DE19912221A1

DE19912221A1 - Computersystem zur Auslegung einer Anlage der Grundstoffindustrie, insbesondere eines Walzwerks

Info

Publication number: DE19912221A1
Application number: DE19912221A
Authority: DE
Inventors: Thomas Peuker; Holger Mueller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-08-11
Filing date: 1999-03-18
Publication date: 2000-02-24
Anticipated expiration: 2019-03-19
Also published as: DE19912221B4

Abstract

Computersystem zur Auslegung einer Anlage der Grundstoffindustrie, insbesondere einem Walzwerk, wobei das Computersystem ein Simulationsmodul zur Auslegung der Anlage der Grundstoffindustrie, insbesondere des Walzwerks, sowie ein Optimierungsmodul zur Bestimmung von Startwerten und/oder Parametern für das Simulationsmodul aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Computersystem zur Auslegung einer Anlage der Grundstoffindustrie, insbesondere einem Walzwerk, wobei das Computersystem ein Simulationsmodul zur Auslegung der Anlage der Grundstoffindustrie, insbesondere dem Walz werk.

Bei der Auslegung von Anlagen der Grundstoffindustrie, insbe sondere bei der Auslegung von Walzwerken, stellt die ständig wiederholende Aufgabenstellung der technologischen Analyse der entsprechenden Anlagen mit unterschiedlichen Betrach tungsschwerpunkten ein Problem dar. Dazu können z. B. off-line Simulationen durchgeführt werden. Dabei ist es von grundle gender Bedeutung, eine hohe Effektivität bezüglich Software-Güte und Daten-Management zu erreichen, was wiederum zu einer verbesserten Auslegung einer entsprechenden Anlage führt. Ne ben einem verminderten Aufwand an Entwicklungskosten bedeutet dies vor allem die Möglichkeit, in einer für die Projektie rung einer Anlage zur Verfügung stehenden Zeit Berechnungen mit höherer Genauigkeit durchzuführen. Unter Berücksichtigung der Bedeutung einer guten Auslegung einer entsprechenden An lage (z. B. bei einer Investitionssumme von DM 500 Millionen und mehr und Anlagendurchsätzen von DM 1-3 Millionen Tonnen Stahl pro Jahr und mehr) stellt eine optimale Auslegung einer Anlage der Grundstoffindustrie, insbesondere eines Stahl werks, einen deutlichen Marktvorteil dar. Entsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Computersystem für eine verbesser te Auslegung einer Anlage der Grundstoffindustrie, insbeson dere eines Walzwerks, anzugeben.

Die Aufgabe wird durch ein Computersystem zur Auslegung einer Anlage der Grundstoffindustrie, insbesondere einem Walzwerk, gelöst, wobei das Computersystem ein Simulationsmodul zur Auslegung der Anlage der Grundstoffindustrie, insbesondere des Walzwerks, sowie ein Optimierungsmodul zur Bestimmung von Startwerten und/oder Parametern für das Simulationsmodul auf weist. Auf diese Weise ist es möglich, eine besonders günsti ge Auslegung einer Anlage der Grundstoffindustrie, insbeson dere eines Walzwerks, zu erreichen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Simu lationsmodul ein Modell der Anlage der Grundstoffindustrie, insbesondere des Walzwerks, auf.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Optimierungsmodul ein vereinfachtes Modell der Anlage der Grundstoffindustrie, insbesondere des Walzwerks, auf.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung be rücksichtigt das Optimierungsmodul Nebenbedingungen bei der Auslegung der Anlage der Grundstoffindustrie, insbesondere des Walzwerks.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Computersystem ein Kompromißmodul zur Festlegung von Be wertungskriterien für eine Nutzwertanalyse für das Simula tionsmodul und/oder das Optimierungsmodul auf.

In alternativer und erfinderischer Weise wird oben bezeichne te Aufgabe außerdem durch ein Computersystem zur Auslegung einer Anlage der Grundstoffindustrie, insbesondere einem Walzwerk, gelöst, wobei das Computersystem ein Simulationsmo dul zur Auslegung der Anlage der Grundstoffindustrie, insbe sondere des Walzwerks, sowie ein Kompromißmodul zur Festle gung von Bewertungskriterien für eine Nutzwertanalyse für das Simulationsmodul aufweist.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Compu tersystem eine Materialdatenbank zur Speicherung von Mate rialeigenschaften von zu walzenden Metallen auf.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Computersystem eine Referenzanlagen-Datenbank zur Spei cherung von Daten und Parametern bestehender Anlagen der Grundstoffindustrie, insbesondere bestehender Walzwerke, auf.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Computersystem ein zentrales Datenverwaltungsmodul zur Koordinierung des Simulationsmoduls, des Optimierungsmoduls, des Kompromißmoduls, der Materialdatenbank und/oder der Refe renzanlagen-Datenbank auf.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus den Un teransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein Computersystem,

Fig. 2 ein Computersystem in alternativer Ausgestaltung,

Fig. 3 einen Entscheidungsbaum zur Implementierung in ei nem Kompromißmodul.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Computersystem in beispiel hafter Ausgestaltung. Das Computersystem weist in der bei spielhaften Ausgestaltung ein Simulationsmodul 1, ein Opti mierungsmodul 3, ein Kompromißmodul 4, eine Materialdaten bank 7 sowie ein zentrales Datenverwaltungsmodul 2 auf. Dem Simulationsmodul 1 liegt dabei in besonders vorteilhafter Weise ein Simulationsmodul zur Simulation einer Anlage der Grundstoffindustrie gemäß der DE 197 06 767 A1 zugrunde. Da bei liegt dem Simulationsmodul 1 ein komplexes Modell einer Anlage der Grundstoffindustrie bzw. eines Walzwerks zugrunde. Im Gegensatz dazu liegt dem Optimierungsmodul 3 ein verein fachtes Modell der Anlage der Grundstoffindustrie bzw. des Walzwerks zugrunde. Mittels dieser vereinfachten Modellbil dung ist es möglich, automatisch eine zulässige und im Sinne einer mathematischen Optimierung allgemeine Lösung für die Struktur bzw. konkrete Auslegung einer Anlage der Grundstoff industrie bzw. eines Walzwerks zu generieren. Dabei werden insbesondere umfangreiche Nebenbedingungen im Zuge einer Op timierung mit dem Optimierungsmodul 3 berücksichtigt. Diese Nebenbedingungen sind beispielsweise:

- vorgegebene Fertigbandtemperatur
- vorgegebene Fertigbanddicke
- maximale Walzleistung je Gerüst
- maximale Walzmomente je Gerüst
- maximale Walzkräfte je Gerüst
- maximaler Greifwinkel je Gerüst
- maximale Walzgeschwindigkeit je Gerüst.

Unter Einhaltung dieser beispielhaften Nebenbedingungen wer den mittels des Optimierungsmoduls 3 beispielsweise Größen wie Durchsatz, Energieverbrauch oder Walzverschleiß opti miert. Im Zuge dieser Optimierung ermittelt das Optimierungs modul 3 Startwerte bzw. Parameter für eine Anlagensimulation mittels des Simulationsmoduls. Details in bezug auf eine be sonders vorteilhafte Ausgestaltung des Simulationsmoduls 1 können der DE 197 06 548 A1 entnommen werden. Mittels des Si mulationsmoduls 1 werden die Parameter bzw. Startwerte, die mittels des Simulationsmoduls 1 ermittelt worden sind, analy siert, gegebenenfalls auf weitere Nebenbedingungen überprüft und gegebenenfalls modifiziert.

Mittels der Materialdatenbank 7 werden materialspezifische Daten, wie z. B. die chemische Analyse eines Stahls, physika lische Größen eines Stahls (z. B. seine Dichte) sowie mate rialabhängige Modellkoeffizienten (z. B. zur Berechnung des Gefüges eines Stahls) bereitgestellt. Die Koordinierung des Simulationsmoduls 1, des Optimierungsmoduls 3, des Kompromiß moduls 4 sowie der Materialdatenbank 7 erfolgt mittels eines zentralen Datenbankmoduls 2.

Das Zusammenwirken des Simulationsmoduls 1 und des Optimie rungsmoduls 3 erfolgt dabei vorteilhafterweise derart, daß mittels des Optimierungsmoduls 3 auf der Basis vereinfachter Modelle eine automatische Generierung einer optimalen Anlage erfolgt, die durch die Simulation im Simulationsmodul 1 auf der Basis sehr komplexer und genauer Modelle erfolgt. Die Mo delle, die dem Simulationsmodul 1 zugrunde liegen, sind dabei vorteilhafterweise derart komplex und genau, daß eine automa tische Generierung einer optimalen Anlagenstruktur auf der Basis dieser Modelle aufgrund beschränkter Rechenkapazität nicht in Frage kommt. Vorteilhafterweise liefert das Simula tionsmodul 1 eine Überprüfung des vom Optimierungsmodul 3 er mittelten Ergebnisses für eine optimale Auslegung einer Anla ge. Wird das Ergebnis, das das Simulationsmodul 1 liefert, nicht akzeptiert, z. B. dadurch, daß sich herausstellt, daß gewisse Nebenbedingungen nicht erfüllt sind, so erfolgt eine erneute Optimierung mittels des Optimierungsmoduls 3, wobei geänderte Randbedingungen zugrunde gelegt werden.

Fig. 2 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Compu tersystems. Dabei ist das Computersystem gemäß Fig. 1 um ein Kostenanalysemodul 5, ein Dimensionierungsmodul 6, eine Stra tegiedatenbank 8 sowie eine Referenzanlagen-Datenbank erwei tert. Das Kostenanalysemodul 5 liefert Abschätzungen für Preise für Edukte, Produkte und Energie sowie für die Bereit stellung und Inbetriebnahme von neuen Anlagenteilen. Das Di mensionierungsmodul 6 stellt einen Bezug zwischen zu verwen denden Bauteilen und zur Verfügung stehenden Standardbautei len her. In der Strategiedatenbank 8 können Daten wie Markt kenntnisse, technologische Trends, Definitionen und Wichtung von Produktionszielen, Definition und Wichtung von Einzelhei ten und Nebenbedingungen abgespeichert sein. In der Referenz anlagen-Datenbank 9 sind Daten über Referenzanlagen abgespei chert.

Fig. 3 zeigt einen Entscheidungsbaum zur Implementierung in einem Kompromißmodul 4 gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 2. Dabei bezeich net Bezugszeichen 10 eine als optimal betrachtete Entschei dung. Diese teilt sich auf in technische Aspekte 11, Flexibi lität 12 und ökonomische Aspekte 13. Die technischen Aspekte 11 teilen sich wiederum auf in Steuerung 14 und Technologie 15. Die Steuerung 14 teilt sich auf in Produktqualität 18 und kritische Zustände 19. Die Produktqualität 18 teilt sich auf in Planheit 24 und Gefüge 25. Die kritischen Zustände 19 tei len sich auf in maximale Walzkraft 26, maximale Motorleistung 27 und maximale Walzgeschwindigkeit 28. Die Technologie 15 teilt sich auf in konstante Motorleistung 20 und minimale Stichzahl 21. Die ökonomischen Aspekte 13 teilen sich auf in Gewinn 16 und Kennzahlen 17. Der Gewinn 16 teilt sich auf in Erlös 22 und Aufwendungen 23. Die auf der letzten Verfeine rungsebene angeordneten Kriterien, d. h. Planheit 24, Gefüge 25, maximale Walzkraft 26, maximale Motorleistung 27, maxima le Walzgeschwindigkeit 28, konstante Motorleistung 20, mini male Stichzahl 21, Erlös 22 und Aufwendungen 23 können eine zu minimierende/maximierende Zielfunktion, eine Nebenbedin gung, oder ein Bewertungskriterium bilden oder unberücksich tigt bleiben. Eine entsprechende Einordnung erfolgt mittels des Kompromißmoduls 4. Einzelheiten eines Kompromißmoduls in vorteilhafter Ausgestaltung können der DE 196 37 917 C2 ent nommen werden.

Claims

1. Computersystem zur Auslegung einer Anlage der Grundstoff industrie, insbesondere eines Walzwerks, wobei das Computer system ein Optimierungsmodul zur automatischen Auslegung der Anlage der Grundstoffindustrie, insbesondere des Walzwerks, sowie ein Simulationsmodul zur Überprüfung der vom Optimie rungsmodul ermittelten Auslegung der Anlage der Grundstoffin dustrie, insbesondere des Walzwerks, aufweist.

2. Computersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Simulationsmodul ein Modell der Anlage der Grund stoffindustrie, insbesondere des Walzwerks, aufweist.

3. Computersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Optimierungsmodul ein vereinfachtes Modell der Anlage der Grundstoffindustrie, insbesondere des Walzwerks, auf weist.

4. Computersystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Optimierungsmodul Nebenbedingungen bei der Auslegung der Anlage der Grundstoffindustrie, insbesondere des Walz werks, berücksichtigend ausgebildet ist.

5. Computersystem nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Kompromißmodul zur Festlegung von Bewertungskrite rien für eine Nutzwertanalyse für das Simulationsmodul und/oder das Optimierungsmodul aufweist.

6. Computersystem zur Auslegung einer Anlage der Grundstoff industrie, insbesondere eines Walzwerks, wobei das Computer system ein Simulationsmodul zur Auslegung der Anlage der Grundstoffindustrie, insbesondere des Walzwerks, sowie ein Kompromißmodul zur Festlegung von Bewertungskriterien für ei ne Nutzwertanalyse für das Simulationsmodul aufweist.

7. Computersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Materialdatenbank zur Speicherung von Materialei genschaften von zu walzenden Metallen aufweist.

8. Computersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Referenzanlagen-Datenbank zur Speicherung von Da ten und Parametern bestehender Anlagen der Grundstoffindu strie, insbesondere bestehender Walzwerke, aufweist.

9. Computersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es ein zentrales Datenverwaltungsmodul zur Koordinierung des Simulationsmoduls, des Optimierungsmoduls, des Kompromiß moduls, der Materialdatenbank und/oder der Referenzanlagen-Da tenbank aufweist.