DE10219322A1

DE10219322A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Planung eines industriellen Prozesses

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Publication number: DE10219322A1
Application number: DE10219322A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Buervenich; Gerhard Dachtler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2002-04-30
Publication date: 2003-11-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur auf Mittel der elektronischen Datenverarbeitung gestützten Planung eines industriellen Prozesses, insbesondere eines solchen Prozesses, bei dem Metall bearbeitet bzw. veredelt wird. Dabei werden jeweils auf der Basis eines Produkt-Mix (63) für einen oder mehrere Teilprozesse (P) des industriellen Prozesses unter Berücksichtigung des Lagerbestandes (61) und verfügbarer Kapazitäten (62) Prioritäten (67, 68) für die Bearbeitung im Rahmen der Teilprozesse (P) ermittelt. Im Rahmen des Planungsverfahrens werden Arbeitsprogramme (65) für die Teilprozesse (P) derart erstellt, dass weitestgehend alle Bearbeitungsvorrichtungen des industriellen Prozesses stets mit Material (M) versorgt sind und optimal ausgelastet werden, wobei beim Erstellen von Arbeitsprogrammen (65) außer den zuvor genannten Faktoren auch Stammdaten (70) und Bedienerwünsche (71) in die Planung miteinbezogen werden können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur auf Mittel der elektronischen Datenverarbeitung gestützten Planung eines industriellen Prozesses, insbesondere eines solchen Prozesses, bei dem Metall bearbeitet bzw. veredelt wird.
Industrielle Prozesse bestehen aus einem Netzwerk von Teilprozessen. Bei einem industriellen Prozess, in dem Material bearbeitet wird, werden die Teilprozesse, insbesondere hinsichtlich ihrer Abfolge und Ausgestaltung, von einer Vielzahl von Faktoren bestimmt. Zum einen haben einzelne Teilprozesse unterschiedliche produkt- bzw. materialabhängige Aufgaben und unterliegen unterschiedlichen Beschränkungen, die von technologischen Anforderungen, Verbrauch und Zustand von Ressourcen sowie den Möglichkeiten der eingesetzten Bearbeitungsvorrichtungen abhängen. Zum anderen bestehen komplexe Abhängigkeiten der Teilprozesse untereinander, die unter anderem durch übergeordnete Zielsetzungen, die Nutzung von gemeinsamen Betriebsmitteln und einem die Teilprozesse übergreifenden Materialfluss bedingt sein können.
Es ergibt sich die Notwendigkeit zur Planung des industriellen Prozesses und seiner Teilprozesse. Die Prozessplanung muss vor allem derart erfolgen, dass zu bearbeitende Produkte hinsichtlich einzuhaltender Fertigungstermine fristgerecht bereitgestellt werden. Dabei können die Materialien eines Auftrags nicht immer zusammen bearbeitet werde. So kann ein Auftrag beispielsweise auseinandergerissen werden, wenn Störungen auftreten und/oder Qualitätsmängel die Neu- oder Nachbearbeitungen von Materialstücken erfordern. Auch mengenmäßige Bearbeitungsrestriktionen eines Teilprozesses können Auftragswechsel erzwingen.
Gemäß den vorangegangenen Ausführungen muss ein Planungsverfahren der eingangs genannten Art der Anforderung gerecht werden, eine zeitgerechte Produktion im Hinblick auf Fertigungs- bzw. Liefertermine zu gewährleisten, wobei sowohl der hohen Komplexität des Prozesses als auch technischen und technologischen Sachzwängen Rechnung getragen werden muss.
Gegenwärtig existierende Planungsverfahren beruhen im Allgemeinen auf mathematischer Modellbildung. So wird, z. B. bei Verfahren der finiten Kapazitätsplanung, durch Aufnahme von immer mehr material- bzw. anlagenbezogenen Größen in die Planungsalgorithmen versucht, sich in der Planung der Realität unter Berücksichtigung möglichst aller vorhersehbaren Besonderheiten immer mehr anzunähern. Ein derartiges Verfahren und ein System zur Kapazitätszuweisung in einer Fertigungsumgebung wird in der US 5,548,518 beschrieben.
Zum Stand der Technik gehörende Planungsverfahren arbeiten unter anderem auch mit technischen und zeitorientierten Zielfunktionen. Die Aufnahme von immer mehr Planungsparametern und eine quasi vollständige Simulation aller Teilprozesse ist aber sehr zeitaufwendig und führt letztendlich nur zu einer Scheingenauigkeit. Da Ist- und Soll-Zustand immer voneinander abweichen, müssen Simulationen sehr oft wiederholt werden. Da sowohl der gegenwärtige Ist-Zustand möglichst exakt erfasst werden muss, als auch eine Vielzahl von Parametern und Optimierungszielen berücksichtigt werden müssen, steigt der Rechenaufwand in unverhältnismäßiger Weise und die Planungszeiten werden letztendlich größer als die eigentlichen Prozesszeiten, was die Umsetzung der Planungsergebnisse unmöglich macht. Die Reduzierung der Planungsparameter hat bisher nicht zu zufriedenstellenden Ergebnissen geführt.
Ein weiterer Nachteil existierender Planungsverfahren ist ebenfalls durch ihre hohe Komplexität bedingt, die einen zweckmäßigen menschlichen Eingriff, beispielsweise bei Störungen, erschwert.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart bereitzustellen, dass dem zuvor beschriebenen Anforderungsprofil Rechnung getragen wird, dass die Nachteile zum Stand der Technik gehörender Planungssysteme vermieden werden, und dass insbesondere die im industriellen Prozess eingesetzten Bearbeitungsvorrichtungen optimal mit Material versorgt werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur auf Mittel der elektronischen Datenverarbeitung gestützten Planung eines industriellen Prozesses, der mindestens einen Teilprozess aufweist, dem Material als Eingangsmaterial zugeführt wird und im Rahmen dessen Material als Ausgangsmaterial bereitgestellt wird, wobei mindestens ein Teilprozess einem oder mehreren Teilprozessen nachgeordnet ist, dessen oder deren Ausgangsmaterial als Eingangsmaterial für den mindestens einen nachgeordneten Prozess verwendet wird, wobei für mindestens einen Teilprozess ein Produkt-Mix bestimmt und für eine Planungsperiode ein Arbeitsprogramm aufgrund des Produkt-Mix und einer Bearbeitungspriorität des Produkt-Mix erstellt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet eine optimale Ausnutzung der Ressourcen des industriellen Prozesses und vermeidet dabei eine aufwendige detaillierte Gesamtsimulation wodurch eine einfache und kostengünstige Planung ermöglicht wird. Durch das erfindungsgemäße Planungsverfahren wird sichergestellt, dass im Rahmen der Teilprozesse des industriellen Prozesses benötigtes Eingangsmaterial stets in bestmöglicher Weise zur Verfügung steht wodurch die Durchführung von effizienten und wirtschaftlichen Produktionsprogrammen ermöglicht wird. Diesbezüglich liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass der industrielle Prozess in seiner Gesamtheit nur dann optimal funktionieren kann, wenn stets gewährleistet ist, dass am Eingang möglichst aller Teilprozesse eine ausreichende Menge der für die Bearbeitung durch die Bearbeitungsvorrichtungen der Teilprozesse bestimmten Materialien in einer zweckmäßigen Reihenfolge zur Verfügung steht.
In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Bearbeitungspriorität eines Produkt-Mix für eine Planungsperiode unter Berücksichtigung von Materialprioritäten des dem entsprechenden Teilprozess für die Planungsperiode zur Verfügung stehenden Eingangsmaterials bestimmt. So kann ohne das Vorsehen von unnötig langen Pufferzeiten vermieden werden, dass Verzögerungen bei der Bearbeitung einzelner Materialstücke die Gesamtheit der Arbeitsprogramme negativ beeinflussen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird hinsichtlich der optimalen Ressourcenauslastung des industriellen Prozesses und seiner Teilprozesse weiter verbessert, in dem die Bearbeitungspriorität des Produkt-Mix eines Teilprozesses, im Rahmen dessen mindestens eine Bearbeitungsvorrichtung eingesetzt wird, für eine Planungsperiode unter Berücksichtigung der verfügbaren Kapazitäten der Bearbeitungsvorrichtung bestimmt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird hinsichtlich der Auslastung der Teilprozesse weiter verbessert, in dem das einem Teilprozess zur Verfügung stehende Eingangsmaterial gemäß dem Produkt-Mix des Teilprozesses geordnet wird.
Mit Vorteil wird das Arbeitsprogramm eines vorgeordneten Teilprozesses aufgrund des von den ein oder mehreren nachgeordneten Teilprozessen benötigten Eingangsmaterials erstellt. So wird die Wirtschaftlichkeit und Effizienz des industriellen Prozesses weiter gesteigert.
Zweckmäßigerweise wird das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgestaltet, dass bei der Erstellung eines Arbeitsprogramms eines oder mehrerer Teilprozesse für eine Planungsperiode Bedingungen berücksichtigt werden, die aus mindestens einem zeitlich vorangehenden Arbeitsprogramm eines oder mehrerer Teilprozesse hervorgehen. So können beispielsweise notwendige Übergangsbedingungen, die z. B. auf technische Vorgaben der Bearbeitungsvorrichtungen eines Teilprozesses zurückgehen, berücksichtigt werden.
Mit Vorteil wird das erfindungsgemäße Verfahren derart erweitert, dass für mindestens einen Teil des industriellen Prozesses unter Zuhilfenahme einer elektronischen Datenverarbeitungsvorrichtung eine Situationsprognose erstellt wird. Durch eine derartige Prognose erhöht sich die Transparenz des Planungsverfahrens und es werden Entscheidungsgrundlagen für ein korrigierendes menschliches Eingreifen vor Umsetzen der Planungsergebnisse bereitgestellt.
Zweckmäßiger Weise wird das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgestaltet, dass ein Arbeitsprogramm unter Berücksichtigung von Situationsprognosen erstellt wird. Auf diese Weise können beispielsweise einzelne für besonders relevant erachtete Situationsprognosen in die Prozessplanung einfließen, ohne dass sich die Komplexität des Planungsverfahrens in unangemessener Weise erhöht.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird für mindestens einen Teilprozess, im Rahmen dessen mindestens eine Bearbeitungsvorrichtung eingesetzt wird, das Arbeitsprogramm unter Berücksichtigung von Stammdaten der Bearbeitungsvorrichtung erstellt. Vorzugsweise sind diese Stammdaten pflegbar und das erfindungsgemäße Planungsverfahren kann auf diese Weise anlagenspezifisch optimiert werden.
Mit Vorteil wird das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgestaltet, dass beim Erstellen von Arbeitsprogrammen ein externer Planer beteiligt ist. Auf diese Weise wird dem Planungsverfahren zusätzliches Expertenwissen zur Verfügung gestellt.
Mit Vorteil ist das erfindungsgemäße Verfahren durch Dialoge beeinflussbar. Die Benutzerfreundlichkeit wird dabei vorzugsweise durch dialoggestützte Menüführung bzw. durch eine Mensch/Maschine-Schnittstelle gewährleistet. Ein in die Planung eingreifender Prozessbeteiligter oder ein externer Planer können so besonders effektiv am Planungsprozess mitwirken, um beispielsweise Verbesserungen vorzunehmen oder unvorhergesehene Störungen des industriellen Prozesses zu beheben.
Mit Vorteil wird das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgestaltet, dass es unter Zuhilfenahme von Datenfernübertragungsmitteln beeinflussbar ist. Unter einem Datenfernübertragungsmittel ist dabei insbesondere das Internet zu verstehen. Durch diese Ausgestaltung des Verfahrens wird eine kostengünstige Möglichkeit bereitgestellt, um beispielsweise eine Ferndiagnose bzw. -wartung durchzuführen und/oder externe Stellen an der Planung zu beteiligen. Mit Hilfe des Internet oder anderer geeigneter Datenfernübertragungsmittel können auch räumlich getrennte Teilprozesse in äußerst effizienter Weise als Planungsgegenstand in die Planung mit einbezogen werden.
Mit Vorteil wird das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgestaltet, dass es in vordefinierten Planungsschritten erfolgt. Vorzugsweise wird dabei für eine Teilmenge der Teilprozesse eine Planungsabfolge definiert und es werden Arbeitsprogramme nacheinander gemäß der Planungsabfolge für einzelne Teilprozesse erstellt. So wird anhand einer einfachen Vorgehensweise eine robuste Planung für den aus den einzelnen Teilprozessen bestehenden gesamten industriellen Prozess bereitgestellt.
Eine weitere Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe besteht in einer Vorrichtung gemäß Patentanspruch 14, deren Vorteile und mögliche Ausgestaltungen sich analog zu den Verfahrensansprüchen ergeben.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei werden der industrielle Prozess und seine Teilprozesse nachstehend anhand eines Beispiels aus der Metallindustrie beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 einen industriellen Prozess am Beispiel eines Werks für Kaltwalzen und Nachbehandlung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Zusammenhänge zwischen den Teilprozessen eines beispielhaften industriellen Prozesses;
Fig. 3 eine beispielhafte Übersicht möglicher Produktarten und durch die Produktarten betroffener Teilprozesse;
Fig. 4 Regeln für die Bildung eines Arbeitsprogramms am Beispiel der Beize;
Fig. 5 eine beispielhafte Definitionsgrundlage des Produkt- Mix einer Bearbeitungsvorrichtung;
Fig. 6 ein Beispiel für die Bildung einer Bearbeitungspriorität eines Produkt-Mix;
Fig. 7 ein Beispiel für das Erstellen eines Arbeitsprogramms.
Fig. 1 stellt den in einem Werk für Kaltwalzen und Oberflächenveredelung ablaufenden industriellen Prozess dar. Der Prozess wird dabei in Teilprozesse 1 bis 8, 10 bis 17 und 20 bis 23, zusammenfassend auch als P bezeichnet, aufgegliedert, deren Zusammenhänge in der Zeichnung stark vereinfacht dargestellt sind und die in einer am Materialfluss orientierten Abfolge abgebildet sind.
Bei den folgenden, werksintern ablaufenden Teilprozessen 10 bis 17 und 20 bis 23 wird Material mit Hilfe von mindestens einer Bearbeitungsvorrichtung bearbeitet:
Anbindung 10, Beizen 11, Besäumen 12, Ölen 13, Walzen 14, Glühen 15, Dressieren 16, Verzinken bzw. Feuerverzinken 17, Längsteilen 20, Besäumen 21, Querteilen (dick) 22 und Querteilen (dünn) 23.
Auch Prozesse 1 bis 8 wie Lagerung, Transport und/oder Versand bzw. Anlieferung, bei denen nicht unmittelbar Material bearbeitet wird, sind als Teilprozesse P zu verstehen. Teilprozesse können auch im Rahmen anderer industrieller Prozesse, also beispielsweise werksextern, ablaufen. In der Zeichnung dargestellt sind die interne und die externe Anlieferung 1 bzw. 2, 3 von Material sowie der Versand 4 bis 8 von bearbeiteten Produkten.
Tatsächlich sind die Zusammenhänge und der Materialfluss zwischen den einzelnen Teilprozessen P weitaus komplexer als in Fig. 1 dargestellt.
Fig. 2 illustriert die Komplexität des Materialflusses zwischen den Teilprozessen P im Zusammenhang mit der Zeit t. So wird am Beispiel einzelner Materialstücke oder Gruppen von Materialstücken 101 bis 111, zusammenfassend als M bezeichnet, gezeigt wie diese zu verschiedenen Zeiten t_-1, t₀, t₁, t₂, t₃, usw. die einzelnen Teilprozesse P durchlaufen. In der Zeichnung symbolisiert ein Rechteck ein einzelnes Materialstück oder eine Gruppe von Materialstücken M.
Zu bestimmten Zeitpunkten t₁, t₀, t₁, . . ., d. h. vor Beginn einzelner Planungsperioden, wird durch Auslesen der Daten der Bearbeitungsvorrichtungen oder durch Kontrolle des Lagers vor den Bearbeitungsvorrichtungen festgestellt, welche Materialstücke bzw. Gruppen von Materialstücken M zum entsprechenden Zeitpunkt einzelnen Teilprozessen P zuordenbar sind. Dabei sind allen Teilprozessen P mehrere Gruppen von Materialstücken zuordenbar. Der Übersicht halber wurde dies jedoch nur für die Teilprozessgruppe Beizen 11 bis 13 in der Zeichnung angedeutet.
Zum Zeitpunkt t_-1 sind die Materialstücke bzw. Materialstückgruppen 101 bis 104 dem Beizen 11 bis 13 zugeordnet. Um die Bearbeitungsvorrichtungen der Teilprozesse 4 bis 8, 11 bis 17 und 20 bis 23 zum Zeitpunkt t₀ optimal auszulasten kann beispielsweise die ursprüngliche Materialstückgruppe 101 nach ganzer oder teilweiser Bearbeitung in mehrere Teilgruppen aufgeteilt werden und den Bearbeitungsvorrichtungen der Teilprozesse Walzen 14, Schneiden 20 bis 23 und Versand 4 bis 8 zur Bearbeitung zur Verfügung gestellt werden. Dementsprechend werden den Teilprozessen 14, 20 bis 23 und 4 bis 8 zum Zeitpunkt t₀ neue Materialstückgruppen 106, 108 bzw. 109 zugeordnet.
Die zum Zeitpunkt t_-1 dem Walzen 14 zugeordnete Materialstückgruppe 105 spaltet sich in die Materialstückgruppen 107 und 108 auf, die den Teilprozessen Glühen 15 bzw. Schneiden 20 bis 23 zugeordnet sind. Die zum Zeitpunkt t₀ dem Schneiden 20 bis 23 zugeordnete Materialstückgruppe 108 geht also aus den Materialstückgruppen 101 und 105 hervor, die zum Zeitpunkt t_-1 dem Beizen 11 bis 13 bzw. dem Walzen 14 zugeordnet sind. Das zum Zeitpunkt t₀ der Materialstückgruppe 108 zugeordnete Material kann nach Weiterverarbeitung zum Zeitpunkt t₁ den Materialstückgruppen 110 und 111 zugeordnet werden. Dabei ist die Materialstückgruppe 110 zum Zeitpunkt t₁ dem Verzinken 17, die Materialstückgruppe 111 wiederum dem Versand 4 bis 8 zugeordnet.
Mögliche Materialflussrichtungen zwischen den Teilprozessen P bzw. zwischen den Teilprozessen zugeordneten Bearbeitungsvorrichtungen sind in Fig. 2 durch Pfeile dargestellt. Selbstverständlich können ein oder mehrere Materialstücke M auch zu verschiedenen Zeitpunkten t_-1, t₀, t₁, . . . dem selben Teilprozess zugeordnet sein, auch wenn dies nicht explizit durch Pfeile dargestellt ist. Das heißt z. B. dass eine Teilmenge der den Materialstückgruppen 105 bzw. 106 zugeordneten Bestandteile identisch sein kann.
Das erfindungsgemäße Planungsverfahren steuert nun den Materialfluss des industriellen Prozesses gemäß Fig. 2 mit der Zielsetzung die Teilprozesse P und insbesondere ihnen zuzuordnende Bearbeitungsvorrichtungen hinsichtlich ihrer Kapazität stets möglichst voll auszulasten und gleichzeitig die Lagerhaltung vor einzelnen im Rahmen der Teilprozesse P eingesetzten Bearbeitungsmaschinen möglichst klein zu halten. Eine weitere Vorgabe für die Planung des industriellen Prozesses ist die Einhaltung der Liefer- bzw. Fertigungsfristen für alle Materialstücke M eines Auftrags.
Lieferzeiten können nur eingehalten werden, wenn alle Materialstücke M eines Auftrages, entsprechend dem bei der Kapazitätsplanung aufgestellten Plan und dem daraus abgeleiteten, versprochenen Lieferzeitpunkt gefertigt werden können.
Erfindungsgemäß wird der Materialdurchsatz dadurch erhöht, dass alle betriebsbereiten Anlagen der einzelnen Teilprozesse P so mit Material M beliefert werden, dass machbare und profitable Arbeitsprogramme für die Teilprozesse P gebildet werden können, wobei den Teilprozessen P Eingangsmaterial in ausgewogener Weise zur Bearbeitung bereitgestellt wird.
Der höchste Durchsatz für einen gegebenen Auftragsbestand wird dann erreicht, wenn alle Bearbeitungsvorrichtungen der Teilprozesse P mit geeignetem Material M versorgt sind und arbeiten. Daher ist es von oberster Priorität, die Bearbeitungsvorrichtungen, die in Betriebsbereitschaft sind, so mit Material M zu beliefern, dass machbare Arbeitsprogramme 65 gebildet werden können.
Fig. 3 zeigt eine Übersicht möglicher Produktarten und durch die Produktarten betroffener Teilprozesse. Das Beispiel zeigt wie zu bearbeitendes Material M vorzugsweise in Produktarten gruppiert wird. Materialstücke M einer Produktart haben dabei ähnliche Anforderungen an die Produktion an einer einem Teilprozess P zugehörigen Bearbeitungsmaschine und können somit zusammen bearbeitet werden.
Eine Teilmenge der Kriterien und Regeln für die Bildung eines Arbeitsprogramms 65 für mindestens eine Produktart werden anhand des Teilprozesses Beizen 11 sowie der verbundenen Teilprozesse Besäumen 12 und Ölen 13 in Fig. 4 illustriert. Eines von mehreren Kriterien für die Bildung des Arbeitsprogramms 65 sind die vorliegenden Aufträge 30 für den Teilprozess 11.
Ein weiteres Kriterium ist der Modus 31, in dem das Arbeitsprogramm 65 des Teilprozesses 11 sowie das oder die Arbeitsprogramme der verbundenen Teilprozesse 12, 13 durchgeführt werden sollen. Beim Teilprozess Beizen 11 ist der einfachste Modus das Beizen des gesamten zugeführten Materials. Es können jedoch nach bestimmten Auswahlkriterien auch nur Teilmengen des Materials bearbeitet werden. Der Modus 31 beim Beizen 11 wird auch durch die Arbeitsprogramme der verbundenen Teilprozesse Besäumen 12 bzw. Ölen 13 beeinflusst. Die in den jeweiligen Teilprozessen 11 bis 13 eingesetzten Bearbeitungsvorrichtungen müssen nämlich aufeinander abgestimmt betrieben werden.
Ein weiteres Kriterium ist der Folgeschritt 32, womit ein den verbundenen Teilprozessen 11, 12, 13 nachgeordneter Teilprozess gemeint ist. Folgeschritte 32 der verbundenen Teilprozesse 11, 12, 13 sind beispielsweise das Querteilen 22, 23, das Längsteilen 20, das Verzinken 17, das Glühen 15 sowie der Versand 4 bis 8. Gegebenenfalls werden auch Modi der Folgeschritte 32 berücksichtigt.
Kriterien, die zumindest teilweise zur Programmbildung herangezogen werden sind Breitenbereiche 33, Dickenbereiche 34, sowie gegebenenfalls auch chemische Zusammensetzung und Härte des zu bearbeitenden Materials. Auch andere als die zuvor genannten Eigenschaften bzw. Merkmale des Materials sowie Ordnungskriterien können gegebenenfalls zu berücksichtigende Kriterien sein.
Ein mögliches Ordnungskriterium ist die Sortierung 35 von Material im Rahmen oder im Zusammenhang mit mindestens einem Teilprozess. Eine Sortierung kann beispielsweise nach Qualitätsmerkmalen oder Materialeigenschaften erfolgen. Eine Möglichkeit der Sortierung ist z. B. die Sortierung nach breit bzw. schmal und/oder dick bzw. dünn.
Aus einer Teilmenge der vorgenannten Kriterien wird eine Auswahl 40, 41 getroffen und es können Regeln gebildet werden. Bei der Programmbildung 42 des Arbeitsprogramms 65 werden jedoch auch noch weitere Bedingungen berücksichtigt, so z. B. die maximale Tonnage 36 im Programm, verfügbare Ressourcen 37 sowie Kostengesichtspunkte. Diese Bedingungen können sich auf einen Teilprozess, eine Gruppe verbundener Teilprozesse und/oder eine Teilmenge des industriellen Prozesses beziehen.
Für die Planung muss gewährleistet sein, dass zu weitestgehend jedem Zeitpunkt und somit für alle Planungsperioden bestimmte Mengen je Produktart für die relevanten Teilprozesse und ihre Bearbeitungsvorrichtungen zur Bearbeitung festgelegt werden. Diese Mengen werden vorzugsweise als sogenanntes Produkt-Mix 63 bzw. als Kampagnen festgelegt. Zur Ermittlung des Produkt-Mix 63 werden die Mengen mit Werten der Kapazitätsplanung vorbesetzt, bleiben jedoch nach Anforderungen und Produktionserfahrung modifizierbar.
Fig. 5 zeigt ein Beispiel der erfindungsgemäßen Definition eines Produkt-Mix 63 für einen Teilprozess P. Grundlage für die Definition des Produkt-Mix ist die spezifische Tonnage einer Bearbeitungsvorrichtung eines Teilprozesses und insbesondere die Produktarten 51, 52, 53, 59 sowie materialbezogene Kriterien, wie z. B. Breitenbereiche 33, Dickenbereiche 34 bzw. Qualitätsgruppen 38. Im Kaltwalzwerk denkbare Produktarten sind beispielsweise Coils oder Bleche, die jeweils in verschiedenen Bearbeitungsstufen also z. B. besäumt, gebeizt, dressiert, feuerverzinkt und/oder geteilt vorliegenden können.
Breitenbereiche 33 können beispielsweise als b1 <= 1200 mm, 1200 mm < b2 < 1500 mm und b3 >= 1500 mm definiert werden, Dickenbereiche 34 beispielsweise als d1 <= 1,5 mm, 1,5 mm < d2 < 4 mm und d3 >= 4 mm. Die ein oder mehreren Breiten- und/oder Dickenbereiche können beliebig fein bzw. grob und/oder anders definiert werden. Das mindestens eine Qualitätskriterium 38 (in der Zeichnung beispielhaft durch q1 bis q3 dargestellt) kann sich beispielsweise auf Härte, Flexibilität, Materialzusammensetzung bzw. Oberflächenbeschaffenheit des Materials beziehen. Qualitätskriterien können sich auch auf Lieferanten und/oder Aufträge beziehen bzw. danach klassifiziert werden.
Bei der Definition eines Produkt-Mix 63 können einzelne der in Fig. 5 gezeigten Elemente weggelassen und/oder zusammengefasst bzw. um nicht näher dargestellte Elemente ergänzt und/oder mit ihnen zusammengefasst werden.
Um zu gewährleisten, dass Lieferzeitpunkte eingehalten werden arbeitet das erfindungsgemäße Planungsverfahren mit sogenannten Bearbeitungsprioritäten, die sich auf Materialstücke M und nicht auf Aufträge beziehen. Die Materialstücke M sind dabei, wie vorher ausgeführt, in der Regel in Produktarten bzw. Produkt-Mixe 63 gruppiert. Diese Materialsicht erlaubt die Berücksichtigung des momentanen Zustandes von Materialstücken im industriellen Prozess. Eine Bearbeitungspriorität erhöht sich bei Verspätungen, wobei gleichgültig ist, woher eine Verspätung resultiert. Eine Verspätung ist Ausdruck einer Störung der Ist-Produktion gegenüber Plan und führt in herkömmlichen Planungsverfahren oft zu gravierenden Problemen, da eine derartige Störung oft mit dem Verlust des Zusammenhalts eines Auftrags einhergeht.
Bei der Ermittlung der Bearbeitungspriorität eines Produkt- Mix 63 wird erfindungsgemäß wie in Fig. 6 dargestellt vorgegangen.
Zum einen wird der Lagerbestand 61 vor der mindestens einen Bearbeitungsvorrichtung eines Teilprozesses analysiert und nach dem Produkt-Mix 63 der Bearbeitungsvorrichtung gruppiert. Bei der Analyse und Gruppierung des Lagerbestandes wird auch der geplante Zulauf in dieses Lager berücksichtigt. Der Lagerbestand 61 ist mit den Aufträgen 30 des mindestens einen Teilprozesses P gekoppelt.
Zum anderen werden verfügbare Kapazitäten der mindestens einen Bearbeitungsvorrichtung eines Teilprozesses P bestimmt. Dabei werden aktuelle und geplante Stillstände bzw. Beschränkungen auf bestimmte Produktarten, z. B. bei sogenannten Kampagnen, bei der Bearbeitung berücksichtigt. Des Weiteren wird ein Produkt-Mix 63 gemäß Fig. 5 bestimmt, wobei vorteilhafter Weise Vorgaben eines externen Planers sowie Informationen über verfügbare Kapazitäten der Bearbeitungsvorrichtungen bei der Bestimmung berücksichtigt werden.
Es können nun gegebenenfalls unter Heranziehung von Planungsvorgaben Fehlmengen 66 mit Hilfe eines Algorithmus 91 berechnet werden. Unter Berücksichtigung des Lagerbestandes 61 werden Materialprioritäten 68 ermittelt. Mit Hilfe eines Algorithmus 92 wird die Bearbeitungspriorität 67 des Produkt-Mix 63 berechnet.
Die Bearbeitungspriorität des Produkt-Mix eines Bestandes vor einer Bearbeitungsvorrichtung wird ausgehend von den Material-Prioritäten bestimmt. Durch die Betrachtung der Produktart im Produkt-Mix wird vermieden, dass einzelne Materialstücke zwar eine hohe Priorität bekommen, aber nicht gefertigt werden können, da keine entsprechenden Materialeinheiten aus der Umgebung dieser Materialart vorhanden sind, die ein Zustandekommen eines guten Arbeitsprogramms ermöglichen.
Fig. 7 zeigt das weitere Vorgehen bei der Erstellung eines Arbeitsprogramms. Mit Hilfe der Bearbeitungsprioritäten 67 des mindestens einen Produkt-Mix 63 und aufgrund der Fehlbestände 69 in nachfolgenden Bearbeitungsvorrichtungen bzw. in Folgeschritten wird unter Verwendung eines Algorithmus 93 die Fertigungsmenge 64 eines Arbeitsprogramms für eine Planungsperiode bestimmt.
Bei der darauffolgenden Bildung eines Arbeitsprogramms 65 mit Hilfe eines Algorithmus 94 werden Stammdaten 70 und Bedienerwünsche 71 berücksichtigt. Die Stammdaten 70 definieren die Charakteristika der Bearbeitungsvorrichtungen der Teilprozesse. Diese Stammdaten 70 sind pflegbar und aus ihnen werden weitere Parameter für die Algorithmen 91 bis 94 gewonnen. Neben Bedienerwünschen 71 werden auch Vorgaben von externen Planern bei der Erstellung eines Arbeitsprogramms 65 miteinbezogen.
In vorteilhafter Weise erfolgt das erfindungsgemäße Planungsverfahren in vordefinierten Planungsschritten. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, dass für einzelne Bearbeitungsvorrichtungen bzw. Teilprozesse P eine Reihenfolge definiert wird und das erfindungsgemäße Planungsverfahren nacheinander gemäß der Reihenfolge auf einzelne Bearbeitungsvorrichtungen, Teilprozesse und/oder Gruppen von Teilprozessen angewendet wird. So erzeugte Arbeitsprogramme sind, falls erforderlich bzw. zweckdienlich, noch anlagenspezifisch optimierbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Einbindung von Expertenwissen, das beispielsweise über Dialoge und/oder mit Hilfe von Datenfernübertragungsmitteln in das Planungsverfahren eingebracht werden kann. Es ist möglich Zielparameter, die Gewichtung von Prioritäten und andere bei der Planung zu berücksichtigende Daten über Dialoge bzw. Menü geführt zu ändern bzw. einzugeben. Für ein oder mehrere Teilprozesse P werden Situationsprognosen erstellt. Diese Prognosen beschreiben beispielsweise den Lagerbestand vor und/oder nach einzelnen Bearbeitungsvorrichtungen der Teilprozesse P bzw. Menge, Zustand, Charakteristiken und/oder Verfügbarkeit von zu bearbeitendem Material M. Derartige Prognosen berücksichtigen unter anderem auch Zu- und Abgang sowie den Bearbeitungsstatus des Materials M. So kann beispielsweise ausgehend von derartigen Prognosen auf eine neue Situation, die durch Störungen oder unerwartete eilige Aufträge auftritt, schnell reagiert werden und Arbeitsprogramme 65 können kurzfristig umgestellt werden.
Die Erfindung vermeidet aufwendige und detaillierte Gesamtsimulationen und ermöglicht somit eine einfache und kostengünstige Planung. Die Bearbeitungsreihenfolge im industriellen Prozess wird nicht zwangsläufig global optimiert, da im Ausführungsbeispiel davon ausgegangen wird, dass alle, auch schwer einzuplanende Aufträge, produziert werden müssen, wenn sie erst einmal angenommen wurden und sie nicht storniert bzw. zurückgewiesen werden. Die Erfindung macht Arbeitsprogramme schneller und besser wiederholbar bzw. nachvollziehbar.

Claims

1. Verfahren zur auf Mittel der elektronischen Datenverarbeitung gestützten Planung eines industriellen Prozesses, wobei der industrielle Prozess mindestens einen Teilprozess aufweist, dem Material als Eingangsmaterial zugeführt wird, und im Rahmen dessen Material als Ausgangsmaterial bereit gestellt wird, wobei mindestens ein Teilprozess einem oder mehreren Teilprozessen nachgeordnet ist, dessen oder deren Ausgangsmaterial als Eingangsmaterial für den mindestens einen nachgeordneten Prozess verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens einen Teilprozess ein Produkt-Mix bestimmt und für eine Planungsperiode ein Arbeitsprogramm aufgrund des Produkt-Mix und einer Bearbeitungspriorität des Produkt-Mix erstellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungspriorität eines Produkt-Mix für eine Planungsperiode unter Berücksichtigung von Materialprioritäten des dem entsprechenden Teilprozess für die Planungsperiode zur Verfügung stehenden Eingangsmaterials bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungspriorität des Produkt-Mix eines Teilprozesses, im Rahmen dessen mindestens eine Bearbeitungsvorrichtung eingesetzt wird, für eine Planungsperiode unter Berücksichtigung der verfügbaren Kapazitäten der Bearbeitungsvorrichtung bestimmt wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das einem Teilprozess zur Verfügung stehende Eingangsmaterial gemäß dem Produkt-Mix des Teilprozesses geordnet wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsprogramm eines vorgeordneten Teilprozesses aufgrund des von den ein oder mehreren nachgeordneten Teilprozessen benötigten Eingangsmaterials erstellt wird.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erstellung eines Arbeitsprogramms eines oder mehrerer Teilprozesse für eine Planungsperiode Bedingungen berücksichtigt werden, die aus mindestens einem zeitlich vorangehenden Arbeitsprogramm eines oder mehrerer Teilprozesse hervorgehen.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens einen Teil des industriellen Prozesses unter Zuhilfenahme einer elektronischen Datenverarbeitungsvorrichtung eine Situationsprognose erstellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Arbeitsprogramm unter Berücksichtigung von Situationsprognosen erstellt wird.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens einen Teilprozess, im Rahmen dessen mindestens eine Bearbeitungsvorrichtung eingesetzt wird, das Arbeitsprogramm unter Berücksichtigung von Stammdaten der Bearbeitungsvorrichtung erstellt wird.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erstellen von Arbeitsprogrammen ein externer Planer beteiligt ist.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es durch Dialoge beeinflussbar ist.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es unter Zuhilfenahme von Datenfernübertragungsmitteln beeinflussbar ist.

13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in vordefinierten Planungsschritten erfolgt.

14. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahren nach wenigstens einem der vorstehenden Patentansprüche.