WO2022184624A1 - System, method and computer program for economically optimising a process in a production plant - Google Patents

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WO2022184624A1
WO2022184624A1 PCT/EP2022/054953 EP2022054953W WO2022184624A1 WO 2022184624 A1 WO2022184624 A1 WO 2022184624A1 EP 2022054953 W EP2022054953 W EP 2022054953W WO 2022184624 A1 WO2022184624 A1 WO 2022184624A1
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production
predictor
monitor
maintenance
catalog
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PCT/EP2022/054953
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Carsten Andreas Klein
Christoph Haeusler
Wilfried Runde
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Sms Group Gmbh
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    • G05B2219/32234Maintenance planning

Definitions

  • the invention relates to a system for the economic optimization of a process in a production facility, in particular a production facility in the metal-producing industry, in the non-iron or steel industry or in the production of master alloys.
  • the invention relates to a method and a computer program for the economic optimization of a process in a production plant, in particular a production plant in the metal-producing industry, the non-iron or steel industry or the production of master alloys.
  • the production plant of the metal-producing industry is used in particular for the production of slabs, sheets, pipes, beams, rails, other profiles or strips and forged products and their preliminary products or for carrying out individual work steps within the scope of production.
  • the production is planned with sufficient advance notice.
  • the aim is to manufacture products with a certain product quality.
  • the production plant, especially the machines used is subject to wear and tear and other failure mechanisms.
  • suitable personnel is required for the manufacture of the products, as well as corresponding resources and energy sources.
  • ERP systems Enterprise Resource Planning
  • order management is also based on insufficient information. For example, an even utilization of all production lines (regardless of their added value) or a high proportion of high-margin products (without taking into account that this may result in costs elsewhere) or the highest possible throughput with fundamentally value-adding products (without an overview of whether higher profits could be achieved with less throughput with a different product mix).
  • a higher product quality can often be achieved by using high-quality (and therefore usually more expensive) input materials (e.g. ore, alloy, scrap).
  • input materials e.g. ore, alloy, scrap.
  • a well-founded optimization of how much additional costs for input materials are economically justified compared to higher output or higher product prices does not take place, especially not automatically for all products.
  • the service life of components of the production plant can be influenced by the intensity of maintenance work. If there are several possible suppliers for components, these alternatives often vary in terms of the purchase price, the required maintenance measures and the susceptibility to wear. A consideration of the economically optimal maintenance concept, taking into account the service life, costs for maintenance, reliability of the components and Purchase prices do not take place, in particular not automatically for each component.
  • DE 10 2007 036 325 A1 It is known from DE 10 2007 036 325 A1 to take into account the state of the production plant, in particular individual components of the production plant, during production planning. Furthermore, according to DE 10 2007 036 325 A1, a maintenance plan can be taken into account in the production planning. However, an economic optimization of the production process in the production plant does not take place, but maximum availability of the production plant is also turned off, regardless of the economic benefit.
  • EP 1 530 770 B1 discloses a device for optimizing individual process parameters of a production plant, taking into account a company and production planning system.
  • an evaluation is made as to whether the financial outlay for the company and production planning system pays off through the optimization achieved, ie the return on investment achieved is determined.
  • the financial outlay for the company and production planning system pays off through the optimization achieved, ie the return on investment achieved is determined.
  • there is no economic optimization of the production process only the effects of optimized process parameters on the effort involved are examined.
  • JP 2014109845 A in the production planning for a production plant in the metal-producing industry, when determining a production sequence, the currently available orders and a forecast of orders expected in the future are taken into account in order to optimize the economic operation of the production plant. The optimization of the production sequence is therefore based on the prediction of future orders and there is no economic optimization of the current production process.
  • WO 2018/145947 A1 discloses a method and system for planning production and/or maintenance in a plant in the metal-producing industry. The planning is based on status monitoring of the underlying automation system and also takes into account the data from a quality determination system for determining the product qualities achieved. Optimized production planning and/or maintenance for the production plant is derived from linking the status data with the product qualities achieved. The technical condition of the production plant is therefore monitored and taken into account in future production and/or maintenance. However, there is no targeted economic optimization of the production process within the production plant.
  • the object of the invention is to optimize the profit that can be achieved with a production plant, in particular in the metal-producing industry, or to provide an estimate for the maximum profit that can be achieved.
  • the object is achieved according to the invention by a system for the economic optimization of a process in a production plant, in particular a production plant in the metal-producing industry, the non-iron or steel industry or the production of master alloys, the production plant comprising: a production planning system for determining a production sequence for the production plant, in particular of control data for an automation system, the automation system for controlling production in the
  • the automation system preferably executes the production sequence determined by the production planning system, a status monitoring system for recording the status of the production plant and its components, a maintenance planning system for determining maintenance measures for the production plant, a business planning system associated with the production plant for the business management of production and maintenance in the production plant, and a quality predictor, a condition predictor, a cost predictor, a process predictor, a resource predictor and/or a personnel predictor which is characterized by this that the system includes an optimizer that links the data from the production planning system, the automation system, the condition monitoring system and the maintenance planning system with the data from the corporate planning system in order to optimize the process in the production plant from an economic point of view, the optimizer using the predictors to predict the future plant states, future achievable product qualities, future costs or similar relevant properties, parameters or the like in the business Op optimization of the process in the production plant.
  • the technical parameters relevant to the process in the production plant are linked to the relevant business information from the corporate planning system in order to optimize the process in the production plant from a business management point of view.
  • the process is, for example, a manufacturing process, maintenance process or the like.
  • Plant operator is maximized. This is done by tracking all value streams of the production operation and evaluating and using this information to generate descriptive models for value creation or for the boundary conditions to be considered, in particular through the use of explicit optimization tools that maximize value creation.
  • the core of the invention lies in using a technical system to record and take into account all aspects relevant to a business decision-making process in order to always be able to automatically determine the optimum for the entire business.
  • the enterprise planning system can be a direct part of the production plant or is assigned to it as an external component. According to a preferred variant of the invention, the system carries out the optimization repeatedly, in particular at regular intervals or after changes in parameters relevant to the optimization.
  • the system determines an economically optimized production sequence, economically optimized target values for the automation system, economically optimized maintenance measures and/or economically optimized administration measures.
  • the result of this optimization is, for example, an economically optimized production sequence in connection with economically optimized maintenance measures, the optimized production sequence including the economically optimized set value specifications for the automation system.
  • the administrative measures that have been optimized from an economic point of view relate, for example, to the purchase of materials and/or raw materials, storage, transport or the like.
  • the economically optimized production sequence, economically optimized target values for the automation system, economically optimized maintenance measures and/or economically optimized administrative measures are preferably forwarded to the corresponding production planning system, automation system, maintenance planning system or business planning system.
  • the optimizer creates instructions for action regarding the production sequence, the maintenance and repair measures to be carried out, the acceptance of delivery orders, the initiation of orders for input materials, operating resources and/or spare parts, the creation of deployment plans for the staff, in particular the maintenance staff, or the like.
  • the system creates a personnel deployment plan for production and/or maintenance, a resource procurement plan, an energy procurement plan, a spare parts procurement plan, a maintenance plan or the like as part of the business optimization.
  • the plans created are forwarded to the appropriate production planning system, maintenance planning system or corporate planning system for implementation.
  • the system includes a quality catalogue, a process catalogue, a maintenance catalogue, a cost catalogue, a spare parts catalogue, a resource catalogue, a personnel catalogue, and/or a profit catalogue.
  • the quality catalog contains, for example, all verifiable quality requirements that can be placed on products.
  • the quality catalog contains the set of all producible products with their respective quality requirements.
  • the process catalog lists process criteria that are relevant to product qualities, plant output, plant efficiency or the like.
  • the process catalog contains, for example, process criteria that are required to achieve a specific quality requirement from the quality catalog.
  • the maintenance catalog lists all maintenance measures that can be carried out, in particular the maintenance measures that are suitable or necessary to eliminate an existing or expected restriction.
  • the maintenance catalog contains in particular the necessary spare parts, the necessary personnel requirements, the requirements for the production conditions, such as downtimes, as well as other necessary tools or the like with regard to the maintenance measures listed in the maintenance catalogue.
  • the cost catalog in turn contains the current costs for resources, personnel deployment, spare parts and the like. If the costs can only be determined as a function of certain factors, then these factors, for example base costs, coefficients, etc., are stored in the catalog of costs.
  • the spare parts catalog contains a list of all mechanical, electrical, hydraulic or other components of the system.
  • the spare parts catalog contains the current inventory as well as planned deliveries of spare parts and/or operating resources. Of the
  • the personnel catalog preferably contains all employees and, if necessary, known service providers, in particular with their formal qualifications, i.e. their skills from the activities to execute maintenance catalog and/or manufacturing process steps.
  • Current prices and/or margins based on the current system analysis are stored in the profit catalogue. If the prices and/or margins can only be calculated from properties of the manufacturing process, then the corresponding relevant factors, coefficients or the like are stored.
  • the process in the production plant can be optimized in a more targeted manner from an economic point of view. For this purpose, the information from the catalogs mentioned is linked to the products to be manufactured in the production plant and their quality requirements, and an economically optimized production sequence and, if necessary, economically optimized maintenance measures are determined.
  • the system also includes a process monitor, a status monitor, a maintenance monitor, a planning monitor, a resource monitor, a quality monitor, a profit monitor and/or a personnel monitor.
  • the process monitor records process data, preferably all process data, from production and any accompanying data, such as e.g.
  • the status monitor reflects the current and/or predicted status of the production plant according to all known evaluations and/or system analyses, preferably with regard to existing or expected restrictions, in particular based on entries from the process catalogue.
  • the maintenance monitor indicates the current status of all maintenance measures that have already been planned.
  • the planning monitor contains the current status of the planned production sequence.
  • the current and already planned stock of input material is stored in the resource monitor, preferably including the already planned inflows of resources.
  • the quality monitor contains the qualities of the individual products that have been achieved and/or that can be achieved in the future, in particular all quality data determined for the manufactured products.
  • the value added for each type of product and each individual process step, in particular costs for poor quality can be derived for each process step or these are stored directly in the profit monitor.
  • the personnel monitor reflects the current personnel availability, for example shift schedules, planned assignments by service providers, or the like.
  • the predictions of the quality predictor, the status predictor, the cost predictor, the process predictor, the resource predictor and/or the personnel predictor and/or the business optimization of the optimizer are based on the process monitor, the status monitor, the maintenance monitor, the planning monitor, the resource monitor, the quality monitor, the profit monitor and/or the personnel monitor are continuously adjusted.
  • the adjustment is made by means of machine learning from the process, quality, failure data and other data from the monitors mentioned, with the predictors (prediction models) or the algorithms of the optimizer continuously adapting or updating themselves.
  • the system comprises a quality predictor, a condition predictor, a cost predictor, a process predictor, a resource predictor and/or a personnel predictor.
  • the quality predictor is designed to predict qualities that can be generated.
  • the status predictor is designed to predict future plant statuses and the cost predictor to predict future costs of costly entities, in particular costs for input materials, energy, operating resources, spare parts and the like.
  • the process predictor is designed to predict future process states.
  • the resource predictor allows a prediction of the development of resources in the future and the personnel predictor allows a prediction of future personnel deployment.
  • the aforementioned predictors preferably take into account the current planning.
  • the predictors serve as prediction models for predicting future ones Plant conditions, product qualities that can be achieved in the future, future costs or the like.
  • the predictors or prediction models By means of the predictors or prediction models, the future plant states, product qualities that can be achieved in the future, future costs or similar relevant properties, parameters or the like are taken into account in the economic optimization of the process in the production plant.
  • future properties, parameters or the like of the production plant or the process By predicting future properties, parameters or the like of the production plant or the process, the economic optimization is significantly improved again.
  • the predictors enable an assessment of how the quality, the plant states, the costs for input materials, energy, operating resources, spare parts and the like, the process states, the process states and/or the personnel will behave in the future based on the current planning. On the basis of these states, properties, etc. projected into the future, the optimizer can optimize the process in the production plant from an economic point of view.
  • the cost predictor also takes into account, in particular, monetary effects with regard to various alternatives in the manufacturing process of a product, such as with regard to the process route (which process steps are passed through), the production lines passed through (if there are several comparable ones), and/or the exact design of a process characterized by its technological targets.
  • Resource predictor and / or the personal predictor each designed as a data model.
  • the respective data model is preferably based on machine learning methods, in particular on artificial neural networks, deep artificial neural networks, decision trees, ensemble methods based on decision trees, linear or non-linear regression models with or without regularization, support vector machines with linear, polynomial or other kernel functions, or the like.
  • the cost predictor is designed as a price catalog in which costs per consumption unit or per time unit are specified or from which the costs can be calculated according to a defined formula. In this way, the costs can be determined easily and quickly. Alternatively, the costs can also be determined on the basis of historical data from accounting or similar business systems.
  • the system comprises a resource planner, a sequence planner, a maintenance planner, a spare parts planner and/or a personnel planner.
  • the resource planner is used to plan the procurement of input materials, operating resources, energy and the like.
  • the aim here is cost-optimal procurement, taking into account the existing production plan.
  • cost-optimal takes into account, in particular, input material-dependent margins, taking into account potential effects of the input material or mixtures of input materials on the quality.
  • the sequence planner is used to determine the production sequence of the existing orders.
  • the planning of the production sequence can be done in different granularity/level of detail for different time horizons.
  • the aim here is to maximize the added value for a given period of time.
  • a predicted plant status is preferably taken into account, which in turn can be used for a comparison between the required product quality and the product quality that can be achieved according to the forecast.
  • the sequence planner takes into account, for example, maintenance measures including the necessary parts and tools as well as the availability of resources and personnel. The aim is to maximize the profitability of plant operation.
  • the maintenance planner is used to define maintenance measures, in particular the maintenance measures from the maintenance catalogue. These must meet the requirements of production planning when products are planned that, for example, require plant states according to the process catalogue, which are not fulfilled according to a current forecast. Measures from the maintenance catalogue, for example, are then to be taken in order to improve the condition of the system so that the requirements are met. This includes, for example, the exchange of tools such as work rolls, molds or the like.
  • the spare parts planner is used to plan the procurement of spare parts and operating resources. Based on the current status, possibly including the inflows that have already been determined, as well as one according to the current one, if applicable
  • the personnel planner is used to schedule personnel and, if necessary, to procure service providers. Sufficient personnel capacities with suitable roles must be provided for production and maintenance in accordance with the planned production sequence and planned maintenance measures. This is ensured by the personnel planner.
  • the planners mentioned form the optimizer together or individually in order to optimize the process in the production plant from an economic point of view.
  • the individual planners can be combined in an overall planner (overall optimizer) or designed as separate planners (partial optimizers), with the separate planners optimizing individual areas of the production plant from an economic point of view and, in combination, optimizing the process in the production plant from a financial point of view.
  • the planners can be used to maximize the profitability of the production facility.
  • the system also includes an energy management system for further economic optimization of the process in the production plant.
  • an energy management system for further economic optimization of the process in the production plant.
  • all of the optimizations mentioned are also taken into account with regard to optimization of the energy management examined.
  • Energy prices, especially electrical energy fluctuate on several time scales. Due to climatic conditions, energy demand varies seasonally, as well as due to weather effects on scales of days, but also within a day, energy supply and demand fluctuate. Operators of industrial plants often have a mix of independently generated energy, energy storage and a mixture of long-term and short-term external procurement modes. On the one hand, the one hand, the
  • the system includes a price generator for determining a minimum price for a product for economical production, a probable price for a product based on the current market situation and/or a highest possible, realistic price for a product.
  • the price generator is used in particular for Determination of minimum prices for each product used to ensure economical production. Possible price reductions can be taken into account, for example caused by poor product quality, missed delivery dates or the like. Alternatively or additionally, a probable price for the product can be determined based on the current market situation and/or production utilization. A highest possible, realistic price for a product that can be achieved on the market could also be determined.
  • the price generator takes into account the individual costs of manufacturing a product, the costs for the resources used and, if applicable, energy costs.
  • the price generator takes into account general costs of the production plant.
  • the price generator thus enables a full cost view for the production of a specific product.
  • overhead costs can also be allocated for parts of the total costs.
  • the price generator can also take this price advantage into account and, if necessary, grant a discount to take account of the advantageous situation for the manufacturer. Furthermore, the price generator can be used to generate a recommendation for given or forecast achievable market prices as to which products should ideally be offered on the market, since the added value of different products on a given system is usually very different.
  • the price generator includes a static price catalog and/or an algorithm for dynamic price determination.
  • the price catalog is static and can be adjusted from the outside if necessary.
  • the system includes a planning list containing information regarding the products to be produced, in particular their quality requirements.
  • Quality requirements can be used, for example, as a reference to a
  • the planning list is expediently part of the production planning system.
  • the optimizer expediently creates instructions for action regarding the production sequence, the maintenance and repair measures to be carried out, the acceptance of delivery orders, the initiation of orders for input materials, operating resources and/or spare parts, the creation of deployment plans for the personnel, in particular the
  • the optimizer of the system according to the invention is based on reinforcement learning or operation research algorithms, in particular policy networks, neural networks, linear programs, convex optimization, mixed-integer optimization, or the like.
  • the object is also achieved by a method for the economic optimization of a process in a production plant, in particular a production plant in the metal-producing industry, the non-iron or steel industry or the production of master alloys, the production plant comprising: a production planning system for determining a production sequence for the production plant, in particular control data for an automation system, the automation system for controlling production in the production plant, with the automation system preferably executing the production sequence determined by the production planning system, a status monitoring system for recording statuses of the production plant and its components, a maintenance planning system for determining maintenance measures for the production plant, a business planning system associated with the production plant for the economic management of production and Maintenance in the production plant, and a quality predictor, a condition predictor, a cost predictor, a process predictor, a resource predictor and
  • the technical parameters relevant to the process in the production plant are linked to the relevant business information from the corporate planning system in order to optimize the process in the production plant from a business management point of view.
  • the technical optimization such as maximizing the production volume or plant availability, but the economic optimum is determined, for example taking into account the necessary capital investment, the negotiated delivery conditions including contractual penalties, storage costs, personnel costs, material costs, maintenance costs and the same.
  • the process to be optimized is, for example, a manufacturing process, maintenance process or the like.
  • the method carries out the optimization repeatedly, in particular at regular intervals or after changes in parameters relevant to the optimization.
  • all decisions regarding the process in the production plant are made in such a way that the added value of the plant operator is maximized. This is done by tracking all value streams of the production operation and evaluating and using this information to generate descriptive models for value creation or for the boundary conditions to be considered, in particular through the use of explicit optimization tools that maximize value creation.
  • the core of the invention lies in using a technical method to record and take into account all aspects relevant to a business decision-making process in order to always be able to automatically determine the optimum for the entire business.
  • the traditionally separate worlds of the business control level and the subordinate technical levels are combined in the technical method according to the invention, so that the business optimization becomes a technical problem which can be solved by the technical method according to the invention.
  • the method determines an economically optimized production sequence, economically optimized target values for the automation system, economically optimized maintenance measures and/or economically optimized administration measures.
  • the result of this method step is, for example, an economically optimized production sequence in connection with economically optimized maintenance measures, the optimized production sequence including the economically optimized setpoint specifications for the automation system.
  • the administrative measures that have been optimized from an economic point of view relate, for example, to the purchase of materials and/or raw materials, storage, transport or the like.
  • the economically optimized production sequence, economically optimized target values for the automation system, economically optimized maintenance measures and/or economically optimized administrative measures are preferably forwarded to the corresponding production planning system, automation system, maintenance planning system or company planning system.
  • the method creates a personnel deployment plan for production and/or maintenance, a resource procurement plan, an energy procurement plan, a spare parts procurement plan, a maintenance plan or the like as part of the business optimization.
  • the plans drawn up are sent to the appropriate production planning system, maintenance planning system or business planning system forwarded.
  • the method includes the creation and / or management of a quality catalog, a process catalog, a
  • the quality catalog contains, for example, all verifiable quality requirements that can be placed on products.
  • the quality catalog contains the set of all producible products with their respective ones
  • the process catalog lists process criteria that are relevant to product qualities, plant output, plant efficiency, or the like.
  • the process catalog contains, for example, process criteria that are required to achieve a specific quality requirement from the quality catalog.
  • the maintenance catalog lists all executables
  • Maintenance measures in particular the maintenance measures that are suitable or necessary to remedy an existing or expected restriction.
  • the maintenance catalog contains in particular the necessary spare parts, the necessary personnel requirements, the requirements for the production conditions, such as downtimes, as well as other necessary tools or the like with regard to the maintenance measures listed in the maintenance catalogue.
  • the cost catalog in turn contains the current costs for resources, personnel deployment, spare parts and the like. If the costs can only be determined as a function of certain factors, then these factors, for example basic costs, coefficients, etc. are included in the
  • the spare parts catalog contains a list of all mechanical, electrical, hydraulic or other components of the system.
  • the spare parts catalog contains the current inventory as well as planned deliveries of spare parts and/or operating resources.
  • the resource catalog lists in particular all input materials, production aids, consumables, Energy sources, etc. on.
  • the personnel catalog preferably contains all employees and possibly known service providers, in particular with their formal qualifications, that is to say their abilities to carry out activities from the maintenance catalog and/or production process steps.
  • Current prices and/or margins based on the current system analysis are stored in the profit catalogue. If the prices and/or margins are only to be calculated from properties of the production process, then the corresponding relevant factors, coefficients or the like are stored.
  • the process in the production plant can be optimized in a more targeted manner from an economic point of view.
  • the information from the catalogs mentioned is linked to the products to be manufactured in the production plant and their quality requirements, and an economically optimized production sequence and, if necessary, economically optimized maintenance measures are determined.
  • the method includes creating and/or managing a process monitor, a status monitor, a maintenance monitor, a planning monitor, a resource monitor, a quality monitor, a profit monitor and/or a personnel monitor.
  • the process monitor records, for example, process data, preferably all process data, from production and any accompanying data, such as laboratory test results. The recorded data can be used for system analysis.
  • the status monitor reflects the current and/or predicted status of the production plant according to all known evaluations and/or system analyses, preferably with regard to existing or expected restrictions, in particular based on entries from the process catalogue.
  • the maintenance monitor indicates the current status of all maintenance measures that have already been planned.
  • the planning monitor contains the current status of the planned production sequence.
  • the current and already planned stock of input material is stored in the resource monitor, preferably including the already planned inflows of resources.
  • the quality monitor are contain the qualities of the individual products that have been achieved and/or that can be achieved in the future, in particular all quality data determined for the manufactured products.
  • the profit monitor contains the added value for each type of product and each individual process step. In particular, costs for poor quality can be derived for each process step or these are stored directly in the profit monitor.
  • the personnel monitor reflects the current personnel availability, for example shift schedules, planned assignments by service providers, or the like.
  • the predictions of the quality predictor, the status predictor, the cost predictor, the process predictor, the resource predictor and/or the personnel predictor and/or the business optimization of the optimizer are based on the process monitor, the status monitor, the maintenance monitor, the planning monitor, the resource monitor, the quality monitor, the profit monitor and/or the personnel monitor are continuously adjusted.
  • the adjustment is made by means of machine learning from the process, quality, failure data and other data from the monitors mentioned, with the predictors (prediction models) or the algorithms of the optimizer continuously adapting or updating themselves.
  • the method includes the creation and/or management of a quality predictor, a status predictor, a cost predictor, a process predictor, a resource predictor and/or a personnel predictor.
  • the quality predictor is designed to predict qualities that can be generated.
  • the status predictor is designed to predict future plant statuses and the cost predictor to predict future costs of costly entities, in particular costs for input materials, energy, operating resources, spare parts and the like.
  • the process predictor is designed to predict future process states.
  • the resource predictor allows a prediction about the Development of resources in the future and the personnel predictor allows a prediction of future personnel deployment.
  • the aforementioned predictors preferably take into account the current planning.
  • the predictors serve as prediction models for predicting future plant states, product qualities that can be achieved in the future, future costs or the like.
  • the predictors or prediction models By means of the predictors or prediction models, the future plant states, product qualities that can be achieved in the future, future costs or similar relevant properties, parameters or the like are taken into account in the economic optimization of the process in the production plant. By predicting future properties, parameters or the like of the production plant or the manufacturing process, the economic optimization is significantly improved again.
  • the predictors enable an assessment of how the quality, the plant states, the costs for input materials, energy, operating resources, spare parts and the like, the process states, the process states and/or the personnel will behave in the future based on the current planning. On the basis of these states, properties, etc.
  • the optimizer can optimize the process in the production plant from an economic point of view.
  • the cost predictor also takes into account, in particular, monetary effects with regard to various alternatives in the manufacturing process of a product, such as with regard to the process route (which process steps are passed through), the production lines passed through (if there are several comparable ones), and/or the exact design of a process characterized by its technological targets.
  • the quality predictor, the condition predictor, the cost predictor, the process predictor, the resource predictor and/or the personnel predictor are each based on a data model.
  • the respective data model is preferably based on machine learning methods, in particular on artificial neural ones Networks, deep artificial neural networks, decision trees, ensemble methods based on decision trees, linear or non-linear regression models with or without regularization, support vector machines with linear, polynomial or other kernel functions, or the like.
  • the cost predictor is designed as a price catalog in which costs per consumption unit or per time unit are specified or from which the costs can be calculated according to a defined formula. In this way, the costs can be determined easily and quickly. Alternatively, the costs can also be increased
  • the method according to the invention also includes the creation and/or management of a resource planner, a sequence planner, a maintenance planner, a spare parts planner and/or a personnel planner.
  • the resource planner is used to plan the procurement of input materials, operating resources, energy and the like.
  • the aim here is cost-optimal procurement, taking into account the existing production plan.
  • cost-optimal takes into account, in particular, input material-dependent margins, taking into account potential effects of the input material or mixtures of input materials on the quality.
  • the sequence planner is used to determine the production sequence of the existing orders.
  • the planning of the production sequence can be done in different granularity/level of detail for different time horizons.
  • the aim here is to maximize the added value for a given period of time.
  • a predicted plant status is preferably taken into account, which in turn can be used for a comparison between the required product quality and the product quality that can be achieved according to the forecast.
  • the sequence planner takes into account, for example, maintenance measures including the necessary parts and tools as well as resource and staff availability. The aim is to maximize the profitability of plant operation.
  • the maintenance planner is used to define maintenance measures, in particular the maintenance measures from the maintenance catalogue. These must meet the requirements from production planning if products are planned that, for example, according to
  • the spare parts planner is used to plan the procurement of spare parts and
  • the personnel planner is used to schedule personnel and, if necessary, to procure service providers. Sufficient personnel capacities with suitable roles must be provided for production and maintenance in accordance with the planned production sequence and planned maintenance measures. This is ensured by the personnel planner.
  • the planners mentioned form the optimizer together or individually in order to optimize the process in the production plant from an economic point of view.
  • the individual planners can be combined in an overall planner (overall optimizer) or designed as separate planners (partial optimizers), with the separate planners optimizing individual areas of the production plant from an economic point of view and, in combination, optimizing the process in the production plant from a financial point of view.
  • the planners can be used to maximize the profitability of the production facility.
  • the method also includes the step of energy management for further economic optimization of the process in the production plant. For this purpose, all the optimizations mentioned are also examined with regard to optimization of the energy management. This includes the appropriate design of production planning, adapted to commercial contracts for energy supply, energetically optimal design of production or the like. Energy prices, especially electrical energy, fluctuate on several time scales.
  • the method includes determining a minimum price for a product for economical production, a probable price for a product based on the current market situation and/or a highest possible, realistic price for a product.
  • the minimum price is determined in particular for each product to be manufactured in order to ensure economical production. Possible price reductions can be taken into account, for example caused by poor product quality, missed delivery dates or the like.
  • the probable price for the product is based in particular on the current market situation and/or production capacity. For example, the highest possible, realistic price is independent of the current market situation and also takes into account probable future market situations.
  • the method takes into account the individual costs of manufacturing a product, the costs for the resources used and, if applicable, energy costs.
  • the minimum price, the probable price and/or the highest possible, realistic price takes into account the general costs of the production facility.
  • the specific minimum price is therefore related to a full cost consideration for the production of a specific product.
  • overhead costs can also be allocated for parts of the total costs.
  • the determination of the minimum price, the probable price and/or the highest possible realistic price is based on a static price catalog and/or an algorithm for dynamic price determination.
  • the price catalog is static and can be adjusted from the outside if necessary.
  • the method includes the creation and/or management of a planning list comprising information regarding the products that are to be produced, in particular their products quality requirements.
  • the quality requirements can, for example, be in the form of a reference to a quality catalogue.
  • the planning list is expediently part of the production planning system.
  • the method expediently creates instructions for action regarding the production sequence, the maintenance and repair measures to be carried out, the acceptance of delivery orders, the initiation of orders for input materials, operating resources and/or spare parts, the creation of deployment plans for the personnel, in particular the maintenance personnel, or the like.
  • the method is based on reinforcement learning or operation research algorithms, in particular policy networks, neural networks, linear programs, convex optimization, mixed-integer optimization, or the like.
  • the object is also achieved by a computer program comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the computer to carry out the method according to the invention, in particular comprising instructions which cause the system according to the invention to execute the method according to the invention.
  • the computer program is designed in particular as a software module, which is located between levels 0-3 and 4 of the automation pyramid, i.e. between the automation of the manufacturing process in the production location (level 0-3) and the enterprise planning system (Enterprise Resource Planning ERP system at level 4 ).
  • the economic optimization of a process in a production plant, in particular a production plant in the metal-producing industry, the non-iron or steel industry or the production of master alloys, using the system according to the invention, the method according to the invention and/or the computer program according to the invention takes place according to an advantageous variant at specific time intervals and/or after specific events have occurred.
  • the situation is constantly changing due to the ongoing production process, new customer orders, unforeseeable changes in plant availability, the product quality achieved, etc.
  • it is therefore necessary to constantly adapt the various operational plans to the changing boundary conditions. It is therefore necessary to implement the holistic, economically optimized mode of operation through repeated planning steps.
  • the business optimization of the process in the production plant is carried out by an overall planner (overall optimizer), who simultaneously takes over the business optimization of all operational processes to be planned, the business optimization is preferably carried out according to a fixed time pattern, for example once a day, per hour, or the like .
  • the economic optimization of the process in the production plant is carried out by several separate planners (partial optimizers), who each plan different parts of the operational processes (e.g. the deployment of personnel, maintenance, procurement of resources, etc.) and jointly optimize the process in the production plant, so the separate planners are preferably executed at different times, e.g. the personnel planner weekly, the resource procurement daily, etc.
  • the overall planner (overall optimizer) and/or the separate planners
  • partial optimizers cannot be executed or not only at fixed times, but also at times when certain events occur, such as the placement of a new customer order, the completion of a product piece or a message from the condition monitor indicating a continuation of the Production in the currently planned form is no longer allowed. If several individual separate planners are used, various triggering mechanisms can also come into play for them, including the completion of a new plan of a planning component as a trigger for another planning component.
  • predictors, catalogues, etc. can be done in the same way. Since, according to the invention, a model of the production plant that is as up-to-date as possible is to be used for planning, it is necessary to adapt the predictors in particular, but also the catalogs, to the current operational experiences insofar as these are recorded systemically.
  • a fixed time frame can be used (e.g. once a week) for all tools (predictors, catalogues, etc.). Alternatively, different but fixed times for updating can be used for subsets of the tools.
  • events can also be defined for all or part of the tools (predictors, catalogues, etc.), which are used as triggers for updating the tools, such as an incident for updating the condition predictor, a defective product for the Quality predictor or underrun of resource stocks for resource predictor update.
  • the implementation of the optimized mode of operation at the production plant is carried out by the personnel who are also deployed, but also in an essential way by the plant automation (automation system). It is the task of the quality predictor, in the course of determining the product quality that can be achieved over time, to define boundary conditions for the technical processes that ensure the achievement of desired quality characteristics, minimize the deviation from quality-relevant target values or the probability of missing limit values for quality characteristics minimize. This is done both by defining technological target values for the individual process steps as far as the automation system is able to use them directly. It can also be metadata for automation, such as special parameters that are required as part of a control or regulation and the product and
  • the information required for this is determined, among other things, by machine learning of systematic relationships between production parameters (recorded in the process monitor) and the product quality achieved (recorded in the quality monitor).
  • the actual target specifications for the system automation can then be determined by optimization algorithms, with the above-mentioned criteria as the goal.
  • attention can already be paid here to the fact that the choice of process parameters also affects the state of the plant and thus the long-term
  • the system automation is enabled and authorized to implement the production method defined in this way, so that the
  • Fig. 3a - 31 examples of economic optimization of processes in a production plant
  • FIG. 6 shows an exemplary linking of components of a system for resource planning according to the invention
  • FIG. 7 shows an example linking of components of a system according to the invention for procuring spare parts
  • FIG. 8 shows an example linking of components of a system according to the invention for procuring spare parts with personnel planning
  • FIG. 9 shows a further exemplary linking of components of a system according to the invention for the economic optimization of a process in a production plant
  • Fig. 10 - 13 exemplary time sequences for the economic optimization of a process in a production plant.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a first embodiment of a system 1 according to the invention for the economic optimization of a process in a production plant 2, in particular a production plant 2 in the metal-producing industry, the non-ferrous or steel industry or master alloy production.
  • the production plant 2 from Fig. 1 comprises a production planning system 3 for determining a production sequence for the production plant 2, in particular control data for an automation system 4.
  • the automation system 4 of the production plant 2 from Fig. 1 is used to control production in the production plant 2, the Automation system 4 preferably executes the production sequence determined by the production planning system 3.
  • the production plant 2 also includes a status monitoring system 5 for detecting the status of the production plant 2 and its components, and a maintenance planning system 6 for determining maintenance measures for the production plant 2.
  • the production plant 2 from FIG. 1 also includes a business planning system 7 assigned to the production plant 2 for the business management of production and maintenance in the production plant 2.
  • the business planning system 7 is designed as an external component, but it is also possible in principle that the business planning system 7 is an integral part of the production plant 2.
  • the system 1 according to the invention is characterized in that it includes an optimizer 8 .
  • the optimizer 8 links the data of the production planning system 3, the automation system 4, the
  • Condition monitoring system 5 and the maintenance planning system 6 with the data from the business planning system 7 in order to optimize the process in the production plant 2 from an economic point of view.
  • the system 1 from FIG. 1 determines in particular an economically optimized production sequence, economically optimized target values for the automation system 4 , economically optimized maintenance measures and/or economically optimized administration measures.
  • the system 1 creates, for example, a personnel deployment plan for production and/or maintenance, a resource procurement plan, an energy procurement plan, a spare parts procurement plan, a maintenance plan or the like.
  • the optimizer 8 is based, for example, on reinforcement learning algorithms or operation research algorithms, in particular policy networks, neural networks, linear programs, convex optimization, mixed integers
  • the optimizer 8 includes a number of components which can be divided into the categories catalogs, monitors, planners and predictors, for example.
  • the catalog category includes, for example, a quality catalog 9, a process catalog 10, a maintenance catalog 11, a cost catalog 12 and a planning list 26.
  • the quality catalog 9 contains, for example, the quantity of all producible products with their respective quality requirements.
  • Process catalog 10 lists process criteria that are required to achieve a specific quality requirement from the quality catalog 9 .
  • the maintenance catalog 11 lists maintenance measures that are suitable or necessary to eliminate an existing or expected restriction.
  • the maintenance catalog 11 contains in particular the necessary spare parts, the necessary personnel requirements, the requirements for the production conditions, such as downtimes, and other necessary tools or the like with regard to the maintenance measures listed in the maintenance catalog 11.
  • the cost catalog 12 in turn contains the current costs for resources, personnel deployment, spare parts and the like.
  • Planning list 26 includes, for example, information regarding the to
  • Products to be produced in particular their quality requirements.
  • the quality requirements can be used, for example, as a reference to a
  • Quality catalog 9 trained.
  • the process in production plant 2 can be optimized in a more targeted manner from an economic point of view using the catalogs mentioned and the information contained therein.
  • the information from the named catalogs is linked to the products to be manufactured in the production facility 2 and their quality requirements, and an economically optimized production sequence and possibly economically optimized maintenance measures are determined.
  • Planning list 26 includes, in particular, information regarding the to
  • the Catalogs category also includes a
  • Spare parts catalog 27 the spare parts catalog 27 containing, for example, the current stock and planned supplies of spare parts and/or resources.
  • the monitors category includes, for example, a process monitor 13, a status monitor 14, a maintenance monitor 15 and a quality monitor 16.
  • the process monitor 13 contains, for example, process data from production and any accompanying data, such as laboratory test results.
  • the status monitor 14 contains the current and/or forecast State of the production plant 2 with regard to existing or expected restrictions, in particular based on entries from the process catalog 10.
  • the maintenance monitor 15 contains information on all maintenance measures that have already been planned.
  • the quality monitor 16 contains the qualities of the individual products that have been achieved and/or that can be achieved in the future.
  • the monitors category may also include a planning monitor 28, a resource monitor 29 and/or a profit monitor 30.
  • the planning monitor 28 contains in particular the current status of the planned production sequence.
  • the resource monitor 29 for example, the current and already planned inventory of input material is stored.
  • the value added for each type of product and each individual process step is usefully contained in the profit monitor 30, in particular costs for poor quality can also be derived for each process step or these are stored directly in the profit monitor 30.
  • the planner category includes, for example, a resource planner 20, a sequence planner 21, a maintenance planner 22, a spare parts planner 23, a personnel planner 24 and a price generator 25.
  • the resource planner 20 is used to plan the procurement of input materials, operating resources, energy and the like.
  • the aim here is cost-optimal procurement, taking into account the existing production plan. In this context, cost-optimal takes into account, in particular, input material-dependent margins, taking into account potential effects of the input material or mixtures of input materials on the quality.
  • the sequence planner 21 is used to determine the production sequence of the existing orders. The planning of the production sequence can be done in different granularity/level of detail for different time horizons.
  • the aim here is to maximize the added value for a given period of time. A predicted system status is preferably taken into account.
  • the maintenance scheduler 22 is used to define maintenance measures. These must meet the requirements of production planning if products are planned that, for example, according to process catalog 10, require system states that are not fulfilled according to a current forecast. Then, for example, measures from the maintenance catalog 11 are to be taken in order to improve the condition of the system accordingly, so that the requirements are met. This includes, for example, the exchange of tools such as work rolls, molds or the like.
  • the spare parts planner 23 is used to plan the procurement of spare parts and operating resources. Based on the current status, possibly including the inflows that have already been determined, the difference between the spare parts and operating aids required for planned maintenance measures and the spare parts and operating aids required according to a possible spare parts catalog 27 must be procured.
  • the personnel planner 24 is used for scheduling personnel.
  • the price generator 25 is used to determine a minimum price for a product for economical production, a probable price for a product based on the current market situation and/or a highest possible, realistic price for a product.
  • the price generator 25 is used in particular to determine minimum prices for each product in order to ensure economical production.
  • the price generator 25 takes into account the general costs of the production plant 25. Possible discounts can also be taken into account, for example caused by poor product quality, missed delivery dates or the like.
  • the price generator 25 can also comprise a static price catalog and/or an algorithm for dynamic price determination.
  • a probable price for the product can preferably also be determined based on the current market situation and/or production utilization. Also he can Price generator, for example, determine a highest possible, realistic price.
  • the category of predictors includes, for example, a quality predictor 17, a state predictor 18, a cost predictor 19 and/or a process predictor 31.
  • the quality predictor 17 is designed to predict qualities that can be produced.
  • the status predictor 18 is designed to predict future plant statuses and the cost predictor 19 to predict future costs for input materials, energy, operating resources, spare parts and the like.
  • the process predictor 31 is designed to predict future process states.
  • the predictors serve as prediction models for predicting future plant states, product qualities that can be achieved in the future, future costs or the like.
  • the future plant states, product qualities that can be achieved in the future, future costs or similar relevant properties, parameters or the like are taken into account in the economic optimization of the process in the production plant 2 by means of the predictors or prediction models. By predicting future properties, parameters or the like of the production facility 2 or the manufacturing process, the economic optimization is again significantly improved.
  • the cost predictor 19 also takes into account, in particular, monetary effects with regard to various alternatives in the manufacturing process of a product, such as with regard to the process route (which process steps are run through), the production lines run through (if there are several comparable ones), and/or the exact design of a process characterized through its technological target specifications.
  • the quality predictor 17, the state predictor 18 and the cost predictor 19 are each designed as a data model.
  • the respective data model is based, for example, on methods from the machine learning, in particular on artificial neural networks, deep artificial neural networks, decision trees, ensemble methods based on decision trees, linear or nonlinear regression models with or without regularization, support vector machines with linear, polynomial or other kernel functions, or the like.
  • the cost predictor 19 can also be in the form of a price catalogue, in which costs per consumption unit or per time unit are specified, or from which the costs can be calculated according to a defined formula. Alternatively, the costs can also be determined on the basis of historical data from accounting or similar business systems.
  • 3a shows symbolically how future states of the production plant 2 can be predicted.
  • the knowledge of future states of the production plant 2 allows the manufacturing process in the production plant 2 to be economically optimized since the expected states of the production plant 2 can be reacted to at an early stage.
  • the optimizer 8 links the data from the planning list 26, the state monitor 14, the maintenance monitor 13 and the planning monitor 28.
  • the linked data are supplied to the state predictor 18, which predicts future states of the production plant 2. This prediction of future states of the production facility 2 is made available to the state monitor 14 .
  • 3b symbolically shows the prediction of product qualities that can be achieved in the future, which is an essential factor for optimizing the processes in a production plant 2 from an economic point of view.
  • the data of the process catalog 10 and the quality catalog are provided to the quality predictor 17 9 transmitted together with the data from the status monitor 14. From this data, the quality predictor 17 can predict product qualities that can be achieved in the future, which can be made available to the quality monitor 16 .
  • 3c symbolizes the optimization of the manufacturing process in a production plant 2 by planning future production.
  • the data of the planning list 26 are transmitted together with the data of the maintenance monitor 15 and the quality monitor 16 to the sequence planner 21, which determines the future production from the transmitted data and thereby optimizes it.
  • the results are preferably transmitted to the planning monitor 28 which is designed to monitor the production in the production plant 2 .
  • the planning monitor 28 which is designed to monitor the production in the production plant 2 .
  • Fig. 3d the planning of the future procurement of input material for the manufacturing process in a production plant is shown symbolically. By optimizing the future procurement of input material, the manufacturing process can be economically optimized.
  • the data from the cost catalogue, the planning monitor 28 and the resource monitor 29 are transmitted together with the forecast from the cost predictor 19 to the resource planner 20, which uses the transmitted data to determine an economically optimized procurement of materials for the future.
  • the result is in turn made available to the resource monitor 29 .
  • the price generator 25 uses the data from the cost catalog 12, the cost predictor 19 and the planning monitor 28 to determine a minimum price for the products to be manufactured, a probable price for the product based on the current market situation and/or a maximum realistic price.
  • the price generator 25 takes into account the general costs of the production plant 2, for example.
  • the minimum prices determined by the price generator 25 are transmitted to the profit monitor 30, which can carry out a business optimization of the product prices on the basis of the data provided.
  • the updating of a maintenance plan for a production plant 2 is shown symbolically in FIG. 3f.
  • the maintenance work in the production plant 2 can thus be optimized from an economic point of view.
  • the maintenance planner 22 uses the data from the maintenance catalogue, the process catalogue, the
  • the maintenance planner 22 also receives data from the status monitor 14, maintenance monitor 15, quality monitor 16, planning monitor 28 and profit monitor 30.
  • the updated maintenance plan is transmitted from the maintenance planner 22 to the maintenance monitor 15, for example to monitor the execution of the updated maintenance plan.
  • 3g symbolically shows the updating of a personnel deployment plan for the execution of processes in a production facility 2.
  • the personnel planner 24 receives data from the maintenance catalog 11, cost catalog 12 and
  • Spare parts catalog 27 as well as from the maintenance monitor 15 and planning monitor 28.
  • the optimized personnel deployment plan can optionally be sent to the profit monitor 30 for further processing.
  • An economically optimized procurement of spare parts is shown symbolically in FIG. 3h. For this purpose, the data from the cost catalog 12 and
  • Spare parts catalog 27 transmitted to the spare parts planner 23 together with the data from the maintenance monitor 15 and profit monitor 30 .
  • the spare parts planner 23 determines the economically optimized procurement of spare parts and makes the result available to the spare parts catalog 27 .
  • 3i symbolically shows the learning of economically optimized processes to achieve defined quality features.
  • the data from the condition monitor 14, maintenance monitor 15, process monitor 13 and quality monitor 16 are transmitted to the process predictor 31.
  • the process predictor 31 is to adapt the process catalog 10 according to the optimization.
  • the quality predictor 17 uses the data from the status monitor 14, maintenance monitor 15, process monitor 13 and quality monitor 16.
  • the learning of optimized maintenance measures to improve the condition of the production plant 2 is shown in FIG. 3k.
  • the process predictor 31 uses the data from the status monitor 14 and maintenance monitor 15 in order to update the maintenance catalog 11 .
  • Fig. 31 symbolically shows the learning of holistic manufacturing costs, margins and costs for defective quality.
  • the cost predictor 19 uses the data from the cost catalog 12 and replacement catalog 13, together with the data from the condition monitor 14, maintenance monitor 15, process monitor 13 and quality monitor 16. The cost predictor 19 can update the cost catalog 12 if necessary.
  • the production plant 2 comprises the following subsystems: a production planning system 3 for determining a production sequence for the production plant 2, in particular control data for an automation system 4, the automation system 4 for controlling production in the production plant 2, with the automation system 4 preferably using the production planning system 3 executes a specific production sequence, a status monitoring system 5 for detecting statuses of the production plant 2 and its components, a maintenance planning system 6 for determining maintenance measures for the production plant 2, and a corporate planning system 7 associated with the production plant 2 for the business management of production and maintenance in the production plant 2.
  • the system 1 includes an optimizer 8, which links the data from the production planning system 3, the automation system 4, the condition monitoring system 5 and the maintenance planning system 6 with the data from the corporate planning system 7 in order to optimize the process in the production plant 2 from an economic point of view.
  • the system 1 determines, in particular, an economically optimized production sequence, economically optimized target values for the automation system 4, economically optimized maintenance measures and/or economically optimized administration measures.
  • the system 1 creates, for example, a personnel deployment plan for production and/or maintenance, a resource procurement plan, an energy procurement plan, a spare parts procurement plan, a maintenance plan or the like.
  • the system 1 comprises a quality catalog 9, a process catalog 10, a maintenance catalog 11, a cost catalog 12, a spare parts catalog 27, a resource catalog 32, a personnel catalog 33 and a profit catalog 34.
  • system 1 according to the invention according to FIG. 4 comprises a process monitor 13, a status monitor 14, a maintenance monitor 15, a planning monitor 28, a resource monitor 29, a quality monitor 16, a profit monitor 30 and/or a personnel monitor 37.
  • the system 1 also includes a quality predictor 17, a condition predictor 18, a cost predictor 19, a process predictor 31, a resource predictor 35 and a personnel predictor 36.
  • the aforementioned predictors are each designed as data models, for example, and are preferably based on methods of machine learning, in particular on artificial neural networks, deep artificial neural networks, decision trees, ensemble methods based on decision trees, linear or nonlinear regression models with or without regularization, support vector machines with linear, polynomial or other kernel functions, or the like.
  • the system of Fig. 4 further includes a resource planner 20, a sequencing planner 21, a maintenance planner 22, a spare parts planner 23 and a personnel planner 24.
  • the price generator 25 of the system of Fig. 4 is used to determine a minimum price for a product for economical production, a probable price for a product based on the current market situation and/or a highest possible, realistic price for a product.
  • the price generator also takes into account the general costs of production plant 2.
  • the planning list 26 from FIG. 4 contains information regarding the products to be produced, in particular their quality requirements. 4 shows in particular the flow of information between the individual components of the system 1 for the economic optimization of a process in a production plant 2, in particular a production plant 2 in the metal-producing industry, the non-iron or steel industry or the production of master alloys.
  • the production plant (production) 2 implements the economically optimized process, for example with the aid of the automation system 4 and using personnel.
  • the planning of the economically optimized process can be updated cyclically.
  • the quality predictor 17 assumes central functions for the economic optimization of the process in the production plant 2 State predictor 18, the cost predictor 19, the process predictor 31, the resource predictor 35 and the personnel predictor 36, since these create essential predictions required for the optimization task during planning. In the broadest sense, these are models for calculating the development of various variables. In order for these to reflect the actual characteristics of production plant 2 sufficiently well, they must be successively adapted to the data situation. This is done by data collection via the process monitor 13, the status monitor 14, the maintenance monitor 15, the planning monitor 28, the resource monitor 29, the quality monitor 16, the profit monitor 30 and the personnel monitor 37. Through various learning processes, the quality predictor 17, the status predictor 18, the Cost predictor 19, the process predictor 31, the resource predictor 35 and the personnel predictor 36 updated in their behavior. If necessary, entries from the quality catalog 9, the process catalog 10, the maintenance catalog 11, the cost catalog 12, the spare parts catalog 27, the resource catalog 32, the personnel catalog 33 and the profit catalog 34 are used and/or generated/modified by the predictors mentioned.
  • FIG. 5 An exemplary linking of the quality predictor 17, the condition predictor 18, the cost predictor 19, the process predictor 31, the resource predictor 35 and the personnel predictor 36 with the other components of the system 1 from FIG. 4 is shown in FIG. 5 generally shows the linking of catalogs and models with the predictors mentioned.
  • the quality predictor 17 uses the historical records of the condition monitor 14, the process monitor 13 and the quality monitor 16.
  • the State monitor 14 indicates, for example, when the production plant 2 was in which classifiable or formally describable state.
  • the process monitor 13 contains information about which type of process has taken place with which parameter values, insofar as this can be detected in the broadest sense by sensors or by target specifications.
  • the quality monitor 16 contains information on quality properties achieved, for example determined from test results, customer feedback, internal quality assessment or the like.
  • Optimization methods are used to generate a prediction model which estimates the product quality achieved for a given product, given a given system status and for a predicted process.
  • the links of the quality predictor 17 with the other components of the system 1 described above by way of example can also be seen for the other predictors, in particular the condition predictor 18, the cost predictor 19, the resource predictor 35 and/or the personnel predictor 36, in FIG.
  • FIG. 6 shows an exemplary linking of components of a system 1 according to the invention for resource planning.
  • the resource monitor 29 records the current supply of raw materials and the inflows that have already been planned.
  • the current production planning ie a sequence and a chronological sequence for entries from the planning list 26 , is stored in the planning monitor 28 .
  • this information allows the resource predictor 35 to predict resource inventories at future points in time.
  • a negative value is forecast here, it becomes apparent to the resource planner 20 that a procurement process must be initiated. He can now propose or even trigger a procurement for all required types of raw materials that are listed in the resource catalog 32, if he has the appropriate authorization for automated trading present.
  • the corresponding costs can be obtained from the cost catalog 12 or, in the event of a discrepancy between the actual procurement costs and the information listed in the cost catalog 12, these can be updated.
  • the sequence planning 21 can then take into account the forecast resource stocks for future production tasks and only schedule products for which there are positive resource stocks at the respective point in time.
  • the central component in resource planning is the resource planner 20, which takes the data from the resource predictor 35 into account.
  • the resource predictor 35 takes into account the data from the planning monitor 28 and the resource monitor 29.
  • the data from the resource planner 20, the resource predictor 35 and the resource monitor 29 are linked to the data from the resource catalog 32, which in turn can exchange data with the cost catalog 12.
  • the sequence planner 21 takes into account the results of the resource planner 20 and control over the automation system 4, in particular the
  • the data from the sequence planner 21 are also taken into account by the planning monitor 28 , which in turn is linked to the maintenance monitor 15 and the planning list 26 .
  • FIG. 7 shows an exemplary linking of components of a system 1 according to the invention for the procurement of spare parts.
  • the status monitor 14 records the current plant status, which is also represented by possible entries from the process catalog 10, i.e. characteristic states that have a possible influence on product quality or plant performance, being listed. From the maintenance monitor 15 it can be seen which type of maintenance activity is already planned and at what time, insofar as this is listed in the maintenance catalog 11 . From this it can also be seen which process status from the process catalog 10 is affected by a maintenance measure.
  • the third essential piece of information that can be seen from the planning monitor 28 is which products (recorded with their properties in the planning list 26) are scheduled for production at what time. Based on this information, the state predictor 18 can predict the future state of the system and the process predictor 31 can predict characteristic process states. With the latter information, the quality predictor 17 can in turn determine how the achievable product quality will be in the future. From a comparison between the prediction of the quality predictor 17 with the quality requirements of the products according to the current
  • the maintenance planner 22 plans suitable measures from the maintenance catalog 11 that allow an improvement in the state of the installation or the state of the process, so that the corresponding process states for the determined deviations from the quality criteria are avoided.
  • Maintenance measures can then be determined on the basis of the information from the maintenance catalog 11, which also contains a list of the tools, replacement parts and replacement parts required for a maintenance measure, whether these are available in sufficient quantity. If this is not the case, a recommendation for the procurement of spare parts can be made be pronounced or, if there is authorization for automated trading, a procurement process can also be triggered directly.
  • the costs can be taken from the catalog of costs 12 or, after procurement has taken place, the entries from the catalog of costs 12 can be updated with the actual procurement costs.
  • the procurement of spare parts is based on the data from the spare parts planner 23 , which uses the data from the maintenance planner 22 and the spare parts catalog 27 .
  • the result of the spare parts planner 23 is sent to the sequence planner 21 for further consideration when planning the production sequence.
  • the spare parts catalog 27 takes into account the data from the cost catalog 12 and the maintenance catalog 11, with the maintenance catalog 11 also making its data available to the maintenance planner.
  • condition predictor 18 the planning list 26, the quality catalog 9 and the process catalog 10.
  • the sequence planner 21 controls the production 2 in the industrial plant by means of the automation system 4.
  • FIG. 8 shows an exemplary linking of components of a system 1 according to the invention for the procurement of spare parts with personnel planning.
  • the necessary personnel planning can also be carried out in parallel. Since the Since maintenance work is generally carried out by personnel, it must be ensured that the required personnel are available at the required time. For this purpose, the current availability of personnel is recorded in the personnel monitor 37, insofar as existing production processes and already planned maintenance measures make use of this.
  • the personnel predictor 36 can then generate the information as to which personnel resource is available at what point in time in the future or has already been scheduled. For a maintenance measure to be planned, the information can then be taken from the maintenance catalog 11, how many people with which qualifications (such as basic automation, hydraulics, mechanics, etc.
  • this can basically be so specific that for each individual subtask as part of a maintenance measure there is a reference for the corresponding personnel resource) and for which period of time are required.
  • the personnel planner 24 can then compare the respective requirement with the availability and schedule appropriate personnel resources for the required use.
  • the information from the personal monitor 37 is thus adjusted. Subsequent to a maintenance measure that has been carried out, it can also be checked to what extent the information from the maintenance catalog 11 with regard to the required competence and the required duration of participation is correctly displayed and, if necessary, an update can be made.
  • the central component in personnel planning is the personnel planner 24 which is based on the data from the personnel predictor 36 and the maintenance planner 22 .
  • the personnel predictor 36 receives data from the planning monitor 28 and the personnel monitor 37, which in turn can access the personnel catalog 33.
  • the personnel planner 24 can make the personnel monitor 37 available.
  • the data from the personnel planner 24 are made available to the sequencing planner 21 , the sequencing planner 21 controlling production 2 in the industrial plant by means of the automation system 4 .
  • Other relevant components for personnel planning are, for example, the planning list 26, the quality catalog 9, the process catalog 10, the maintenance catalog 11, the maintenance monitor 15, the condition predictor 18, the quality predictor 17 and the process predictor 31.
  • FIG. 9 shows a further exemplary linking of components of a system 1 according to the invention for the economic optimization of a process in a production facility.
  • the exemplary embodiment from FIG. 9 differs from the exemplary embodiment from FIG.
  • the overall planner 38 can take over the functions of one or more of the aforementioned planners. Otherwise, the exemplary embodiment from FIG. 9 corresponds to the exemplary embodiment from FIG.
  • the process in the production plant 2 is economically optimized in that the data from the production planning system 3, the automation system 4, the condition monitoring system 5 and the maintenance planning system 6 be linked to the data of the corporate planning system 7.
  • 10 shows an exemplary embodiment of an economic optimization of the process in a production plant 2 by an overall optimizer 38, which implements an overall, economically optimized mode of operation through repetitive planning.
  • the operating status in the production plant changes as a result of external circumstances and the operational processes in the production plant 2.
  • the plan is regularly updated on the basis of these changes. This can take place, for example, at specified intervals and/or after specific events. Due to an updated plan, the operational processes in the production plant 2 are adjusted, for example by means of the automation system 4.
  • FIG. 11 differs from that
  • Embodiment from Fig. 10 in that several separate planners are used instead of the overall planner 38.
  • the separate planners are, for example, a resource planner 20, a sequence planner 21, a maintenance planner 22, a spare parts planner 23 and/or a personnel planner 24.
  • the separate planners each optimize different aspects of the production process in the production plant 2 from an economic point of view. This is symbolized in FIG. 11 by plant parts I and II.
  • the external circumstances and the operating processes have different influences on the aspects to be optimized, so that the operating states for the different aspects of the production plant 2 to be optimized change differently due to the different operating processes and external circumstances.
  • the optimization by the separate planners can in turn take place at specified intervals and/or after specific events.
  • the time intervals and/or events for the separate planners can be designed differently.
  • FIG. 12 differs from that
  • Exemplary embodiment from FIG. 10 in that predictors are used to analyze the operating states and to make predictions about future operating states. These predictions are then used in the business optimization of the filing process in the
  • the optimization is carried out, as in the exemplary embodiment from FIG. 13, the optimization is carried out, as in the exemplary embodiment from FIG. 13, Predictors for separate aspects of the production plant 2 are provided, such as a quality predictor 17, a condition predictor 18, a cost predictor 19, a process predictor 31, a resource predictor 35 and/or a personnel predictor 36.
  • exemplary embodiments from Fig. 12 and Fig. 13 correspond to the exemplary embodiments from Fig. 10 and Fig. 11.

Abstract

The invention relates to a system (1), method and computer program for economically optimising a process in a production plant (2), in particular a production plant (2) in the metallurgical industry, the non-ferric or steel industry or master alloy production, the production plant (2) comprising: a production planning system (3) for defining a production sequence for the production plant (2), in particular control data for an automation system (4); the automation system (4) for controlling production in the production plant (2), the automation system (4) preferably executing the production sequence defined by the production planning system (3); a state monitoring system (5) for sensing states of the production plant (2) and the components thereof; a maintenance planning system (6) for defining maintenance measures for the production plant (2); and a business planning system (7), associated with the production plant (2), for the economic management of production and maintenance in the production plant (2), characterised in that the system (1) comprises an optimiser (8), which links the data of the production planning system (3), of the automation system (4), of the state monitoring system (5) and of the maintenance planning system (6) with the data of the business planning system (7) in order to optimise the process in the production plant (2) economically.

Description

SYSTEM, VERFAHREN UND COMPUTERPROGRAMM ZUR BETRIEBSWIRTSCHAFTLICHEN OPTIMIERUNG EINES PROZESSES IN EINER PRODUKTIONSANLAGE SYSTEM, METHOD AND COMPUTER PROGRAM FOR ECONOMIC OPTIMIZATION OF A PROCESS IN A PRODUCTION PLANT
Die Erfindung betrifft ein System zur betriebswirtschaftlichen Optimierung eines Prozesses in einer Produktionsanlage, insbesondere einer Produktionsanlage der metallerzeugenden Industrie, der nicht-Eisen- oder Stahlindustrie oder der Vorlegierungsherstellung. Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Computerprogramm zur betriebswirtschaftlichen Optimierung eines Prozesses in einer Produktionsanlage, insbesondere einer Produktionsanlage der metallerzeugenden Industrie, der nicht-Eisen- oder Stahlindustrie oder der Vorlegierungsherstellung. Die Produktionsanlage der metallerzeugenden Industrie dient insbesondere zur Herstellung von Brammen, Blechen, Rohren, Trägern, Schienen weiterer Profile oder Bänder und Schmiedeprodukte sowie deren Vorprodukte oder zur Durchführung einzelner Arbeitsschritte im Rahmen der Herstellung. Die Herstellung wird dabei mit einem ausreichenden Vorlauf geplant. Ziel ist die Herstellung von Produkten mit einer bestimmten Produktqualität. Gleichzeitig unterliegt die Produktionsanlage, insbesondere die eingesetzten Maschinen, einem Verschleiß und anderen Versagensmechanismen. Ferner ist für die Herstellung der Produkte geeignetes Personal erforderlich, sowie entsprechende Ressourcen und Energieträger. The invention relates to a system for the economic optimization of a process in a production facility, in particular a production facility in the metal-producing industry, in the non-iron or steel industry or in the production of master alloys. The invention relates to a method and a computer program for the economic optimization of a process in a production plant, in particular a production plant in the metal-producing industry, the non-iron or steel industry or the production of master alloys. The production plant of the metal-producing industry is used in particular for the production of slabs, sheets, pipes, beams, rails, other profiles or strips and forged products and their preliminary products or for carrying out individual work steps within the scope of production. The production is planned with sufficient advance notice. The aim is to manufacture products with a certain product quality. At the same time, the production plant, especially the machines used, is subject to wear and tear and other failure mechanisms. Furthermore, suitable personnel is required for the manufacture of the products, as well as corresponding resources and energy sources.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt den Herstellungsprozess in einer Produktionsanlage der metallerzeugenden Industrie durch Systeme zu optimieren, die Teile der Prozessüberwachung und/oder Prozessautomation übernehmen. Dazu zählen beispielsweise Produktionsplanungssysteme, Zustandsüberwachungssysteme oder Qualitätsmanagementsysteme. Diese Systeme nutzen z.B. Messwerte aus der Produktionsanlage oder externe Daten zu Bestellungen, die für den jeweiligen Aufgabenbereich erforderlich sind und werten diese aus. Parallel dazu werden Systeme zur Optimierung der Wartung und Instandhaltung der Produktionsanlage eingesetzt. Diesbezüglich ist es bekannt wirtschaftliche Aspekte in Form allgemeiner Regeln abzubilden, die dann eine Priorisierung der einzelnen Prozessschritte auf technischer Ebene bedingen. Ferner werden weitere Funktionen der Wartung und Instandhaltung, wie die Materialbeschaffung und Lagerhaltung, technisch und kommerziell gemanagt. It is known from the prior art to optimize the manufacturing process in a production plant in the metal-producing industry using systems that take over parts of the process monitoring and/or process automation. These include, for example, production planning systems, condition monitoring systems or quality management systems. These systems use, for example, measured values from the production plant or external data to orders that are required for the respective area of responsibility and evaluate them. At the same time, systems are used to optimize the maintenance and repair of the production plant. In this regard, it is known to depict economic aspects in the form of general rules, which then require prioritization of the individual process steps at the technical level. In addition, other maintenance and repair functions, such as material procurement and warehousing, are managed technically and commercially.
Ferner sind aus dem Stand der Technik sogenannte ERP-Systeme (Enterprise Ressource Planning) bekannt, welche beispielsweise die kommerziellen Kundenaufträge für die Produktionsanlagen verwalten. In einem ERP-System werden insbesondere Liefertermine, Preise, Produktspezifikationen undFurthermore, so-called ERP systems (Enterprise Resource Planning) are known from the prior art, which, for example, manage the commercial customer orders for the production plants. In an ERP system, delivery dates, prices, product specifications and
Lieferbedingungen verwaltet. Aus diesen kommerziellen Daten müssen für den Betrieb der Produktionsanlage technische Prozessschritte definiert werden, die hintereinander ausgeführt werden müssen, um ein spezifiziertes Produkt herzustellen. Aus der Gesamtheit dieser technischen Prozessschritte wird ein Produktionsplan erstellt und basierend auf dem erstellten Produktionsplan können Liefertermine bestimmt und überprüft werden. Durch die typische Trennung der technischen Planung von der kaufmännischen/wirtschaftlichen Planung bei der Produktionsplanung, dem Ressourceneinkauf, der Ersatzteil beschaff ung, der Wartungsplanung, der Auftragssteuerung zur Erreichung von bestimmten Produktqualitäten, oder dergleichen werden gemäß dem Stand der Technik nur grobe Richtwerte für den wirtschaftlichen Betrieb der Produktionsanlage vorgegeben. Eine genaue Kenntnis darüber, mit welchen Kosten und Erträgen einer Entscheidung verbunden ist, liegt nicht vor. Aus diesem Grund ist eine durchgängige, auf den wirtschaftlichen Erfolg ausgerichtete Betriebsweise System gestützt bisher nicht möglich. Dadurch werden Produktionsanlagen ökonomisch suboptimal betrieben und Betreiber können nicht einmal Angaben dazu treffen, welche wirtschaftliche Leistungsfähigkeit erreichbar wäre. Beispielsweise ist für die Produktqualität in aller Regel ein guter Zustand der Produktionsanlage vorteilhaft. Diesen sicherzustellen verlangt Ressourceneinsatz für Wartung und Ersatzteile. Demgegenüber stehen eine höhere Ausbringung, höhere Maschinenverfügbarkeit und gegebenenfalls höhere Produktpreise. Eine wirtschaftlich fundierte Optimierung findet aber in aller Regel nicht statt, insbesondere nicht automatisiert und fortlaufend. Delivery terms managed. From this commercial data, technical process steps must be defined for the operation of the production plant, which must be carried out in succession in order to manufacture a specified product. A production plan is created from all of these technical process steps and delivery dates can be determined and checked based on the production plan created. Due to the typical separation of technical planning from commercial/economic planning in production planning, resource purchasing, the procurement of spare parts, maintenance planning, order management to achieve certain product qualities, or the like, according to the state of the art only rough guide values for the economic Operation of the production plant specified. There is no precise knowledge of the costs and income associated with a decision. For this reason, a consistent, system-based mode of operation geared towards economic success has not been possible up to now. As a result, production facilities are operated in an economically suboptimal manner and operators cannot even provide information on the economic performance that could be achieved. For example, a good condition of the production plant is generally advantageous for product quality. Ensuring this requires the use of resources for maintenance and spare parts. On the other hand, there is a higher output, higher machine availability and possibly higher product prices. However, an economically sound optimization does not usually take place, especially not automatically and continuously.
Auch erfolgt die Auftragssteuerung in vielen Fällen auf Basis unzureichender Informationen. So wird beispielsweise auf eine gleichmäßige Auslastung aller Produktionslinien (unabhängig von deren Wertschöpfung) oder auf einen hohen Anteil von margenträchtigen Produkten (ohne Berücksichtigung, dass dadurch gegebenenfalls Kosten an anderer Stelle entstehen) oder einen möglichst hohen Durchsatz mit grundsätzlich wertschöpfenden Produkten (ohne Übersicht, ob mit weniger Durchsatz bei einem anderen Produktmix in Summe höhere Gewinne zu erwirtschaften wären) geachtet. In many cases, order management is also based on insufficient information. For example, an even utilization of all production lines (regardless of their added value) or a high proportion of high-margin products (without taking into account that this may result in costs elsewhere) or the highest possible throughput with fundamentally value-adding products (without an overview of whether higher profits could be achieved with less throughput with a different product mix).
Häufig lässt sich durch den Einsatz hochwertiger (und damit zumeist teurer) Einsatzstoffe (z.B. Erz, Legierung, Schrott) eine höhere Produktqualität erreichen. Eine fundierte Optimierung, wie viel Mehrkosten für Einsatzstoffe gegenüber höherer Ausbringung oder höheren Produktpreisen wirtschaftlich gerechtfertigt sind, findet nicht statt, insbesondere nicht automatisiert über alle Produkte. A higher product quality can often be achieved by using high-quality (and therefore usually more expensive) input materials (e.g. ore, alloy, scrap). A well-founded optimization of how much additional costs for input materials are economically justified compared to higher output or higher product prices does not take place, especially not automatically for all products.
Ferner lässt sich bezüglich der Instandhaltung die Lebensdauer von Komponenten der Produktionsanlage durch die Intensität von Wartungsarbeiten beeinflussen. Gibt es für Komponenten mehrere in Frage kommende Lieferanten, so variieren diese Alternativen häufig bezüglich des Anschaffungspreises, der erforderlichen Wartungsmaßnahmen und der Verschleißanfälligkeit. Eine Abwägung über das wirtschaftlich optimale Instandhaltungskonzept unter Berücksichtigung der Lebensdauer, Kosten für Wartungsaufwand, Verlässlichkeit der Komponenten und Anschaffungspreisen findet nicht statt, insbesondere nicht automatisiert für jede Komponente. Furthermore, with regard to maintenance, the service life of components of the production plant can be influenced by the intensity of maintenance work. If there are several possible suppliers for components, these alternatives often vary in terms of the purchase price, the required maintenance measures and the susceptibility to wear. A consideration of the economically optimal maintenance concept, taking into account the service life, costs for maintenance, reliability of the components and Purchase prices do not take place, in particular not automatically for each component.
Aus der DE 10 2007 036 325 A1 ist es bekannt den Zustand der Produktionsanlage, insbesondere einzelner Komponenten der Produktionsanlage, bei der Produktionsplanung zu berücksichtigen. Ferner kann gemäß der DE 10 2007 036 325 A1 bei der Produktionsplanung ein Wartungsplan berücksichtigt werden. Eine wirtschaftliche Optimierung des Produktionsprozesses in der Produktionsanlage findet jedoch nicht statt, sondern es wird auch eine maximale Verfügbarkeit der Produktionsanlage abgestellt, unabhängig von dem wirtschaftlichen Nutzen. It is known from DE 10 2007 036 325 A1 to take into account the state of the production plant, in particular individual components of the production plant, during production planning. Furthermore, according to DE 10 2007 036 325 A1, a maintenance plan can be taken into account in the production planning. However, an economic optimization of the production process in the production plant does not take place, but maximum availability of the production plant is also turned off, regardless of the economic benefit.
Die EP 1 530 770 B1 offenbart eine Vorrichtung zur Optimierung einzelner Prozessparameter einer Produktionsanlage unter Berücksichtigung eines Unternehmens- und Produktionsplanungssystems. Insbesondere wird gemäß der EP 1 530 770 B1 ausgewertet, ob sich der finanzielle Aufwand des Unternehmens- und Produktionsplanungssystems durch die erzielte Optimierung bezahlt macht, es wird also der erzielte Return-Of-Investment bestimmt. Eine betriebswirtschaftliche Optimierung des Produktionsprozesses findet allerdings nicht, es werden lediglich die Auswirkungen von optimierten Prozessparametern auf den diesbezüglich eingesetzten Aufwand begutachtet. EP 1 530 770 B1 discloses a device for optimizing individual process parameters of a production plant, taking into account a company and production planning system. In particular, according to EP 1 530 770 B1, an evaluation is made as to whether the financial outlay for the company and production planning system pays off through the optimization achieved, ie the return on investment achieved is determined. However, there is no economic optimization of the production process, only the effects of optimized process parameters on the effort involved are examined.
Gemäß der JP 2014109845 A werden bei der Produktionsplanung für eine Produktionsanlage der metallerzeugenden Industrie bei der Bestimmung einer Produktionsreihenfolge die aktuell vorliegenden Aufträge und eine Vorhersage von zukünftig erwarteten Aufträgen berücksichtigt, um den wirtschaftlichen Betrieb der Produktionsanlage zu optimieren. Die Optimierung der Produktionsreihenfolge basiert somit auf der Vorhersage von zukünftigen Aufträgen und es findet keine betriebswirtschaftliche Optimierung des aktuellen Produktionsprozesses statt. Die WO 2018/145947 A1 offenbart ein Verfahren und System zur Planung der Produktion und/oder Wartung in einer Anlage der metallerzeugenden Industrie. Die Planung basiert dabei auf einer Zustandsüberwachung des zugrundeliegenden Automatisierungssystems und berücksichtigt ferner die Daten eines Qualitätsermittlungssystems zur Bestimmung der erzielten Produktqualitäten. Aus einer Verknüpfung der Zustandsdaten mit den erzielten Produktqualitäten wird eine optimierte Produktionsplanung und/oder Wartung für die Produktionsanlage abgeleitet. Es wird also der technische Zustand der Produktionsanlage überwacht und bei der zukünftigen Produktion und/oder Wartung berücksichtigt. Es findet jedoch keine gezielte betriebswirtschaftliche Optimierung des Produktionsprozesses innerhalb der Produktionsanlage statt. According to JP 2014109845 A, in the production planning for a production plant in the metal-producing industry, when determining a production sequence, the currently available orders and a forecast of orders expected in the future are taken into account in order to optimize the economic operation of the production plant. The optimization of the production sequence is therefore based on the prediction of future orders and there is no economic optimization of the current production process. WO 2018/145947 A1 discloses a method and system for planning production and/or maintenance in a plant in the metal-producing industry. The planning is based on status monitoring of the underlying automation system and also takes into account the data from a quality determination system for determining the product qualities achieved. Optimized production planning and/or maintenance for the production plant is derived from linking the status data with the product qualities achieved. The technical condition of the production plant is therefore monitored and taken into account in future production and/or maintenance. However, there is no targeted economic optimization of the production process within the production plant.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den mit einer Produktionsanlage, insbesondere der metallerzeugenden Industrie, erzielbaren Gewinn zu optimieren bzw. eine Abschätzung für den maximal erzielbaren Gewinn bereitzustellen. Proceeding from this prior art, the object of the invention is to optimize the profit that can be achieved with a production plant, in particular in the metal-producing industry, or to provide an estimate for the maximum profit that can be achieved.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein System zur betriebswirtschaftlichen Optimierung eines Prozesses in einer Produktionsanlage, insbesondere einer Produktionsanlage der metallerzeugenden Industrie, der nicht- Eisen- oder Stahlindustrie oder der Vorlegierungsherstellung, wobei die Produktionsanlage umfasst: ein Produktionsplanungssystem zur Bestimmung einer Produktionsreihenfolge für die Produktionsanlage, insbesondere von Steuerdaten für ein Automatisierungssystem, das Automatisierungssystem zur Steuerung der Produktion in derThe object is achieved according to the invention by a system for the economic optimization of a process in a production plant, in particular a production plant in the metal-producing industry, the non-iron or steel industry or the production of master alloys, the production plant comprising: a production planning system for determining a production sequence for the production plant, in particular of control data for an automation system, the automation system for controlling production in the
Produktionsanlage, wobei das Automatisierungssystem vorzugsweise die vom Produktionsplanungssystem bestimmte Produktionsreihenfolge ausführt, ein Zustandsüberwachungssystem zur Erfassung von Zuständen der Produktionsanlage und deren Komponenten, ein Wartungsplanungssystem zur Bestimmung von Wartungsmaßnahmen für die Produktionsanlage, ein der Produktionsanlage zugehöriges Unternehmensplanungssystem zur betriebswirtschaftlichen Verwaltung der Produktion und Wartung in der Produktionsanlage, und einen Qualitätsprediktor, einen Zustandsprediktor, einen Kostenprediktor, einen Prozessprediktor, einen Ressourcenprediktor und/oder einen Personalprediktor welches sich dadurch auszeichnet, dass das System einen Optimierer umfasst, der die Daten des Produktionsplanungssystems, des Automatisierungssystems, des Zustandsüberwachungssystems und des Wartungsplanungssystems mit den Daten des Unternehmensplanungssystems verknüpft, um den Prozess in der Produktionsanlage betriebswirtschaftlich zu optimieren, wobei der Optimierer mittels der Prediktoren die zukünftigen Anlagenzustände, zukünftig erreichbaren Produktqualitäten, zukünftigen Kosten oder ähnliche relevante Eigenschaften, Parameter oder dergleichen bei der betriebswirtschaftlichen Optimierung des Prozesses in der Produktionsanlage berücksichtigt. Production plant, wherein the automation system preferably executes the production sequence determined by the production planning system, a status monitoring system for recording the status of the production plant and its components, a maintenance planning system for determining maintenance measures for the production plant, a business planning system associated with the production plant for the business management of production and maintenance in the production plant, and a quality predictor, a condition predictor, a cost predictor, a process predictor, a resource predictor and/or a personnel predictor which is characterized by this that the system includes an optimizer that links the data from the production planning system, the automation system, the condition monitoring system and the maintenance planning system with the data from the corporate planning system in order to optimize the process in the production plant from an economic point of view, the optimizer using the predictors to predict the future plant states, future achievable product qualities, future costs or similar relevant properties, parameters or the like in the business Op optimization of the process in the production plant.
Erfindungsgemäß werden die für den Prozess in der Produktionsanlage relevanten technischen Parameter wie die Produktionsreihenfolge, der Zustand der Produktionsanlage und deren Komponenten und geplante Wartungsmaßnahmen mit den relevanten betriebswirtschaftlichen Informationen des Unternehmensplanungssystems verknüpft, um den Prozess in der Produktionsanlage betriebswirtschaftlich zu optimieren. Bei dem Prozess handelt es sich beispielsweise um einen Herstellungsprozess, Wartungsprozess oder dergleichen. Im Gegensatz zum Stand der Technik findet keine technische Optimierung statt, wie beispielsweise eine Maximierung der Produktionsmenge oder der Anlagenverfügbarkeit, sondern es wird das betriebswirtschaftliche Optimum bestimmt, beispielsweise unter Berücksichtigung des notwendigen Kapitaleinsatzes, der ausgehandelten Lieferbedingungen inklusive Konventionalstrafen, Lagerkosten, Personalkosten, Materialkosten, Wartungskosten und dergleichen. According to the invention, the technical parameters relevant to the process in the production plant, such as the production sequence, the condition of the production plant and its components and planned maintenance measures, are linked to the relevant business information from the corporate planning system in order to optimize the process in the production plant from a business management point of view. The process is, for example, a manufacturing process, maintenance process or the like. In contrast to the prior art, there is no technical optimization, such as maximizing the production volume or plant availability, but the economic optimum is determined, for example taking into account the necessary capital investment, including the negotiated delivery conditions Contractual penalties, storage costs, personnel costs, material costs, maintenance costs and the like.
Erfindungsgemäß werden somit alle Entscheidungen bezüglich des Prozesses in der Produktionsanlage so getroffen, dass die Wertschöpfung desAccording to the invention, all decisions regarding the process in the production plant are made in such a way that the added value of the
Anlagenbetreibers maximiert wird. Die erfolgt durch eine Nachverfolgung aller Wertströme des Produktionsbetriebs sowie eine Auswertung und Nutzung dieser Informationen zur Erzeugung von beschreibenden Modellen für die Wertschöpfung bzw. für die zu berücksichtigenden Randbedingungen, insbesondere durch den Einsatz von expliziten Optimierungswerkzeugen, die die Wertschöpfung maximieren. Der Kern der Erfindung liegt darin, alle für eine betriebswirtschaftliche Entscheidung relevanten Aspekte zur Entscheidungsfindung mittels eines technischen Systems zu erfassen und zu berücksichtigen, um immer das gesamtbetriebliche Optimum automatisiert bestimmen zu können. Plant operator is maximized. This is done by tracking all value streams of the production operation and evaluating and using this information to generate descriptive models for value creation or for the boundary conditions to be considered, in particular through the use of explicit optimization tools that maximize value creation. The core of the invention lies in using a technical system to record and take into account all aspects relevant to a business decision-making process in order to always be able to automatically determine the optimum for the entire business.
Die klassischerweise getrennten Welten von betriebswirtschaftlicher Leitebene und den untergelagerten technischen Ebenen werden in dem erfindungsgemäßen technischen System vereint, so dass die betriebswirtschaftliche Optimierung zu einem technischen Problem wird, welches von dem erfindungsgemäßen technischen System gelöst werden kann. The traditionally separate worlds of the business control level and the subordinate technical levels are combined in the technical system according to the invention, so that business optimization becomes a technical problem which can be solved by the technical system according to the invention.
Das Unternehmensplanungssystem kann direkter Teil der Produktionsanlage sein oder ist dieser als externe Komponente zugeordnet. Nach einer bevorzugten Variante der Erfindung führt das System die Optimierung wiederholt aus, insbesondere in regelmäßigen Abständen oder nach Änderungen von für die Optimierung relevanten Parametern. The enterprise planning system can be a direct part of the production plant or is assigned to it as an external component. According to a preferred variant of the invention, the system carries out the optimization repeatedly, in particular at regular intervals or after changes in parameters relevant to the optimization.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Variante bestimmt das System eine betriebswirtschaftlich optimierte Produktionsreihenfolge, betriebswirtschaftlich optimierte Sollwertvorgaben für das Automatisierungssystem, betriebswirtschaftlich optimierte Wartungsmaßnahmen und/oder betriebswirtschaftlich optimierte Verwaltungsmaßnahmen. Das Ergebnis dieser Optimierung ist beispielsweise eine betriebswirtschaftlich optimierte Produktionsreihenfolge in Verbindung mit betriebswirtschaftlich optimierten Wartungsmaßnahmen, wobei die optimierte Produktionsreihenfolge die betriebswirtschaftlich optimierten Sollwertvorgaben für das Automatisierungssystem umfasst. Die betriebswirtschaftlich optimierten Verwaltungsmaßnahmen betreffen beispielsweise den Material- und/oder Rohstoffeinkauf, die Lagerung, den Transport oder dergleichen. Die betriebswirtschaftlich optimierte Produktionsreihenfolge, betriebswirtschaftlich optimierte Sollwertvorgaben für das Automatisierungssystem, betriebswirtschaftlich optimierte Wartungsmaßnahmen und/oder betriebswirtschaftlich optimierte Verwaltungsmaßnahmen werden vorzugsweise an das entsprechende Produktionsplanungssystem, Automatisierungssystem, Wartungsplanungssystem bzw. Unternehmensplanungssystem weitergeleitet. According to a variant of the invention, the system determines an economically optimized production sequence, economically optimized target values for the automation system, economically optimized maintenance measures and/or economically optimized administration measures. The result of this optimization is, for example, an economically optimized production sequence in connection with economically optimized maintenance measures, the optimized production sequence including the economically optimized set value specifications for the automation system. The administrative measures that have been optimized from an economic point of view relate, for example, to the purchase of materials and/or raw materials, storage, transport or the like. The economically optimized production sequence, economically optimized target values for the automation system, economically optimized maintenance measures and/or economically optimized administrative measures are preferably forwarded to the corresponding production planning system, automation system, maintenance planning system or business planning system.
Insbesondere erstellt der Optimierer Handlungsanweisungen bezüglich der Produktionsreihenfolge, der durchzuführenden Wartungs- und Instandhaltungsmaßnahmen, der Annahme von Lieferaufträgen, der Auslösung von Bestellungen für Einsatzstoffe, Betriebsmittel und/oder Ersatzteile, der Erstellung von Einsatzplänen für das Personal, insbesondere das Wartungspersonal, oder dergleichen. In particular, the optimizer creates instructions for action regarding the production sequence, the maintenance and repair measures to be carried out, the acceptance of delivery orders, the initiation of orders for input materials, operating resources and/or spare parts, the creation of deployment plans for the staff, in particular the maintenance staff, or the like.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung erstellt das System im Rahmen der betriebswirtschaftlichen Optimierung einen Personaleinsatzplan für die Produktion und/oder Wartung, einen Ressourcenbeschaffungsplan, einen Energiebeschaffungsplan, einen Ersatzteilbeschaffungsplan, einen Wartungsplan oder dergleichen. Die erstellten Pläne werden zur Umsetzung an das entsprechende Produktionsplanungssystem, Wartungsplanungssystem bzw. Unternehmensplanungssystem weitergeleitet. Gemäß einer erfindungsgemäßen Variante umfasst das System einen Qualitätskatalog, einen Prozesskatalog, einen Wartungskatalog, einen Kostenkatalog, einen Ersatzteilkatalog, einen Ressourcenkatalog, einen Personalkatalog und/oder einen Profitkatalog. Der Qualitätskatalog enthält beispielsweise alle überprüfbaren Qualitätsanforderungen, welche an Produkte gestellt werden können. Insbesondere enthält der Qualitätskatalog die Menge aller erzeugbaren Produkte mit ihren jeweiligen Qualitätsanforderungen. In dem Prozesskatalog sind Prozesskriterien aufgelistet, die relevant für Produktqualitäten, Anlagenausbringung, Anlageneffizienz oder dergleichen sind Der Prozesskatalog enthält beispielsweise Prozesskriterien, die zur Erreichung einer bestimmten Qualitätsanforderung aus dem Qualitätskatalog erforderlich sind. Der Wartungskatalog listet alle ausführbaren Wartungsmaßnahmen auf, insbesondere die Wartungsmaßnahmen die zur Behebung einer vorliegenden oder zu erwartenden Einschränkung geeignet bzw. erforderlich sind. Ferner enthält der Wartungskatalog insbesondere die notwendigen Ersatzteile, den erforderlichen Personalbedarf, die Anforderungen an die Produktionsbedingungen, wie z.B. Stillstandzeiten, sowie sonstige notwendige Hilfsmittel oder dergleichen bezüglich der im Wartungskatalog aufgelisteten Wartungsmaßnahmen. Im Kostenkatalog sind wiederum die aktuellen Kosten für Ressourcen, Personaleinsatz, Ersatzteile und dergleichen enthalten. Können die Kosten nur in Abhängigkeit von bestimmten Faktoren bestimmt werden, so sind diese Faktoren, beispielsweise Basiskosten, Koeffizienten, usw. in dem Kostenkatalog gespeichert. Der Ersatzteilkatalog enthält beispielsweise eine Liste aller mechanischen, elektrischen, hydraulischen oder anderen Komponenten der Anlage. Insbesondere enthält der Ersatzteilkatalog den aktuellen Bestand sowie geplante Zuläufe von Ersatzteilen und/oder Betriebsmitteln. DerIn a preferred variant of the invention, the system creates a personnel deployment plan for production and/or maintenance, a resource procurement plan, an energy procurement plan, a spare parts procurement plan, a maintenance plan or the like as part of the business optimization. The plans created are forwarded to the appropriate production planning system, maintenance planning system or corporate planning system for implementation. According to a variant of the invention, the system includes a quality catalogue, a process catalogue, a maintenance catalogue, a cost catalogue, a spare parts catalogue, a resource catalogue, a personnel catalogue, and/or a profit catalogue. The quality catalog contains, for example, all verifiable quality requirements that can be placed on products. In particular, the quality catalog contains the set of all producible products with their respective quality requirements. The process catalog lists process criteria that are relevant to product qualities, plant output, plant efficiency or the like. The process catalog contains, for example, process criteria that are required to achieve a specific quality requirement from the quality catalog. The maintenance catalog lists all maintenance measures that can be carried out, in particular the maintenance measures that are suitable or necessary to eliminate an existing or expected restriction. Furthermore, the maintenance catalog contains in particular the necessary spare parts, the necessary personnel requirements, the requirements for the production conditions, such as downtimes, as well as other necessary tools or the like with regard to the maintenance measures listed in the maintenance catalogue. The cost catalog in turn contains the current costs for resources, personnel deployment, spare parts and the like. If the costs can only be determined as a function of certain factors, then these factors, for example base costs, coefficients, etc., are stored in the catalog of costs. For example, the spare parts catalog contains a list of all mechanical, electrical, hydraulic or other components of the system. In particular, the spare parts catalog contains the current inventory as well as planned deliveries of spare parts and/or operating resources. Of the
Ressourcenkatalog listet insbesondere alle für die Fertigungsprozessschritte erforderlichen Einsatzstoffe, Produktionshilfsmittel, Verbrauchsmaterialien,Resource catalog lists in particular all input materials, production aids, consumables,
Energieträger, usw. auf. Im Personalkatalog sind vorzugsweise alle Beschäftigten und gegebenenfalls bekannte Servicedienstleister enthalten, insbesondere mit deren formalen Qualifikationen, also deren Fähigkeiten Tätigkeiten aus dem Wartungskatalog und/oder von Fertigungsprozessschritten auszuführen. Im Profitkatalog sind aktuelle Preise und/oder Margen basierend auf der aktuellen Systemanalyse hinterlegt. Sind die Preise und/oder Margen erst aus Eigenschaften des Herstellungsprozesses zu berechnen, so sind die entsprechenden relevanten Faktoren, Koeffizienten oder dergleichen hinterlegt. Mittels der genannten Kataloge und der darin enthaltenen Informationen lässt sich der Prozess in der Produktionsanlage betriebswirtschaftlich gezielter optimieren. Dazu werden die Informationen aus den genannten Katalogen mit den in der Produktionsanlage herzustellenden Produkten und deren Qualitätsanforderungen verknüpft und eine betriebswirtschaftliche optimierte Produktionsreihenfolge und ggf. betriebswirtschaftlich optimierte Wartungsmaßnahmen bestimmt. Energy sources, etc. on. The personnel catalog preferably contains all employees and, if necessary, known service providers, in particular with their formal qualifications, i.e. their skills from the activities to execute maintenance catalog and/or manufacturing process steps. Current prices and/or margins based on the current system analysis are stored in the profit catalogue. If the prices and/or margins can only be calculated from properties of the manufacturing process, then the corresponding relevant factors, coefficients or the like are stored. Using the catalogs mentioned and the information they contain, the process in the production plant can be optimized in a more targeted manner from an economic point of view. For this purpose, the information from the catalogs mentioned is linked to the products to be manufactured in the production plant and their quality requirements, and an economically optimized production sequence and, if necessary, economically optimized maintenance measures are determined.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung umfasst das System weiterhin einen Prozessmonitor, einen Zustandsmonitor, einen Wartungsmonitor, einen Planungsmonitor, einen Ressourcenmonitor, einen Qualitätsmonitor, einen Profitmonitor und/oder einen Personalmonitor. Der Prozessmonitor erfasst beispielsweise Prozessdaten, vorzugsweise alle Prozessdaten, aus der Produktion sowie gegebenenfalls flankierende Daten, wie z.B.In an advantageous variant of the invention, the system also includes a process monitor, a status monitor, a maintenance monitor, a planning monitor, a resource monitor, a quality monitor, a profit monitor and/or a personnel monitor. For example, the process monitor records process data, preferably all process data, from production and any accompanying data, such as e.g.
Laborprüfergebnisse. Die erfassten Daten können zur Systemanalyse genutzt werden. Der Zustandsmonitor gibt den aktuellen und/oder prognostizierten Zustand der Produktionsanlage gemäß aller bekannten Auswertungen und/oder Systemanalysen wieder, vorzugsweise bezüglich vorliegender oder zu erwartender Einschränkungen, insbesondere bezogen auf Einträge aus dem Prozesskatalog. Der Wartungsmonitor gibt den aktuellen Stand zu allen bereits geplanten Wartungsmaßnahmen an. Der Planungsmonitor enthält den aktuellen Stand der geplanten Produktionsreihenfolge. Im Ressourcenmonitor ist der aktuelle und bereits geplante Bestand an Einsatzmaterial abgelegt, vorzugsweise inklusive der bereits geplanten Zuläufe an Ressourcen. Im Qualitätsmonitor sind die erreichten und/oder die zu zukünftigen Zeiten erreichbaren Qualitäten der einzelnen Produkte enthalten, insbesondere alle ermittelten Qualitätsdaten zu den gefertigten Produkten. Im Profitmonitor ist die Wertschöpfung für jede Art von Produkt und jeden einzelnen Prozessschritt enthalten, insbesondere lassen sich damit auch Kosten für mangelhafte Qualität für jeden Prozessschritt ableiten oder diese sind direkt im Profitmonitor hinterlegt. Der Personalmonitor gibt die aktuelle Personalverfügbarkeit wieder, beispielsweise Schichtpläne, geplante Einsätze von Servicedienstleistern, oder dergleichen. laboratory test results. The recorded data can be used for system analysis. The status monitor reflects the current and/or predicted status of the production plant according to all known evaluations and/or system analyses, preferably with regard to existing or expected restrictions, in particular based on entries from the process catalogue. The maintenance monitor indicates the current status of all maintenance measures that have already been planned. The planning monitor contains the current status of the planned production sequence. The current and already planned stock of input material is stored in the resource monitor, preferably including the already planned inflows of resources. The quality monitor contains the qualities of the individual products that have been achieved and/or that can be achieved in the future, in particular all quality data determined for the manufactured products. In the profit monitor, the value added for each type of product and each individual process step, in particular costs for poor quality can be derived for each process step or these are stored directly in the profit monitor. The personnel monitor reflects the current personnel availability, for example shift schedules, planned assignments by service providers, or the like.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Variante werden die Vorhersagen des Qualitätsprediktors, des Zustandsprediktors, des Kostenprediktors, des Prozessprediktors, des Ressourcenprediktors und/oder des Personalprediktors und/oder die betriebswirtschaftliche Optimierung des Optimierers auf Basis des Prozessmonitors, des Zustandsmonitors, des Wartungsmonitors, des Planungsmonitors, des Ressourcenmonitors, des Qualitätsmonitors, des Profitmonitors und/oder des Personalmonitors kontinuierlich angepasst. Insbesondere erfolgt die Anpassung mittels maschinellen Lernens aus den Prozess- Qualitäts-, Ausfalldaten und weiteren Daten der genannten Monitore, wobei sich die genannten Prediktoren (Vorhersagemodelle) bzw. die Algorithmen des Optimierers kontinuierlich selbstständig anpassen bzw. aktualisieren. According to a preferred variant of the invention, the predictions of the quality predictor, the status predictor, the cost predictor, the process predictor, the resource predictor and/or the personnel predictor and/or the business optimization of the optimizer are based on the process monitor, the status monitor, the maintenance monitor, the planning monitor, the resource monitor, the quality monitor, the profit monitor and/or the personnel monitor are continuously adjusted. In particular, the adjustment is made by means of machine learning from the process, quality, failure data and other data from the monitors mentioned, with the predictors (prediction models) or the algorithms of the optimizer continuously adapting or updating themselves.
Nach der Erfindung umfasst das System einen Qualitätsprediktor, einen Zustandsprediktor, einen Kostenprediktor, einen Prozessprediktor, einen Ressourcenprediktor und/oder einen Personalprediktor. Der Qualitätsprediktor ist zur Vorhersage von erzeugbaren Qualitäten ausgebildet. Der Zustandsprediktor ist zur Vorhersage von zukünftigen Anlagenzuständen ausgebildet und der Kostenprediktor zur Vorhersage von zukünftigen Kosten von kosten-behafteten Entitäten, insbesondere Kosten für Einsatzstoffe, Energie, Betriebsmittel, Ersatzteile und dergleichen. Der Prozessprediktor ist zur Vorhersage von zukünftigen Prozesszuständen ausgebildet. Der Ressourcenprediktor erlaubt eine Vorhersage über die Entwicklung von Ressourcen in der Zukunft und der Personalprediktor erlaubt eine Vorhersage des zukünftigen Personaleinsatzes. Die vorgenannten Prediktoren berücksichtigen vorzugsweise die aktuelle Planung. Die Prediktoren dienen als Vorhersagemodelle zur Vorhersage von zukünftigen Anlagenzuständen, zukünftig erreichbarer Produktqualitäten, zukünftigen Kosten oder dergleichen. Mittels der Prediktoren bzw. Vorhersagemodelle werden die zukünftigen Anlagenzustände, zukünftig erreichbaren Produktqualitäten, zukünftigen Kosten oder ähnliche relevante Eigenschaften, Parameter oder dergleichen bei der betriebswirtschaftlichen Optimierung des Prozesses in der Produktionsanlage berücksichtigt. Durch die Vorhersage zukünftiger Eigenschaften, Parametern oder dergleichen der Produktionsanlage bzw. des Prozesses wird die betriebswirtschaftliche Optimierung nochmals deutlich verbessert. Die Prediktoren ermöglichen eine Bewertung, wie sich die Qualität, die Anlagenzustände, die Kosten für Einsatzstoffe, Energie, Betriebsmittel, Ersatzteile und dergleichen, die Prozesszustände, die Prozesszustände und/oder das Personal auf Basis der aktuellen Planung in der Zukunft verhalten werden. Auf Basis dieser in die Zukunft projizierten Zustnände, Eigenschaften, usw., kann der Optimierer den Prozess in der Produktionsanlage betriebswirtschaftlich optimieren. According to the invention, the system comprises a quality predictor, a condition predictor, a cost predictor, a process predictor, a resource predictor and/or a personnel predictor. The quality predictor is designed to predict qualities that can be generated. The status predictor is designed to predict future plant statuses and the cost predictor to predict future costs of costly entities, in particular costs for input materials, energy, operating resources, spare parts and the like. The process predictor is designed to predict future process states. The resource predictor allows a prediction of the development of resources in the future and the personnel predictor allows a prediction of future personnel deployment. The aforementioned predictors preferably take into account the current planning. The predictors serve as prediction models for predicting future ones Plant conditions, product qualities that can be achieved in the future, future costs or the like. By means of the predictors or prediction models, the future plant states, product qualities that can be achieved in the future, future costs or similar relevant properties, parameters or the like are taken into account in the economic optimization of the process in the production plant. By predicting future properties, parameters or the like of the production plant or the process, the economic optimization is significantly improved again. The predictors enable an assessment of how the quality, the plant states, the costs for input materials, energy, operating resources, spare parts and the like, the process states, the process states and/or the personnel will behave in the future based on the current planning. On the basis of these states, properties, etc. projected into the future, the optimizer can optimize the process in the production plant from an economic point of view.
Der Kostenprediktor berücksichtigt ferner insbesondere monetäre Auswirkungen hinsichtlich verschiedener Alternativen im Herstellungsprozess eines Produkts, wie beispielsweise im Hinblick auf die Prozessroute (welche Prozessschritte durchlaufen werden), die durchlaufenen Produktionslinien (falls es mehrere vergleichbare gibt), und/oder die genaue Ausgestaltung eines Prozesses charakterisiert durch seine technologischen Sollvorgaben. The cost predictor also takes into account, in particular, monetary effects with regard to various alternatives in the manufacturing process of a product, such as with regard to the process route (which process steps are passed through), the production lines passed through (if there are several comparable ones), and/or the exact design of a process characterized by its technological targets.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Variante ist der Qualitätsprediktor, der Zustandsprediktor, der Kostenprediktor, der Prozessprediktor, derAccording to a variant of the invention, the quality predictor, the state predictor, the cost predictor, the process predictor, the
Ressourcenprediktor und/oder der Personalprediktor jeweils als Datenmodell ausgebildet. Das jeweilige Datenmodell basiert vorzugsweise auf Methoden des maschinellen Lernens, insbesondere auf künstlichen neuronalen Netzen, tiefen künstlichen neuronalen Netzen, Entscheidungsbäumen, Ensemble-Methoden basierend auf Entscheidungsbäumen, linearen oder nichtlinearen Regressionsmodellen mit oder ohne Regularisierung, Support-Vector-Machines mit linearen, polynomialen oder anderen Kernel-Funktionen, oder dergleichen. Resource predictor and / or the personal predictor each designed as a data model. The respective data model is preferably based on machine learning methods, in particular on artificial neural networks, deep artificial neural networks, decision trees, ensemble methods based on decision trees, linear or non-linear regression models with or without regularization, support vector machines with linear, polynomial or other kernel functions, or the like.
In einer zweckmäßigen Variante der Erfindung ist der Kostenprediktor als Preiskatalog ausgebildet, in welchem Kosten je Verbrauchseinheit oder je Zeiteinheit angegeben sind oder aus welchem sich die Kosten nach einer definierten Formel berechnen lassen. Auf diese Art und Weise lassen sich die Kosten einfach und schnell bestimmen. Alternativ können die Kosten auch auf Basis von historischen Daten aus der Buchhaltung oder ähnlichen betriebswirtschaftlichen Systemen bestimmt werden. In an expedient variant of the invention, the cost predictor is designed as a price catalog in which costs per consumption unit or per time unit are specified or from which the costs can be calculated according to a defined formula. In this way, the costs can be determined easily and quickly. Alternatively, the costs can also be determined on the basis of historical data from accounting or similar business systems.
Nach einer weiteren Variante der Erfindung umfasst das System einen Ressourcenplaner, einen Reihenfolgeplaner, einen Wartungsplaner, einen Ersatzteilplaner und/oder einen Personalplaner. Der Ressourcenplaner dient zur Planung der Beschaffung von Einsatzstoffen, Betriebsmitteln, Energie und dergleichen. Ziel ist hierbei eine kostenoptimale Beschaffung unter Berücksichtigung des bestehenden Produktionsplans. Kostenoptimal berücksichtigt hierbei insbesondere einsatzmaterialabhängige Margen unter Beachtung potenzieller Auswirkungen des Einsatzmaterials bzw. Gemischen von Einsatzmaterialien auf die Qualität. Der Reihenfolgeplaner wird zur Bestimmung der Produktionsreihenfolge der bestehenden Aufträge eingesetzt. Die Planung der Produktionsreihenfolge kann in unterschiedlicher Granularität/Detailtiefe für unterschiedliche Zeithorizonte erfolgen. Ziel ist hierbei die Maximierung der Wertschöpfung je vorgegebener Zeit. Vorzugsweise wird ein prognostizierter Anlagenzustand dabei berücksichtigt, welcher wiederum für einen Abgleich zwischen der erforderlichen und gemäß Prognose erreichbaren Produktqualität genutzt werden kann. Der Reihenfolgeplaner berücksichtigt beispielweise Wartungsmaßnahmen inklusive der erforderlichen Teile und Werkzeuge sowie Ressourcen- und Personalverfügbarkeit. Zielsetzung ist die Maximierung der Profitabilität des Anlagenbetriebs. Der Wartungsplaner dient zur Festlegung von Wartungsmaßnahmen, insbesondere der Wartungsmaßnahmen aus dem Wartungskatalog. Diese müssen die Anforderungen aus der Produktionsplanung erfüllen, wenn Produkte geplant werden, die beispielsweise gemäß Prozesskatalog, Anlagenzustände erfordern, die gemäß einer aktuellen Prognose nicht erfüllt sind. Es sind dann beispielsweise Maßnahmen aus dem Wartungskatalog vorzunehmen, um den Anlagenzustand entsprechend zu verbessern, so dass die Anforderungen erfüllt werden. Dies beinhaltet z.B. den Austausch von Werkzeugen wie Arbeitswalzen, Kokillen oder dergleichen. Der Ersatzteilplaner dient zur Planung der Beschaffung von Ersatzteilen und Betriebshilfsmitteln. Basierend auf dem aktuellen Stand, eventuell inklusive der bereits festgelegten Zuläufe, sowie gegebenenfalls eines gemäß aktuellerAccording to a further variant of the invention, the system comprises a resource planner, a sequence planner, a maintenance planner, a spare parts planner and/or a personnel planner. The resource planner is used to plan the procurement of input materials, operating resources, energy and the like. The aim here is cost-optimal procurement, taking into account the existing production plan. In this context, cost-optimal takes into account, in particular, input material-dependent margins, taking into account potential effects of the input material or mixtures of input materials on the quality. The sequence planner is used to determine the production sequence of the existing orders. The planning of the production sequence can be done in different granularity/level of detail for different time horizons. The aim here is to maximize the added value for a given period of time. A predicted plant status is preferably taken into account, which in turn can be used for a comparison between the required product quality and the product quality that can be achieved according to the forecast. The sequence planner takes into account, for example, maintenance measures including the necessary parts and tools as well as the availability of resources and personnel. The aim is to maximize the profitability of plant operation. The maintenance planner is used to define maintenance measures, in particular the maintenance measures from the maintenance catalogue. These must meet the requirements of production planning when products are planned that, for example, require plant states according to the process catalogue, which are not fulfilled according to a current forecast. Measures from the maintenance catalogue, for example, are then to be taken in order to improve the condition of the system so that the requirements are met. This includes, for example, the exchange of tools such as work rolls, molds or the like. The spare parts planner is used to plan the procurement of spare parts and operating resources. Based on the current status, possibly including the inflows that have already been determined, as well as one according to the current one, if applicable
Prognose erwarteten Verbrauchs, muss die Differenz zwischen den für geplanten Wartungsmaßnahmen erforderlichen Ersatzteile und Betriebshilfsmittel und gemäß Ersatzteilkatalog benötigten Ersatzteile und Betriebshilfsmittel beschafft werden. Der Personalplaner wird zur Einsatzplanung von Personal eingesetzt und gegebenenfalls zur Beschaffung von Servicedienstleistern. Für die Produktion und Wartung müssen gemäß geplanter Produktionsreihenfolge und geplanter Wartungsmaßnahmen ausreichende Personalkapazitäten mit geeigneten Rollen vorgesehen werden. Dies wird durch den Personalplaner gewährleistet. Die genannten Planer bilden zusammen oder einzeln den Optimierer, um den Prozess in der Produktionsanlage betriebswirtschaftlich zu optimieren. Die einzelnen Planer können in einem Gesamtplaner (Gesamtoptimierer) zusammengefasst werden oder als separate Planer (Teiloptimierer) ausgeführt sein, wobei die separaten Planer einzelne Bereiche der Produktionsanlage betriebswirtschaftlich optimieren und im Zusammenspiel den Prozess in der Produktionsanlage betriebswirtschaftlich optimieren. Die Planer können insbesondere zum Maximieren der Profitabilität der Produktionsanlage eingesetzt werden. prediction of the expected consumption, the difference between the spare parts and operating resources required for the planned maintenance measures and the spare parts and operating resources required according to the spare parts catalog must be procured. The personnel planner is used to schedule personnel and, if necessary, to procure service providers. Sufficient personnel capacities with suitable roles must be provided for production and maintenance in accordance with the planned production sequence and planned maintenance measures. This is ensured by the personnel planner. The planners mentioned form the optimizer together or individually in order to optimize the process in the production plant from an economic point of view. The individual planners can be combined in an overall planner (overall optimizer) or designed as separate planners (partial optimizers), with the separate planners optimizing individual areas of the production plant from an economic point of view and, in combination, optimizing the process in the production plant from a financial point of view. In particular, the planners can be used to maximize the profitability of the production facility.
In einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Variante umfasst das System zusätzlich ein Energiemanagementsystem zur weiteren betriebswirtschaftlichen Optimierung des Prozesses in der Produktionsanlage. Hierzu werden alle genannten Optimierungen zusätzlich in Hinsicht auf Optimierung des Energiemanagements untersucht. Dazu zählen die entsprechende Gestaltung der Produktionsplanung, angepasst an u.a. kommerzielle Verträge zur Energieversorgung, energetisch optimale Gestaltung der Produktion oder dergleichen. So schwanken Energiepreise, speziell von elektrischer Energie auf mehreren Zeitskalen. Aufgrund von klimatischen Gegebenheiten kommt es jahreszeitlich zu unterschiedlicher Energienachfrage, ebenso wie aufgrund von Wettereffekten auf Skalen von Tagen aber auch innerhalb eines Tages schwanken Energieangebot und -nachfrage. Betreiber von Industrieanlagen haben oftmals einen Misch aus eigenständig erzeugter Energie, Energiespeichern sowie einer Mischung aus lang- und kurzfristigen externen Bezugsmodi. Zum einen kann nun dieIn an advantageous variant according to the invention, the system also includes an energy management system for further economic optimization of the process in the production plant. For this purpose, all of the optimizations mentioned are also taken into account with regard to optimization of the energy management examined. This includes the appropriate design of production planning, adapted to commercial contracts for energy supply, energetically optimal design of production or the like. Energy prices, especially electrical energy, fluctuate on several time scales. Due to climatic conditions, energy demand varies seasonally, as well as due to weather effects on scales of days, but also within a day, energy supply and demand fluctuate. Operators of industrial plants often have a mix of independently generated energy, energy storage and a mixture of long-term and short-term external procurement modes. On the one hand, the
Produktionsplanung darauf achten, besonders energieintensive oder -arme Produkte in solchen Phasen einzuplanen, in denen Energie gemäß Prognose besonders günstig oder teuer ist. Bei der ökonomischen Bewertung ist hier auf die werk-interne Erzeugung oder Inanspruchnahme von gespeicherter Energie zu achten. Ein weiterer Freiheitsgrad besteht darin, dass je nach Anlagenlayout oftmals mehrere Prozesse elektrische Energie benötigen und die gleichzeitige Planung von mehreren anspruchsvollen Prozessen ggfs zu Lastspitzen führen kann, die nur durch Energiebezug zu überhöhten Preisen abgedeckt werden können. In diesem Fall wäre es Aufgabe der gekoppelten Energie- und Produktionsplanung, die Produktionsabfolge derart anzupassen, dass keine Lastspitzen entstehen. Je nach Situation kann das ökonomische Optimum auch darin bestehen, bei besonders hohen Energiepreisen, die eigenen langfristigen Kapazitäten am Energiemarkt zu verkaufen und nicht selbst zur Produktion einzusetzen oder sogar eigene Erzeugung oder Speicherung am Markt abzusetzen. When planning production, make sure that particularly energy-intensive or low-energy products are included in phases in which energy is forecast to be particularly cheap or expensive. In the economic evaluation, attention must be paid to the plant-internal generation or use of stored energy. Another degree of freedom is that, depending on the system layout, several processes often require electrical energy and the simultaneous planning of several demanding processes can lead to peak loads that can only be covered by purchasing energy at inflated prices. In this case, it would be the task of coupled energy and production planning to adapt the production sequence in such a way that no peak loads occur. Depending on the situation, the economic optimum can also consist of selling one's own long-term capacities on the energy market when energy prices are particularly high and not using them for production or even selling one's own generation or storage on the market.
Gemäß einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Variante umfasst das System einen Preisgenerator zur Bestimmung eines Mindestpreises für ein Produkt für eine wirtschaftliche Produktion, eines wahrscheinlichen Preises für ein Produkt basierend auf der aktuellen Marktsituation und/oder eines höchstmöglichen, realistischen Preises für ein Produkt. Der Preisgenerator wird insbesondere zur Bestimmung von Mindestpreisen für jedes Produkt eingesetzt, um eine wirtschaftliche Produktion zu gewährleisten. Dabei können mögliche Preisnachlässe berücksichtigt werden, beispielsweise verursacht durch mangelhafte Produktqualität, verfehlter Liefertermine oder dergleichen. Alternativ oder zusätzlich kann ein wahrscheinlicher Preis für das Produkt basierend auf der aktuellen Marktlage und/oder Produktionsauslastung bestimmt werden. Auch könnte ein höchstmöglicher, realistischen Preis für ein Produkt bestimmt werden, welcher am Markt erzielt werden kann. Der Preisgenerator berücksichtigt dabei die Einzelkosten der Herstellung eines Produkts, die Kosten für die eingesetzten Ressourcen und ggf. Energiekosten. According to an advantageous variant of the invention, the system includes a price generator for determining a minimum price for a product for economical production, a probable price for a product based on the current market situation and/or a highest possible, realistic price for a product. The price generator is used in particular for Determination of minimum prices for each product used to ensure economical production. Possible price reductions can be taken into account, for example caused by poor product quality, missed delivery dates or the like. Alternatively or additionally, a probable price for the product can be determined based on the current market situation and/or production utilization. A highest possible, realistic price for a product that can be achieved on the market could also be determined. The price generator takes into account the individual costs of manufacturing a product, the costs for the resources used and, if applicable, energy costs.
In einer zweckmäßigen Variante der Erfindung berücksichtigt der Preisgenerator Allgemeinkosten der Produktionsanlage. Der Preisgenerator ermöglicht somit eine Vollkostenbetrachtung zur Erzeugung eines bestimmten Produkts. Hierzu können für Teile der Gesamtkosten auch ein Allokieren von Gemeinkosten vorgenommen werden. In an expedient variant of the invention, the price generator takes into account general costs of the production plant. The price generator thus enables a full cost view for the production of a specific product. For this purpose, overhead costs can also be allocated for parts of the total costs.
Da eine industrielle Fertigung oftmals in Produktionssequenzen abläuft, wobei innerhalb einer Sequenz tendenziell ähnliche Produkte mit den gleichen Komponenten einer Maschine oder Anlage produziert werden und die Unterbrechungen von Sequenzen zu Stillständen und ggfs dem Wechsel von Produktionshilfsmitteln führen, stellt eine stark fragmentierte Produktion einen Kostennachteil dar. Je nach Auftragssituation ist es aber unter Umständen nicht möglich, bestehende Aufträge innerhalb einer Sequenz zu produzieren, da nicht alle Produktübergänge möglich sind (z.B. aufgrund von Geometrie, Werkstoffen oder Temperaturanforderungen). Ein zusätzlicher Auftrag, der es ermöglicht, zwei bestehende Sequenzen miteinander zu kombinieren beseitigt die mit dem ansonsten erforderlichen Stillstand einhergehenden Kosten und ist daher wirtschaftlich attraktiv. Der Preisgenerator kann diesen Preisvorteil ebenfalls berücksichtigen und ggfs einen Nachlass gewähren, um der vorteilhaften Situation für den Hersteller Rechnung zu tragen. Im Weiteren kann der Preisgenerator dazu genutzt werden, für gegebene oder prognostizierte erzielbare Marktpreise eine Empfehlung zu erzeugen, welche Produkte optimalerweise am Markt angeboten werden sollen, da in aller Regel die Wertschöpfung verschiedener Produkte auf einer gegebenen Anlage stark unterschiedlich ist. Since industrial production often takes place in production sequences, with similar products being produced within a sequence with the same components of a machine or system, and the interruptions in sequences leading to downtimes and the need to change production tools, heavily fragmented production represents a cost disadvantage. Depending on the order situation, however, it may not be possible to produce existing orders within a sequence, since not all product transitions are possible (e.g. due to geometry, materials or temperature requirements). An additional order that allows two existing sequences to be combined eliminates the costs associated with the downtime that would otherwise be required and is therefore economically attractive. The price generator can also take this price advantage into account and, if necessary, grant a discount to take account of the advantageous situation for the manufacturer. Furthermore, the price generator can be used to generate a recommendation for given or forecast achievable market prices as to which products should ideally be offered on the market, since the added value of different products on a given system is usually very different.
Nach einer erfindungsgemäßen Variante umfasst der Preisgenerator einen statischen Preiskatalog und/oder einen Algorithmus zur dynamischen Preisbestimmung. Der Preiskatalog ist beispielsweise statisch und gegebenenfalls von außen anpassbar. According to a variant of the invention, the price generator includes a static price catalog and/or an algorithm for dynamic price determination. For example, the price catalog is static and can be adjusted from the outside if necessary.
Gemäß einer zweckmäßigen Variante der Erfindung umfasst das System eine Planungsliste umfassend Informationen bezüglich der zur Produktion anstehenden Produkte, insbesondere deren Qualitätsanforderungen. DieAccording to an expedient variant of the invention, the system includes a planning list containing information regarding the products to be produced, in particular their quality requirements. the
Qualitätsanforderungen können beispielsweise als Verweis auf einenQuality requirements can be used, for example, as a reference to a
Qualitätskatalog ausgebildet sein. Zweckmäßigerweise ist die Planungsliste Teil des Produktionsplanungssystems. quality catalog be trained. The planning list is expediently part of the production planning system.
Zweckmäßigerweise erstellt der Optimierer Handlungsanweisungen bezüglich der Produktionsreihenfolge, der durchzuführenden Wartungs- und Instandhaltungsmaßnahmen, der Annahme von Lieferaufträgen, der Auslösung von Bestellungen für Einsatzstoffe, Betriebsmittel und/oder Ersatzteile, der Erstellung von Einsatzplänen für das Personal, insbesondere dasThe optimizer expediently creates instructions for action regarding the production sequence, the maintenance and repair measures to be carried out, the acceptance of delivery orders, the initiation of orders for input materials, operating resources and/or spare parts, the creation of deployment plans for the personnel, in particular the
Wartungspersonal, oder dergleichen. maintenance personnel, or the like.
In einer erfindungsgemäßen Variante basiert der Optimierer des erfindungsgemäßen Systems auf Algorithmen des Bestärkendem Lernens oder des Operation Research, insbesondere Policy-Networks, neuronalen Netzen, lineare Programme, konvexe Optimierung, gemischt-ganzzahlige Optimierung, oder dergleichen. Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur betriebswirtschaftlichen Optimierung eines Prozesses in einer Produktionsanlage, insbesondere einer Produktionsanlage der metallerzeugenden Industrie, der nicht-Eisen- oder Stahlindustrie oder der Vorlegierungsherstellung, wobei die Produktionsanlage umfasst: ein Produktionsplanungssystem zur Bestimmung einer Produktionsreihenfolge für die Produktionsanlage, insbesondere von Steuerdaten für ein Automatisierungssystem, das Automatisierungssystem zur Steuerung der Produktion in der Produktionsanlage, wobei das Automatisierungssystem vorzugsweise die vom Produktionsplanungssystem bestimmte Produktionsreihenfolge ausführt, ein Zustandsüberwachungssystem zur Erfassung von Zuständen der Produktionsanlage und deren Komponenten, ein Wartungsplanungssystem zur Bestimmung von Wartungsmaßnahmen für die Produktionsanlage, ein der Produktionsanlage zugehöriges Unternehmensplanungssystem zur betriebswirtschaftlichen Verwaltung der Produktion und Wartung in der Produktionsanlage, und einen Qualitätsprediktor, einen Zustandsprediktor, einen Kostenprediktor, einen Prozessprediktor, einen Ressourcenprediktor und/oder einen Personalprediktor, wobei das Verfahren die Daten des Produktionsplanungssystems, des Automatisierungssystems, des Zustandsüberwachungssystems und des Wartungsplanungssystems mit den Daten des Unternehmensplanungssystems verknüpft, um den Prozess in der Produktionsanlage betriebswirtschaftlich zu optimieren, wobei bei der Optimierung mittels der Prediktoren die zukünftigen Anlagenzustände, zukünftig erreichbaren Produktqualitäten, zukünftigen Kosten oder ähnliche relevante Eigenschaften, Parameter oder dergleichen bei der betriebswirtschaftlichen Optimierung des Prozesses in der Produktionsanlage berücksichtigt werden. Erfindungsgemäß werden die für den Prozess in der Produktionsanlage relevanten technischen Parameter wie die Produktionsreihenfolge, der Zustand der Produktionsanlage und deren Komponenten und geplante Wartungsmaßnahmen mit den relevanten betriebswirtschaftlichen Informationen des Unternehmensplanungssystems verknüpft, um den Prozess in der Produktionsanlage betriebswirtschaftlich zu optimieren. Im Gegensatz zum Stand der Technik findet keine technische Optimierung statt, wie beispielsweise eine Maximierung der Produktionsmenge oder der Anlagenverfügbarkeit, sondern es wird das betriebswirtschaftliche Optimum bestimmt, beispielsweise unter Berücksichtigung des notwendigen Kapitaleinsatzes, der ausgehandelten Lieferbedingungen inklusive Konventionalstrafen, Lagerkosten, Personalkosten, Materialkosten, Wartungskosten und dergleichen. In a variant according to the invention, the optimizer of the system according to the invention is based on reinforcement learning or operation research algorithms, in particular policy networks, neural networks, linear programs, convex optimization, mixed-integer optimization, or the like. The object is also achieved by a method for the economic optimization of a process in a production plant, in particular a production plant in the metal-producing industry, the non-iron or steel industry or the production of master alloys, the production plant comprising: a production planning system for determining a production sequence for the production plant, in particular control data for an automation system, the automation system for controlling production in the production plant, with the automation system preferably executing the production sequence determined by the production planning system, a status monitoring system for recording statuses of the production plant and its components, a maintenance planning system for determining maintenance measures for the production plant, a business planning system associated with the production plant for the economic management of production and Maintenance in the production plant, and a quality predictor, a condition predictor, a cost predictor, a process predictor, a resource predictor and/or a personnel predictor, the method linking the data from the production planning system, the automation system, the condition monitoring system and the maintenance planning system with the data from the enterprise planning system in order to to optimize the process in the production plant from an economic point of view, with the optimization using the predictors taking into account the future plant states, product qualities that can be achieved in the future, future costs or similar relevant properties, parameters or the like in the economic optimization of the process in the production plant. According to the invention, the technical parameters relevant to the process in the production plant, such as the production sequence, the condition of the production plant and its components and planned maintenance measures, are linked to the relevant business information from the corporate planning system in order to optimize the process in the production plant from a business management point of view. In contrast to the state of the art, there is no technical optimization, such as maximizing the production volume or plant availability, but the economic optimum is determined, for example taking into account the necessary capital investment, the negotiated delivery conditions including contractual penalties, storage costs, personnel costs, material costs, maintenance costs and the same.
Bei dem zu optimierenden Prozess handelt es sich beispielsweise um einen Herstellungsprozess, Wartungsprozess oder dergleichen. The process to be optimized is, for example, a manufacturing process, maintenance process or the like.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung führt das Verfahren die Optimierung wiederholt aus, insbesondere in regelmäßigen Abständen oder nach Änderungen von für die Optimierung relevanten Parametern. In a preferred variant of the invention, the method carries out the optimization repeatedly, in particular at regular intervals or after changes in parameters relevant to the optimization.
Erfindungsgemäß werden somit alle Entscheidungen bezüglich des Prozesses in der Produktionsanlage so getroffen, dass die Wertschöpfung des Anlagenbetreibers maximiert wird. Die erfolgt durch eine Nachverfolgung aller Wertströme des Produktionsbetriebs sowie eine Auswertung und Nutzung dieser Informationen zur Erzeugung von beschreibenden Modellen für die Wertschöpfung bzw. für die zu berücksichtigenden Randbedingungen, insbesondere durch den Einsatz von expliziten Optimierungswerkzeugen, die die Wertschöpfung maximieren. Der Kern der Erfindung liegt darin, alle für eine betriebswirtschaftliche Entscheidung relevanten Aspekte zur Entscheidungsfindung mittels eines technischen Verfahrens zu erfassen und zu berücksichtigen, um immer das gesamtbetriebliche Optimum automatisiert bestimmen zu können. Die klassischerweise getrennten Welten von betriebswirtschaftlicher Leitebene und den untergelagerten technischen Ebenen werden in dem erfindungsgemäßen technischen Verfahren vereint, so dass die betriebswirtschaftliche Optimierung zu einem technischen Problem wird, welches von dem erfindungsgemäßen technischen Verfahren gelöst werden kann. According to the invention, all decisions regarding the process in the production plant are made in such a way that the added value of the plant operator is maximized. This is done by tracking all value streams of the production operation and evaluating and using this information to generate descriptive models for value creation or for the boundary conditions to be considered, in particular through the use of explicit optimization tools that maximize value creation. The core of the invention lies in using a technical method to record and take into account all aspects relevant to a business decision-making process in order to always be able to automatically determine the optimum for the entire business. The traditionally separate worlds of the business control level and the subordinate technical levels are combined in the technical method according to the invention, so that the business optimization becomes a technical problem which can be solved by the technical method according to the invention.
Nach einer vorteilhaften Variante der Erfindung bestimmt das Verfahren eine betriebswirtschaftlich optimierte Produktionsreihenfolge, betriebswirtschaftlich optimierte Sollwertvorgaben für das Automatisierungssystem, betriebswirtschaftlich optimierte Wartungsmaßnahmen und/oder betriebswirtschaftlich optimierte Verwaltungsmaßnahmen. Das Ergebnis von diesem Verfahrensschritt ist beispielsweise eine betriebswirtschaftlich optimierte Produktionsreihenfolge in Verbindung mit betriebswirtschaftlich optimierten Wartungsmaßnahmen, wobei die optimierte Produktionsreihenfolge die betriebswirtschaftlich optimierten Sollwertvorgaben für das Automatisierungssystem umfasst. Die betriebswirtschaftlich optimierten Verwaltungsmaßnahmen betreffen beispielsweise den Material- und/oder Rohstoffeinkauf, die Lagerung, den Transport oder dergleichen. Die betriebswirtschaftlich optimierte Produktionsreihenfolge, betriebswirtschaftlich optimierte Sollwertvorgaben für das Automatisierungssystem, betriebswirtschaftlich optimierte Wartungsmaßnahmen und/oder betriebswirtschaftlich optimierte Verwaltungsmaßnahmen werden vorzugsweise an das entsprechende Produktionsplanungssystem, Automatisierungssystem, Wartungsplanungssystem bzw. Unternehmensplanungssystem weitergeleitet. According to an advantageous variant of the invention, the method determines an economically optimized production sequence, economically optimized target values for the automation system, economically optimized maintenance measures and/or economically optimized administration measures. The result of this method step is, for example, an economically optimized production sequence in connection with economically optimized maintenance measures, the optimized production sequence including the economically optimized setpoint specifications for the automation system. The administrative measures that have been optimized from an economic point of view relate, for example, to the purchase of materials and/or raw materials, storage, transport or the like. The economically optimized production sequence, economically optimized target values for the automation system, economically optimized maintenance measures and/or economically optimized administrative measures are preferably forwarded to the corresponding production planning system, automation system, maintenance planning system or company planning system.
In einer zweckmäßigen Variante der Erfindung erstellt das Verfahren im Rahmen der betriebswirtschaftlichen Optimierung einen Personaleinsatzplan für die Produktion und/oder Wartung, einen Ressourcenbeschaffungsplan, einen Energiebeschaffungsplan, einen Ersatzteilbeschaffungsplan, einen Wartungsplan oder dergleichen. Die erstellten Pläne werden zur Umsetzung an das entsprechende Produktionsplanungssystem, Wartungsplanungssystem bzw. Unternehmensplanungssystem weitergeleitet. In an expedient variant of the invention, the method creates a personnel deployment plan for production and/or maintenance, a resource procurement plan, an energy procurement plan, a spare parts procurement plan, a maintenance plan or the like as part of the business optimization. The plans drawn up are sent to the appropriate production planning system, maintenance planning system or business planning system forwarded.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Variante umfasst das Verfahren das Erstellen und/oder Verwalten eines Qualitätskatalogs, eines Prozesskatalogs, einesAccording to a variant of the invention, the method includes the creation and / or management of a quality catalog, a process catalog, a
Wartungskatalogs, eines Kostenkatalogs, eines Ersatzteilkatalogs, eines Ressourcenkatalogs, eines Personalkatalogs und/oder eines Profitkatalogs. Der Qualitätskatalog enthält beispielsweise alle überprüfbaren Qualitätsanforderungen, welche an Produkte gestellt werden können. Insbesondere enthält der Qualitätskatalog die Menge aller erzeugbaren Produkte mit ihren jeweiligenmaintenance catalogue, a cost catalogue, a spare parts catalogue, a resource catalogue, a personnel catalogue, and/or a profit catalogue. The quality catalog contains, for example, all verifiable quality requirements that can be placed on products. In particular, the quality catalog contains the set of all producible products with their respective ones
Qualitätsanforderungen. In dem Prozesskatalog sind Prozesskriterien aufgelistet, die relevant für Produktqualitäten, Anlagenausbringung, Anlageneffizienz oder dergleichen sind. Der Prozesskatalog enthält beispielsweise Prozesskriterien, die zur Erreichung einer bestimmten Qualitätsanforderung aus dem Qualitätskatalog erforderlich sind. Der Wartungskatalog listet alle ausführbarenquality requirements. The process catalog lists process criteria that are relevant to product qualities, plant output, plant efficiency, or the like. The process catalog contains, for example, process criteria that are required to achieve a specific quality requirement from the quality catalog. The maintenance catalog lists all executables
Wartungsmaßnahmen auf, insbesondere die Wartungsmaßnahmen die zur Behebung einer vorliegenden oder zu erwartenden Einschränkung geeignet bzw. erforderlich sind. Ferner enthält der Wartungskatalog insbesondere die notwendigen Ersatzteile, den erforderlichen Personalbedarf, die Anforderungen an die Produktionsbedingungen, wie z.B. Stillstandzeiten, sowie sonstige notwendige Hilfsmittel oder dergleichen bezüglich der im Wartungskatalog aufgelisteten Wartungsmaßnahmen. Im Kostenkatalog sind wiederum die aktuellen Kosten für Ressourcen, Personaleinsatz, Ersatzteile und dergleichen enthalten. Können die Kosten nur in Abhängigkeit von bestimmten Faktoren bestimmt werden, so sind diese Faktoren, beispielsweise Basiskosten, Koeffizienten, usw. in demMaintenance measures, in particular the maintenance measures that are suitable or necessary to remedy an existing or expected restriction. Furthermore, the maintenance catalog contains in particular the necessary spare parts, the necessary personnel requirements, the requirements for the production conditions, such as downtimes, as well as other necessary tools or the like with regard to the maintenance measures listed in the maintenance catalogue. The cost catalog in turn contains the current costs for resources, personnel deployment, spare parts and the like. If the costs can only be determined as a function of certain factors, then these factors, for example basic costs, coefficients, etc. are included in the
Kostenkatalog gespeichert. Der Ersatzteilkatalog enthält beispielsweise eine Liste aller mechanischen, elektrischen, hydraulischen oder anderen Komponenten der Anlage. Insbesondere enthält der Ersatzteilkatalog den aktuellen Bestand sowie geplante Zuläufe von Ersatzteilen und/oder Betriebsmitteln. Der Ressourcenkatalog listet insbesondere alle für die Fertigungsprozessschritte erforderlichen Einsatzstoffe, Produktionshilfsmittel, Verbrauchsmaterialien, Energieträger, usw. auf. Im Personalkatalog sind vorzugsweise alle Beschäftigten und gegebenenfalls bekannte Servicedienstleister enthalten, insbesondere mit deren formalen Qualifikationen, also deren Fähigkeiten Tätigkeiten aus dem Wartungskatalog und/oder von Fertigungsprozessschritten auszuführen. Im Profitkatalog sind aktuelle Preise und/oder Margen basierend auf der aktuellen Systemanalyse hinterlegt. Sind die Preise und/oder Margen erst aus Eigenschaften des Fierstellungsprozesses zu berechnen, so sind die entsprechenden relevanten Faktoren, Koeffizienten oder dergleichen hinterlegt. Mittels der genannten Kataloge und der darin enthaltenen Informationen lässt sich der Prozess in der Produktionsanlage betriebswirtschaftlich gezielter optimieren. Dazu werden die Informationen aus den genannten Katalogen mit den in der Produktionsanlage herzustellenden Produkten und deren Qualitätsanforderungen verknüpft und eine betriebswirtschaftliche optimierte Produktionsreihenfolge und ggf. betriebswirtschaftlich optimierte Wartungsmaßnahmen bestimmt. Cost catalog saved. For example, the spare parts catalog contains a list of all mechanical, electrical, hydraulic or other components of the system. In particular, the spare parts catalog contains the current inventory as well as planned deliveries of spare parts and/or operating resources. The resource catalog lists in particular all input materials, production aids, consumables, Energy sources, etc. on. The personnel catalog preferably contains all employees and possibly known service providers, in particular with their formal qualifications, that is to say their abilities to carry out activities from the maintenance catalog and/or production process steps. Current prices and/or margins based on the current system analysis are stored in the profit catalogue. If the prices and/or margins are only to be calculated from properties of the production process, then the corresponding relevant factors, coefficients or the like are stored. Using the catalogs mentioned and the information they contain, the process in the production plant can be optimized in a more targeted manner from an economic point of view. For this purpose, the information from the catalogs mentioned is linked to the products to be manufactured in the production plant and their quality requirements, and an economically optimized production sequence and, if necessary, economically optimized maintenance measures are determined.
Nach einer vorteilhaften Variante der Erfindung umfasst das Verfahren das Erstellen und/oder Verwalten eines Prozessmonitors, eines Zustandsmonitors, eines Wartungsmonitors, eines Planungsmonitors, eines Ressourcenmonitors, eines Qualitätsmonitors, eines Profitmonitors und/oder eines Personalmonitors. Der Prozessmonitor erfasst beispielsweise Prozessdaten, vorzugsweise alle Prozessdaten, aus der Produktion sowie gegebenenfalls flankierende Daten, wie z.B. Laborprüfergebnisse. Die erfassten Daten können zur Systemanalyse genutzt werden. Der Zustandsmonitor gibt den aktuellen und/oder prognostizierten Zustand der Produktionsanlage gemäß aller bekannten Auswertungen und/oder Systemanalysen wieder, vorzugsweise bezüglich vorliegender oder zu erwartender Einschränkungen, insbesondere bezogen auf Einträge aus dem Prozesskatalog. Der Wartungsmonitor gibt den aktuellen Stand zu allen bereits geplanten Wartungsmaßnahmen an. Der Planungsmonitor enthält den aktuellen Stand der geplanten Produktionsreihenfolge. Im Ressourcenmonitor ist der aktuelle und bereits geplante Bestand an Einsatzmaterial abgelegt, vorzugsweise inklusive der bereits geplanten Zuläufe an Ressourcen. Im Qualitätsmonitor sind die erreichten und/oder die zu zukünftigen Zeiten erreichbaren Qualitäten der einzelnen Produkte enthalten, insbesondere alle ermittelten Qualitätsdaten zu den gefertigten Produkten. Im Profitmonitor sind die Wertschöpfung für jede Art von Produkt und jeden einzelnen Prozessschritt enthalten, insbesondere lassen sich damit auch Kosten für mangelhafte Qualität für jeden Prozessschritt ableiten oder diese sind direkt im Profitmonitor hinterlegt. Der Personalmonitor gibt die aktuelle Personalverfügbarkeit wieder, beispielsweise Schichtpläne, geplante Einsätze von Servicedienstleistern, oder dergleichen. Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Variante werden die Vorhersagen des Qualitätsprediktors, des Zustandsprediktors, des Kostenprediktors, des Prozessprediktors, des Ressourcenprediktors und/oder des Personalprediktors und/oder die betriebswirtschaftliche Optimierung des Optimierers auf Basis des Prozessmonitors, des Zustandsmonitors, des Wartungsmonitors, des Planungsmonitors, des Ressourcenmonitors, des Qualitätsmonitors, des Profitmonitors und/oder des Personalmonitors kontinuierlich angepasst. Insbesondere erfolgt die Anpassung mittels maschinellen Lernens aus den Prozess- Qualitäts-, Ausfalldaten und weiteren Daten der genannten Monitore, wobei sich die genannten Prediktoren (Vorhersagemodelle) bzw. die Algorithmen des Optimierers kontinuierlich selbstständig anpassen bzw. aktualisieren. According to an advantageous variant of the invention, the method includes creating and/or managing a process monitor, a status monitor, a maintenance monitor, a planning monitor, a resource monitor, a quality monitor, a profit monitor and/or a personnel monitor. The process monitor records, for example, process data, preferably all process data, from production and any accompanying data, such as laboratory test results. The recorded data can be used for system analysis. The status monitor reflects the current and/or predicted status of the production plant according to all known evaluations and/or system analyses, preferably with regard to existing or expected restrictions, in particular based on entries from the process catalogue. The maintenance monitor indicates the current status of all maintenance measures that have already been planned. The planning monitor contains the current status of the planned production sequence. The current and already planned stock of input material is stored in the resource monitor, preferably including the already planned inflows of resources. In the quality monitor are contain the qualities of the individual products that have been achieved and/or that can be achieved in the future, in particular all quality data determined for the manufactured products. The profit monitor contains the added value for each type of product and each individual process step. In particular, costs for poor quality can be derived for each process step or these are stored directly in the profit monitor. The personnel monitor reflects the current personnel availability, for example shift schedules, planned assignments by service providers, or the like. According to a preferred variant of the invention, the predictions of the quality predictor, the status predictor, the cost predictor, the process predictor, the resource predictor and/or the personnel predictor and/or the business optimization of the optimizer are based on the process monitor, the status monitor, the maintenance monitor, the planning monitor, the resource monitor, the quality monitor, the profit monitor and/or the personnel monitor are continuously adjusted. In particular, the adjustment is made by means of machine learning from the process, quality, failure data and other data from the monitors mentioned, with the predictors (prediction models) or the algorithms of the optimizer continuously adapting or updating themselves.
In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Variante umfasst das Verfahren das Erstellen und/oder Verwalten eines Qualitätsprediktors, eines Zustandsprediktors, eines Kostenprediktors, eines Prozessprediktors, eines Ressourcenprediktors und/oder eines Personalprediktors. Der Qualitätsprediktor ist zur Vorhersage von erzeugbaren Qualitäten ausgebildet. Der Zustandsprediktor ist zur Vorhersage von zukünftigen Anlagenzuständen ausgebildet und der Kostenprediktor zur Vorhersage von zukünftigen Kosten von kostenbehafteten Entitäten, insbesondere Kosten für Einsatzstoffe, Energie, Betriebsmittel, Ersatzteile und dergleichen. Der Prozessprediktor ist zur Vorhersage von zukünftigen Prozesszuständen ausgebildet. Der Ressourcenprediktor erlaubt eine Vorhersage über die Entwicklung von Ressourcen in der Zukunft und der Personalprediktor erlaubt eine Vorhersage des zukünftigen Personaleinsatzes. Die vorgenannten Prediktoren berücksichtigen vorzugsweise die aktuelle Planung. Die Prediktoren dienen als Vorhersagemodelle zur Vorhersage von zukünftigen Anlagenzuständen, zukünftig erreichbarer Produktqualitäten, zukünftigen Kosten oder dergleichen. Mittels der Prediktoren bzw. Vorhersagemodelle werden die zukünftigen Anlagenzustände, zukünftig erreichbaren Produktqualitäten, zukünftigen Kosten oder ähnliche relevante Eigenschaften, Parameter oder dergleichen bei der betriebswirtschaftlichen Optimierung des Prozesses in der Produktionsanlage berücksichtigt. Durch die Vorhersage zukünftiger Eigenschaften, Parametern oder dergleichen der Produktionsanlage bzw. des Herstellungsprozesses wird die betriebswirtschaftliche Optimierung nochmals deutlich verbessert. Die Prediktoren ermöglichen eine Bewertung, wie sich die Qualität, die Anlagenzustände, die Kosten für Einsatzstoffe, Energie, Betriebsmittel, Ersatzteile und dergleichen, die Prozesszustände, die Prozesszustände und/oder das Personal auf Basis der aktuellen Planung in der Zukunft verhalten werden. Auf Basis dieser in die Zukunft projizierten Zustnände, Eigenschaften, usw., kann der Optimierer den Prozess in der Produktionsanlage betriebswirtschaftlich optimieren. Der Kostenprediktor berücksichtigt ferner insbesondere monetäre Auswirkungen hinsichtlich verschiedener Alternativen im Herstellungsprozess eines Produkts, wie beispielsweise im Hinblick auf die Prozessroute (welche Prozessschritte durchlaufen werden), die durchlaufenen Produktionslinien (falls es mehrere vergleichbare gibt), und/oder die genaue Ausgestaltung eines Prozesses charakterisiert durch seine technologischen Sollvorgaben. In a preferred variant according to the invention, the method includes the creation and/or management of a quality predictor, a status predictor, a cost predictor, a process predictor, a resource predictor and/or a personnel predictor. The quality predictor is designed to predict qualities that can be generated. The status predictor is designed to predict future plant statuses and the cost predictor to predict future costs of costly entities, in particular costs for input materials, energy, operating resources, spare parts and the like. The process predictor is designed to predict future process states. The resource predictor allows a prediction about the Development of resources in the future and the personnel predictor allows a prediction of future personnel deployment. The aforementioned predictors preferably take into account the current planning. The predictors serve as prediction models for predicting future plant states, product qualities that can be achieved in the future, future costs or the like. By means of the predictors or prediction models, the future plant states, product qualities that can be achieved in the future, future costs or similar relevant properties, parameters or the like are taken into account in the economic optimization of the process in the production plant. By predicting future properties, parameters or the like of the production plant or the manufacturing process, the economic optimization is significantly improved again. The predictors enable an assessment of how the quality, the plant states, the costs for input materials, energy, operating resources, spare parts and the like, the process states, the process states and/or the personnel will behave in the future based on the current planning. On the basis of these states, properties, etc. projected into the future, the optimizer can optimize the process in the production plant from an economic point of view. The cost predictor also takes into account, in particular, monetary effects with regard to various alternatives in the manufacturing process of a product, such as with regard to the process route (which process steps are passed through), the production lines passed through (if there are several comparable ones), and/or the exact design of a process characterized by its technological targets.
Gemäß einer zweckmäßigen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens basiert der Qualitätsprediktor, der Zustandsprediktor, der Kostenprediktor, der Prozessprediktor, der Ressourcenprediktor und/oder der Personalprediktor jeweils auf einem Datenmodell. Das jeweilige Datenmodell basiert vorzugsweise auf Methoden des maschinellen Lernens, insbesondere auf künstlichen neuronalen Netzen, tiefen künstlichen neuronalen Netzen, Entscheidungsbäumen, Ensemble- Methoden basierend auf Entscheidungsbäumen, linearen oder nichtlinearen Regressionsmodellen mit oder ohne Regularisierung, Support-Vector-Machines mit linearen, polynomialen oder anderen Kernel-Funktionen, oder dergleichen. According to an expedient variant of the method according to the invention, the quality predictor, the condition predictor, the cost predictor, the process predictor, the resource predictor and/or the personnel predictor are each based on a data model. The respective data model is preferably based on machine learning methods, in particular on artificial neural ones Networks, deep artificial neural networks, decision trees, ensemble methods based on decision trees, linear or non-linear regression models with or without regularization, support vector machines with linear, polynomial or other kernel functions, or the like.
In einer zweckmäßigen Variante der Erfindung ist der Kostenprediktor als Preiskatalog ausgebildet, in welchem Kosten je Verbrauchseinheit oder je Zeiteinheit angegeben sind oder aus welchem sich die Kosten nach einer definierten Formel berechnen lassen. Auf diese Art und Weise lassen sich die Kosten einfach und schnell bestimmen. Alternativ können die Kosten auch aufIn an expedient variant of the invention, the cost predictor is designed as a price catalog in which costs per consumption unit or per time unit are specified or from which the costs can be calculated according to a defined formula. In this way, the costs can be determined easily and quickly. Alternatively, the costs can also be increased
Basis von historischen Daten aus der Buchhaltung oder ähnlichen betriebswirtschaftlichen Systemen bestimmt werden. be determined on the basis of historical data from accounting or similar business systems.
Nach einer vorteilhaften Variante umfasst das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin das Erstellen und/oder Verwaltens eines Ressourcenplaners, eines Reihenfolgeplaners, eines Wartungsplaners, eines Ersatzteilplaners und/oder eines Personalplaners. Der Ressourcenplaner dient zur Planung der Beschaffung von Einsatzstoffen, Betriebsmitteln, Energie und dergleichen. Ziel ist hierbei eine kostenoptimale Beschaffung unter Berücksichtigung des bestehenden Produktionsplans. Kostenoptimal berücksichtigt hierbei insbesondere einsatzmaterialabhängige Margen unter Beachtung potenzieller Auswirkungen des Einsatzmaterials bzw. Gemischen von Einsatzmaterialien auf die Qualität. Der Reihenfolgeplaner wird zur Bestimmung der Produktionsreihenfolge der bestehenden Aufträge eingesetzt. Die Planung der Produktionsreihenfolge kann in unterschiedlicher Granularität/Detailtiefe für unterschiedliche Zeithorizonte erfolgen. Ziel ist hierbei die Maximierung der Wertschöpfung je vorgegebener Zeit. Vorzugsweise wird ein prognostizierter Anlagenzustand dabei berücksichtigt, welcher wiederum für einen Abgleich zwischen der erforderlichen und gemäß Prognose erreichbaren Produktqualität genutzt werden kann. Der Reihenfolgeplaner berücksichtigt beispielweise Wartungsmaßnahmen inklusive der erforderlichen Teile und Werkzeuge sowie Ressourcen- und Personalverfügbarkeit. Zielsetzung ist die Maximierung der Profitabilität des Anlagenbetriebs. Der Wartungsplaner dient zur Festlegung von Wartungsmaßnahmen, insbesondere der Wartungsmaßnahmen aus dem Wartungskatalog. Diese müssen die Anforderungen aus der Produktionsplanung erfüllen, wenn Produkte geplant werden, die beispielsweise gemäßAccording to an advantageous variant, the method according to the invention also includes the creation and/or management of a resource planner, a sequence planner, a maintenance planner, a spare parts planner and/or a personnel planner. The resource planner is used to plan the procurement of input materials, operating resources, energy and the like. The aim here is cost-optimal procurement, taking into account the existing production plan. In this context, cost-optimal takes into account, in particular, input material-dependent margins, taking into account potential effects of the input material or mixtures of input materials on the quality. The sequence planner is used to determine the production sequence of the existing orders. The planning of the production sequence can be done in different granularity/level of detail for different time horizons. The aim here is to maximize the added value for a given period of time. A predicted plant status is preferably taken into account, which in turn can be used for a comparison between the required product quality and the product quality that can be achieved according to the forecast. The sequence planner takes into account, for example, maintenance measures including the necessary parts and tools as well as resource and staff availability. The aim is to maximize the profitability of plant operation. The maintenance planner is used to define maintenance measures, in particular the maintenance measures from the maintenance catalogue. These must meet the requirements from production planning if products are planned that, for example, according to
Prozesskatalog, Anlagenzustände erfordern, die gemäß einer aktuellen Prognose nicht erfüllt sind. Es sind dann beispielsweise Maßnahmen aus demProcess catalogue, requiring plant states that are not fulfilled according to a current forecast. There are then, for example, measures from the
Wartungskatalog vorzunehmen, um den Anlagenzustand entsprechend zu verbessern, so dass die Anforderungen erfüllt werden. Dies beinhaltet z.B. den Austausch von Werkzeugen wie Arbeitswalzen, Kokillen oder dergleichen. Der Ersatzteilplaner dient zur Planung der Beschaffung von Ersatzteilen undCarry out maintenance catalog to improve the condition of the plant accordingly, so that the requirements are met. This includes e.g. the exchange of tools such as work rolls, molds or the like. The spare parts planner is used to plan the procurement of spare parts and
Betriebshilfsmitteln. Basierend auf dem aktuellen Stand, eventuell inklusive der bereits festgelegten Zuläufe, sowie gegebenenfalls eines gemäß aktuelleroperating tools. Based on the current status, possibly including the inflows that have already been determined, as well as one according to the current one, if applicable
Prognose erwarteten Verbrauchs, muss die Differenz zwischen den für geplanten Wartungsmaßnahmen erforderlichen Ersatzteile und Betriebshilfsmittel und gemäß Ersatzteilkatalog benötigten Ersatzteile und Betriebshilfsmittel beschafft werden. Der Personalplaner wird zur Einsatzplanung von Personal eingesetzt und gegebenenfalls zur Beschaffung von Servicedienstleistern. Für die Produktion und Wartung müssen gemäß geplanter Produktionsreihenfolge und geplanter Wartungsmaßnahmen ausreichende Personalkapazitäten mit geeigneten Rollen vorgesehen werden. Dies wird durch den Personalplaner gewährleistet. Die genannten Planer bilden zusammen oder einzeln den Optimierer, um den Prozess in der Produktionsanlage betriebswirtschaftlich zu optimieren. Die einzelnen Planer können in einem Gesamtplaner (Gesamtoptimierer) zusammengefasst werden oder als separate Planer (Teiloptimierer) ausgeführt sein, wobei die separaten Planer einzelne Bereiche der Produktionsanlage betriebswirtschaftlich optimieren und im Zusammenspiel den Prozess in der Produktionsanlage betriebswirtschaftlich optimieren. Die Planer können insbesondere zum Maximieren der Profitabilität der Produktionsanlage eingesetzt werden. In einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Variante umfasst das Verfahren zusätzlich den Schritt eines Energiemanagements zur weiteren betriebswirtschaftlichen Optimierung des Prozesses in der Produktionsanlage. Hierzu werden alle genannten Optimierungen zusätzlich in Hinsicht auf Optimierung des Energiemanagements untersucht. Dazu zählen die entsprechende Gestaltung der Produktionsplanung, angepasst an u.a. kommerzielle Verträge zur Energieversorgung, energetisch optimale Gestaltung der Produktion oder dergleichen. So schwanken Energiepreise, speziell von elektrischer Energie auf mehreren Zeitskalen. Aufgrund von klimatischen Gegebenheiten kommt es jahreszeitlich zu unterschiedlicher Energienachfrage, ebenso wie aufgrund von Wettereffekten auf Skalen von Tagen aber auch innerhalb eines Tages schwanken Energieangebot und -nachfrage. Betreiber von Industrieanlagen haben oftmals einen Misch aus eigenständig erzeugter Energie, Energiespeichern sowie einer Mischung aus lang- und kurzfristigen externen Bezugsmodi. Zum einen kann nun die Produktionsplanung darauf achten, besonders energieintensive oder -arme Produkte in solchen Phasen einzuplanen, in denen Energie gemäß Prognose besonders günstig oder teuer ist. Bei der ökonomischen Bewertung ist hier auf die werk-interne Erzeugung oder Inanspruchnahme von gespeicherter Energie zu achten. Ein weiterer Freiheitsgrad besteht darin, dass je nach Anlagenlayout oftmals mehrere Prozesse elektrische Energie benötigen und die gleichzeitige Planung von mehreren anspruchsvollen Prozessen ggfs zu Lastspitzen führen kann, die nur durch Energiebezug zu überhöhten Preisen abgedeckt werden können. In diesem Fall wäre es Aufgabe der gekoppelten Energie- und Produktionsplanung, die Produktionsabfolge derart anzupassen, dass keine Lastspitzen entstehen. Je nach Situation kann das ökonomische Optimum auch darin bestehen, bei besonders hohen Energiepreisen, die eigenen langfristigen Kapazitäten am Energiemarkt zu verkaufen und nicht selbst zur Produktion einzusetzen oder sogar eigene Erzeugung oder Speicherung am Markt abzusetzen. Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Variante umfasst das Verfahren das Bestimmen eines Mindestpreises für ein Produkt für eine wirtschaftliche Produktion, eines wahrscheinlichen Preises für ein Produkt basierend auf der aktuellen Marktsituation und/oder eines höchstmöglichen, realistischen Preises für ein Produkt. Der Mindestpreis wird insbesondere für jedes herzustellende Produkt bestimmt, um eine wirtschaftliche Produktion zu gewährleisten. Dabei können mögliche Preisnachlässe berücksichtigt werden, beispielsweise verursacht durch mangelhafte Produktqualität, verfehlter Liefertermine oder dergleichen. Der wahrscheinliche Preis für das Produkt basiert insbesondere auf der aktuellen Marktlage und/oder Produktionsauslastung bestimmt. Der höchstmögliche, realistische Preis ist beispielsweise unabhängig von der aktuellen Marktsituation und berücksichtigt auch wahrscheinliche zukünftige Marktsituationen. Dabei berücksichtigt das Verfahren die Einzelkosten der Herstellung eines Produkts, die Kosten für die eingesetzten Ressourcen und ggf. Energiekosten. prediction of the expected consumption, the difference between the spare parts and operating resources required for the planned maintenance measures and the spare parts and operating resources required according to the spare parts catalog must be procured. The personnel planner is used to schedule personnel and, if necessary, to procure service providers. Sufficient personnel capacities with suitable roles must be provided for production and maintenance in accordance with the planned production sequence and planned maintenance measures. This is ensured by the personnel planner. The planners mentioned form the optimizer together or individually in order to optimize the process in the production plant from an economic point of view. The individual planners can be combined in an overall planner (overall optimizer) or designed as separate planners (partial optimizers), with the separate planners optimizing individual areas of the production plant from an economic point of view and, in combination, optimizing the process in the production plant from a financial point of view. In particular, the planners can be used to maximize the profitability of the production facility. In an advantageous variant according to the invention, the method also includes the step of energy management for further economic optimization of the process in the production plant. For this purpose, all the optimizations mentioned are also examined with regard to optimization of the energy management. This includes the appropriate design of production planning, adapted to commercial contracts for energy supply, energetically optimal design of production or the like. Energy prices, especially electrical energy, fluctuate on several time scales. Due to climatic conditions, energy demand varies seasonally, as well as due to weather effects on scales of days, but also within a day, energy supply and demand fluctuate. Operators of industrial plants often have a mix of independently generated energy, energy storage and a mixture of long-term and short-term external procurement modes. On the one hand, production planning can now ensure that particularly energy-intensive or low-energy products are planned in phases in which energy is forecast to be particularly cheap or expensive. In the economic evaluation, attention must be paid to the plant-internal generation or use of stored energy. Another degree of freedom is that, depending on the system layout, several processes often require electrical energy and the simultaneous planning of several demanding processes can lead to peak loads that can only be covered by purchasing energy at inflated prices. In this case, it would be the task of coupled energy and production planning to adapt the production sequence in such a way that no peak loads occur. Depending on the situation, the economic optimum can also consist of selling one's own long-term capacities on the energy market when energy prices are particularly high and not using them for production or even selling one's own generation or storage on the market. According to a preferred variant of the invention, the method includes determining a minimum price for a product for economical production, a probable price for a product based on the current market situation and/or a highest possible, realistic price for a product. The minimum price is determined in particular for each product to be manufactured in order to ensure economical production. Possible price reductions can be taken into account, for example caused by poor product quality, missed delivery dates or the like. The probable price for the product is based in particular on the current market situation and/or production capacity. For example, the highest possible, realistic price is independent of the current market situation and also takes into account probable future market situations. The method takes into account the individual costs of manufacturing a product, the costs for the resources used and, if applicable, energy costs.
In einer zweckmäßigen Variante der Erfindung berücksichtigt der Mindestpreis, der wahrscheinliche Preis und/oder der höchstmögliche, realistische Preis die Allgemeinkosten der Produktionsanlage. Der bestimmte Mindestpreis ist betrifft somit eine Vollkostenbetrachtung zur Erzeugung eines bestimmten Produkts. Hierzu können für Teile der Gesamtkosten auch ein Allokieren von Gemeinkosten vorgenommen werden. In an expedient variant of the invention, the minimum price, the probable price and/or the highest possible, realistic price takes into account the general costs of the production facility. The specific minimum price is therefore related to a full cost consideration for the production of a specific product. For this purpose, overhead costs can also be allocated for parts of the total costs.
Nach einer erfindungsgemäßen Variante basiert die Bestimmung des Mindestpreises, des wahrscheinlichen Preises und/oder des höchstmöglichen, realistischen Preises auf einem statischen Preiskatalog und/oder einem Algorithmus zur dynamischen Preisbestimmung. Der Preiskatalog ist beispielsweise statisch und gegebenenfalls von außen anpassbar. According to a variant according to the invention, the determination of the minimum price, the probable price and/or the highest possible realistic price is based on a static price catalog and/or an algorithm for dynamic price determination. For example, the price catalog is static and can be adjusted from the outside if necessary.
Gemäß einer zweckmäßigen Variante der Erfindung umfasst das Verfahren das Erstellen und/oder Verwalten einer Planungsliste umfassend Informationen bezüglich der zur Produktion anstehenden Produkte, insbesondere deren Qualitätsanforderungen. Die Qualitätsanforderungen können beispielsweise als Verweis auf einen Qualitätskatalog ausgebildet sein. Zweckmäßigerweise ist die Planungsliste Teil des Produktionsplanungssystems. Zweckmäßigerweise erstellt das Verfahren Handlungsanweisungen bezüglich der Produktionsreihenfolge, der durchzuführenden Wartungs- und Instandhaltungsmaßnahmen, der Annahme von Lieferaufträgen, der Auslösung von Bestellungen für Einsatzstoffe, Betriebsmittel und/oder Ersatzteile, der Erstellung von Einsatzplänen für das Personal, insbesondere das Wartungspersonal, oder dergleichen. According to an expedient variant of the invention, the method includes the creation and/or management of a planning list comprising information regarding the products that are to be produced, in particular their products quality requirements. The quality requirements can, for example, be in the form of a reference to a quality catalogue. The planning list is expediently part of the production planning system. The method expediently creates instructions for action regarding the production sequence, the maintenance and repair measures to be carried out, the acceptance of delivery orders, the initiation of orders for input materials, operating resources and/or spare parts, the creation of deployment plans for the personnel, in particular the maintenance personnel, or the like.
In einer erfindungsgemäßen Variante basiert das Verfahren auf Algorithmen des Bestärkendem Lernens oder des Operation Research, insbesondere Policy- Networks, neuronalen Netzen, lineare Programme, konvexe Optimierung, gemischt-ganzzahlige Optimierung, oder dergleichen. In a variant according to the invention, the method is based on reinforcement learning or operation research algorithms, in particular policy networks, neural networks, linear programs, convex optimization, mixed-integer optimization, or the like.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, insbesondere umfassend Befehle, die bewirken, dass das erfindungsgemäße System das erfindungsgemäße Verfahren ausführt. The object is also achieved by a computer program comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the computer to carry out the method according to the invention, in particular comprising instructions which cause the system according to the invention to execute the method according to the invention.
Das Computerprogramm ist dabei insbesondere als Softwaremodul ausgebildet, welches zwischen den Leveln 0-3 und 4 der Automatisierungspyramide angeordnet ist, also zwischen der Automatisierung des Herstellungsprozesses in der Produktionslage (Level 0-3) und dem Unternehmensplanungssystem (Enterprise Resource Planning ERP System auf Level 4). The computer program is designed in particular as a software module, which is located between levels 0-3 and 4 of the automation pyramid, i.e. between the automation of the manufacturing process in the production location (level 0-3) and the enterprise planning system (Enterprise Resource Planning ERP system at level 4 ).
Die betriebswirtschaftliche Optimierung eines Prozesses in einer Produktionsanlage, insbesondere einer Produktionsanlage der metallerzeugenden Industrie, der nicht-Eisen- oder Stahlindustrie oder der Vorlegierungsherstellung, mittels des erfindungsgemäßen Systems, des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder des erfindungsgemäßen Computerprogramms erfolgt nach einer vorteilhaften Varianten in bestimmten zeitlichen Abständen und/oder nach Eintreten von bestimmten Ereignissen. Durch den fortschreitenden Produktionsprozess, neue Kundenaufträge, unvorhersehbare Änderungen in der Anlagenverfügbarkeit, der erreichten Produktqualität o.ä. ändert sich die Situation ständig. Um stets eine situativ betriebswirtschaftlich-optimale Betriebsweise zu erreichen ist es daher erforderlich, die verschiedenen betrieblichen Planungen ständig an die sich ändernden Randbedingungen anzupassen. Von daher ist es notwendig, die ganzheitliche ökonomisch optimierte Betriebsweise durch wiederholende Planungsschritte umzusetzen. The economic optimization of a process in a production plant, in particular a production plant in the metal-producing industry, the non-iron or steel industry or the production of master alloys, using the system according to the invention, the method according to the invention and/or the computer program according to the invention takes place according to an advantageous variant at specific time intervals and/or after specific events have occurred. The situation is constantly changing due to the ongoing production process, new customer orders, unforeseeable changes in plant availability, the product quality achieved, etc. In order to always achieve a situationally economically optimal mode of operation, it is therefore necessary to constantly adapt the various operational plans to the changing boundary conditions. It is therefore necessary to implement the holistic, economically optimized mode of operation through repeated planning steps.
Erfolgt die betriebswirtschaftliche Optimierung des Prozesses in der Produktionsanlage durch einen Gesamtplaner (Gesamtoptimierer), welcher simultan die betriebswirtschaftliche Optimierung aller zu planenden betrieblichen Abläufe übernimmt, wird die betriebswirtschaftliche Optimierung vorzugsweise nach einem festen zeitlichen Muster ausgeführt, beispielsweise einmal pro Tag, pro Stunde, oder dergleichen. Erfolgt die betriebswirtschaftliche Optimierung des Prozesses in der Produktionsanlage durch mehrere separate Planer (Teiloptimierer), welche jeweils verschiedene Teile der betrieblichen Abläufe planen (z.B. den Personaleinsatz, die Wartung, die Ressourcenbeschaffung, usw.) und im Zusammenspiel gemeinsam den Prozess in der Produktionsanlage optimieren, so werden die separaten Planer vorzugsweise zu unterschiedlichen Zeitpunkten ausgeführt, beispielsweise der Personalplaner wöchentlich, die Ressourcenbeschaffung täglich, usw. If the business optimization of the process in the production plant is carried out by an overall planner (overall optimizer), who simultaneously takes over the business optimization of all operational processes to be planned, the business optimization is preferably carried out according to a fixed time pattern, for example once a day, per hour, or the like . If the economic optimization of the process in the production plant is carried out by several separate planners (partial optimizers), who each plan different parts of the operational processes (e.g. the deployment of personnel, maintenance, procurement of resources, etc.) and jointly optimize the process in the production plant, so the separate planners are preferably executed at different times, e.g. the personnel planner weekly, the resource procurement daily, etc.
Der Gesamtplaner (Gesamtoptimierer) und/oder die separaten PlanerThe overall planner (overall optimizer) and/or the separate planners
(Teiloptimierer) können nicht oder nicht nur zu festen Zeiten ausgeführt werden, sondern auch zu Zeiten, wenn bestimmte Ereignisse eintreten, wie beispielsweise die Platzierung eines neuen Kundenauftrags, die Fertigstellung eines Produktstücks oder eine Meldung vom Zustandsmonitor, die eine Fortsetzung der Produktion in der aktuell geplanten Form nicht mehr erlaubt. Falls mehrere einzelne separate Planer zum Einsatz kommen, können für diese auch verschiedene auslösende Mechanismen zum Tragen kommen, darunter auch die Fertigstellung eines neuen Planes einer Planungskomponente als Trigger für eine andere Planungskomponente. (partial optimizers) cannot be executed or not only at fixed times, but also at times when certain events occur, such as the placement of a new customer order, the completion of a product piece or a message from the condition monitor indicating a continuation of the Production in the currently planned form is no longer allowed. If several individual separate planners are used, various triggering mechanisms can also come into play for them, including the completion of a new plan of a planning component as a trigger for another planning component.
In gleicher Weise kann auch mit der Aktualisierung von Prediktoren, Katalogen, etc. verfahren werden. Da erfindungsgemäß jeweils ein möglichst aktuelles Modell der Produktionsanlage zur Planung genutzt werden soll, ist es erforderlich, insbesondere die Prediktoren aber eben auch die Kataloge an die aktuellen betrieblichen Erfahrungen soweit diese systemisch erfasst werden anzupassen. Auch hier kann wahlweise ein fester Zeitrahmen genutzt werden (z.B. einmalig pro Woche) für alle Werkzeuge (Prediktoren, Kataloge etc.). Alternativ können für Teilmengen der Werkzeuge unterschiedliche, aber feste Zeitpunkte zur Aktualisierung zur Anwendung kommen. The updating of predictors, catalogues, etc. can be done in the same way. Since, according to the invention, a model of the production plant that is as up-to-date as possible is to be used for planning, it is necessary to adapt the predictors in particular, but also the catalogs, to the current operational experiences insofar as these are recorded systemically. Here, too, a fixed time frame can be used (e.g. once a week) for all tools (predictors, catalogues, etc.). Alternatively, different but fixed times for updating can be used for subsets of the tools.
Es können aber auch für alle oder für Teile der Werkzeuge (Prediktoren, Kataloge, etc.) Ereignisse festgelegt werden, die jeweils als Auslöser für die Aktualisierung der Werkzeuge verwendet werden, wie beispielsweise ein Störfall für die Aktualisierung des Zustandsprediktors, ein mangelhaftes Produkt für den Qualitätsprediktor oder eine Unterschreitung von Rohstoffbeständen für die Aktualisierung des Ressourcenprediktors. However, events can also be defined for all or part of the tools (predictors, catalogues, etc.), which are used as triggers for updating the tools, such as an incident for updating the condition predictor, a defective product for the Quality predictor or underrun of resource stocks for resource predictor update.
Die Umsetzung der optimierten Fahrweise an der Produktionsanlage erfolgt vermittels des ebenfalls eingesetzten Personals aber auch in essentieller Weise durch die Anlagenautomation (Automatisierungssystem). So ist es Aufgabe des Qualitätsprediktors, im Zuge der Ermittlung der über die Zeit hinweg erreichbaren Produktqualität bereits Randbedingungen für die technischen Prozesse festzulegen, die das Erreichen von gewünschten Qualitätsmerkmalen sicherstellen, die Abweichung von qualitätsrelevanten Sollwerten minimieren oder die Wahrscheinlichkeit für das Verfehlen von Grenzwerten für Qualitätsmerkmale minimieren. Dies geschieht sowohl durch die Festlegung von technologischen Sollwerten für die einzelnen Prozessschritte soweit das Automatisierungssystem in der Lage ist, diese direkt zu verwenden. Es kann sich auch um Metadaten für die Automation handeln, wie beispielsweise spezielle Parameter, die im Rahmen einer Steuerung oder Regelung benötigt werden und die Produkt- undThe implementation of the optimized mode of operation at the production plant is carried out by the personnel who are also deployed, but also in an essential way by the plant automation (automation system). It is the task of the quality predictor, in the course of determining the product quality that can be achieved over time, to define boundary conditions for the technical processes that ensure the achievement of desired quality characteristics, minimize the deviation from quality-relevant target values or the probability of missing limit values for quality characteristics minimize. This is done both by defining technological target values for the individual process steps as far as the automation system is able to use them directly. It can also be metadata for automation, such as special parameters that are required as part of a control or regulation and the product and
Prozesszustands-spezifisch festgelegt werden. Die Ermittlung der hierfür erforderlichen Informationen findet dabei in einer bevorzugten Ausführungsform unter anderem durch maschinelles Lernen von systematischen Zusammenhängen zwischen Produktionsparametern (erfasst im Prozessmonitor) und erreichter Produktqualität (erfasst im Qualitätsmonitor) statt. Die Festlegung der tatsächlichen Sollvorgaben für die Anlagenautomation kann dann im Weiteren in einer bevorzugten Ausführungsform durch Optimierungsalgorithmen erfolgen, mit den oben erwähnten Kriterien als Ziel. In einer weiteren Ausführungsform kann bereits hier darauf geachtet werden, dass mit der Wahl von Prozessparametern auch Auswirkungen auf den Anlagenzustand und damit die längerfristigebe defined specifically for the process state. In a preferred embodiment, the information required for this is determined, among other things, by machine learning of systematic relationships between production parameters (recorded in the process monitor) and the product quality achieved (recorded in the quality monitor). In a preferred embodiment, the actual target specifications for the system automation can then be determined by optimization algorithms, with the above-mentioned criteria as the goal. In a further embodiment, attention can already be paid here to the fact that the choice of process parameters also affects the state of the plant and thus the long-term
Leistungsfähigkeit der Anlage bzw. Wechselwirkungen mit der Rohstoffauswahl möglich sind. Die Anlagenautomation ist dazu befähigt und berechtigt, die solcherart festgelegte Produktionsweise umzusetzen, so dass dieperformance of the system or interactions with the choice of raw materials are possible. The system automation is enabled and authorized to implement the production method defined in this way, so that the
Produktionsbedingungen vorbehaltlich unvorhersehbarer Vorkommnisse und grundsätzlich nicht auszuschließender Abweichungen zwischen dem Modellbild der Anlage und der ablaufenden Prozesse und der realen Produktionssituation weitestgehend denjenigen entsprechen, die auch bei der Planung erwartet wurden und damit auch vorbehaltlich der genannten Einschränkungen die erreichte Produktqualität im Wesentlichen der bei der Planung avisierten Qualität entspricht. Systematische Abweichungen können über die Adaptionsprozesse im Rahmen des Verfahrens, beispielsweise durch die bereits angeführten maschinellen Lernvorgänge erfasst und für zukünftige Planungsaufgaben für eine Verbesserung der Vorhersagegenauigkeit genutzt werden. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Systems zur betriebswirtschaftlichen Optimierung eines Prozesses in einer Produktionsanlage, Subject to unforeseeable events and deviations between the model image of the system and the processes taking place and the real production situation that cannot be ruled out, production conditions largely correspond to those that were also expected during planning and thus, subject to the restrictions mentioned, the product quality achieved essentially corresponds to that announced during planning quality corresponds. Systematic deviations can be detected via the adaptation processes as part of the method, for example by the machine learning processes already mentioned, and can be used for future planning tasks to improve the accuracy of the prediction. The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments illustrated in the figures. Show it: 1 shows a schematic view of a system according to the invention for the economic optimization of a process in a production plant,
Fig. 2 weitere Details eines Optimierers eines erfindungsgemäßen Systems, 2 further details of an optimizer of a system according to the invention,
Fig. 3a - 31 Beispiele für betriebswirtschaftliche Optimierungen von Prozessen in einer Produktionsanlage, und Fig. 3a - 31 examples of economic optimization of processes in a production plant, and
Fig. 4 eine beispielhafte Verknüpfung von Komponenten eines erfindungsgemäßen Systems zur betriebswirtschaftlichen Optimierung eines Prozesses in einer Produktionsanlage, 4 shows an example linking of components of a system according to the invention for the economic optimization of a process in a production plant,
Fig. 5 eine beispielhafte Verknüpfung von Komponenten eines erfindungsgemäßen Systems zur Erstellung von Prognosen, 5 shows an example linking of components of a system according to the invention for creating forecasts,
Fig. 6 eine beispielhafte Verknüpfung von Komponenten eines erfindungsgemäßen Systems zur Ressourcenplanung, 6 shows an exemplary linking of components of a system for resource planning according to the invention,
Fig. 7 eine beispielhafte Verknüpfung von Komponenten eines erfindungsgemäßen Systems zur Ersatzteilbeschaffung, Fig. 8 eine beispielhafte Verknüpfung von Komponenten eines erfindungsgemäßen Systems zur Ersatzteilbeschaffung mit Personalplanung, 7 shows an example linking of components of a system according to the invention for procuring spare parts, FIG. 8 shows an example linking of components of a system according to the invention for procuring spare parts with personnel planning,
Fig. 9 eine weitere beispielhafte Verknüpfung von Komponenten eines erfindungsgemäßen Systems zur betriebswirtschaftlichen Optimierung eines Prozesses in einer Produktionsanlage, und Fig. 10 - 13 beispielhafte zeitliche Abläufe zur betriebswirtschaftlichen Optimierung eines Prozesses in einer Produktionsanlage. 9 shows a further exemplary linking of components of a system according to the invention for the economic optimization of a process in a production plant, and Fig. 10 - 13 exemplary time sequences for the economic optimization of a process in a production plant.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems 1 zur betriebswirtschaftlichen Optimierung eines Prozesses in einer Produktionsanlage 2, insbesondere einer Produktionsanlage 2 der metallerzeugenden Industrie, der nicht-Eisen- oder Stahlindustrie oder der Vorlegierungsherstellung. Die Produktionsanlage 2 aus Fig. 1 umfasst ein Produktionsplanungssystem 3 zur Bestimmung einer Produktionsreihenfolge für die Produktionsanlage 2, insbesondere von Steuerdaten für ein Automatisierungssystem 4. Das Automatisierungssystem 4 der Produktionsanlage 2 aus Fig. 1 dient zur Steuerung der Produktion in der Produktionsanlage 2, wobei das Automatisierungssystem 4 vorzugsweise die vom Produktionsplanungssystem 3 bestimmte Produktionsreihenfolge ausführt. 1 shows a schematic view of a first embodiment of a system 1 according to the invention for the economic optimization of a process in a production plant 2, in particular a production plant 2 in the metal-producing industry, the non-ferrous or steel industry or master alloy production. The production plant 2 from Fig. 1 comprises a production planning system 3 for determining a production sequence for the production plant 2, in particular control data for an automation system 4. The automation system 4 of the production plant 2 from Fig. 1 is used to control production in the production plant 2, the Automation system 4 preferably executes the production sequence determined by the production planning system 3.
Die Produktionsanlage 2 umfasst ferner ein Zustandsüberwachungssystem 5 zur Erfassung von Zuständen der Produktionsanlage 2 und deren Komponenten, und ein Wartungsplanungssystem 6 zur Bestimmung von Wartungsmaßnahmen für die Produktionsanlage 2. The production plant 2 also includes a status monitoring system 5 for detecting the status of the production plant 2 and its components, and a maintenance planning system 6 for determining maintenance measures for the production plant 2.
Die Produktionsanlage 2 aus Fig. 1 umfasst ferner ein der Produktionsanlage 2 zugeordnetes Unternehmensplanungssystem 7 zur betriebswirtschaftlichen Verwaltung der Produktion und Wartung in der Produktionsanlage 2. In dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 ist das Unternehmensplanungssystem 7 als externe Komponente ausgebildet, es ist jedoch grundsätzlich auch möglich, dass das Unternehmensplanungssystem 7 integraler Bestandteil der Produktionsanlage 2 ist. Das erfindungsgemäße System 1 zeichnet sich dadurch aus, dass es einen Optimierer 8 umfasst. Der Optimierer 8 verknüpft die Daten des Produktionsplanungssystems 3, des Automatisierungssystems 4, desThe production plant 2 from FIG. 1 also includes a business planning system 7 assigned to the production plant 2 for the business management of production and maintenance in the production plant 2. In the exemplary embodiment from FIG. 1, the business planning system 7 is designed as an external component, but it is also possible in principle that the business planning system 7 is an integral part of the production plant 2. The system 1 according to the invention is characterized in that it includes an optimizer 8 . The optimizer 8 links the data of the production planning system 3, the automation system 4, the
Zustandsüberwachungssystems 5 und des Wartungsplanungssystems 6 mit den Daten des Unternehmensplanungssystems 7, um den Prozess in der Produktionsanlage 2 betriebswirtschaftlich zu optimieren. Condition monitoring system 5 and the maintenance planning system 6 with the data from the business planning system 7 in order to optimize the process in the production plant 2 from an economic point of view.
Das System 1 aus Fig. 1 bestimmt insbesondere eine betriebswirtschaftlich optimierte Produktionsreihenfolge, betriebswirtschaftlich optimierte Sollwertvorgaben für das Automatisierungssystem 4, betriebswirtschaftlich optimierte Wartungsmaßnahmen und/oder betriebswirtschaftlich optimierte Verwaltungsmaßnahmen. Im Rahmen der betriebswirtschaftlichen Optimierung erstellt das System 1 beispielsweise einen Personaleinsatzplan für die Produktion und/oder Wartung, einen Ressourcenbeschaffungsplan, einen Energiebeschaffungsplan, einen Ersatzteilbeschaffungsplan, einen Wartungsplan oder dergleichen. The system 1 from FIG. 1 determines in particular an economically optimized production sequence, economically optimized target values for the automation system 4 , economically optimized maintenance measures and/or economically optimized administration measures. As part of the business optimization, the system 1 creates, for example, a personnel deployment plan for production and/or maintenance, a resource procurement plan, an energy procurement plan, a spare parts procurement plan, a maintenance plan or the like.
Der Optimierer 8 basiert beispielsweise auf Algorithmen des Bestärkendem Lernens oder des Operation Research, insbesondere Policy-Networks, neuronalen Netzen, lineare Programme, konvexe Optimierung, gemischt-ganzzahligeThe optimizer 8 is based, for example, on reinforcement learning algorithms or operation research algorithms, in particular policy networks, neural networks, linear programs, convex optimization, mixed integers
Optimierung, oder dergleichen. optimization, or something like that.
Fig. 2 zeigt weitere Details eines Optimierers 8 eines erfindungsgemäßen Systems. Der Optimierer 8 umfasst eine Reihe von Komponenten, welche beispielsweise in die Kategorien Kataloge, Monitor, Planer und Prediktoren unterteilt werden können. 2 shows further details of an optimizer 8 of a system according to the invention. The optimizer 8 includes a number of components which can be divided into the categories catalogs, monitors, planners and predictors, for example.
Die Kategorie Kataloge umfasst beispielsweise einen Qualitätskatalog 9, einen Prozesskatalog 10, einen Wartungskatalog 11, einen Kostenkatalog 12 und eine Planungsliste 26. Der Qualitätskatalog 9 enthält beispielsweise die Menge aller erzeugbaren Produkte mit ihren jeweiligen Qualitätsanforderungen. In dem Prozesskatalog 10 sind Prozesskriterien aufgelistet, die zur Erreichung einer bestimmten Qualitätsanforderung aus dem Qualitätskatalog 9 erforderlich sind. Der Wartungskatalog 11 listet Wartungsmaßnahmen auf, die zur Behebung einer vorliegenden oder zu erwartenden Einschränkung geeignet bzw. erforderlich sind. Ferner enthält der Wartungskatalog 11 insbesondere die notwendigen Ersatzteile, den erforderlichen Personalbedarf, die Anforderungen an die Produktionsbedingungen, wie z.B. Stillstandzeiten, sowie sonstige notwendige Hilfsmittel oder dergleichen bezüglich der im Wartungskatalog 11 aufgelisteten Wartungsmaßnahmen. Im Kostenkatalog 12 sind wiederum die aktuellen Kosten für Ressourcen, Personaleinsatz, Ersatzteile und dergleichen enthalten. DieThe catalog category includes, for example, a quality catalog 9, a process catalog 10, a maintenance catalog 11, a cost catalog 12 and a planning list 26. The quality catalog 9 contains, for example, the quantity of all producible products with their respective quality requirements. In which Process catalog 10 lists process criteria that are required to achieve a specific quality requirement from the quality catalog 9 . The maintenance catalog 11 lists maintenance measures that are suitable or necessary to eliminate an existing or expected restriction. Furthermore, the maintenance catalog 11 contains in particular the necessary spare parts, the necessary personnel requirements, the requirements for the production conditions, such as downtimes, and other necessary tools or the like with regard to the maintenance measures listed in the maintenance catalog 11. The cost catalog 12 in turn contains the current costs for resources, personnel deployment, spare parts and the like. the
Planungsliste 26 umfasst beispielsweise Informationen bezüglich der zurPlanning list 26 includes, for example, information regarding the to
Produktion anstehenden Produkte, insbesondere deren Qualitätsanforderungen. Die Qualitätsanforderungen können beispielsweise als Verweis auf einenProducts to be produced, in particular their quality requirements. The quality requirements can be used, for example, as a reference to a
Qualitätskatalog 9 ausgebildet sein. Mittels der genannten Kataloge und der darin enthaltenen Informationen lässt sich der Prozess in der Produktionsanlage 2 betriebswirtschaftlich gezielter optimieren. Dazu werden die Informationen aus den genannten Katalogen mit den in der Produktionsanlage 2 herzustellenden Produkten und deren Qualitätsanforderungen verknüpft und eine betriebswirtschaftliche optimierte Produktionsreihenfolge und ggf. betriebswirtschaftlich optimierte Wartungsmaßnahmen bestimmt. DieQuality catalog 9 trained. The process in production plant 2 can be optimized in a more targeted manner from an economic point of view using the catalogs mentioned and the information contained therein. For this purpose, the information from the named catalogs is linked to the products to be manufactured in the production facility 2 and their quality requirements, and an economically optimized production sequence and possibly economically optimized maintenance measures are determined. the
Planungsliste 26 umfasst insbesondere Informationen bezüglich der zurPlanning list 26 includes, in particular, information regarding the to
Produktion anstehenden Produkte, wie beispielsweise deren Qualitätsanforderungen. Die Kategorie Kataloge umfasst ferner einenProducts to be produced, such as their quality requirements. The Catalogs category also includes a
Ersatzteilkatalog 27, wobei der Ersatzteilkatalog 27 beispielsweise den aktuellen Bestand sowie geplante Zuläufe von Ersatzteilen und/oder Betriebsmitteln enthält. Spare parts catalog 27, the spare parts catalog 27 containing, for example, the current stock and planned supplies of spare parts and/or resources.
Die Kategorie Monitore umfasst beispielsweise einen Prozessmonitor 13, einen Zustandsmonitor 14, einen Wartungsmonitor 15 und einen Qualitätsmonitor 16. In dem Prozessmonitor 13 sind beispielsweise Prozessdaten aus der Produktion sowie gegebenenfalls flankierende Daten, wie z.B. Laborprüfergebnisse, enthalten. Der Zustandsmonitor 14 enthält den aktuellen und/oder prognostizierten Zustand der Produktionsanlage 2 bezüglich vorliegender oder zu erwartender Einschränkungen, insbesondere bezogen auf Einträge aus dem Prozesskatalog 10. Im Wartungsmonitor 15 sind Informationen zu allen bereits geplanten Wartungsmaßnahmen enthalten. Im Qualitätsmonitor 16 sind die erreichten und/oder die zu zukünftigen Zeiten erreichbaren Qualitäten der einzelnen Produkte enthalten. The monitors category includes, for example, a process monitor 13, a status monitor 14, a maintenance monitor 15 and a quality monitor 16. The process monitor 13 contains, for example, process data from production and any accompanying data, such as laboratory test results. The status monitor 14 contains the current and/or forecast State of the production plant 2 with regard to existing or expected restrictions, in particular based on entries from the process catalog 10. The maintenance monitor 15 contains information on all maintenance measures that have already been planned. The quality monitor 16 contains the qualities of the individual products that have been achieved and/or that can be achieved in the future.
Die Kategorie Monitore kann ferner einen Planungsmonitor 28, einen Ressourcenmonitor 29 und/oder einen Profitmonitor 30 umfassen. Der Planungsmonitor 28 enthält insbesondere den aktuellen Stand der geplanten Produktionsreihenfolge. Im Ressourcenmonitor 29 ist beispielsweise der aktuelle und bereits geplante Bestand an Einsatzmaterial abgelegt. Im Profitmonitor 30 ist zweckmäßigerweise die Wertschöpfung für jede Art von Produkt und jeden einzelnen Prozessschritt enthalten, insbesondere lassen sich damit auch Kosten für mangelhafte Qualität für jeden Prozessschritt ableiten oder diese sind direkt im Profitmonitor 30 hinterlegt. The monitors category may also include a planning monitor 28, a resource monitor 29 and/or a profit monitor 30. The planning monitor 28 contains in particular the current status of the planned production sequence. In the resource monitor 29, for example, the current and already planned inventory of input material is stored. The value added for each type of product and each individual process step is usefully contained in the profit monitor 30, in particular costs for poor quality can also be derived for each process step or these are stored directly in the profit monitor 30.
Die Kategorie Planer umfasst beispielsweise einen Ressourcenplaner 20, einen Reihenfolgeplaner 21, einen Wartungsplaner 22, einen Ersatzteilplaner 23, einen Personalplaner 24 und einen Preisgenerator 25. Der Ressourcenplaner 20 dient zur Planung der Beschaffung von Einsatzstoffen, Betriebsmitteln, Energie und dergleichen. Ziel ist hierbei eine kostenoptimale Beschaffung unter Berücksichtigung des bestehenden Produktionsplans. Kostenoptimal berücksichtigt hierbei insbesondere einsatzmaterialabhängige Margen unter Beachtung potenzieller Auswirkungen des Einsatzmaterials bzw. Gemischen von Einsatzmaterialien auf die Qualität. Der Reihenfolgeplaner 21 wird zur Bestimmung der Produktionsreihenfolge der bestehenden Aufträge eingesetzt. Die Planung der Produktionsreihenfolge kann in unterschiedlicher Granularität/Detailtiefe für unterschiedliche Zeithorizonte erfolgen. Ziel ist hierbei die Maximierung der Wertschöpfung je vorgegebener Zeit. Vorzugsweise wird ein prognostizierter Anlagenzustand dabei berücksichtigt. Der Wartungsplaner 22 dient zur Festlegung von Wartungsmaßnahmen. Diese müssen die Anforderungen aus der Produktionsplanung erfüllen, wenn Produkte geplant werden, die beispielsweise gemäß Prozesskatalog 10, Anlagenzustände erfordern, die gemäß einer aktuellen Prognose nicht erfüllt sind. Es sind dann beispielsweise Maßnahmen aus dem Wartungskatalog 11 vorzunehmen, um den Anlagenzustand entsprechend zu verbessern, so dass die Anforderungen erfüllt werden. Dies beinhaltet z.B. den Austausch von Werkzeugen wie Arbeitswalzen, Kokillen oder dergleichen. Der Ersatzteilplaner 23 dient zur Planung der Beschaffung von Ersatzteilen und Betriebshilfsmitteln. Basierend auf dem aktuellen Stand, eventuell inklusive der bereits festgelegten Zuläufe, muss die Differenz zwischen den für geplanten Wartungsmaßnahmen erforderlichen Ersatzteile und Betriebshilfsmittel und gemäß einem eventuellen Ersatzteilkatalog 27 benötigten Ersatzteile und Betriebshilfsmittel beschafft werden. Der Personalplaner 24 wird zur Einsatzplanung von Personal eingesetzt. Für die Produktion und Wartung müssen gemäß geplanter Produktionsreihenfolge und geplanter Wartungsmaßnahmen ausreichende Personalkapazitäten mit geeigneten Rollen vorgesehen werden. Dies wird durch den Personalplaner 24 gewährleistet. Der Preisgenerator 25 dient zur Bestimmung eines Mindestpreises für ein Produkt für eine wirtschaftliche Produktion, eines wahrscheinlichen Preises für ein Produkt basierend auf der aktuellen Marktsituation und/oder eines höchstmöglichen, realistischen Preises für ein Produkt. Der Preisgenerator 25 wird insbesondere zur Bestimmung von Mindestpreisen für jedes Produkt eingesetzt, um eine wirtschaftliche Produktion zu gewährleisten. Insbesondere berücksichtigt der Preisgenerator 25 die Allgemeinkosten der Produktionsanlage 25. Auch können mögliche Preisnachlässe berücksichtigt werden, beispielsweise verursacht durch mangelhafte Produktqualität, verfehlter Liefertermine oder dergleichen. Der Preisgenerator 25 kann ferner einen statischen Preiskatalog und/oder einen Algorithmus zur dynamischen Preisbestimmung umfassen. Es kann vorzugsweise ebenfalls ein wahrscheinlicher Preis für das Produkt basierend auf der aktuellen Marktlage und/oder Produktionsauslastung bestimmt werden. Auch kann der Preisgenerator beispielsweise einen höchstmöglichen, realistischen Preis bestimmen. The planner category includes, for example, a resource planner 20, a sequence planner 21, a maintenance planner 22, a spare parts planner 23, a personnel planner 24 and a price generator 25. The resource planner 20 is used to plan the procurement of input materials, operating resources, energy and the like. The aim here is cost-optimal procurement, taking into account the existing production plan. In this context, cost-optimal takes into account, in particular, input material-dependent margins, taking into account potential effects of the input material or mixtures of input materials on the quality. The sequence planner 21 is used to determine the production sequence of the existing orders. The planning of the production sequence can be done in different granularity/level of detail for different time horizons. The aim here is to maximize the added value for a given period of time. A predicted system status is preferably taken into account. The maintenance scheduler 22 is used to define maintenance measures. These must meet the requirements of production planning if products are planned that, for example, according to process catalog 10, require system states that are not fulfilled according to a current forecast. Then, for example, measures from the maintenance catalog 11 are to be taken in order to improve the condition of the system accordingly, so that the requirements are met. This includes, for example, the exchange of tools such as work rolls, molds or the like. The spare parts planner 23 is used to plan the procurement of spare parts and operating resources. Based on the current status, possibly including the inflows that have already been determined, the difference between the spare parts and operating aids required for planned maintenance measures and the spare parts and operating aids required according to a possible spare parts catalog 27 must be procured. The personnel planner 24 is used for scheduling personnel. Sufficient personnel capacities with suitable roles must be provided for production and maintenance in accordance with the planned production sequence and planned maintenance measures. The personnel planner 24 ensures this. The price generator 25 is used to determine a minimum price for a product for economical production, a probable price for a product based on the current market situation and/or a highest possible, realistic price for a product. The price generator 25 is used in particular to determine minimum prices for each product in order to ensure economical production. In particular, the price generator 25 takes into account the general costs of the production plant 25. Possible discounts can also be taken into account, for example caused by poor product quality, missed delivery dates or the like. The price generator 25 can also comprise a static price catalog and/or an algorithm for dynamic price determination. A probable price for the product can preferably also be determined based on the current market situation and/or production utilization. Also he can Price generator, for example, determine a highest possible, realistic price.
Die Kategorie Prediktoren umfasst beispielsweise einen Qualitätsprediktor 17, einen Zustandsprediktor 18, einen Kostenprediktor 19 und/oder einen Prozessprediktor 31. Der Qualitätsprediktor 17 ist zur Vorhersage von erzeugbaren Qualitäten ausgebildet. Der Zustandsprediktor 18 ist zur Vorhersage von zukünftigen Anlagenzuständen ausgebildet und der Kostenprediktor 19 zur Vorhersage von zukünftigen Kosten für Einsatzstoffe, Energie, Betriebsmittel, Ersatzteile und dergleichen. Der Prozessprediktor 31 ist zur Vorhersage von zukünftigen Prozesszuständen ausgebildet. Die Prediktoren dienen als Vorhersagemodelle zur Vorhersage von zukünftigen Anlagenzuständen, zukünftig erreichbarer Produktqualitäten, zukünftigen Kosten oder dergleichen. Mittels der Prediktoren bzw. Vorhersagemodelle werden die zukünftigen Anlagenzustände, zukünftig erreichbaren Produktqualitäten, zukünftigen Kosten oder ähnliche relevante Eigenschaften, Parameter oder dergleichen bei der betriebswirtschaftlichen Optimierung des Prozesses in der Produktionsanlage 2 berücksichtigt. Durch die Vorhersage zukünftiger Eigenschaften, Parametern oder dergleichen der Produktionsanlage 2 bzw. des Herstellungsprozesses wird die betriebswirtschaftliche Optimierung nochmals deutlich verbessert. The category of predictors includes, for example, a quality predictor 17, a state predictor 18, a cost predictor 19 and/or a process predictor 31. The quality predictor 17 is designed to predict qualities that can be produced. The status predictor 18 is designed to predict future plant statuses and the cost predictor 19 to predict future costs for input materials, energy, operating resources, spare parts and the like. The process predictor 31 is designed to predict future process states. The predictors serve as prediction models for predicting future plant states, product qualities that can be achieved in the future, future costs or the like. The future plant states, product qualities that can be achieved in the future, future costs or similar relevant properties, parameters or the like are taken into account in the economic optimization of the process in the production plant 2 by means of the predictors or prediction models. By predicting future properties, parameters or the like of the production facility 2 or the manufacturing process, the economic optimization is again significantly improved.
Der Kostenprediktor 19 berücksichtigt ferner insbesondere monetäre Auswirkungen hinsichtlich verschiedener Alternativen im Herstellungsprozess eines Produkts, wie beispielsweise im Hinblick auf die Prozessroute (welche Prozessschritte durchlaufen werden), die durchlaufenen Produktionslinien (falls es mehrere vergleichbare gibt), und/oder die genaue Ausgestaltung eines Prozesses charakterisiert durch seine technologischen Sollvorgaben. The cost predictor 19 also takes into account, in particular, monetary effects with regard to various alternatives in the manufacturing process of a product, such as with regard to the process route (which process steps are run through), the production lines run through (if there are several comparable ones), and/or the exact design of a process characterized through its technological target specifications.
Nach einer bevorzugten Variante der Erfindung sind der Qualitätsprediktor 17, der Zustandsprediktor 18 und der Kostenprediktor 19 jeweils als Datenmodell ausgebildet. Das jeweilige Datenmodell basiert beispielsweise auf Methoden des maschinellen Lernens, insbesondere auf künstlichen neuronalen Netzen, tiefen künstlichen neuronalen Netzen, Entscheidungsbäumen, Ensemble-Methoden basierend auf Entscheidungsbäumen, linearen oder nichtlinearen Regressionsmodellen mit oder ohne Regularisierung, Support-Vector-Machines mit linearen, polynomialen oder anderen Kernel-Funktionen, oder dergleichen. According to a preferred variant of the invention, the quality predictor 17, the state predictor 18 and the cost predictor 19 are each designed as a data model. The respective data model is based, for example, on methods from the machine learning, in particular on artificial neural networks, deep artificial neural networks, decision trees, ensemble methods based on decision trees, linear or nonlinear regression models with or without regularization, support vector machines with linear, polynomial or other kernel functions, or the like.
Der Kostenprediktor 19 kann auch als Preiskatalog ausgebildet sein, in welchem Kosten je Verbrauchseinheit oder je Zeiteinheit angegeben sind oder aus welchem sich die Kosten nach einer definierten Formel berechnen lassen. Alternativ können die Kosten auch auf Basis von historischen Daten aus der Buchhaltung oder ähnlichen betriebswirtschaftlichen Systemen bestimmt werden. The cost predictor 19 can also be in the form of a price catalogue, in which costs per consumption unit or per time unit are specified, or from which the costs can be calculated according to a defined formula. Alternatively, the costs can also be determined on the basis of historical data from accounting or similar business systems.
In den Figuren 3a bis 31 sind Beispiele für betriebswirtschaftliche Optimierungen von Prozessen in einer Produktionsanlage symbolisch dargestellt. In the figures 3a to 31 examples of economic optimization of processes in a production plant are shown symbolically.
Fig. 3a zeigt symbolisch, wie zukünftige Zustände der Produktionsanlage 2 vorhergesagt werden können. Durch die Kenntnis von zukünftigen Zuständen der Produktionsanlage 2 kann der Herstellungsprozess in der Produktionsanlage 2 betriebswirtschaftlich optimiert werden, da frühzeitig auf die erwarteten zustände der Produktionsanlage 2 reagiert werden kann. Zur Vorhersage von zukünftigen Zuständen der Produktionsanlage 2 verknüpft der Optimierer 8 die Daten der Planungsliste 26, des Zustandsmonitors 14, des Wartungsmonitors 13 und des Planungsmonitors 28. Die verknüpften Daten werden dem Zustandsprediktor 18 zugeführt, welcher zukünftige Zustände der Produktionsanlage 2 vorhersagt. Diese Vorhersage zukünftiger Zustände der Produktionsanlage 2 wird dem Zustandsmonitor 14 zur Verfügung gestellt. 3a shows symbolically how future states of the production plant 2 can be predicted. The knowledge of future states of the production plant 2 allows the manufacturing process in the production plant 2 to be economically optimized since the expected states of the production plant 2 can be reacted to at an early stage. To predict future states of the production plant 2, the optimizer 8 links the data from the planning list 26, the state monitor 14, the maintenance monitor 13 and the planning monitor 28. The linked data are supplied to the state predictor 18, which predicts future states of the production plant 2. This prediction of future states of the production facility 2 is made available to the state monitor 14 .
Fig. 3b zeigt symbolisch die Vorhersage von zukünftig erreichbarer Produktqualitäten, was ein wesentlicher Faktor für eine betriebswirtschaftliche Optimierung der Prozesse in einer Produktionsanlage 2 ist. Dazu werden dem Qualitätsprediktor 17 die Daten des Prozesskatalogs 10 und des Qualitätskatalogs 9 zusammen mit den Daten vom Zustandsmonitor 14 übermittelt. Aus diesen Daten kann der Qualitätsprediktor 17 zukünftig erreichbare Produktqualitäten Vorhersagen, welche dem Qualitätsmonitor 16 zur Verfügung gestellt werden können. 3b symbolically shows the prediction of product qualities that can be achieved in the future, which is an essential factor for optimizing the processes in a production plant 2 from an economic point of view. For this purpose, the data of the process catalog 10 and the quality catalog are provided to the quality predictor 17 9 transmitted together with the data from the status monitor 14. From this data, the quality predictor 17 can predict product qualities that can be achieved in the future, which can be made available to the quality monitor 16 .
Fig. 3c symbolisiert die Optimierung des Herstellungsprozesses in einer Produktionsanlage 2 durch eine Planung der zukünftigen Produktion. Dazu werden die Daten der Planungsliste 26 zusammen mit den Daten des Wartungsmonitors 15 und des Qualitätsmonitors 16 an den Reihenfolgeplaner 21 übermittelt, welche die zukünftige Produktion aus den übermittelten Daten bestimmt und dabei optimiert. Die Ergebnisse werden vorzugsweise an den Planungsmonitor 28 übermittelt, welcher für die Überwachung der Produktion in der Produktionsanlage 2 ausgebildet ist. In Fig. 3d ist die Planung der zukünftigen Beschaffung von Einsatzmaterial für den Herstellungsprozess in einer Produktionsanlage symbolisch dargestellt. Durch die Optimierung der zukünftigen Beschaffung von Einsatzmaterial kann der Herstellungsprozess betriebswirtschaftlich optimiert werden. Dazu werden die Daten des Kostenkatalogs, des Planungsmonitors 28 und des Ressourcenmonitors 29 zusammen mit der Vorhersage des Kostenprediktors 19 an den Ressourcenplaner 20 übermittelt, welcher aus den übermittelten Daten eine betriebswirtschaftlich optimierte Beschaffung von Einsatzmaterial für die Zukunft bestimmt. Das Ergebnis wird wiederum dem Ressourcenmonitor 29 zur Verfügung gestellt. 3c symbolizes the optimization of the manufacturing process in a production plant 2 by planning future production. For this purpose, the data of the planning list 26 are transmitted together with the data of the maintenance monitor 15 and the quality monitor 16 to the sequence planner 21, which determines the future production from the transmitted data and thereby optimizes it. The results are preferably transmitted to the planning monitor 28 which is designed to monitor the production in the production plant 2 . In Fig. 3d the planning of the future procurement of input material for the manufacturing process in a production plant is shown symbolically. By optimizing the future procurement of input material, the manufacturing process can be economically optimized. For this purpose, the data from the cost catalogue, the planning monitor 28 and the resource monitor 29 are transmitted together with the forecast from the cost predictor 19 to the resource planner 20, which uses the transmitted data to determine an economically optimized procurement of materials for the future. The result is in turn made available to the resource monitor 29 .
Fig. 3e zeigt symbolisch die Bestimmung von betriebswirtschaftlich optimierten Produktpreisen, insbesondere zur Gewährleistung einer rentablen Produktion. Diesbezüglich bestimmt der Preisgenerator 25 aus den Daten des Kostenkatalogs 12, des Kostenprediktors 19 und des Planungsmonitors 28 einen Mindestpreis für die herzustellenden Produkte, einen wahrscheinlichen Preis für das Produkt basierend auf der aktuellen Marktsituation und/oder einen höchstmöglichen, realistischen Preis. Der Preisgenerator 25 berücksichtigt dabei beispielsweise gleichzeitig die Allgemeinkosten der Produktionsanlage 2. Die vom Preisgenerator 25 bestimmten Mindestpreise werden an den Profitmonitor 30 übermittelt, welcher auf Basis der bereitgestellten Daten eine betriebswirtschaftliche Optimierung der Produktpreise durchführen kann. 3e symbolically shows the determination of economically optimized product prices, in particular to ensure profitable production. In this regard, the price generator 25 uses the data from the cost catalog 12, the cost predictor 19 and the planning monitor 28 to determine a minimum price for the products to be manufactured, a probable price for the product based on the current market situation and/or a maximum realistic price. The price generator 25 takes into account the general costs of the production plant 2, for example. The minimum prices determined by the price generator 25 are transmitted to the profit monitor 30, which can carry out a business optimization of the product prices on the basis of the data provided.
In Fig. 3f ist die Aktualisierung eines Wartungsplanes für eine Produktionsanlage 2 symbolisch dargestellt. Damit lassen sich die Wartungsarbeiten in der Produktionsanlage 2 betriebswirtschaftlich optimieren. Der Wartungsplaner 22 nutzt dazu die Daten des Wartungskatalogs, des Prozesskatalogs, desThe updating of a maintenance plan for a production plant 2 is shown symbolically in FIG. 3f. The maintenance work in the production plant 2 can thus be optimized from an economic point of view. To do this, the maintenance planner 22 uses the data from the maintenance catalogue, the process catalogue, the
Kostenkatalogs und des Ersatzteilkatalogs. Ferner erhält der Wartungsplaner 22 noch Daten vom Zustandsmonitor 14, Wartungsmonitor 15, Qualitätsmonitor 16, Planungsmonitor 28 und Profitmonitor 30. Der aktualisierte Wartungsplan wird vom Wartungsplaner 22 an den Wartungsmonitor 15 übermittelt, beispielsweise zur Überwachung der Ausführung des aktualisierten Wartungsplanes. cost catalog and the spare parts catalogue. The maintenance planner 22 also receives data from the status monitor 14, maintenance monitor 15, quality monitor 16, planning monitor 28 and profit monitor 30. The updated maintenance plan is transmitted from the maintenance planner 22 to the maintenance monitor 15, for example to monitor the execution of the updated maintenance plan.
Fig. 3g zeigt symbolisch die Aktualisierung eines Personaleinsatzplanes zur Ausführung von Prozessen in einer Produktionsanlage 2. Zur betriebswirtschaftlichen Optimierung des Personaleinsatzes erhält der Personalplaner 24 Daten vom Wartungskatalog 11, Kostenkatalog 12 und3g symbolically shows the updating of a personnel deployment plan for the execution of processes in a production facility 2. For the economic optimization of personnel deployment, the personnel planner 24 receives data from the maintenance catalog 11, cost catalog 12 and
Ersatzteilkatalog 27, sowie vom Wartungsmonitor 15 und Planungsmonitor 28. Der optimierte Personaleinsatzplan kann gegebenenfalls an den Profitmonitor 30 zur Weiterverarbeitung übermittelt werden. Eine betriebswirtschaftlich optimierte Ersatzteilbeschaffung ist symbolisch in Fig. 3h dargestellt. Dazu werden die Daten vom Kostenkatalog 12 undSpare parts catalog 27, as well as from the maintenance monitor 15 and planning monitor 28. The optimized personnel deployment plan can optionally be sent to the profit monitor 30 for further processing. An economically optimized procurement of spare parts is shown symbolically in FIG. 3h. For this purpose, the data from the cost catalog 12 and
Ersatzteilkatalog 27 zusammen mit den Daten vom Wartungsmonitor 15 und Profitmonitor 30 an den Ersatzteilplaner 23 übermittelt. Der Ersatzteilplaner 23 bestimmt die betriebswirtschaftlich optimierte Ersatzteilbeschaffung und stellt das Ergebnis dem Ersatzteilkatalog 27 zur Verfügung. Fig. 3i zeigt symbolisch das Lernen betriebswirtschaftlich optimierter Prozesse zur Erreichung definierter Qualitätsmerkmale. Diesbezüglich werden die Daten vom Zustandsmonitor 14, Wartungsmonitor 15, Prozessmonitor 13 und Qualitätsmonitor 16 an den Prozessprediktor 31 übermittelt. Der Prozessprediktor 31 ist entsprechend er Optimierung den Prozesskatalog 10 anpassen. Spare parts catalog 27 transmitted to the spare parts planner 23 together with the data from the maintenance monitor 15 and profit monitor 30 . The spare parts planner 23 determines the economically optimized procurement of spare parts and makes the result available to the spare parts catalog 27 . 3i symbolically shows the learning of economically optimized processes to achieve defined quality features. In this regard, the data from the condition monitor 14, maintenance monitor 15, process monitor 13 and quality monitor 16 are transmitted to the process predictor 31. The process predictor 31 is to adapt the process catalog 10 according to the optimization.
In Fig. 3j ist das Vorhersagen produzierbaren Produktqualitäten dargestellt. Dazu nutzt der Qualitätsprediktor 17 die Daten des Zustandsmonitors 14, Wartungsmonitors 15, Prozessmonitors 13 und Qualitätsmonitors 16. In Fig. 3j the prediction of producible product qualities is shown. To do this, the quality predictor 17 uses the data from the status monitor 14, maintenance monitor 15, process monitor 13 and quality monitor 16.
Das Lernen von optimierten Wartungsmaßnahmen zur Verbesserung des Zustands der Produktionsanlage 2 ist in Fig. 3k dargestellt. Dazu nutzt der Prozessprediktor 31 die Daten des Zustandsmonitors 14 und Wartungsmonitors 15, um den Wartungskatalog 11 zu aktualisieren. The learning of optimized maintenance measures to improve the condition of the production plant 2 is shown in FIG. 3k. To do this, the process predictor 31 uses the data from the status monitor 14 and maintenance monitor 15 in order to update the maintenance catalog 11 .
Fig. 31 zeigt symbolisch das Lernen von ganzheitlichen Herstellungskosten, Margen und Kosten für mangelhafte Qualität. Dazu nutzt der Kostenprediktor 19 die Daten vom Kostenkatalog 12 und Ersatzkatalog 13, zusammen mit den Daten des Zustandsmonitors 14, Wartungsmonitors 15, Prozessmonitors 13 und Qualitätsmonitors 16. Der Kostenprediktor 19 kann gegebenenfalls den Kostenkatalog 12 aktualisieren. Fig. 31 symbolically shows the learning of holistic manufacturing costs, margins and costs for defective quality. To do this, the cost predictor 19 uses the data from the cost catalog 12 and replacement catalog 13, together with the data from the condition monitor 14, maintenance monitor 15, process monitor 13 and quality monitor 16. The cost predictor 19 can update the cost catalog 12 if necessary.
Die vorgenannten Beispiele schließen sich gegenseitig nicht aus und können beliebig miteinander kombiniert werden. The above examples are not mutually exclusive and can be combined with one another as desired.
Fig. 4 zeigt eine beispielhafte Verknüpfung von Komponenten eines erfindungsgemäßen Systems 1 zur betriebswirtschaftlichen Optimierung eines Prozesses in einer Produktionsanlage 2, insbesondere einer Produktionsanlage 2 der metallerzeugenden Industrie, der nicht-Eisen- oder Stahlindustrie oder der Vorlegierungsherstellung. Die Produktionsanlage 2 umfasst dabei die folgenden Teilsysteme: ein Produktionsplanungssystem 3 zur Bestimmung einer Produktionsreihenfolge für die Produktionsanlage 2, insbesondere von Steuerdaten für ein Automatisierungssystem 4, das Automatisierungssystem 4 zur Steuerung der Produktion in der Produktionsanlage 2, wobei das Automatisierungssystem 4 vorzugsweise die vom Produktionsplanungssystem 3 bestimmte Produktionsreihenfolge ausführt, ein Zustandsüberwachungssystem 5 zur Erfassung von Zuständen der Produktionsanlage 2 und deren Komponenten, ein Wartungsplanungssystem 6 zur Bestimmung von Wartungsmaßnahmen für die Produktionsanlage 2, und ein der Produktionsanlage 2 zugehöriges Unternehmensplanungssystem 7 zur betriebswirtschaftlichen Verwaltung der Produktion und Wartung in der Produktionsanlage 2. 4 shows an exemplary linking of components of a system 1 according to the invention for the economic optimization of a process in a production plant 2, in particular a production plant 2 in the metal-producing industry, the non-iron or steel industry or the production of master alloys. The production plant 2 comprises the following subsystems: a production planning system 3 for determining a production sequence for the production plant 2, in particular control data for an automation system 4, the automation system 4 for controlling production in the production plant 2, with the automation system 4 preferably using the production planning system 3 executes a specific production sequence, a status monitoring system 5 for detecting statuses of the production plant 2 and its components, a maintenance planning system 6 for determining maintenance measures for the production plant 2, and a corporate planning system 7 associated with the production plant 2 for the business management of production and maintenance in the production plant 2.
Erfindungsgemäß umfasst das System 1 einen Optimierer 8, der die Daten des Produktionsplanungssystems 3, des Automatisierungssystems 4, des Zustandsüberwachungssystems 5 und des Wartungsplanungssystems 6 mit den Daten des Unternehmensplanungssystems 7 verknüpft, um den Prozess in der Produktionsanlage 2 betriebswirtschaftlich zu optimieren. According to the invention, the system 1 includes an optimizer 8, which links the data from the production planning system 3, the automation system 4, the condition monitoring system 5 and the maintenance planning system 6 with the data from the corporate planning system 7 in order to optimize the process in the production plant 2 from an economic point of view.
Das System 1 bestimmt insbesondere eine betriebswirtschaftlich optimierte Produktionsreihenfolge, betriebswirtschaftlich optimierte Sollwertvorgaben für das Automatisierungssystem 4, betriebswirtschaftlich optimierte Wartungsmaßnahmen und/oder betriebswirtschaftlich optimierte Verwaltungsmaßnahmen. Im Rahmen der betriebswirtschaftlichen Optimierung erstellt das erfindngsgemäße System 1 beispielsweise einen Personaleinsatzplan für die Produktion und/oder Wartung, einen Ressourcenbeschaffungsplan, einen Energiebeschaffungsplan, einen Ersatzteilbeschaffungsplan, einen Wartungsplan oder dergleichen. The system 1 determines, in particular, an economically optimized production sequence, economically optimized target values for the automation system 4, economically optimized maintenance measures and/or economically optimized administration measures. As part of the business optimization, the system 1 according to the invention creates, for example, a personnel deployment plan for production and/or maintenance, a resource procurement plan, an energy procurement plan, a spare parts procurement plan, a maintenance plan or the like.
Gemäß Fig. 4 umfasst das erfindungsgemäße System 1 einen Qualitätskatalog 9, einen Prozesskatalog 10, einen Wartungskatalog 11, einen Kostenkatalog 12, einen Ersatzteilkatalog 27, einen Ressourcenkatalog 32, einen Personalkatalog 33 und einen Profitkatalog 34. According to Fig. 4, the system 1 according to the invention comprises a quality catalog 9, a process catalog 10, a maintenance catalog 11, a cost catalog 12, a spare parts catalog 27, a resource catalog 32, a personnel catalog 33 and a profit catalog 34.
Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße System 1 gemäß Fig. 4 einen Prozessmonitor 13, einen Zustandsmonitor 14, einen Wartungsmonitor 15, einen Planungsmonitor 28, einen Ressourcenmonitor 29, einen Qualitätsmonitor 16, einen Profitmonitor 30 und/oder einen Personalmonitor 37. Furthermore, the system 1 according to the invention according to FIG. 4 comprises a process monitor 13, a status monitor 14, a maintenance monitor 15, a planning monitor 28, a resource monitor 29, a quality monitor 16, a profit monitor 30 and/or a personnel monitor 37.
Wie in Fig. 4 dargestellt umfasst das System 1 zusätzlich einen Qualitätsprediktor 17, einen Zustandsprediktor 18, einen Kostenprediktor 19, einen Prozessprediktor 31, einen Ressourcenprediktor 35 und einen Personalprediktor 36. Die vorgenannten Prediktoren sind beispielsweise jeweils als Datenmodelle ausgebildet und basieren vorzugsweise auf Methoden des maschinellen Lernens, insbesondere auf künstlichen neuronalen Netzen, tiefen künstlichen neuronalen Netzen, Entscheidungsbäumen, Ensemble-Methoden basierend auf Entscheidungsbäumen, linearen oder nichtlinearen Regressionsmodellen mit oder ohne Regularisierung, Support-Vector-Machines mit linearen, polynomialen oder anderen Kernel-Funktionen, oder dergleichen. Das System aus Fig. 4 umfasst ferner einen Ressourcenplaner 20, einen Reihenfolgeplaner 21, einen Wartungsplaner 22, einen Ersatzteilplaner 23und einen Personalplaner 24. Der Preisgenerator 25 des Systems aus Fig. 4 dient zur Bestimmung eines Mindestpreises für ein Produkt für eine wirtschaftliche Produktion, eines wahrscheinlichen Preises für ein Produkt basierend auf der aktuellen Marktsituation und/oder eines höchstmöglichen, realistischen Preises für ein Produkt. Der Preisgenerator berücksichtigt dabei insbesondere auch Allgemeinkosten der Produktionsanlage 2. As shown in Fig. 4, the system 1 also includes a quality predictor 17, a condition predictor 18, a cost predictor 19, a process predictor 31, a resource predictor 35 and a personnel predictor 36. The aforementioned predictors are each designed as data models, for example, and are preferably based on methods of machine learning, in particular on artificial neural networks, deep artificial neural networks, decision trees, ensemble methods based on decision trees, linear or nonlinear regression models with or without regularization, support vector machines with linear, polynomial or other kernel functions, or the like. The system of Fig. 4 further includes a resource planner 20, a sequencing planner 21, a maintenance planner 22, a spare parts planner 23 and a personnel planner 24. The price generator 25 of the system of Fig. 4 is used to determine a minimum price for a product for economical production, a probable price for a product based on the current market situation and/or a highest possible, realistic price for a product. The price generator also takes into account the general costs of production plant 2.
Die Planungsliste 26 aus Fig. 4 enthält Informationen bezüglich der zur Produktion anstehenden Produkte, insbesondere deren Qualitätsanforderungen. In Fig. 4 ist insbesondere der Informationsfluss zwischen den einzelnen Komponenten des Systems 1 dargestellt, zur betriebswirtschaftlichen Optimierung eines Prozesses in einer Produktionsanlage 2, insbesondere einer Produktionsanlage 2 der metallerzeugenden Industrie, der nicht-Eisen- oder Stahlindustrie oder der Vorlegierungsherstellung. The planning list 26 from FIG. 4 contains information regarding the products to be produced, in particular their quality requirements. 4 shows in particular the flow of information between the individual components of the system 1 for the economic optimization of a process in a production plant 2, in particular a production plant 2 in the metal-producing industry, the non-iron or steel industry or the production of master alloys.
Die Produktionsanlage (Produktion) 2 setzt den betriebswirtschaftlich optimierten Prozess um, beispielsweise mithilfe des Automatisierungssystems 4 und unter Einsatz von Personal. Die Planung des betriebswirtschaftlich optimierten Prozesses kann zyklisch aktualisiert werden. The production plant (production) 2 implements the economically optimized process, for example with the aid of the automation system 4 and using personnel. The planning of the economically optimized process can be updated cyclically.
Zentrale Funktionen für die betriebswirtschaftliche Optimierung des Prozesses in der Produktionsanlage 2 übernehmen der Qualitätsprediktor 17, der Zustandsprediktor 18, der Kostenprediktor 19, der Prozessprediktor 31, der Ressourcenprediktor 35 und der Personalprediktor 36, da diese wesentliche für die Optimierungsaufgabe bei der Planung erforderliche Vorhersagen erstellen. Im weitesten Sinne handelt es sich um Modelle zur Berechnung der Entwicklung verschiedener Größen. Damit diese die tatsächliche Charakteristik der Produktionsanlage 2 ausreichend gut abbilden, müssen sie sukzessive an die Datenlage angepasst werden. Dazu dient die Datenerfassung über den Prozessmonitor 13, den Zustandsmonitor 14, den Wartungsmonitor 15, den Planungsmonitor 28, den Ressourcenmonitor 29, den Qualitätsmonitor 16, den Profitmonitor 30 und den Personalmonitor 37. Durch verschiedene Lernprozesse werden der Qualitätsprediktor 17, der Zustandsprediktor 18, der Kostenprediktor 19, der Prozessprediktor 31, der Ressourcenprediktor 35 und der Personalprediktor 36 in ihrem Verhalten aktualisiert. Gegebenenfalls werden Einträge aus dem Qualitätskatalog 9, dem Prozesskatalog 10, dem Wartungskatalog 11, dem Kostenkatalog 12, dem Ersatzteilkatalog 27, dem Ressourcenkatalog 32, dem Personalkatalog 33 und dem Profitkatalog 34 von den genannten Prediktoren genutzt und/oder erzeugt/modifiziert. The quality predictor 17 assumes central functions for the economic optimization of the process in the production plant 2 State predictor 18, the cost predictor 19, the process predictor 31, the resource predictor 35 and the personnel predictor 36, since these create essential predictions required for the optimization task during planning. In the broadest sense, these are models for calculating the development of various variables. In order for these to reflect the actual characteristics of production plant 2 sufficiently well, they must be successively adapted to the data situation. This is done by data collection via the process monitor 13, the status monitor 14, the maintenance monitor 15, the planning monitor 28, the resource monitor 29, the quality monitor 16, the profit monitor 30 and the personnel monitor 37. Through various learning processes, the quality predictor 17, the status predictor 18, the Cost predictor 19, the process predictor 31, the resource predictor 35 and the personnel predictor 36 updated in their behavior. If necessary, entries from the quality catalog 9, the process catalog 10, the maintenance catalog 11, the cost catalog 12, the spare parts catalog 27, the resource catalog 32, the personnel catalog 33 and the profit catalog 34 are used and/or generated/modified by the predictors mentioned.
Eine beispielshafte Verknüpfung des Qualitätsprediktors 17, des Zustandsprediktors 18, des Kostenprediktors 19, des Prozessprediktors 31, des Ressourcenprediktors 35 und des Personalprediktors 36 mit den anderen Komponenten des Systems 1 aus Fig. 4 ist in Fig. 5 dargestellt. Fig. 5 zeigt generell die Verknüpfung von Katalogen und Modellen mit den genannten Prediktoren. An exemplary linking of the quality predictor 17, the condition predictor 18, the cost predictor 19, the process predictor 31, the resource predictor 35 and the personnel predictor 36 with the other components of the system 1 from FIG. 4 is shown in FIG. 5 generally shows the linking of catalogs and models with the predictors mentioned.
Im Folgenden werden auf Basis der Fig. 5 beispielhaft die Verknüpfungen des Qualitätsprediktors 17 mit den anderen Komponenten des Systems 1 näher erläutert. Der Qualitätsprediktor 17 nutzt die historischen Aufzeichnungen des Zustandsmonitors 14, des Prozessmonitors 13 und des Qualitätsmonitors 16. Der Zustandsmonitor 14 gibt beispielsweise an, wann sich die Produktionsanlage 2 in welchem klassifizierbaren oder formal beschreibbaren Zustand befunden hat. Der Prozessmonitor 13 enthält Informationen dazu welche Art von Prozess mit welchen Parameterwerten stattgefunden hat, soweit dies im allerweitesten Sinne sensorisch bzw. durch Sollvorgaben erfassbar ist. Der Qualitätsmonitor 16 enthält Informationen zu erzielten Qualitätseigenschaften, beispielsweise ermittelt aus Prüfergebnissen, Kundenfeedback, interner Qualitätsbewertung oder dergleichen. Durch Methoden der Optimierung, insbesondere maschinelle Lernverfahren, wird ein Vorhersagemodell erzeugt, welches für ein gegebenes Produkt, bei einem gegebenen Anlagenzustand und für einen prognostizierten Prozess eine Abschätzung der erreichten Produktqualität vornimmt. Die zuvor beispielhaft beschriebenen Verknüpfungen des Qualitätsprediktors 17 mit den anderen Komponenten des Systems 1 lassen sich auch für die anderen Prediktoren, insbesondere dem Zustandsprediktor 18, dem Kostenprediktor 19, dem Ressourcenprediktor 35 und/oder dem Personalprediktor 36, der Fig. 5 entnehmen. The links between the quality predictor 17 and the other components of the system 1 are explained in more detail below on the basis of FIG. 5 . The quality predictor 17 uses the historical records of the condition monitor 14, the process monitor 13 and the quality monitor 16. The State monitor 14 indicates, for example, when the production plant 2 was in which classifiable or formally describable state. The process monitor 13 contains information about which type of process has taken place with which parameter values, insofar as this can be detected in the broadest sense by sensors or by target specifications. The quality monitor 16 contains information on quality properties achieved, for example determined from test results, customer feedback, internal quality assessment or the like. Optimization methods, in particular machine learning methods, are used to generate a prediction model which estimates the product quality achieved for a given product, given a given system status and for a predicted process. The links of the quality predictor 17 with the other components of the system 1 described above by way of example can also be seen for the other predictors, in particular the condition predictor 18, the cost predictor 19, the resource predictor 35 and/or the personnel predictor 36, in FIG.
Fig. 6 zeigt eine beispielhafte Verknüpfung von Komponenten eines erfindungsgemäßen Systems 1 zur Ressourcenplanung. FIG. 6 shows an exemplary linking of components of a system 1 according to the invention for resource planning.
Der Ressourcenmonitor 29 erfasst den aktuellen Vorrat an Rohstoffen sowie die bereits geplanten Zuläufe. Im Planungsmonitor 28 ist die aktuelle Produktionsplanung, also eine Reihenfolge und ein zeitlicher Ablauf für Einträge aus der Planungsliste 26 hinterlegt. Zusammen ermöglichen diese Informationen dem Ressourcenprediktor 35 eine Vorhersage über die Rohstoffbestände zu zukünftigen Zeitpunkten. Sobald hier ein negativer Wert prognostiziert wird, wird für den Ressourcenplaner 20 ersichtlich, dass ein Beschaffungsprozess angestoßen werden muss. Er kann nun für alle erforderlichen Rohstoffarten, die im Ressourcenkatalog 32 verzeichnet sind, eine Beschaffung vorschlagen bzw. auch auslösen, falls die entsprechende Berechtigung für automatisierten Handel vorliegt. Die entsprechenden Kosten können über den Kostenkatalog 12 bezogen werden bzw. im Falle einer Abweichung zwischen den tatsächlichen Beschaffungskosten und den im Kostenkatalog 12 verzeichneten Informationen diese aktualisiert werden. Basierend auf diesen Informationen kann dann die Reihenfolgeplanung 21 für zukünftige Produktionsaufgaben die prognostizierten Ressourcenbestände berücksichtigen und lediglich Produkte einplanen, für die zum jeweiligen Zeitpunkt positive Ressourcenbestände vorliegen. The resource monitor 29 records the current supply of raw materials and the inflows that have already been planned. The current production planning, ie a sequence and a chronological sequence for entries from the planning list 26 , is stored in the planning monitor 28 . Together, this information allows the resource predictor 35 to predict resource inventories at future points in time. As soon as a negative value is forecast here, it becomes apparent to the resource planner 20 that a procurement process must be initiated. He can now propose or even trigger a procurement for all required types of raw materials that are listed in the resource catalog 32, if he has the appropriate authorization for automated trading present. The corresponding costs can be obtained from the cost catalog 12 or, in the event of a discrepancy between the actual procurement costs and the information listed in the cost catalog 12, these can be updated. Based on this information, the sequence planning 21 can then take into account the forecast resource stocks for future production tasks and only schedule products for which there are positive resource stocks at the respective point in time.
Zentrale Komponente bei der Ressourcenplanung ist der Ressourcenplaner 20, welcher die Daten des Ressourcenprediktors 35 berücksichtigt. Der Ressourcenprediktor 35 berücksichtigt die Daten des Planungsmonitors 28 und des Ressourcenmonitors 29. The central component in resource planning is the resource planner 20, which takes the data from the resource predictor 35 into account. The resource predictor 35 takes into account the data from the planning monitor 28 and the resource monitor 29.
Die Daten des Ressourcenplaners 20, des Ressourcenprediktors 35 und des Ressourcenmonitors 29 werden mit den Daten des Ressourcenkatalogs 32 verknüpft, welcher seinerseits Daten mit dem Kostenkatalog 12 austauschen kann. The data from the resource planner 20, the resource predictor 35 and the resource monitor 29 are linked to the data from the resource catalog 32, which in turn can exchange data with the cost catalog 12.
Der Reihenfolgeplaner 21 berücksichtigt die Ergebnisse des Ressourcenplaners 20 und Steuer über das Automationssystem 4, insbesondere dieThe sequence planner 21 takes into account the results of the resource planner 20 and control over the automation system 4, in particular the
Anlagenautomation, die Produktion 2 in der industriellen Anlage. Plant automation, the production 2 in the industrial plant.
Die Daten des Reihenfolgeplaners 21 werden ebenfalls vom Planungsmonitor 28 berücksichtigt, welcher seinerseits mit dem Wartungsmonitor 15 und der Planungsliste 26 verknüpft ist. The data from the sequence planner 21 are also taken into account by the planning monitor 28 , which in turn is linked to the maintenance monitor 15 and the planning list 26 .
Zur betriebswirtschaftlichen Optimierung können ferner die Daten des Kostenprediktors 19 und des Preisgenerators 25 berücksichtigt werden. Fig. 7 zeigt eine beispielhafte Verknüpfung von Komponenten eines erfindungsgemäßen Systems 1 zur Ersatzteilbeschaffung. Bei der Optimierung der Ersatzteilbeschaffung erfasst der Zustandsmonitor 14 den aktuellen Anlagenzustand, der unter anderem auch dadurch repräsentiert ist, dass mögliche Einträge aus dem Prozesskatalog 10, also charakteristische Zustände, die einen möglichen Einfluss auf Produktqualität oder Anlagenleistung haben aufgeführt sind. Aus dem Wartungsmonitor 15 ist ersichtlich, welche Art von Wartungstätigkeit bereits zu welchem Zeitpunkt geplant ist, soweit diese im Wartungskatalog 11 verzeichnet sind. Aus diesem ist darüber hinaus ersichtlich, auf welchen Prozesszustand aus dem Prozesskatalog 10 sich eine Wartungsmaßnahme auswirkt. Als dritte wesentliche Information ist aus dem Planungsmonitor 28 ersichtlich, welche Produkte (mit ihren Eigenschaften in der Planungsliste 26 verzeichnet) zu welchem Zeitpunkt für die Produktion eingeplant sind. Basierend auf diesen Informationen kann der Zustandsprediktor 18 den zukünftigen Zustand der Anlage und der Prozessprediktor 31 charakteristische Prozesszustände prognostizieren. Mit letzterer Information kann wiederum der Qualitätsprediktor 17 ermitteln, wie die erreichbare Produktqualität zukünftig sein wird. Aus einem Abgleich zwischen der Vorhersage des Qualitätsprediktors 17 mit den Qualitätsanforderungen der Produkte gemäß der aktuellenThe data from the cost predictor 19 and the price generator 25 can also be taken into account for business optimization. FIG. 7 shows an exemplary linking of components of a system 1 according to the invention for the procurement of spare parts. When optimizing the procurement of spare parts, the status monitor 14 records the current plant status, which is also represented by possible entries from the process catalog 10, i.e. characteristic states that have a possible influence on product quality or plant performance, being listed. From the maintenance monitor 15 it can be seen which type of maintenance activity is already planned and at what time, insofar as this is listed in the maintenance catalog 11 . From this it can also be seen which process status from the process catalog 10 is affected by a maintenance measure. The third essential piece of information that can be seen from the planning monitor 28 is which products (recorded with their properties in the planning list 26) are scheduled for production at what time. Based on this information, the state predictor 18 can predict the future state of the system and the process predictor 31 can predict characteristic process states. With the latter information, the quality predictor 17 can in turn determine how the achievable product quality will be in the future. From a comparison between the prediction of the quality predictor 17 with the quality requirements of the products according to the current
Produktionsplanung (die einzelnen Qualitätskriterien der Produkte sind im Qualitätskatalog 9 verzeichnet), kann dann ermittelt werden, ob zu einem zukünftigen Zeitpunkt Qualitätsmerkmale nicht oder nur mit stark verringerter Wahrscheinlichkeit erreicht werden können. In diesem Fall plant der Wartungsplaner 22 geeignete Maßnahmen aus dem Wartungskatalog 11 ein, die eine Verbesserung von Anlagenzustand bzw. Prozesszustand erlauben, so dass die entsprechenden Prozesszustände für die ermittelten Abweichungen von den Qualitätskriterien vermieden werden. Für die Durchführung derproduction planning (the individual quality criteria of the products are listed in Quality Catalog 9), it can then be determined whether quality features cannot be achieved at a future point in time or can only be achieved with a greatly reduced probability. In this case, the maintenance planner 22 plans suitable measures from the maintenance catalog 11 that allow an improvement in the state of the installation or the state of the process, so that the corresponding process states for the determined deviations from the quality criteria are avoided. For the implementation of
Wartungsmaßnahmen kann dann anhand der Informationen aus dem Wartungskatalog 11, der u.a. auch eine Auflistung der für eine Wartungsmaßnahme erforderlichen Werkzeuge, Betriebswechsel- und Ersatzteile enthält, ermittelt werden, ob diese in ausreichender Menge verfügbar sind. Ist dies nicht der Fall kann somit eine Empfehlung für die Beschaffung von Ersatzteilen ausgesprochen werden bzw. bei vorliegender Berechtigung zum automatisierten Handel auch direkt ein Beschaffungsvorgang ausgelöst werden. Die Kosten können dabei aus dem Kostenkatalog 12 entnommen werden bzw. nach erfolgter Beschaffung können die Einträge aus dem Kostenkatalog 12 durch die tatsächlichen Beschaffungskosten aktualisiert werden. Maintenance measures can then be determined on the basis of the information from the maintenance catalog 11, which also contains a list of the tools, replacement parts and replacement parts required for a maintenance measure, whether these are available in sufficient quantity. If this is not the case, a recommendation for the procurement of spare parts can be made be pronounced or, if there is authorization for automated trading, a procurement process can also be triggered directly. The costs can be taken from the catalog of costs 12 or, after procurement has taken place, the entries from the catalog of costs 12 can be updated with the actual procurement costs.
Die Ersatzteilbeschaffung basiert auf den Daten des Ersatzteilplaners 23, welcher auf die Daten des Wartungsplaners 22 und des Ersatzteilkatalogs 27 zurückgreift. Das Ergebnis des Ersatzteilplaners 23 wird dem Reihenfolgeplaner 21 zur weiteren Berücksichtigung bei der Planung der Produktionsreihenfolge. The procurement of spare parts is based on the data from the spare parts planner 23 , which uses the data from the maintenance planner 22 and the spare parts catalog 27 . The result of the spare parts planner 23 is sent to the sequence planner 21 for further consideration when planning the production sequence.
Der Ersatzteilkatalog 27 berücksichtigt die Daten des Kostenkatalogs 12 und des Wartungskatalogs 11, wobei der Wartungskatalog 11 seine Daten ebenfalls dem Wartungsplaner zur Verfügung stellt. The spare parts catalog 27 takes into account the data from the cost catalog 12 and the maintenance catalog 11, with the maintenance catalog 11 also making its data available to the maintenance planner.
Weitere wesentliche Komponenten bei der Ersatzteilbeschaffung sind der Wartungsmonitor 15, der Planungsmonitor 28 und der Prozessprediktor 31. Diese basieren teileweise auf den Daten des Qualitätsprediktors 17, desOther essential components in the procurement of spare parts are the maintenance monitor 15, the planning monitor 28 and the process predictor 31. These are based in part on the data from the quality predictor 17, the
Zustandsprediktors 18, der Planungsliste 26, des Qualitätskatalogs 9 und des Prozesskatalogs 10. condition predictor 18, the planning list 26, the quality catalog 9 and the process catalog 10.
Der Reihenfolgeplaner 21 steuert die Produktion 2 in der industriellen Anlage mittels des Automationssystems 4. In Fig. 8 ist eine beispielhafte Verknüpfung von Komponenten eines erfindungsgemäßen Systems 1 zur Ersatzteilbeschaffung mit Personalplanung dargestellt. The sequence planner 21 controls the production 2 in the industrial plant by means of the automation system 4. FIG. 8 shows an exemplary linking of components of a system 1 according to the invention for the procurement of spare parts with personnel planning.
Neben der Beschaffung von Ersatz- und Betriebswechselteilen, wie im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 7 detailliert erläutert, kann parallel auch die notwendige Personalplanung vorgenommen werden. Da die Wartungstätigkeiten in aller Regel von Personal vorgenommen werden, muss sichergestellt sein, dass zum gewünschten Zeitpunkt das erforderliche Personal zur Verfügung steht. Zu diesem Zweck, ist in dem Personalmonitor 37 die aktuelle Verfügbarkeit von Personal verzeichnet, soweit bestehende Produktionsvorgänge und bereits geplante Wartungsmaßnahmen dieses in Anspruch nehmen. Der Personalprediktor 36 kann dann die Information erzeugen, zu welchem Zeitpunkt in der Zukunft welche Personalressource zur Verfügung steht oder bereits verplant ist. Für eine zu planende Wartungsmaßnahme kann dann aus dem Wartungskatalog 11 die Information entnommen werden, wie viele Personen mit welcher Qualifikation (wie z.B. Basisautomation, Hydraulik, Mechanik o.ä. - dies kann grundsätzlich so spezifisch sein, dass für jede einzelne Teilaufgabe im Rahmen einer Wartungsmaßnahme ein Verweis für die entsprechende Personalressource vorhanden ist) und für welchen Zeitraum benötigt werden. Der Personalplaner 24 kann dann den jeweiligen Bedarf mit der Verfügbarkeit abgleichen und entsprechende Personalressourcen für den erforderlichen Einsatz einplanen. Damit findet eine Anpassung der Informationen des Personalmonitors 37 statt. Im Nachgang zu einer durchgeführten Wartungsmaßnahme kann zudem überprüft werden, inwiefern die Angaben aus dem Wartungskatalog 11 bzgl. erforderlicher Kompetenz und bzgl. der erforderlichen Dauer der Beteiligung korrekt abgebildet werden und nötigenfalls eine Aktualisierung vorgenommen werden. In addition to the procurement of spare parts and replacement parts, as explained in detail in connection with the exemplary embodiment from FIG. 7, the necessary personnel planning can also be carried out in parallel. Since the Since maintenance work is generally carried out by personnel, it must be ensured that the required personnel are available at the required time. For this purpose, the current availability of personnel is recorded in the personnel monitor 37, insofar as existing production processes and already planned maintenance measures make use of this. The personnel predictor 36 can then generate the information as to which personnel resource is available at what point in time in the future or has already been scheduled. For a maintenance measure to be planned, the information can then be taken from the maintenance catalog 11, how many people with which qualifications (such as basic automation, hydraulics, mechanics, etc. - this can basically be so specific that for each individual subtask as part of a maintenance measure there is a reference for the corresponding personnel resource) and for which period of time are required. The personnel planner 24 can then compare the respective requirement with the availability and schedule appropriate personnel resources for the required use. The information from the personal monitor 37 is thus adjusted. Subsequent to a maintenance measure that has been carried out, it can also be checked to what extent the information from the maintenance catalog 11 with regard to the required competence and the required duration of participation is correctly displayed and, if necessary, an update can be made.
Die zentrale Komponente bei der Personalplanung ist der Personalplaner 24, welcher auf den Daten des Personalprediktors 36 und des Wartungsplaners 22 basiert. Der Personalprediktor 36 erhält Daten vom Planungsmonitor 28 und dem Personalmonitor 37, welcher seinerseits auf den Personalkatalog 33 zugreifen kann. Der Personalplaner 24 kann dem Personalmonitor 37 zur Verfügung stellen. The central component in personnel planning is the personnel planner 24 which is based on the data from the personnel predictor 36 and the maintenance planner 22 . The personnel predictor 36 receives data from the planning monitor 28 and the personnel monitor 37, which in turn can access the personnel catalog 33. The personnel planner 24 can make the personnel monitor 37 available.
Die Daten des Personalplaners 24 werden dem Reihenfolgeplaner 21 zur Verfügung gestellt, wobei der Reihenfolgeplaner 21 die Produktion 2 in der industriellen Anlage mittels des Automationssystems 4 steuert. Weitere relevante Komponenten für die Personalplanung sind beispielsweise die Planungsliste 26, der Qualitätskatalog 9, der Prozesskatalog 10, der Wartungskatalog 11, der Wartungsmonitor 15, der Zustandsprediktor 18, der Qualitätsprediktor 17 und der Prozesspreditkor 31. The data from the personnel planner 24 are made available to the sequencing planner 21 , the sequencing planner 21 controlling production 2 in the industrial plant by means of the automation system 4 . Other relevant components for personnel planning are, for example, the planning list 26, the quality catalog 9, the process catalog 10, the maintenance catalog 11, the maintenance monitor 15, the condition predictor 18, the quality predictor 17 and the process predictor 31.
Fig. 9 zeigt eine weitere beispielhafte Verknüpfung von Komponenten eines erfindungsgemäßen Systems 1 zur betriebswirtschaftlichen Optimierung eines Prozesses in einer Produktionsanlage. Das Ausführungsbeispiel aus Fig. 9 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 4 dadurch, dass der Wartungsplaner 22, der Ersatzteilplaner 23, der Ressourcenplaner 20 und der Personalplaner 24 in einem Gesamtplaner 38 zusammengefasst wurden. Der Gesamtplaner 38 kann dabei die Funktionen eines oder mehrerer der vorgenannten Planer übernehmen. Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel aus Fig. 9 dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 4. FIG. 9 shows a further exemplary linking of components of a system 1 according to the invention for the economic optimization of a process in a production facility. The exemplary embodiment from FIG. 9 differs from the exemplary embodiment from FIG. The overall planner 38 can take over the functions of one or more of the aforementioned planners. Otherwise, the exemplary embodiment from FIG. 9 corresponds to the exemplary embodiment from FIG.
Die Fig. 10 - 13 zeigen beispielhafte zeitliche Abläufe zur betriebswirtschaftlichen Optimierung eines Prozesses in einer Produktionsanlage 2. Erfindungsgemäß wird der Prozess in der Produktionsanlage 2 dadurch betriebswirtschaftlich optimiert, dass die Daten des Produktionsplanungssystems 3, des Automatisierungssystems 4, des Zustandsüberwachungssystems 5 und des Wartungsplanungssystems 6 mit den Daten des Unternehmensplanungssystems 7 verknüpft werden. 10 - 13 show exemplary time sequences for the economic optimization of a process in a production plant 2. According to the invention, the process in the production plant 2 is economically optimized in that the data from the production planning system 3, the automation system 4, the condition monitoring system 5 and the maintenance planning system 6 be linked to the data of the corporate planning system 7.
Durch den fortschreitenden Produktionsprozess, neue Kundenaufträge, unvorhersehbare Änderungen in der Anlagenverfügbarkeit, der erreichten Produktqualität o.ä. ändert sich die Situation ständig. Um stets eine situativ betriebswirtschaftlich-optimale Betriebsweise zu erreichen ist es daher erforderlich, die verschiedenen betrieblichen Planungen ständig an die sich ändernden Randbedingungen anzupassen. Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer betriebswirtschaftlichen Optimierung des Prozesses in einer Produktionsanlage 2 durch einen Gesamtoptimierer 38, welcher eine gesamtheitliche ökonomisch optimierte Betriebsweise durch wiederholende Planungen umsetzt. Dabei ändert sich der Betriebszustand in der Produktionsanlage durch äußere Umstände und durch die betrieblichen Abläufe in der Produktionsanlage 2. Aufgrund dieser Änderungen wird die Planung regelmäßig aktualisiert. Dies kann beispielsweise in vorgegebenen Abständen erfolgen und/oder nach bestimmten Ereignissen. Aufgrund einer aktualisierten Planung werden die betrieblichen Abläufe in der Produktionsanlage 2 angepasst, beispielsweise mittels des Automatisierungssystems 4. The situation is constantly changing due to the ongoing production process, new customer orders, unforeseeable changes in plant availability, the product quality achieved, etc. In order to always achieve a situationally economically optimal mode of operation, it is therefore necessary to constantly adapt the various operational plans to the changing boundary conditions. 10 shows an exemplary embodiment of an economic optimization of the process in a production plant 2 by an overall optimizer 38, which implements an overall, economically optimized mode of operation through repetitive planning. The operating status in the production plant changes as a result of external circumstances and the operational processes in the production plant 2. The plan is regularly updated on the basis of these changes. This can take place, for example, at specified intervals and/or after specific events. Due to an updated plan, the operational processes in the production plant 2 are adjusted, for example by means of the automation system 4.
Das Ausführungsbeispiel aus Fig. 11 unterscheidet sich von demThe embodiment of FIG. 11 differs from that
Ausführungsbeispiel aus Fig. 10 dadurch, dass mehrere separate Planer eingesetzt werden, anstatt des Gesamtplaners 38. Bei den separaten Planern handelt es sich beispielsweise um einen Ressourcenplaner 20, einen Reihenfolgeplaner 21, einen Wartungsplaner 22, einen Ersatzteilplaner 23 und/oder einen Personalplaner 24. Die separaten Planer optimieren jeweils unterschiedliche Aspekte des Produktionsprozesses in der Produktionsanlage 2 betriebswirtschaftlich. Dies ist in Fig. 11 durch die Anlagenteile I und II symbolisiert. Embodiment from Fig. 10 in that several separate planners are used instead of the overall planner 38. The separate planners are, for example, a resource planner 20, a sequence planner 21, a maintenance planner 22, a spare parts planner 23 and/or a personnel planner 24. The separate planners each optimize different aspects of the production process in the production plant 2 from an economic point of view. This is symbolized in FIG. 11 by plant parts I and II.
Die äußeren Umstände und die Betriebsabläufe haben dabei unterschiedliche Einflüsse auf die zu optimierenden Aspekte, so dass sich durch die unterschiedlichen Betriebsabläufe und äußeren Umstände die Betriebszustände für die unterschiedlichen zu optimierenden Aspekte der Produktionsanlage 2 unterschiedlich ändern. Die Optimierung durch die separaten Planer kann wiederum in vorgegebenen Abständen und/oder nach bestimmten Ereignissen erfolgen. Dabei können die zeitlichen Abstände und/oder Ereignisse für die separaten Planer unterschiedlich ausgebildet sein. The external circumstances and the operating processes have different influences on the aspects to be optimized, so that the operating states for the different aspects of the production plant 2 to be optimized change differently due to the different operating processes and external circumstances. The optimization by the separate planners can in turn take place at specified intervals and/or after specific events. The time intervals and/or events for the separate planners can be designed differently.
Das Ausführungsbeispiel aus Fig. 12 unterscheidet sich von demThe embodiment of FIG. 12 differs from that
Ausführungsbeispiel aus Fig. 10 dadurch, dass Prediktoren eingesetzt werden, um die Betriebszustände zu analysieren und Vorhersagen zu zukünftigen Betriebszuständen zu erstellen. Diese Vorhersagen werden anschließend bei der betriebswirtschaftlichen Optimierung des Fierstellungsprozesses in derExemplary embodiment from FIG. 10 in that predictors are used to analyze the operating states and to make predictions about future operating states. These predictions are then used in the business optimization of the filing process in the
Produktionsanlage durch den Gesamtoptimierer 38 berücksichtigt. Production plant considered by the overall optimizer 38.
In dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 13 erfolgt die Optimierung wie in dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 11 wiederum durch separate Planer, wie beispielsweise einen Ressourcenplaner 20, einen Reihenfolgeplaner 21, einen Wartungsplaner 22, einen Ersatzteilplaner 23 und/oder einen Personalplaner 24. Entsprechend sind auch Prediktoren für separate Aspekte der Produktionsanlage 2 vorgesehen, wie beispielsweise ein Qualitätsprediktor 17, ein Zustandsprediktor 18, ein Kostenprediktor 19, ein Prozessprediktor 31, ein Ressourcenprediktor 35 und/oder ein Personalprediktor 36. In the exemplary embodiment from FIG. 13, the optimization is carried out, as in the exemplary embodiment from FIG Predictors for separate aspects of the production plant 2 are provided, such as a quality predictor 17, a condition predictor 18, a cost predictor 19, a process predictor 31, a resource predictor 35 and/or a personnel predictor 36.
Im Übrigen entsprechend die Ausführungsbeispiele aus Fig. 12 und Fig. 13 den Ausführungsbeispielen aus Fig. 10 und Fig. 11. Otherwise, the exemplary embodiments from Fig. 12 and Fig. 13 correspond to the exemplary embodiments from Fig. 10 and Fig. 11.
Bezugszeichenliste Reference List
1 System 1 systems
2 Produktionsanlage 3 Produktionsplanungssystem 2 production plant 3 production planning system
4 Automatisierungssystem 4 automation system
5 Zustandsüberwachungssystem 5 condition monitoring system
6 Wartungsplanungssystem 6 maintenance planning system
7 Unternehmensplanungssystem 8 Optimierer 7 Enterprise Planning System 8 Optimizer
9 Qualitätskatalog 9 quality catalogue
10 Prozesskatalog 10 process catalogue
11 Wartungskatalog 11 Maintenance Catalogue
12 Kostenkatalog 13 Prozessmonitor 12 Catalog of costs 13 Process monitor
14 Zustandsmonitor 14 Health Monitor
15 Wartungsmonitor 15 maintenance monitor
16 Qualitätsmonitor 16 quality monitor
17 Qualitätsprediktor 18 Zustandsprediktor 17 quality predictor 18 state predictor
19 Kostenprediktor 19 cost predictor
20 Ressourcenplaner 20 resource planners
21 Reihenfolgeplaner 21 sequence planner
22 Wartungsplaner 23 Ersatzteilplaner 22 Maintenance planner 23 Spare parts planner
24 Personalplaner 24 staff planner
25 Preisgenerator 25 price generator
26 Planungsliste 26 planning list
27 Ersatzteilkatalog 28 Planungsmonitor 27 Spare parts catalog 28 Planning monitor
29 Ressourcenmonitor 30 Profitmonitor 29 Resource Monitor 30 profit monitor
31 Prozessprediktor31 process predictor
32 Ressourcenkatalog32 resource catalog
33 Personalkatalog 34 Profitkatalog 33 Personnel Catalog 34 Profit Catalogue
35 Ressourcenprediktor35 resource predictor
36 Personalprediktor36 Personnel Predictor
37 Personalmonitor37 staff monitor
38 Gesamtplaner 38 overall planner

Claims

Ansprüche Expectations
1. System (1) zur betriebswirtschaftlichen Optimierung eines Prozesses in einer Produktionsanlage (2), insbesondere einer Produktionsanlage (2) der metallerzeugenden Industrie, der nicht-Eisen- oder Stahlindustrie oder der Vorlegierungsherstellung, wobei die Produktionsanlage (2) umfasst: ein Produktionsplanungssystem (3) zur Bestimmung einer Produktionsreihenfolge für die Produktionsanlage (2), insbesondere von Steuerdaten für ein Automatisierungssystem (4), das Automatisierungssystem (4) zur Steuerung der Produktion in der Produktionsanlage (2), wobei das Automatisierungssystem (4) vorzugsweise die vom Produktionsplanungssystem (3) bestimmte Produktionsreihenfolge ausführt, ein Zustandsüberwachungssystem (5) zur Erfassung von Zuständen der Produktionsanlage (2) und deren Komponenten, ein Wartungsplanungssystem (6) zur Bestimmung von Wartungsmaßnahmen für die Produktionsanlage (2), ein der Produktionsanlage (2) zugehöriges Unternehmensplanungssystem (7) zur betriebswirtschaftlichen Verwaltung der Produktion und Wartung in der Produktionsanlage (2), und einen Qualitätsprediktor (17), einen Zustandsprediktor (18), einen Kostenprediktor (19), einen Prozessprediktor (31), einen Ressourcenprediktor (35) und/oder einen Personalprediktor (36), dadurch gekennzeichnet, dass das System (1) einen Optimierer (8) umfasst, der die Daten des Produktionsplanungssystems (3), des Automatisierungssystems (4), des Zustandsüberwachungssystems (5) und des Wartungsplanungssystems (6) mit den Daten des Unternehmensplanungssystems (7) verknüpft, um den Prozess in der Produktionsanlage (2) betriebswirtschaftlich zu optimieren, wobei der Optimierer (8) mittels der Prediktoren (17, 18, 19, 31, 35, 36) die zukünftigen Anlagenzustände, zukünftig erreichbaren Produktqualitäten, zukünftigen Kosten oder ähnliche relevante Eigenschaften, Parameter oder dergleichen bei der betriebswirtschaftlichen Optimierung des Prozesses in der Produktionsanlage (2) berücksichtigt. 1. System (1) for the economic optimization of a process in a production plant (2), in particular a production plant (2) in the metal-producing industry, the non-iron or steel industry or the production of master alloys, the production plant (2) comprising: a production planning system ( 3) for determining a production sequence for the production plant (2), in particular control data for an automation system (4), the automation system (4) for controlling production in the production plant (2), the automation system (4) preferably using the production planning system ( 3) executes a specific production sequence, a status monitoring system (5) for recording the status of the production plant (2) and its components, a maintenance planning system (6) for determining maintenance measures for the production plant (2), a corporate planning system (7 ) to the business Ve Management of production and maintenance in the production plant (2), and a quality predictor (17), a condition predictor (18), a cost predictor (19), a process predictor (31), a resource predictor (35) and/or a personnel predictor (36) , characterized in that the system (1) comprises an optimizer (8) which combines the data from the production planning system (3), the automation system (4), the condition monitoring system (5) and the maintenance planning system (6) with the data from the enterprise planning system (7 ) linked in order to economically optimize the process in the production plant (2), wherein the optimizer (8) uses the predictors (17, 18, 19, 31, 35, 36) to determine the future plant states, product qualities that can be achieved in the future, future costs or similar relevant properties, parameters or the like in the economic optimization of the process in the production plant ( 2) taken into account.
2. System (1 ) nach Anspruch 1 , wobei das System (1) eine betriebswirtschaftlich optimierte Produktionsreihenfolge, betriebswirtschaftlich optimierte Sollwertvorgaben für das Automatisierungssystem (4), betriebswirtschaftlich optimierte Wartungsmaßnahmen und/oder betriebswirtschaftlich optimierte Verwaltungsmaßnahmen bestimmt. 2. System (1) according to claim 1, wherein the system (1) determines an economically optimized production sequence, economically optimized setpoint specifications for the automation system (4), economically optimized maintenance measures and/or economically optimized administrative measures.
3. System (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das System (1) im Rahmen der betriebswirtschaftlichen Optimierung einen Personaleinsatzplan für die Produktion und/oder Wartung, einen Ressourcenbeschaffungsplan, einen Energiebeschaffungsplan, einen Ersatzteilbeschaffungsplan, einen Wartungsplan oder dergleichen erstellt. 3. System (1) according to claim 1 or claim 2, wherein the system (1) creates a personnel deployment plan for production and/or maintenance, a resource procurement plan, an energy procurement plan, a spare parts procurement plan, a maintenance plan or the like as part of the business optimization.
4. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend einen Qualitätskatalog (9), einen Prozesskatalog (10), einen Wartungskatalog (11), einen Kostenkatalog (12), einen Ersatzteilkatalog (27), einen Ressourcenkatalog (32), einen Personalkatalog (33) und/oder einen Profitkatalog (34). 4. System (1) according to one of claims 1 to 3, further comprising a quality catalog (9), a process catalog (10), a maintenance catalog (11), a cost catalog (12), a spare parts catalog (27), a resource catalog (32 ), a personnel catalog (33) and/or a profit catalog (34).
5. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin umfassend einen Prozessmonitor (13), einen Zustandsmonitor (14), einen Wartungsmonitor (15), einen Planungsmonitor (28), einen Ressourcenmonitor (29), einen Qualitätsmonitor (16), einen Profitmonitor (30) und/oder einen Personalmonitor (37). 5. System (1) according to any one of claims 1 to 4, further comprising a process monitor (13), a status monitor (14), a maintenance monitor (15), a planning monitor (28), a resource monitor (29), a quality monitor (16 ), a profit monitor (30) and/or a personnel monitor (37).
6. System (1) nach Anspruch 5, wobei die Vorhersagen des Qualitätsprediktors (17), des Zustandsprediktors (18), des Kostenprediktors (19), des Prozessprediktors (31), des Ressourcenprediktors (35) und/oder des Personalprediktors (36) und/oder die betriebswirtschaftliche Optimierung des Optimierers (8) auf6. System (1) according to claim 5, wherein the predictions of the quality predictor (17), the state predictor (18), the cost predictor (19), the process predictor (31), the resource predictor (35) and/or the personnel predictor (36) and/or the economic optimization of the optimizer (8).
Basis des Prozessmonitors (13), des Zustandsmonitors (14), des Wartungsmonitors (15), des Planungsmonitors (28), des Ressourcenmonitors (29), des Qualitätsmonitors (16), des Profitmonitors (30) und/oder des Personalmonitors (37) kontinuierlich angepasst werden Basis of the process monitor (13), the condition monitor (14), the maintenance monitor (15), the planning monitor (28), the resource monitor (29), the quality monitor (16), the profit monitor (30) and/or the personnel monitor (37) be continuously adjusted
7. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Qualitätsprediktor (17), der Zustandsprediktor (18), der Kostenprediktor (19), der Prozessprediktor (31), der Ressourcenprediktor (35) und/oder der Personalprediktor (36) jeweils als Datenmodell ausgebildet ist. 7. System (1) according to one of claims 1 to 6, wherein the quality predictor (17), the condition predictor (18), the cost predictor (19), the process predictor (31), the resource predictor (35) and/or the personnel predictor ( 36) is designed as a data model.
8. System (1) nach Anspruch 7, wobei das jeweilige Datenmodell auf Methoden des maschinellen Lernens basiert, insbesondere auf künstlichen neuronalen Netzen, tiefen künstlichen neuronalen Netzen, Entscheidungsbäumen, Ensemble-Methoden basierend auf Entscheidungsbäumen, linearen oder nichtlinearen Regressionsmodellen mit oder ohne Regularisierung, Support-Vector- Machines mit linearen, polynomialen oder anderen Kernel-Funktionen, oder dergleichen. 8. System (1) according to claim 7, wherein the respective data model is based on machine learning methods, in particular on artificial neural networks, deep artificial neural networks, decision trees, ensemble methods based on decision trees, linear or non-linear regression models with or without regularization, Support vector machines with linear, polynomial or other kernel functions, or the like.
9. System (1 ) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Kostenprediktor (19) als Preiskatalog ausgebildet ist, in welchem Kosten je Verbrauchseinheit oder je Zeiteinheit angegeben sind oder aus welchem sich die Kosten nach einer definierten Formel berechnen lassen. 9. System (1) according to one of claims 6 to 8, wherein the cost predictor (19) is designed as a price catalog in which costs per unit of consumption or per unit of time are specified or from which the costs can be calculated according to a defined formula.
10. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, weiterhin umfassend einen Ressourcenplaner (20), einen Reihenfolgeplaner (21), einen Wartungsplaner (22), einen Ersatzteilplaner (23) und/oder einen Personalplaner (24). 10. System (1) according to any one of claims 1 to 9, further comprising a resource planner (20), a sequence planner (21), a maintenance planner (22), a spare parts planner (23) and/or a personnel planner (24).
11. System (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, weiterhin umfassend einen Preisgenerator (25) zur Bestimmung eines Mindestpreises für ein Produkt für eine wirtschaftliche Produktion, eines wahrscheinlichen Preises für ein Produkt basierend auf der aktuellen Marktsituation und/oder eines höchstmöglichen, realistischen Preises für ein Produkt. 11. System (1) according to one of claims 1 to 10, further comprising a price generator (25) for determining a minimum price for a product for economic production, a probable price for a product based on the current market situation and/or a highest possible realistic price for a product.
12. System (1 ) nach Anspruch 11 , wobei der Preisgenerator (25) Allgemeinkosten der Produktionsanlage (2) berücksichtigt. 12. System (1) according to claim 11, wherein the price generator (25) takes general costs of the production plant (2) into account.
13. System (1) nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, wobei der Preisgenerator (25) einen statischen Preiskatalog und/oder einen Algorithmus zur dynamischen Preisbestimmung umfasst. The system (1) of claim 11 or claim 12, wherein the price generator (25) comprises a static price catalog and/or a dynamic pricing algorithm.
14. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, weiterhin umfassend eine Planungsliste (26) umfassend Informationen bezüglich der zur Produktion anstehenden Produkte, insbesondere deren Qualitätsanforderungen. 14. System (1) according to any one of claims 1 to 13, further comprising a planning list (26) comprising information regarding the products to be produced, in particular their quality requirements.
15. System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Optimierer (8) auf Algorithmen des Bestärkendem Lernens oder des Operation Research basiert, insbesondere Policy-Networks, neuronalen Netzen, lineare Programme, konvexe Optimierung, gemischt ganzzahlige Optimierung, oder dergleichen. 15. System according to any one of claims 1 to 14, wherein the optimizer (8) is based on algorithms of reinforcement learning or operation research, in particular policy networks, neural networks, linear programs, convex optimization, mixed integer optimization, or the like.
16. Verfahren zur betriebswirtschaftlichen Optimierung eines Prozesses in einer Produktionsanlage (2), insbesondere einer Produktionsanlage (2) der metallerzeugenden Industrie, der nicht-Eisen- oder Stahlindustrie oder der Vorlegierungsherstellung, wobei die Produktionsanlage (2) umfasst: ein Produktionsplanungssystem (3) zur Bestimmung einer Produktionsreihenfolge für die Produktionsanlage (2), insbesondere von Steuerdaten für ein Automatisierungssystem (4), das Automatisierungssystem (4) zur Steuerung der Produktion in der Produktionsanlage (2), wobei das Automatisierungssystem (4) vorzugsweise die vom Produktionsplanungssystem (3) bestimmte Produktionsreihenfolge ausführt, ein Zustandsüberwachungssystem (5) zur Erfassung von Zuständen der Produktionsanlage (2) und deren Komponenten, ein Wartungsplanungssystem (6) zur Bestimmung von Wartungsmaßnahmen für die Produktionsanlage (2), ein der Produktionsanlage (2) zugehöriges Unternehmensplanungssystem (7) zur betriebswirtschaftlichen Verwaltung der Produktion und Wartung in der Produktionsanlage (2), und einen Qualitätsprediktor (17), einen Zustandsprediktor (18), eine Kostenprediktor (19), einen Prozessprediktor (31), einen Prozessprediktor (31), einen Ressourcenprediktor (35) und/oder einen Personalprediktor (36), wobei das Verfahren die Daten des Produktionsplanungssystems (3), des Automatisierungssystems (4), des Zustandsüberwachungssystems (5) und des Wartungsplanungssystems (6) mit den Daten des16. A method for the economic optimization of a process in a production plant (2), in particular a production plant (2) in the metal-producing industry, the non-iron or steel industry or the production of master alloys, the production plant (2) comprising: a production planning system (3) for Determination of a production sequence for the production plant (2), in particular control data for an automation system (4), the automation system (4) for controlling production in the production plant (2), the automation system (4) preferably determining the production planning system (3). executes the production sequence, a status monitoring system (5) for recording the statuses of the production plant (2) and its components, a maintenance planning system (6) for determining maintenance measures for the production plant (2), a corporate planning system (7) associated with the production plant (2) for business administration ve Management of production and maintenance in the production plant (2), and a quality predictor (17), a condition predictor (18), a cost predictor (19), a process predictor (31), a process predictor (31), a resource predictor (35) and/or or a personnel predictor (36), the method combining the data of the production planning system (3), the automation system (4), the condition monitoring system (5) and the maintenance planning system (6) with the data of the
Unternehmensplanungssystems (7) verknüpft, um den Prozess in der Produktionsanlage (2) betriebswirtschaftlich zu optimieren, wobei der Optimierer (8) mittels der Prediktoren (17, 18, 19, 31, 35, 36) die zukünftigen Anlagenzustände, zukünftig erreichbaren Produktqualitäten, zukünftigen Kosten oder ähnliche relevante Eigenschaften, Parameter oder dergleichen bei der betriebswirtschaftlichen Optimierung des Prozesses in der Produktionsanlage (2) berücksichtigt. Business planning system (7) linked in order to optimize the process in the production plant (2) from an economic point of view, the optimizer (8) using the predictors (17, 18, 19, 31, 35, 36) the future plant states, product qualities that can be achieved in the future, future Cost or similar relevant properties, parameters or The like taken into account in the economic optimization of the process in the production plant (2).
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Verfahren eine betriebswirtschaftlich optimierte17. The method according to claim 16, wherein the method is an economically optimized one
Produktionsreihenfolge, betriebswirtschaftlich optimierte Sollwertvorgaben für das Automatisierungssystem (4), betriebswirtschaftlich optimierte Wartungsmaßnahmen und/oder betriebswirtschaftlich optimierte Verwaltungsmaßnahmen bestimmt Production order, economically optimized setpoint specifications for the automation system (4), economically optimized maintenance measures and / or economically optimized administrative measures determined
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, wobei das Verfahren im Rahmen der betriebswirtschaftlichen Optimierung einen Personaleinsatzplan für die Produktion und/oder Wartung, einen Ressourcenbeschaffungsplan, einen Energiebeschaffungsplan, einen Ersatzteilbeschaffungsplan, einen Wartungsplan oder dergleichen erstellt. 18. The method according to claim 16 or claim 17, wherein the method creates a personnel deployment plan for production and/or maintenance, a resource procurement plan, an energy procurement plan, a spare parts procurement plan, a maintenance plan or the like as part of the business optimization.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, weiterhin umfassend das Erstellen und/oder Verwalten eines19. The method according to any one of claims 16 to 18, further comprising creating and / or managing a
Qualitätskatalogs (9), eines Prozesskatalogs (10), eines Wartungskatalogs (11), eines Kostenkatalogs (12), eines Ersatzteilkatalogs, einesQuality catalog (9), a process catalog (10), a maintenance catalog (11), a cost catalog (12), a spare parts catalogue, one
Ressourcenkatalogs (32), eines Personalkatalogs (33) und/oder eines Profitkatalogs (34). resource catalog (32), a personnel catalog (33) and/or a profit catalog (34).
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, weiterhin umfassend das Erstellen und/oder Verwalten eines20. The method according to any one of claims 16 to 19, further comprising creating and / or managing a
Prozessmonitors (13), eines Zustandsmonitors (14), eines Wartungsmonitors (15), eines Planungsmonitors (28), eines Ressourcenmonitors (29), eines Qualitätsmonitors (16), eines Profitmonitors (30) und/oder eines Personalmonitors (37). process monitor (13), a condition monitor (14), a maintenance monitor (15), a planning monitor (28), a resource monitor (29), a quality monitor (16), a profit monitor (30) and/or a personnel monitor (37).
21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Vorhersagen des Qualitätsprediktors (17), des Zustandsprediktors (18), des Kostenprediktors (19), des Prozessprediktors (31), des Ressourcenprediktors (35) und/oder des Personalprediktors (36) und/oder die betriebswirtschaftliche Optimierung des Optimierers (8) auf Basis des Prozessmonitors (13), des Zustandsmonitors (14), des Wartungsmonitors (15), des Planungsmonitors (28), des Ressourcenmonitors (29), des Qualitätsmonitors (16), des Profitmonitors (30) und/oder des Personalmonitors (37) kontinuierlich angepasst werden. 21. The method of claim 20, wherein the predictions of the quality predictor (17), the condition predictor (18), the cost predictor (19), the process predictor (31), the resource predictor (35) and/or the personnel predictor (36) and/or the economic optimization of the optimizer (8 ) based on the process monitor (13), the condition monitor (14), the maintenance monitor (15), the planning monitor (28), the resource monitor (29), the quality monitor (16), the profit monitor (30) and/or the personnel monitor ( 37) are continuously adjusted.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21 , wobei der Qualitätsprediktor (17), der Zustandsprediktor (18), der Kostenprediktor (19), der Prozessprediktor (31), der Ressourcenprediktor (35) und/oder der Personalprediktor (36) jeweils auf einem Datenmodell basiert. 22. The method according to any one of claims 16 to 21, wherein the quality predictor (17), the condition predictor (18), the cost predictor (19), the process predictor (31), the resource predictor (35) and / or the personnel predictor (36) respectively based on a data model.
23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei das jeweilige Datenmodell auf Methoden des maschinellen Lernens basiert, insbesondere auf künstlichen neuronalen Netzen, tiefen künstlichen neuronalen Netzen, Entscheidungsbäumen, Ensemble-Methoden basierend auf Entscheidungsbäumen, linearen oder nichtlinearen23. The method according to claim 22, wherein the respective data model is based on machine learning methods, in particular on artificial neural networks, deep artificial neural networks, decision trees, ensemble methods based on decision trees, linear or non-linear
Regressionsmodellen mit oder ohne Regularisierung, Support-Vector- Machines mit linearen, polynomialen oder anderen Kernel-Funktionen, oder dergleichen. regression models with or without regularization, support vector machines with linear, polynomial or other kernel functions, or the like.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei der Kostenprediktor (19) als Preiskatalog ausgebildet ist, in welchem Kosten je Verbrauchseinheit oder je Zeiteinheit angegeben sind oder aus welchem sich die Kosten nach einer definierten Formel berechnen lassen. 24. The method according to any one of claims 21 to 23, wherein the cost predictor (19) is designed as a price catalog in which costs per consumption unit or per unit of time are specified or from which the costs can be calculated according to a defined formula.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 24, weiterhin umfassend das Erstellen und/oder Verwaltens eines Ressourcenplaners (20), eines Reihenfolgeplaners (21), eines Wartungsplaners (22), eines Ersatzteilplaners (23) und/oder eines Personalplaners (24). 25. The method according to any one of claims 16 to 24, further comprising creating and/or managing a resource planner (20), a sequence planner (21), a maintenance planner (22), a spare parts planner (23) and/or a personnel planner (24).
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 25, weiterhin das Bestimmen eines Mindestpreises für ein Produkt für eine wirtschaftliche Produktion, eines wahrscheinlichen Preises für ein Produkt basierend auf der aktuellen Marktsituation und/oder eines höchstmöglichen, realistischen Preises für ein Produkt. 26. The method according to any one of claims 16 to 25, further determining a minimum price for a product for economical production, a probable price for a product based on the current market situation and/or a highest possible, realistic price for a product.
27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei der Mindestpreis, der wahrscheinliche Preis und/oder der höchstmögliche, realistische Preis Allgemeinkosten der Produktionsanlage (2) berücksichtigt. 27. The method according to claim 26, wherein the minimum price, the probable price and/or the highest possible, realistic price takes general costs of the production plant (2) into account.
28. Verfahren nach Anspruch 26 oder Anspruch 27, wobei die Bestimmung des Mindestpreises, des wahrscheinlichen Preises und/oder des höchstmöglichen, realistischen Preises auf einem statischen Preiskatalog und/oder einem Algorithmus zur dynamischen28. The method according to claim 26 or claim 27, wherein the determination of the minimum price, the probable price and/or the highest possible, realistic price is based on a static price catalog and/or an algorithm for dynamic
Preisbestimmung basiert. Pricing based.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 28, weiterhin umfassend das Erstellen und/oder Verwalten einer Planungsliste (26) umfassend Informationen bezüglich der zur Produktion anstehenden29. The method according to any one of claims 16 to 28, further comprising the creation and / or management of a planning list (26) comprising information regarding the pending production
Produkte, insbesondere deren Qualitätsanforderungen. Products, in particular their quality requirements.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 29, wobei das Verfahren auf Algorithmen des Bestärkendem Lernens oder des Operation Research basiert, insbesondere Policy-Networks, neuronalen Netzen, lineare Programme, konvexe Optimierung, gemischt-ganzzahlige Optimierung, oder dergleichen. 30. The method according to any one of claims 16 to 29, wherein the method is based on algorithms of reinforcement learning or operation research, in particular policy networks, neural Meshes, linear programs, convex optimization, mixed integer optimization, or the like.
31. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 34 auszuführen, insbesondere umfassend Befehle, die bewirken, dass das System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 das Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 30 ausführt. 31. A computer program comprising instructions which, when the program is executed by a computer, cause the computer to carry out the method according to one of claims 18 to 34, in particular comprising instructions which cause the system (1) according to one of claims 1 to 15 carrying out the method according to any one of claims 16 to 30.
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