WO2012010271A1 - Verfahren und vorrichtung zum koordinieren von zwei aufeinanderfolgenden herstellungsstufen eines produktionsprozesses - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum koordinieren von zwei aufeinanderfolgenden herstellungsstufen eines produktionsprozesses Download PDF

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Guido Sand
Chaojun Xu
Iiro Harjunkoski
Sleman Saliba
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Abb Ag
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    • G05B2219/32015—Optimize, process management, optimize production line

Definitions

  • the invention generally relates to methods for coordinating and / or
  • the invention further relates to optimization methods for optimizing the processes and / or work steps of two successive production stages of a production process.
  • the semi-finished products are further processed in a rolling mill to produce a metal roll or spool of a certain size and dimensions.
  • the rolls are subjected to finishing in a cold rolling mill.
  • Units are processed, wherein a batch is not divided within a manufacturing stage, so that a batch passes through the manufacturing stage uniformly.
  • a batch is not divided within a manufacturing stage, so that a batch passes through the manufacturing stage uniformly.
  • the smelter e.g. Batches of various types of steel, which are made from scrap and other raw materials, processed in different types of equipment. Each batch will be in the smelter in a final one
  • Process steps in the production of the slabs is determined essentially by the compatibility of the different steel grades and the width and thickness of the slabs to be cut.
  • the subsequent production stage in a hot rolling plant usually comprises a production line with systems for serial further processing.
  • the slabs produced in the smelter are rolled in the hot rolling mill into sheet rolls or coils of a certain thickness, width and length.
  • a particular process sequence in which a group is processed from a number of slabs or corresponding coils fed to the hot rolling plant is called a hot rolling program.
  • the sequence of the slabs within a hot rolling program depends strongly on the thickness and quality of the strands or sheets of the rolls or coils to be produced from these slabs.
  • the production process in the smelter usually follows metallurgical rules, while in the hot rolling mill the production process is essentially subject to physical constraints.
  • One of the manufacturing rules in the smelter relates to producing the melts in accordance with compatible steel grades.
  • Hot rolling mill can only be processed in a very specific sequence according to the hot rolling program.
  • the production stages, the smelting works and the hot rolling mill do not have a coordinated production schedule, so that the slabs produced in the smelting works are usually stored temporarily in a slab store until all the slabs required for a slab store are obtained
  • Hot rolling program available Not only does the uncoordinated production schedule lead to a higher storage capacity being required, it also results in higher energy consumption due to rewarming the slabs in a slab furnace before feeding them to the hot rolling stage. Energy consumption is significant as the slabs must be warmed to a temperature of approximately 1000 ° C before being fed to the hot rolling mill. The transport of a hot slab from the smelter to the hot rolling mill without intermediate storage or only with a short
  • Process flow of one of the two processes is optimized so that its
  • the process sequence of the other production stage is optimized so that all production conditions are met and the requirements of the other manufacturing stage are met.
  • a disadvantage of this procedure is that the procedure depends to a considerable degree on the respective work steps.
  • the process sequence of the hot rolling plant is produced as a function of the actual orders for rolls, that is to say, the desired output. This gives the input-side demand for slabs.
  • the smelter schedule is generated and / or implemented
  • the operation of the smelter can be made more efficient, but the management of the slab store and the schedule of the hot rolling mill become more complex.
  • the hot load ratio corresponds to the ratio of the number of slabs that can be directly processed from the continuous smelting furnace in the hot rolling mill without intermediate storage to the total number of slabs to be processed. If the direct
  • Hot use is limited, this also means that the storage time of the hot slabs in the slab stock does not exceed a certain threshold period.
  • Hot utilization ratio is solved by the slab store, where the slabs are cached, with the disadvantage that the hot slabs cool during storage and an energy-intensive reheating is necessary.
  • the additional optimization goal may be to minimize the proportion of intermediate storage of semi-finished products between the two stages of production or to minimize energy consumption for re-heating in the slab store.
  • a method for coordinating and / or operating or handling two successive production stages of a production process comprises the following steps:
  • steps c) to e) can be carried out until a termination criterion is met.
  • One idea of the above method is to create individual production schedules for the manufacturing stages, where coordination is provided that intervenes once or in an iterative manner in one or both of the production processes by changing one or more of the corresponding optimization parameters and recreating the Production schedules is performed.
  • production schedules of the individual production stages are changed or extended to include more
  • the created, optimized flowcharts for implementation and / or execution are transferred to the respective process control or process control of the affected production stages and / or implemented and executed.
  • the termination criterion may correspond to a maximum number of repetitions of creating the production schedules or may be determined by attaining a predetermined overall optimization criterion.
  • optimization parameters may include one or more of the following parameters: a latest completion date of a batch of one or more end products of the second production stage, the earliest one
  • optimizing the production process of the first and the second production stage can each with a
  • Optimization method selected from the following group of optimization methods:
  • a metaheuristic optimization method in particular based on an evolutionary algorithm, on a particle-swarm algorithm, on a taboo search, on algorithms implementing in neural networks, on methods for variable proximity search and / or on an ant colony algorithm,
  • a heuristic method in particular based on a greedy algorithm, on an insertion heuristic, a design heuristic and / or a savings heuristic;
  • the modification of the first and second optimization parameters can be carried out by analyzing the optimization parameters generated up to a specific iteration step or after a plurality of iteration steps or with a certain number of iteration steps and the associated production flowcharts and from there by means of predetermined calculation rules new values of the optimization parameters for the next Iteration step are generated.
  • the modification of the first and second optimization parameters can be carried out by applying a variable to the optimization parameter which is predetermined or determined by a process variable of at least one of the production stages.
  • the loading can be done by adding the modification size to the optimization parameter or multiplying the modification size by the optimization parameter.
  • the first production stage may correspond to a smelting process and the second production stage to a hot rolling process.
  • an apparatus is for coordinating and / or managing two consecutive
  • the apparatus comprising:
  • a second device for creating a production flowchart of a second of the production stages according to a second optimization target based on one or more second optimization parameters, by a second
  • a coordination device for evaluating the optimization results with respect to an overall optimization target, for modifying the first and second optimization parameters; and to repeat creating the
  • an interface device which cooperates with the respective process control or process control of the process of the respective production stage or stages, in particular for the implementation and execution of the respectively created optimized flowchart.
  • Process control or process control of the affected or the respective manufacturing stages can be transferred and / or implemented and executed.
  • a computer program product including a computer program that, when executed on a data processing unit, performs the above method.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of the method for coordinating a production process with a plurality of production stages
  • FIG. 2 shows a flowchart for illustrating the method for
  • FIG. 3 shows a representation of the processing sequences of a melting smelting stage and a hot rolling stage, with and without a coordination stage for optimizing the production processes.
  • the inventive method is based on a
  • Metal rollers are made from raw material described. Of the
  • the manufacturing process essentially involves a smelting process that provides raw materials such as scrap or ores, batches of slabs or ingots and a subsequent hot rolling process to further process the slabs or billets provided into rolls, particularly sheet rolls.
  • the method of coordinating and / or implementing schedules of two consecutive production stages of a production process is not limited to the production of metal coils, but may be applied to other production processes with two successive stages of production.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram in which the
  • Figure 1 shows a smelting process 11 involving the processing of raw material, e.g. Metal, ore, scrap and the like to semi-finished products, e.g. Slabs, ingots and the like, symbolizes.
  • the semi-finished products go through an intermediate storage 12, of which this one
  • Hot rolling process 13 are supplied.
  • the hot rolling process symbolizes the further processing of the slabs or ingots into rolls or coils of a given type and size.
  • the smelting process 11 is by a
  • Melting process optimization process 14 (first means for creating a production schedule) optimized and controlled.
  • the hot rolling process 13 is similarly optimized and controlled by a hot rolling process optimization process 15 (second means for establishing a production schedule).
  • the respective processes in cooperation with a device according to the invention and other technical facilities, such as a smelting works with blast furnaces and / or foundry and / or a rolling mill, in particular a
  • Hot rolling mill implemented and / or executed with control room and / or process control.
  • the smelting process optimization process 14 is received from the operator of the system, from a job processing system or otherwise
  • Input information an indication of a group of batches of one or more slabs to be processed.
  • mathematical models such as linear or mixed-integer mathematical programs for the smelting process 11 and mathematical optimization algorithms, e.g. the simplex method, branch-and-boundary methods, branch-and-pruning methods, or column generation methods, provides
  • the input information for the hot rolling process optimization process 15 may include an indication N B of orders for groups of rolls or coils with their
  • Input information maximizes the hot rolling process optimization process 15 according to another mathematical optimization algorithm using
  • Hot rolling programs each of which specifies a number of slabs or billets in a specific sequence, so that the complex manufacturing rules of the
  • Hot rolling process can be met.
  • the number of slabs or billets corresponds to the rolls of sheet metal to be produced, if each slab corresponds exactly to a roll to be produced.
  • the assignment of slabs to rolls can during the
  • the number of slabs can also be greater than the number of rolls to be produced when multiple slabs are processed into one roll.
  • the sequence of slabs in each hot rolling program is determined by the hot rolling optimization process 15. As a result of the hot rolling process optimization process 15, a hot rolling optimization result E2 corresponding to the predetermined one is obtained
  • Optimization results E1 and E2 are obtained from the process optimization processes 14, 15 and evaluated according to predetermined higher-level optimization goals, while the process optimization processes 14, 15 work separately.
  • Coordination process 16 may change the process optimization processes 14, 15 for one re-optimization pass with one or more
  • a process flow is shown, which illustrates the procedure of the coordination process 16.
  • the process optimization processes 14, 15 are executed in step S1 to obtain a smeltery optimization result E1 and a hot rolling optimization result E2.
  • the coordination process 16 analyzes one of the
  • Melting process optimization process 14 provided Melting Furnace optimization result E1, e.g. a batch plan, and that of the
  • Hot rolling optimization process 15 provided hot rolling optimization result E2, e.g. information about the hot rolling programs. Based on the optimization results E1, E2, the coordination process can then determine a quantity that is the subject of an overall optimization objective.
  • one possible overall optimization goal may be optimization (maximization) of the hot run ratio.
  • the hot run ratio gives the ratio of the number of slabs or ingots (semi-finished products) immediately following from the exit of the smelting process to the following
  • Hot rolling process 13 can be provided without having to be stored in the intermediate storage 12, to the number of the entire of the
  • Hot load ratio can also take into account those slabs or billets as being provided directly to the hot rolling process, which is less than one
  • the period of time is chosen to indicate the period during which the slabs or ingots are not substantially, i. not under the
  • Cooling processing temperature in the hot rolling process is Cooling processing temperature in the hot rolling process.
  • step S3 critical batch schedules as the smelting plant optimization result E1 of the smelting plant effluent optimization process 14 and critical hot rolling programs as the hot rolling optimization result E2 of the
  • Hot rolling process optimization process 15 identified by means of heuristic methods. Furthermore, in step S4, the coordination process 16 modifies those in one or both process optimization processes 14, 15
  • Initial optimization parameters to modified optimization parameters that are mathematically related to the identified critical parts of the optimization results of the process optimization processes 14, 5.
  • the latest completion date of a batch of one or more slabs e.g. the latest completion date of a batch of one or more slabs, the earliest availability date of a batch, batch priorities, weighting of optimization targets, preferred order of batch processing, minimum, maximum or desired sizes of particular batch groups, priorities of the coils or sheets to be produced in the hot rolling mill, optimization parameters for the Formation of hot rolling programs from slabs etc. set or
  • the modified optimization parameters are determined by means of a modification variable by adding or multiplying.
  • the modification size is a predetermined size, which causes, for example, a small change of the relevant optimization parameter in order to realize an iterative method.
  • the size of the modification may be dependent on a process quantity of
  • Coordination process 16 is driven to re-optimize the smelting process 11 and the hot rolling process 13 with the modified optimization parameters to improve the hot duty ratio according to the
  • the smelting plant optimization process creates a new batch plan in step S5.
  • the hot rolling process optimization process 15 rearranges the composition of the hot rolling programs depending on the modified optimization parameters.
  • Coordination in contrast to decentralized scheduling, is not a directed process because the optimization goals are not defined in the production conditions.
  • the coordination process 16 is carried out iteratively. In step S6 it is queried whether the result of the coordination according to the
  • step S4 a return is made to step S4.
  • FIG. 3 shows a concrete example of the production of metal rolls or coils from raw material. It illustrates how the hot load ratio can be improved with the aid of the coordination process 16. It is assumed that the smelting process optimization process 14 determines the schedule so that a certain amount of batches is divided into particular batch groups. A first batch group is first produced then a second and a third batch group. Each batch group consists of five batches (see line 1). Each batch comprises a number of slabs, which are described below
  • Hot rolling process with various hot rolling programs are rolled (see line 2).
  • the relationship between the slabs in the batches and the slabs in the hot rolling programs are represented by the numerals "1", “2", "3" and the arrows, for example, the first batch in the first batch group in the hot rolling program 2 three batches are used for the hot rolling program 1 and the last batch for the hot rolling program 3. This relationship between the batch and the hot rolling programs is the result of the
  • Hot rolling process optimization process 14 If the process optimization processes 14, 15 are independent of each other, i. without the coordination process 16, the result is that a hot rolling program can not be performed in which hot slabs still hot are substantially immediately, i. without significant
  • Cooling below a further processing temperature of about 1000 ° C, from the smelting process 11 can be fed to the hot rolling process 13, because not all required for the implementation of the specific hot rolling program slabs in the interim storage 12 within a certain period of time after their preparation in the smelting process 11 available stand.
  • the coordination process 16 triggers the hot rolling process optimization process to assign the two second batches originally assigned to the hot rolling program 1 to the hot rolling program 2.
  • Hot rolling program 1 and the hot rolling program 2 to operate so that the slabs in a still hot state, i. without the emergence of too big
  • Interim storage time in the intermediate storage 12 can be processed in the hot rolling process. This is shown by the designation "H" in the third line of Figure 3.
  • the coordination process 16 triggers the
  • the present invention also includes any combination of preferred embodiments and individual design features or developments, unless they are mutually exclusive. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Koordinieren von zwei aufeinanderfolgenden Herstellungsstufen (11, 13) eines Produktionsprozesses. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) Erstellen (S1) eines Produktionsablaufplans einer ersten der Herstellungsstufen (11) gemäß einem ersten Optimierungsziel basierend auf einem oder mehreren ersten Optimierungsparametern, um ein erstes Optimierungsergebnis zu erhalten; b) Erstellen (S1) eines Produktionsablaufplans einer zweiten der Herstellungsstufen (13) gemäß einem zweiten Optimierungsziel basierend auf einem oder mehreren zweiten Optimierungsparametern, um ein zweites Optimierungsergebnis zu erhalten; c) Bewerten (S2) der Optimierungsergebnisse hinsichtlich eines Gesamtoptimierungsziels; d) Modifizieren (S4) der ersten und zweiten Optimierungsparameter; und e) Wiederholen (S5) des Erstellen der Produktionsablaufpläne der ersten und der zweiten Herstellungsstufe (11, 13) gemäß dem jeweiligen Optimierungsziel basierend auf den modifizierten ersten und/oder zweiten Optimierungsparametern.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Koordinieren von zwei aufeinanderfolgenden Herstellungsstufen eines Produktionsprozesses
Beschreibung
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Verfahren zum Koordinieren und/oder
Ausführen beziehungsweise zum Betreiben von Produktions-prozessen,
insbesondere von Produktionsprozessen zur Metallherstellung aus Rohmaterial. Die Erfindung betrifft weiterhin Optimierungsverfahren zum Optimieren der Abläufe und/oder Arbeitsschritte von zwei aufeinanderfolgenden Herstellungsstufen eines Produktionsprozesses.
Für die Herstellung von Stahl und anderen Metallen werden aufwendige und energieintensive Herstellungsverfahren verwendet, die üblicherweise mehrere aufeinanderfolgende Herstellungsstufen aufweisen. In einer ersten Herstellungsstufe wird Rohmaterial in einen Schmelzofen gegeben, in dem es geschmolzen, von Verunreinigungen gereinigt und in Halbfertigprodukte wie Brammen oder Barren gegossen wird. Diese erste Herstellungsstufe findet in einer Schmelzhütte statt.
In einer zweiten Herstellungsstufe werden die Halbfertigprodukte in einem Walzwerk weiterverarbeitet, um eine Metallrolle bzw. -spule einer bestimmten Größe und bestimmten Abmessungen herzustellen. In einer letzten Herstellungsstufe werden die Rollen bzw. Spulen in einem Kaltwalzwerk einer Endverarbeitung unterzogen.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Das Rohmaterial wird in Chargen mit begrenzter Chargengröße von oftmals einigen Tonnen verarbeitet. Mehrere dieser Chargen können gleichzeitig in parallelen
Einheiten verarbeitet werden, wobei eine Charge innerhalb einer Herstellungsstufe nicht aufgeteilt wird, so dass eine Charge die Herstellungsstufe einheitlich durchläuft. In der Schmelzhütte werden z.B. Chargen von verschiedenen Stahlsorten, die aus Schrott und anderen Rohstoffen hergestellt werden, in unterschiedlichen Arten von Anlagen verarbeitet. Jede Charge wird in der Schmelzhütte in einem letzten
Verfahrensschritt gegossen und in Brammen geschnitten. Die Abfolge der
Verfahrensschritte bei der Herstellung der Brammen wird im Wesentlichen durch die Kompatibilität der verschieden Stahlsorten und die Breite und die Dicke der zu schneidenden Brammen bestimmt.
Die nachfolgende Herstellungsstufe in einer Warmwalzanlage umfasst in der Regel eine Fertigungslinie mit Anlagen für eine serielle Weiterverarbeitung. Die in der Schmelzhütte hergestellten Brammen werden in der Warmwalzanlage in Blechrollen oder Spulen mit einer bestimmten Dicke, Breite und Länge gewalzt.
Eine bestimmte Verfahrensabfolge, in der eine Gruppe aus einer Anzahl von der Warmwalzanlage zugeführten Brammen oder entsprechenden Spulen bearbeitet wird, wird Warmwalzprogramm genannt. Die Abfolge der Brammen innerhalb eines Warmwalzprogrammes hängt stark von der Dicke und Qualität der Stränge bzw. Bleche der aus diesen Brammen herzustellenden Rollen bzw. Spulen ab.
Der Produktionsprozess in der Schmelzhütte folgt in der Regel metallurgischen Regeln, während in der Warmwalzanlage der Produktionsprozess im Wesentlichen physikalischen Beschränkungen unterliegt. Eine der Herstellungsregeln in der Schmelzhütte bezieht sich auf das Produzieren der Schmelzen entsprechend zueinander kompatiblen Stahlqualitäten. In dem letzten Verfahrensschritt der
Schmelzhütte werden mehrere Schmelzen kontinuierlich zu Brammen gegossen und dann zur Warmwalzanlage, in der sie zu Rollen aus Blechen bzw. Spulen gewalzt werden, transportiert. Eine Bramme verlässt die Schmelzhütte bei einer Temperatur von ungefähr 1100 ° C in einem sogenannten Heißzustand. Jedoch können die Brammen in dem
Warmwalzwerk nur in sehr bestimmter Abfolge gemäß dem Warmwalzprogramm verarbeitet werden. In der Regel weisen die Herstellungsstufen, die Schmelzhütte und die Warmwalzanlage, keinen koordinierten Herstellungsablaufplan auf, so dass die in der Schmelzhütte hergestellten Brammen in der Regel in einem Brammenlager zwischengespeichert werden, bis alle erforderlichen Brammen für ein
Warmwalzprogramm bereitstehen. Der unkoordinierte Herstellungsablaufplan führt nicht nur dazu, dass eine höhere Speicherkapazität erforderlich ist, sondern führt auch zu einem höheren Energieverbrauch aufgrund des Wiedererwärmens der Brammen in einem Brammenofen, bevor diese der Warmwalzstufe zugeführt werden. Der Energieverbrauch ist erheblich, da die Brammen auf eine Temperatur von ungefähr 1000 ° C aufgewärmt werden müssen, bevor diese der Warmwalzanlage zugeführt werden. Der Transport einer heißen Bramme von der Schmelzhütte zu der Warmwalzanlage ohne Zwischenspeicherung oder nur mit kurzer
Zwischenspeicherung ist nur dann möglich, wenn die Ablaufpläne in der
Schmelzhütte und der Warmwalzanlage effizient aufeinander abgestimmt sind.
Bislang werden die Verfahrensabläufe der Herstellungsstufen in der Schmelzhütte und der Warmwalzanlage unabhängig voneinander mit zwei unabhängigen Modellen geplant. Das Brammenlager wird als Zwischenspeicher benutzt, um die Fehlabstimmung der Verfahrensabläufe beider Herstellungsstufen zu kompensieren. Dies führt zu hohem Lageraufwand und enormem Energieverbrauch beim
Wiederaufwärmen der Brammen.
Zur Optimierung der Produktionsabläufe bestimmt bei einem dezentralisierten Ansatz einer der beiden Herstellungsstufen, entweder die Herstellungsstufe der
Schmelzhütte oder die Herstellungsstufe der Warmwalzanlage, den Verfahrensablauf der jeweils anderen Herstellungsstufe. Die bedeutet, dass zunächst der
Verfahrensablauf einer der beiden Prozesse so optimiert wird, dass seine
Produktionsbedingungen erfüllt sind. Anschließend wird der Verfahrensablauf der jeweils anderen Herstellungsstufe so optimiert, dass alle Produktionsbedingungen erfüllt sind und die Anforderungen der anderen Herstellungsstufe erfüllt sind. Ein Nachteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass der Verfahrensablauf im erheblichen Maße von den jeweiligen Arbeitsschritten abhängt. In einem Fall wird zunächst der Verfahrensablauf der Warmwalzanlage abhängig von den tatsächlichen Bestellungen für Rollen, das heißt, dem Soll-Ausstoß, erzeugt. Dadurch erhält man den eingangsseitigen Bedarf für Brammen. Abhängig von dem Bedarf an Brammen wird der Ablaufplan für die Schmelzhütte erzeugt und/oder umgesetzt
beziehungsweise ausgeführt, so dass diese die durch den Bedarf vorgegebene Anzahl an Brammen erzeugt beziehungsweise fertigt. Zwar wird bei dieser
Vorgehensweise der Bestand des Brammenlagers nicht stark ansteigen, jedoch wird die Ablaufplanung in der Schmelzhütte vergleichsweise komplex, was zu
Kurzfristplanungen führt. Dadurch bleibt ein Optimierungspotenzial ungenutzt.
Wenn in einem anderen Fall der Ablaufplan der Schmelzhütte den Ablaufplan der Warmwalzanlage bestimmt, kann der Betrieb der Schmelzhütte effizienter ausgelegt werden, jedoch werden die Verwaltung des Brammenlagers und der Ablaufplan der Warmwalzanlage komplexer.
Weiterhin bietet dieser dezentralisierte Ansatz keine Möglichkeit, das
Heißeinsatzverhältnis zu maximieren. Das Heißeinsatzverhältnis entspricht dem Verhältnis der Anzahl von Brammen, die ohne Zwischenspeicherung direkt aus dem kontinuierlichen Schmelzofen in der Warmwalzanlage verarbeitet werden können, zu der gesamten Anzahl der zu verarbeitenden Brammen. Wenn der direkte
Heißeinsatz begrenzt ist, bedeutet dies weiterhin, dass die Lagerzeit der heißen Brammen in dem Brammenlager eine bestimmte Schwellen-Zeitdauer nicht übersteigt. Die mangelnde Anpassung der zwei Ablaufpläne hinsichtlich des
Heißeinsatzverhältnisses wird durch das Brammenlager gelöst, wo die Brammen zwischengespeichert werden, mit dem Nachteil, dass die heißen Brammen während der Speicherung abkühlen und ein energieintensives Wiederaufheizen notwendig wird.
Soll das Heißeinsatzverhältnis erhöht werden oder der Energieverbrauch zum
Wiederaufheizen minimiert werden, besteht eine Möglichkeit, alle Herstellungsstufen gemeinsam in einem zentralisierten Ansatz zu planen. Bei einem solchem
zentralisierten Ansatz werden alle Produktionsregeln der Herstellungsstufen gleichzeitig berücksichtigt und gemäß einem Optimierungsziel eine Ablaufplanung erstellt. Jedoch erschwert die Komplexität der Produktionsregeln in diesen beiden Herstellungsstufen und das exponentielle Anwachsen des Rechenaufwandes abhängig von den einzelnen Produktionsregeln und von dem Optimierungsziel eine Ablaufplanung. In der Praxis ist es daher aufwändig, mit einem solchen
zentralisierten Ansatz, einen machbaren Ablaufplan zu erstellen. Ein weiterer Nachteil zentralisierter Planungssysteme sind die hohen Umrüstkosten
gewachsener, verteilter Systeme.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ablaufplanung, insbesondere zur verbesserten Handhabung und/oder zum verbesserten Betrieb, von zwei Herstellungsstufen eines Fertigungsprozesses zur Verfügung zu stellen, wobei als zusätzliches Optimierungsziel eine die Zwischenlagerung betreffende Größe optimiert wird. Insbesondere kann das zusätzliche Optimierungsziel die Minimierung des Anteils der Zwischenlagerung von Halbfertigprodukten zwischen den beiden Herstellungsstufen oder die Minimierung des Energieverbrauchs zum Wiedererhitzen in dem Brammenlager sein.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum Koordinieren und/oder Betreiben von zwei aufeinanderfolgenden Herstellungsstufen eines Produktionsprozesses gemäß Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung und das Computerprogrammprodukt gemäß den jeweiligen nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Koordinieren und/oder Betreiben beziehungsweise Handhaben von zwei aufeinanderfolgenden Herstellungsstufen eines Produktionsprozesses vorgesehen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
a) Erstellen eines Produktionsablaufplans einer ersten der Herstellungsstufen gemäß einem ersten Optimierungsziel basierend auf einem oder mehreren ersten Optimierungsparametern, um ein erstes Optimierungsergebnis zu erhalten;
b) Erstellen eines Produktionsablaufplans einer zweiten der Herstellungsstufen gemäß einem zweiten Optimierungsziel basierend auf einem oder mehreren zweiten Optimierungsparametern, um ein zweites Optimierungsergebnis zu erhalten;
c) Bewerten der Optimierungsergebnisse hinsichtlich eines Gesamtoptimierungsziels; d) Modifizieren der ersten und zweiten Optimierungsparameter; und
e) Wiederholen des Erstellens der Produktionsablaufpläne der ersten und der zweiten Herstellungsstufe gemäß dem jeweiligen Optimierungsziel basierend auf den modifizierten ersten und/oder zweiten Optimierungsparametern.
Insbesondere können die Schritte c) bis e) solange durchgeführt werden, bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist.
Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, für die Herstellungsstufen einzelne Produktionsablaufpläne zu erstellen, wobei eine Koordinierung vorgesehen ist, die einmalig oder in iterativer Weise in eine oder beide der Produktionsabläufe eingreift, indem einer oder mehrere der entsprechenden Optimierungsparameter geändert werden und ein erneutes Erstellen der Produktionsablaufpläne durchgeführt wird.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Produktionsablaufpläne der einzelnen Herstellungsstufen verändert oder erweitert werden, um weitere
Optimierungsparameter einzuführen oder um das Gesamtoptimierungsziel besser berücksichtigen zu können.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens werden die erstellten, optimierten Ablaufpläne zur Umsetzung und/oder Ausführung an die jeweilige Prozesssteuerung oder Prozesskontrolle der betroffenen Herstellungsstufen übergeben und/oder umgesetzt und ausgeführt .
Das obige Verfahren hat den Vorteil, dass es auf den bereits bestehenden
dezentralisierten Ansatz mit zwei getrennten Ablaufplanungen (Erstellen der
Produktionsablaufpläne) für die Herstellungsstufen aufbauen kann und lediglich durch Vorsehen eines Koordinationsprozesses eine verbesserte Ablaufplanung durchführen kann. Weiterhin ist die Koordinationsstufe robust gegen Fehler beim Ausfall der Koordinationsstufe, da der oben beschriebene dezentralisierte Ansatz als Rückfalllösung verwendet werden kann. Ein weiterer Vorteil des obigen Verfahrens gegenüber dem dezentralisierten Ansatz besteht darin, dass beide Ablaufplanungen gleiche Prioritäten ausweisen können. Weiterhin kann mit der Koordinierungsstufe erreicht werden, dass als Optimierungsziel das Heißeinsatzverhältnis oder die Lagerzeit von Brammen in dem Brammenlager reduziert werden kann, auch wenn dies zu verschlechterten Ablaufplanungen der einzelnen Herstellungsstufen führt. Ferner bietet das obige Verfahren die Möglichkeit einer Aufrüstung eines
bestehenden dezentralisierten Ansatzes lediglich durch Vorsehen einer
Koordinierungsstufe. Dies ist weniger aufwändig als eine vollständige Ablaufplanung gemäß dem zentralisierten Ansatz durchzuführen.
Weiterhin kann das Abbruchkriterium einer maximalen Anzahl von Wiederholungen des Erstellens der Produktionsablaufpläne entsprechen oder durch ein Erreichen eines vorgegebenen Gesamtoptimierungskriteriums bestimmt sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann zwischen den Herstellungsstufen ein
Zwischenspeicher zur Aufnahme von Zwischenprodukten der ersten
Herstellungsstufe vorgesehen sein, wobei die zweite Herstellungsstufe die
Zwischenprodukte zur Weiterverarbeitung aus dem Zwischenspeicher entnimmt.
Es kann vorgesehen sein, dass das Gesamtoptimierungsziel die Anzahl der
Zwischenprodukte im Zwischenspeicher, die Reduzierung der durchschnittlichen Zeitspanne, während der die Zwischenprodukte in dem Zwischenspeicher
zwischengespeichert werden, und/oder eine Maximierung eines Verhältnisses, das das Verhältnis der Anzahl von Zwischenprodukten, die ohne Zwischenspeicherung im Zwischenspeicher der zweiten Herstellungsstufe zugeführt werden können, zu der gesamten Anzahl von hergestellten Zwischenprodukte angibt, und/oder die
Minimierung des Energieverbrauchs zum Bereithalten der Zwischenprodukte betrifft.
Weiterhin können die Optimierungsparameter einen oder mehrere der folgenden Parameter umfassen: einen spätesten Fertigstellungstermin einer Charge aus einem oder mehreren Endprodukte der zweiten Herstellungsstufe, der früheste
Verfügbarkeitstermin einer Charge, eine Chargenpriorität, eine Gewichtung eines oder mehrerer der Optimierungsziele, eine bevorzugte Reihenfolge der
Chargenbearbeitung, minimale, maximale oder gewünschte Größen bestimmter Chargengruppen, eine Priorität der zu produzierenden Endprodukte und einen vorgegebenen Optimierungsparameter.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Optimieren des Produktionsablaufs der ersten und der zweiten Herstellungsstufe jeweils mit einem
Optimierungsverfahren durchgeführt werden, das aus der folgenden Gruppe von Optimierungsverfahren ausgewählt wird:
- ein mathematisches Optimierungsverfahren, insbesondere lineare Programmierung, nichtlineare Programmierung, gemischt-ganzzahlige Programmierung;
- ein metaheuristisches Optimierungsverfahren, insbesondere basierend auf einem evolutionären Algorithmus, auf einem Partikel-Schwarm-Algorithmus, auf einer Tabusuche, auf in neuronalen Netzen implementieren Algorithmen, auf Verfahren zur variablen Nachbarschaftssuche und/oder auf einem Ameisenkolonie-Algorithmus,
- ein randomisiertes Optimierungsverfahren
- ein heuristisches Verfahren, insbesondere basierend auf einem gierigen Algorithmus, auf einer Einfügeheuristik, einer Konstruktionsheuristik und/oder einer Einsparungsheuristik;
- ein regelbasiertes Verfahren, und
- eine Kombination der vorgenannten Verfahren
Das Modifizieren der ersten und zweiten Optimierungsparameter kann durchgeführt werden, indem die bis zu einem bestimmten Iterationsschritt oder nach mehreren Iterationsschritten bzw. bei einer bestimmten Anzahl von Iterationsschritten generierten Optimierungsparameter und die zugehörigen Produktionsablaufpläne analysiert werden und daraus mittels vorgegebener Berechnungsvorschriften neue Werte der Optimierungsparameter für den nächsten Iterationsschritt generiert werden. Insbesondere kann das Modifizieren der ersten und zweiten Optimierungsparameter durchgeführt werden, indem der Optimierungsparameter mit einer Größe beaufschlagt wird, die vorgegeben ist oder von einer Prozessgröße mindestens eines der Herstellungsstufen ermittelt wird. Das Beaufschlagen kann durch Addieren der Modifizierungsgröße zu dem Optimierungsparameter oder Multiplizieren der Modifizierungsgröße mit dem Optimierungsparameter erfolgen. Weiterhin kann die erste Herstellungsstufe einem Schmelzhüttenprozess und die zweite Herstellungsstufe einem Warmwalzprozess entsprechen.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Koordinieren und/oder Handhaben beziehungsweise Betreiben von zwei aufeinanderfolgenden
Herstellungsstufen eines Produktionsprozesses vorgesehen, wobei die Vorrichtung umfasst:
- eine erste Einrichtung zum Erstellen eines Produktionsablaufplans einer ersten der Herstellungsstufen gemäß einem ersten Optimierungsziel basierend auf einem oder mehreren ersten Optimierungsparametern, um ein erstes Optimierungsergebnis zu erhalten;
- eine zweite Einrichtung zum Erstellen eines Produktionsablaufplans einer zweiten der Herstellungsstufen gemäß einem zweiten Optimierungsziel basierend auf einem oder mehreren zweiten Optimierungsparametern, um ein zweites
Optimierungsergebnis zu erhalten;
- eine Koordinierungseinrichtung zum Bewerten der Optimierungsergebnisse hinsichtlich eines Gesamtoptimierungsziels, zum Modifizieren der ersten und zweiten Optimierungsparameter; und zum Wiederholen des Erstellen der
Produktionsablaufpläne der ersten und der zweiten Herstellungsstufe gemäß dem jeweiligen Optimierungsziel basierend auf den modifizierten ersten und/oder zweiten Optimierungsparametern.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Schnittstelleneinrichtung vorgesehen, welche mit der jeweiligen Prozesssteuerung oder Prozesskontrolle des Prozesses der jeweiligen Herstellungsstufe oder -stufen, insbesondere zur Umsetzung und Ausführung des jeweilig erstellten optimierten Ablaufplans, zusammenwirkt.
Demgemäß ist vorteilhaft vorsehbar, dass mittels der Schnittstelleneinrichtung die optimierten Ablaufpläne zur Umsetzung und/oder Ausführung an die jeweilige
Prozesssteuerung oder Prozesskontrolle der betroffenen beziehungsweise der jeweiligen Herstellungsstufen übergebbar und/oder umsetzbar und ausführbar sind. Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Computerprogrammprodukt vorgesehen, das ein Computerprogramm enthält, das, wenn es auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird, das obige Verfahren durch- beziehungsweise ausführt.
Bevorzugte Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Blockdarstellung des Verfahrens zum Koordinieren eines Produktionsprozesses mit mehreren Herstellungsstufen;
Figur 2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens zum
Optimieren der Ablaufplanungen für mehrere aufeinanderfolgende Herstellungsstufen eines Produktionsprozesses; und
Figur 3 eine Darstellung der Verarbeitungsabläufe einer Schmelzhüttenstufe und einer Warmwalzstufe, mit und ohne Koordinierungsstufe zur Optimierung der Produktionsabläufe.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines
Produktionsplanungsprozesses für einen Metallherstellungsprozess, bei dem
Metallrollen aus Rohmaterial hergestellt werden, beschrieben. Der
Herstellungsprozess umfasst im Wesentlichen einen Schmelzhüttenprozess, der aus Rohmaterialen wie Schrott oder Erzen, Chargen von Brammen oder Barren bereitstellt und einem darauffolgenden Warmwalzprozess, um die bereitgestellten Brammen oder Barren zu Rollen, insbesondere Blechrollen, bzw. Spulen weiter zu verarbeiten.
Das Verfahren zur Koordination und/oder Umsetzung beziehungsweise Ausführung von Ablaufplanungen von zwei aufeinanderfolgenden Herstellungsstufen eines Produktionsprozesses ist jedoch nicht auf die Herstellung von Metallrollen bzw. Spulen beschränkt, sondern kann auch auf andere Produktionsprozesse mit zwei aufeinanderfolgenden Herstellungsstufen angewendet werden.
In Figur 1 ist eine schematische Blockdarstellung gezeigt, in welcher die
Herstellungsstufen des Produktionsprozesses sowie Funktionsblöcke zur Erstellung und Durchführung einer Ablaufplanung für die einzelnen Herstellungsstufen und eine Koordinationsstufe zum Koordinieren der Ablaufplanungen dargestellt und
angegeben sind..
Als erste Herstellungsstufe zeigt Figur 1 einen Schmelzhüttenprozess 11 der die Verarbeitung von Rohmaterial wie z.B. Metall, Erz, Schrott und der gleichen zu Halbfertigprodukten, wie z.B. Brammen, Barren und dergleichen, symbolisiert. Die Halbfertigprodukte durchlaufen ein Zwischenlager 12, von dem diese einem
Warmwalzprozess 13 zugeführt werden. Der Warmwalzprozess symbolisiert die Weiterverarbeitung der Brammen bzw. Barren zu Rollen bzw. Spulen vorgegebener Art und Größe. Der Schmelzhüttenprozess 11 wird durch einen
Schmelzhüttenablaufoptimierungsprozess 14 (erste Einrichtung zum Erstellen eines Produktionsablaufplans) optimiert und gesteuert. Der Warmwalzprozess 13 wird analog durch einen Warmwalzablaufoptimierungsprozess 15 (zweite Einrichtung zum Erstellen eines Produktionsablaufplans) optimiert und gesteuert. Dabei werden die jeweiligen Prozesse im Zusammenwirken mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und weiteren technischen Einrichtungen, wie beispielsweise eine Schmelzhütte mit Hochöfen und/oder Gießerei und/oder einer Walzstrasse, insbesondere eine
Warmwalzstrasse, mit Leitwarte und/oder Prozesssteuerung umgesetzt und/oder ausgeführt.
Der Schmelzhüttenablaufoptimierungsprozess 14 erhält vom Bediener des Systems, von einem Auftragsverarbeitungssystem oder in sonstiger Weise als
Eingangsinformation eine Angabe über eine Gruppe von zu verarbeitenden Chargen aus einer oder mehrerer Brammen. Mit Hilfe eines oder mehrerer mathematischer Modelle, wie z.B. linearer oder gemischt-ganzzahliger mathematischer Programme für den Schmelzhüttenprozess 11 und mathematischer Optimierungsalgorithmen, wie z.B. dem Simplex-Verfahren, Verzweige-und-Begrenze-Verfahren, Verzweige-und- Beschneide-Verfahren oder Spaltengenerierungsverfahren, liefert der
Schmelzhüttenablaufoptimierungsprozess 14 eine für vorgegebene
Anfangsoptimierungsparameter, wie z.B. späteste Lieferdaten, optimale
Ablaufplanung für die Chargen und einen dazu gehörenden
Maschinenbelegungsplan für die einzelnen Verarbeitungsanlagen z.B. mit dem Optimierungsziel, die Herstellungszeit zu minimieren. Als Ergebnis des Schmelzhüttenablaufoptimierungsprozesses 14 erhält man ein Schmelzhütten- Optimierungsergebnis E1 entsprechend den vorgegebenen
Anfangsoptimierungsparametern.
Die Eingangsinformation für den Warmwalzablaufoptimierungsprozess 15 kann eine Angabe NB von Aufträgen für Gruppen von Rollen bzw. Spulen mit ihren
physikalischen und metallurgischen Spezifikationen und einer Angabe der Menge von Brammen bzw. Barren in dem Zwischenlager 12 aufweisen. Mit dieser
Eingangsinformation maximiert der Warmwalzablaufoptimierungsprozess 15 gemäß einem weiteren mathematischen Optimierungsalgorithmus mit Hilfe von
vorgegebenen geeigneten Anfangsoptimierungsparametern die Anzahl von
Warmwalzprogrammen, die jeweils eine Anzahl von Brammen bzw. Barren in einer bestimmten Abfolge angeben, so dass die komplexen Herstellungsregeln des
Warmwalzprozesses erfüllt werden. Die Anzahl von Brammen bzw. Barren entspricht den zu produzierenden Blechrollen, wenn jede Bramme exakt einer herzustellenden Rolle entspricht. Die Zuordnung von Brammen zu Rollen kann während des
Planungsvorganges verändert werden. Die Anzahl von Brammen kann aber auch größer sein als die Anzahl der herzustellenden Rollen, wenn mehrere Brammen zu einer Rolle verarbeitet werden. Gleichzeitig wird die Abfolge der Brammen in jedem Warmwalzprogramm durch den Warmwalzoptimierungsprozess 15 festgelegt. Als Ergebnis des Warmwalzablaufoptimierungsprozess 15 erhält man ein Warmwalz- Optimierungsergebnis E2 entsprechend den vorgegebenen
Anfangsoptimierungsparametern.
Es ist weiterhin ein Koordinationsprozess 16 vorgesehen, der die
Optimierungsergebnisse E1 und E2 von den Ablaufoptimierungsprozessen 14, 15 erhält und gemäß vorgegebenen übergeordneten Optimierungszielen bewertet, während die Ablaufoptimierungsprozesse 14, 15 separat arbeiten. Der
Koordinierungsprozess 16 kann die Ablaufoptimierungsprozesse 14, 15 für einen erneuten Optimierungsdurchlauf mit einem oder mehrere geänderten
Optimierungsparametern anstoßen. Auf diese Weise kann das gesamte
Optimierungsziel durch Variation der Optimierungsparameter der
Ablaufoptimierungsprozesse 14, 15 verbessert werden, ohne die Art der
vorgegebenen Optimierungsziele zu verändern. In dem Flussdiagramm der Figur 2 ist ein Verfahrensablauf dargestellt, der die Vorgehensweise des Koordinierungsprozesses 16 darstellt. Zunächst werden unabhängig voneinander die Ablaufoptimierungsprozesse 14, 15 in Schritt S1 ausgeführt, um ein Schmelzhütten-Optimierungsergebnis E1 und ein Warmwalz- Optimierungsergebnis E2 zu erhalten.
Der Koordinierungsprozess 16 analysiert in Schritt S2 ein von dem
Schmelzhüttenablaufoptimierungsprozess 14 bereitgestelltes Schmelzhütten- Optimierungsergebnis E1 , wie z.B. einen Chargenplan, und das von dem
Warmwalzoptimierungsprozess 15 bereitgestellte Warmwalz-Optimierungsergebnis E2, z.B. eine Information über die Warmwalzprogramme. Der Koordinierungsprozess kann ausgehend von den Optimierungsergebnisse E1 , E2 dann eine Größe ermitteln, die Gegenstand eines Gesamtoptimierungsziels sind.
Ein mögliches Gesamtoptimierungsziel kann beispielsweise eine Optimierung (Maximierung) das Heißeinsatzverhältnis sein. Das Heißeinsatzverhältnis gibt das Verhältnis der Anzahl der Brammen bzw. der Barren (Halbfertigprodukte), die unmittelbar vom Ausgang des Schmelzhüttenprozesses dem nachfolgendem
Warmwalzprozess 13 bereitgestellt werden können, ohne in dem Zwischenlager 12 zwischengelagert werden zu müssen, zu der Anzahl der gesamten von den
Schmelzhüttenprozess 1 bereitgestellten Brammen bzw. Barren an. Das
Heißeinsatzverhältnis kann auch diejenigen Brammen bzw. Barren als unmittelbar dem Warmwalzprozess bereitgestellt berücksichtigen, die weniger als eine
vorbestimmte Zeitdauer in dem Zwischenlager 12 zwischengelagert worden sind. Die Zeitdauer ist so gewählt, dass sie die Zeitspanne angibt, während der sich die Brammen bzw. Barren nicht wesentlich, d.h. nicht unter die
Weiterverarbeitungstemperatur in dem Warmwalzprozess abkühlen.
In Schritt S3 werden kritische Chargenpläne als Schmelzhütten- Optimierungsergebnis E1 des Schmelzhüttenablaufoptimierungsprozesses 14 und kritische Warmwalzprogramme als Warmwalz-Optimierungsergebnis E2 des
Warmwalzablaufoptimierungsprozesses 15 mit Hilfe mit von heuristischen Verfahren identifiziert. Weiterhin modifiziert der Koordinierungsprozess 16 in Schritt S4 in einem oder beiden Ablaufoptimierungsprozessen 14, 15 diejenigen
Anfangsoptimierungsparameter zu modifizierten Optimierungsparameter, die mathematisch zu den identifizierten kritischen Teilen der Optimierungsergebnisse der Ablaufoptimierungsprozesse 14, 5 in Beziehung stehen. Dabei können z.B. der späteste Fertigstellungstermin einer Charge aus einer oder mehreren Brammen, der früheste Verfügbarkeitstermin einer Charge, Chargenprioritäten, Gewichtungen der Optimierungsziele, bevorzugte Reihenfolgen der Chargenbearbeitung, minimale, maximale oder gewünschte Größen bestimmter Chargengruppen, Prioritäten der zu produzierenden Spulen oder Blechen im Warmwalzwerk, Optimierungsparameter für die Bildung der Warmwalzprogrammen aus Brammen usw. eingestellt bzw.
vorgegeben werden.
Die modifizierten Optimierungsparameter werden mit Hilfe einer Modifizierungsgröße durch Addieren oder Multiplizieren ermittelt. Die Modifizierungsgröße ist eine vorgegebene Größe, die beispielsweise eine geringe Änderung des betreffenden Optimierungsparameter bewirkt, um ein iteratives Verfahren zu realisieren. Alternativ kann die Modifizierungsgröße auf abhängig von einer Prozessgröße der
zugeordneten Herstellungsstufe berechnet werden.
Die Ablaufoptimierungsprozesse 14, 15 werden dann von dem
Koordinierungsprozess 16 angesteuert, den Schmelzhüttenprozess 11 und den Warmwalzprozess 13 mit den modifizierten Optimierungsparametern erneut zu optimieren, um eine Verbesserung des Heißeinsatzverhältnisses gemäß dem
Gesamtoptimierungsziel und/oder der durchschnittlichen Speicherzeit im
Zwischenlager 12 zu verbessern. Mit Hilfe der von dem Koordinierungsprozess 16 modifizierten Optimierungsparameter erstellt der Schmelzhütten- Optimierungsprozess in Schritt S5 einen neuen Chargenplan. Im Wesentlichen gleichzeitig oder zeitlich versetzt ordnet der Warmwalzablaufoptimierungsprozess 15 die Zusammensetzung der Warmwalzprogramme abhängig von den modifizierten Optimierungsparametern um. Die Koordinierung ist im Gegensatz zu der dezentralen Ablaufplanung kein gerichteter Prozess, da in den Produktionsbedingungen die Optimierungsziele nicht festgelegt sind. Der Koordinierungsprozess 16 wird iterativ ausgeführt. In Schritt S6 wird dazu abgefragt, ob das Ergebnis der Koordinierung gemäß dem
Gesamtoptimierungsziel ein vorbestimmtes Kriterium erfüllt oder die Anzahl von Iterationen eine bestimmte Begrenzung überschreitet. Ist dies der Fall (Alternative: Ja), wird keine weitere Iteration mehr ausgeführt und das Verfahren beendet.
Andernfalls (Alternative: Nein) wird zu Schritt S4 zurückgesprungen.
Figur 3 zeigt ein konkretes Beispiel für die Herstellung von Metallrollen bzw. -spulen aus Rohmaterial. Es veranschaulicht, wie das Heißeinsatzverhältnis mit Hilfe des Koordinierungsprozesses 16 verbessert werden kann. Es wird angenommen, dass der Schmelzhüttenablaufoptimierungsprozess 14 den Ablaufplan festlegt, so dass eine bestimmte Menge von Chargen in bestimmte Chargengruppen aufgeteilt wird. Eine erste Chargengruppe wird zuerst hergestellt dann eine zweite und eine dritte Chargengruppe. Jede Chargengruppe umfasst fünf Chargen (siehe Zeile 1). Jede Charge umfasst eine Anzahl von Brammen, die nachfolgend in den
Warmwalzprozess mit verschiedenen Warmwalzprogrammen gewalzt werden sollen (siehe Zeile 2). Die Beziehung zwischen den Brammen in den Chargen und den Brammen in den Warmwalzprogrammen werden durch die Ziffern„1",„2",„3" und die Pfeile dargestellt. Z.B. wird die erste Charge in der ersten Chargengruppe in dem Warmwalzprogramm 2, die nachfolgenden drei Chargen für das Warmwalzprogramm 1 und die letzte Charge für das Warmwalzprogramm 3 verwendet. Diese Beziehung zwischen der Charge zu den Warmwalzprogrammen ist das Ergebnis des
Warmwalzablaufoptimierungsprozesses 14. Wenn die Ablaufoptimierungsprozesse 14, 15 unabhängig voneinander, d.h. ohne den Koordinierungsprozess 16 arbeiten, ist das Ergebnis, dass kein Warmwalzprogramm durchgeführt werden kann, bei dem noch heiße Brammen im Wesentlichen unmittelbar, d.h. ohne nennenswerte
Abkühlung unter eine Weiterverarbeitungstemperatur von ca. 1000 °C, von dem Schmelzhüttenprozess 11 dem Warmwalzprozess 13 zugeführt werden können, weil nicht alle für die Durchführung des bestimmten Warmwalzprogramms benötigten Brammen in dem Zwischenlager 12 innerhalb einer bestimmten Zeitspanne nach ihrer Herstellung in dem Schmelzhüttenprozess 11 zur Verfügung stehen. Der Koordinierungsprozess 16 triggert den Warmwalzablaufoptimierungsprozess, um die zwei zweiten Chargen, die ursprünglich den Warmwalzprogramm 1 zugewiesen worden sind, dem Warmwalzprogramm 2 zuzuweisen. Mit dieser neuen
Zusammenstellung der Warmwalzprogramme ist es möglich, das
Warmwalzprogramm 1 und das Warmwalzprogramm 2 so zu betreiben, dass die Brammen in noch heißem Zustand, d.h. ohne Entstehung einer zu großen
Zwischenlagerzeit in dem Zwischenlager 12, in dem Warmwalzprozess bearbeitet werden können. Dies ist in der dritten Zeile der Figur 3 durch die Kennzeichnung„H" dargestellt. Gleichzeitig triggert der Koordinierungsprozess 16 den
Schmelzhüttenablaufoptimierungsprozess 14 an, so dass dieser eine erneute
Optimierung des Ablaufplans durchführt. In diesem Beispiel sollte die zweite
Chargengruppe vor der ersten und der dritten Chargengruppe nach dem erneuten Optimieren des Ablaufplanes hergestellt werden (siehe Zeile 4). Anschließend kann das Heißeinsatzverhältnis weiter verbessert werden. Alle drei Warmwalzprogramme sind nun so ausgelegt, dass diesem die Chargen in einem noch heißen Zustand zugeführt werden können (siehe Zeile 5). Das Vergleichen der Ergebnisse in diesem Beispiel zeigt, wie der Koordinierungsprozess 16 die Ablaufoptimierungsprozesse 14, 15 gleichzeitig triggern kann, so dass diese eine erneute Optimierung ihres
Ablaufplanes durchführen, um das Heißeinsatzverhältnis zu verbessern.
Die erstellten, optimierten Ablaufpläne sind nunmehr zur Umsetzung und/oder Ausführung an die jeweilige Prozesssteuerung oder Prozesskontrolle der jeweilgen Herstellungsstufen übergebbar und können im Rahmen des eigentlichen
Herstellungsprozesses umgesetzt und ausgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch beliebige Kombinationen bevorzugter Ausführungsformen sowie einzelner Ausgestaltungsmerkmale oder Weiterbildungen, sofern diese sich nicht gegenseitig ausschließen. Bezugszeichenliste
Schmelzhüttenprozess
Zwischenlager
Warmwalzprozess
Schmelzhüttenablaufoptimierungsprozess Warmwalzoptimierungsprozess
Koordinierungsprozess

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Koordinieren und/oder Betreiben von zwei aufeinanderfolgenden Herstellungsstufen (1 , 13) eines Produktionsprozesses; mit folgenden Schritten:
a) Erstellen (S1) eines Produktionsablaufplans einer ersten der Herstellungsstufen (11) gemäß einem ersten Optimierungsziel basierend auf einem oder mehreren ersten Optimierungsparametern, um ein erstes Optimierungsergebnis zu erhalten;
b) Erstellen (S1) eines Produktionsablaufplans einer zweiten der Herstellungsstufen (13) gemäß einem zweiten Optimierungsziel basierend auf einem oder mehreren zweiten Optimierungsparametern, um ein zweites Optimierungsergebnis zu erhalten;
c) Bewerten (S2) der Optimierungsergebnisse hinsichtlich eines Gesamtopti- mierungsziels;
d) Modifizieren (S4) der ersten und zweiten Optimierungsparameter; und e) Wiederholen (S5) des Erstellen der Produktionsablaufpläne der ersten und der zweiten Herstellungsstufe (11 , 13) gemäß dem jeweiligen Optimierungsziel basierend auf den modifizierten ersten und/oder zweiten Optimierungsparametern.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Schritte c) bis e) solange durchgeführt werden, bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Abbruchkriterium einer maximalen Anzahl von Wiederholungen des Erstellens der Produktionsablaufpläne entspricht oder durch ein Erreichen eines vorgegebenen Gesamtoptimierungskri- teriums bestimmt ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zwischen den Herstellungsstufen (11 , 13) ein Zwischenspeicher (12) zur Aufnahme von Zwischenprodukten der ersten Herstellungsstufe (11) vorgesehen ist und wobei die zweite Herstellungsstufe (13) die Zwischenprodukte zur Weiterverarbeitung aus dem Zwischenspeicher (12) entnimmt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Gesamtoptimierungsziel die Anzahl der Zwischenprodukte im Zwischenspeicher (12), die Reduzierung der durchschnittlichen Zeitspanne, während der die Zwischenprodukte in dem Zwischenspeicher (12) zwischengespeichert werden, und/oder eine Maximierung eines Verhältnisses, das das Verhältnis der Anzahl von Zwischenprodukten, die ohne Zwischenspeicherung im Zwischenspeicher (12) der zweiten Herstellungsstufe (13) zugeführt werden können, zu der gesamten Anzahl von hergestellten Zwischenprodukte angibt, und/oder die Minimierung des Energieverbrauchs zum Bereithalten der Zwischenprodukte betrifft.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Optimierungsparameter einen oder mehrere der folgenden Parameter umfassen:
- einen spätesten Fertigstellungstermin einer Charge aus einem oder mehreren Endprodukten der zweiten Herstellungsstufe;
- der früheste Verfügbarkeitstermin einer Charge,
- eine Chargenpriorität,
- eine Gewichtung eines oder mehrerer der Optimierungsziele,
- eine bevorzugte Reihenfolge der Chargenbearbeitung,
- minimale, maximale oder gewünschte Größen bestimmter Chargengruppen;
- eine Priorität der zu produzierenden Endprodukte,
- einen vorgegebenen Optimierungsparameter.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Optimieren des Produktionsablaufs der ersten und der zweiten Herstellungsstufe (11 , 13) jeweils mit einem Optimierungsverfahren durchgeführt wird, das aus der folgenden Gruppe von Optimierungsverfahren ausgewählt wird.
- ein mathematisches Optimierungsverfahren, insbesondere lineare Programmierung, nichtlineare Programmierung, gemischt-ganzzahlige Programmierung; - ein metaheuristisches Optimierungsverfahren, insbesondere basierend auf einem evolutionären Algorithmus, auf einem Partikel-Schwarm-Algorithmus, auf einer Tabusuche, auf in neuronalen Netzen implementieren Algorithmen, auf Verfahren zur variablen Nachbarschaftssuche und/oder auf einem Ameisenkolonie-Algorithmus,
- ein randomisiertes Optimierungsverfahren
- ein heuristisches Verfahren, insbesondere basierend auf einem gierigen Algorithmus, auf einer Einfügeheuristik, einer Konstruktionsheuristik und/oder einer Einsparungsheuristik;
- ein regelbasierten Verfahren,
- einer Kombination der vorgenannten Verfahren.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Modifizieren der ersten und zweiten Optimierungsparameter durchgeführt wird, indem der Optimierungsparameter mit einer Modifizierungsgröße beaufschlagt wird, die vorgegeben ist oder von einer Prozessgröße mindestens eines der Herstellungsstufen (11 , 13) ermittelt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste Herstellungsstufe einem Schmelzhüttenprozess und die zweite Herstellungsstufe einem Warmwalzprozess entspricht.
10. Vorrichtung zum Koordinieren und/oder Betreiben von zwei aufeinanderfolgenden Herstellungsstufen (11 , 13) eines Produktionsprozesses, wobei die Vorrichtung umfasst:
- eine erste Einrichtung (14) zum Erstellen eines Produktionsablaufplans einer ersten der Herstellungsstufen (11) gemäß einem ersten Optimierungsziel basierend auf einem oder mehreren ersten Optimierungsparametern, um ein erstes Optimierungsergebnis zu erhalten;
- eine zweite Einrichtung (15) zum Erstellen eines Produktionsablaufplans einer zweiten der Herstellungsstufen (13) gemäß einem zweiten Optimierungsziel basierend auf einem oder mehreren zweiten Optimierungsparametern, um ein zweites Optimierungsergebnis zu erhalten;
- eine Koordinierungseinrichtung (16) zum Bewerten der Optimierungsergebnisse hinsichtlich eines Gesamtoptimierungsziels, zum Modifizieren der ersten und zweiten Optimierungsparameter; und zum Wiederholen des Erstellen eines Produktionsablaufpläne der ersten und der zweiten Herstellungsstufe (11 , 13) gemäß dem jeweiligen Optimierungsziel basierend auf den modifizierten ersten und/oder zweiten Optimierungsparametern.
11. Computerprogrammprodukt, das ein Computerprogramm enthält, das, wenn es auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchführt.
PCT/EP2011/003499 2010-07-23 2011-07-13 Verfahren und vorrichtung zum koordinieren von zwei aufeinanderfolgenden herstellungsstufen eines produktionsprozesses WO2012010271A1 (de)

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