Variante wird bei der Bestimmung von Produktionssequenzen berücksichtigt, dass zwei Produkte P1, P2, P3, P4, P5 nur in einer vorgegebenen Reihenfolge ohne Produktionseinschränkung oder Produktionsunterbrechung hergestellt werden können. Diesbezüglich werden beispielsweise in einem Graphenmodell die Knoten miteinander über eine gerichtete Kante verbunden werden, wenn die entsprechenden Produkte P1, P2, P3, P4, P5 in der entsprechenden Produktionsreihenfolge ohne Produktionseinschränkung oder Produktionsunterbrechung in dem Anlagenteil hergestellt werden können. Das Bestimmen von Gesamtproduktionssequenzen entspricht in diesem Fall dem Auffinden von sogenannten Hamilton-Pfaden.
Bezugszeichenliste

1: Produktionsanlage
2: Anlagenteil
3: Produktionsliste
4: Teilproduktionsliste
P1: Produkt
P2: Produkt
P3: Produkt
P4: Produkt
P5: Produkt

Claims

Verfahren zur Planung einer Produktion in einer aus mehreren separaten aufeinanderfolgenden Anlagenteilen (2) bestehenden Produktionsanlage (1), insbesondere einer metallurgischen Produktionsanlage (1) zur Erzeugung von Industriegütern wie metallischem Halbzeug und/oder metallischen Endprodukten, wobei die in der Produktionsanlage (1) herzustellenden Produkte (P1, P2, P3, P4, P5) in einer Produktionsliste (3) vorliegen und/oder Teilproduktionslisten (4) für die separaten aufeinanderfolgenden Anlagenteile (2) vorliegen oder aus der Produktionsliste (3) ermittelt werden, umfassend die Schritte: Analysieren der Teilproduktionslisten (4) und Bestimmung von Produktionssequenzen für die entsprechenden Anlagenteile (2), wobei in jeder Produktionssequenz die in dem entsprechenden Anlagenteil (2) herstellbaren Produkte (P1, P2, P3, P4, P5) zusammengefasst sind, die ohne Produktionseinschränkung oder Produktionsunterbrechung in dem Anlagenteil (2) hergestellt werden können, Analysieren der Produktionssequenzen der Anlagenteile (2) und Bestimmung wenigstens einer Gesamtproduktionssequenz für die Produktionsanlage (1), wobei in einer Gesamtproduktionssequenz Produkte (P1, P2, P3, P4, P5) enthalten sind, die für alle Anlagenteile (2) in einer gemeinsamen Produktionssequenz enthalten sind.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend das Festlegen von Grenzwerten für Produkteigenschaften in den separaten Anlagenteilen (2) die eine Produktionseinschränkung oder Produktionsunterbrechung bedingen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Analysieren der Teilproduktionslisten (4) zur Bestimmung von Produktionssequenzen für die entsprechenden Anlagenteile (2) das Erstellen von Graphenmodellen für die Anlagenteile (2) umfasst, wobei in einem Graphenmodell die in den Teilproduktionslisten (4) enthaltenen Produkte (P1, P2, P3, P4, P5) einen Knoten in dem Graphenmodell repräsentieren und die Knoten miteinander über eine Kante verbunden werden, wenn die entsprechenden Produkte (P1, P2, P3, P4, P5) ohne Produktionseinschränkung oder Produktionsunterbrechung in dem Anlagenteil (2) hergestellt werden können.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Analysieren der Produktionssequenzen der Anlagenteile zur Bestimmung wenigstens einer Gesamtproduktionssequenz für die Produktionsanlage das Auswerten der Graphenmodelle für die Anlagenteile umfasst, wobei Produkte (P1, P2, P3, P4, P5) in einer Gesamtproduktionssequenz aufgenommen werden, wenn diese Produkte (P1, P2, P3, P4, P5) für alle Anlagenteile in den entsprechenden Graphenmodellen über eine Kante verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Analysieren der Teilproduktionslisten (4) zur Bestimmung von Produktionssequenzen für die entsprechenden Anlagenteile (2) das Erstellen von Listen, insbesondere Listen von Vektoren, Adjazenzmatrizen, oder vergleichbaren Datenstrukturen zur Erfassung von Beziehungsgeflechten umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend das Optimieren von mehreren Gesamtproduktionssequenzen zur Bestimmung einer Masterproduktionssequenz, welche vorzugsweise alle in der Produktionsanlage (1) herzustellenden Produkte (P1, P2, P3, P4, P5) aus der Produktionsliste (3) und/oder den Teilproduktionslisten (4) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei bei der Bestimmung der Masterproduktionssequenz die Anzahl, das Gewicht, das Volumen oder ähnlicher Eigenschaften von Produkten (P1, P2, P3, P4, P5) berücksichtigt werden, die im Rahmen einer Produktionssequenz frühzeitig hergestellt werden, aber erst zu einem späteren Zeitpunkt in nachfolgenden Gesamtproduktionssequenzen weiter berücksichtigt werden und/oder von Lagerkapazitäten der Produktionsanlage (1), der Anlagenteile (2), von Zwischenlagern oder dergleichen.
Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, umfassend den Schritt des Bestimmens von Produktionsstartzeitpunkten und Produktionsendzeitpunkten für die der Produktionsliste (3) oder in den Teilproduktionslisten (4) aufgeführten herzustellenden Produkte (P1, P2, P3, P4, P5).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei bei der Bestimmung der wenigstens einen Gesamtproduktionssequenz und/oder der Masterproduktionssequenz eine Priorisierung der Anlagenteile (2) berücksichtigt wird, wobei die Priorisierung insbesondere auf der Wertschöpfung, Auslastung oder anderen Eigenschaften der Anlagenteile (2) basiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend das Überprüfen der Produktionssequenzen für die entsprechenden Anlagenteile (2) auf eine tatsächlich unterbrechungsfreie Ausführung in dem entsprechenden Anlagenteil (2), wobei bei der Überprüfung vorzugsweise die betrieblichen Gegebenheiten und Abläufe des entsprechenden Anlagenteils (2) berücksichtigt werden, insbesondere notwendige Wartungsstillstände, Austausch von Betriebswechselteilen, oder dergleichen.
Verfahren nach Anspruch 10, umfassend das Teilen von Produktionssequenzen, wenn eine tatsächlich unterbrechungsfreie Ausführung in dem entsprechenden Anlagenteil (2) nicht möglich ist, wobei insbesondere die Einbindung der zu teilenden Produktionssequenz in einer Gesamtproduktionssequenz beim Teilen berücksichtigt wird, so dass vorzugsweise ein Teilen der Gesamtproduktionssequenz vermieden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend das Optimieren der Produktionssequenzen für die Anlagenteile (2) hinsichtlich der Abarbeitung durch den entsprechenden Anlagenteil (2).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Verfahren die Ausgangsmaterialien und deren Zustände für die herzustellenden Produkte (P1, P2, P3, P4, P5) berücksichtigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, umfassend das Einfügen eines neuen herzustellenden Produkts in bestehende Produktionssequenzen und/oder eine Gesamtproduktionssequenz, wobei bei dem Einfügen insbesondere der Fälligkeitstermin des neuen herzustellenden Produkts, die Produkteigenschaften oder dergleichen berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, umfassend das Berücksichtigen bei der Bestimmung von Produktionssequenzen, dass zwei Produkte (P1, P2, P3, P4, P5) nur in einer vorgegebenen Reihenfolge ohne Produktionseinschränkung oder Produktionsunterbrechung hergestellt werden können.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Analysieren der Teilproduktionslisten zur Bestimmung von Produktionssequenzen für den entsprechenden Anlagenteil das Erstellen von Graphenmodellen für den Anlagenteil umfasst, wobei in einem Graphenmodell die in den Teilproduktionslisten enthaltenen Produkte (P1, P2, P3, P4, P5) einen Knoten in dem Graphenmodell repräsentieren und die Knoten miteinander über eine gerichtete Kante verbunden werden, wenn die entsprechenden Produkte (P1, P2, P3, P4, P5) in der entsprechenden Produktionsreihenfolge ohne Produktionseinschränkung oder Produktionsunterbrechung in dem Anlagenteil hergestellt werden können.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Analysieren der Produktionssequenzen der Anlagenteile zur Bestimmung wenigstens einer Gesamtproduktionssequenz für die Produktionsanlage das Auswerten der Graphenmodelle für die Anlagenteile umfasst, wobei Produkte (P1, P2, P3, P4, P5) in einer Gesamtproduktionssequenz aufgenommen werden, wenn diese Produkte (P1, P2, P3, P4, P5) für alle Anlagenteile in den entsprechenden Graphenmodellen über gerichtete Kanten verbunden sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, weiterhin umfassend den Schritt des Filterns der Produktionsliste (3) und/oder der Teilproduktionslisten (4), insbesondere bezüglich der Lieferterm ine.
System zur Planung einer Produktion in einer aus mehreren separaten aufeinanderfolgenden Anlagenteilen bestehenden Produktionsanlage, insbesondere einer metallurgischen Produktionsanlage zur Erzeugung von Industriegütern wie metallischem Halbzeug und/oder metallischen Endprodukten, wobei die in der Produktionsanlage (1) herzustellenden Produkte (P1, P2, P3, P4, P5) in einer Produktionsliste (3) vorliegen und/oder Teilproduktionslisten (4) für die separaten aufeinanderfolgenden Anlagenteile (2) vorliegen oder aus der Produktionsliste (3) ermittelt werden, umfassend eine zentrale Datenverarbeitungseinrichtung mit Kommunikationsschnittstellen zu den Anlagenteilen (2), dadurch gekennzeichnet, dass das System zur Ausführung des Verfahrensnach einem der Ansprüche 1 bis 18 ausgebildet ist.
Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 auszuführen.