PRODUKTIONSPLANUNG IN STAHLWERKEN IST ANSPRUCHSVOLL
Integrierte Stahlwerke spielen eine entscheidende Rolle bei der Deckung der ständig wachsenden weltweiten Nachfrage nach Stahlerzeugnissen. Diese Anlagen umfassen verschiedene miteinander verbundene Prozesse, von Hochöfen über Sauerstoffaufblaskonverter, Pfannenöfen, Vakuumentgasungsanlagen, mehrsträngigen Stranggießanlagen für die Brammenproduktion bis hin zu Warmwalzwerken, Beizanlagen, Kaltwalzwerken, Glühlinien und Verzinkungsanlagen in der Endfertigung.
Die Möglichkeit, ein breites Spektrum an Stahlsorten über mehrere Prozessrouten zu produzieren, ist ein wesentlicher Vorteil von integrierten Stahlwerken, der es ihnen ermöglicht, den vielfältigen Anforderungen sehr unterschiedlicher Branchen wie der Automobil-, Bau-, Energie- und Haushaltsgeräteindustrie gerecht zu werden.
Dies stellt immense Anforderungen an die Produktionsplanung dar. Die größte Herausforderung für die Planung sind die Kombinationen aus einer Vielzahl von Einschränkungen unterschiedlicher Art: vor- und nachgelagerte Kapazitäten und Anlagenverfügbarkeiten, mechanische und metallurgische Einschränkungen in Bezug auf die Reihenfolge des produzierten Materials, die Einhaltung von Fälligkeitsterminen, das Anfahren von Stranggießanlage und Walzwerk oder die Berücksichtigung des Walzenverschleißes für hochwertigen Stahl.
Produktionsdruck und unvorhergesehene Ausfälle von Anlagen machen eine schnelle und vor allem reaktive Erstellung von Zeitplänen notwendig.
Heiße Bramme am Ausgang des Wiederwärmofens.
ERHEBLICHE ENERGIEEINSPARUNGEN DURCH BESSERE PRODUKTIONSPLANUNG
Nach der Erzeugung von Brammen in Stranggießanlagen werden sie entweder in einem Brammenlager zwischengelagert, zur Qualitätsverbesserung bearbeitet oder direkt zur Verarbeitung ins Warmwalzwerk transportiert (Heißeinsatz).
Der Großteil der zu walzenden Brammen wird prozess- und planungsbedingt längere Zeit im Brammen-Kaltlager gelagert, kühlt dabei erheblich ab und muss dann im Wiedererwärmofen auf die Walztemperatur von etwa 1000-1100 °C erwärmt werden. Der Einsatz heißer Brammen von der Gießanlage in das Warmwalzwerk mit nur kurzer Wiedererwärmung im Ofen kann die Energieeffizienz erheblich steigern. Durch die Nutzung der in den Brammen gespeicherten Wärme wird der Energieverbrauch und der CO2-Ausstoß des in der Regel mit Erd- oder Hüttengas betriebenen Wiedererwärmofens deutlich reduziert. Hinzu kommt eine Steigerung der Produktivität durch kürzere Aufheizzeiten.
Wegen des stetig steigenden Effizienz- und Nachhaltigkeitsdrucks auf die Stahlhersteller hat sich der Heißeinsatz von Brammen deshalb als bewährtes Verfahren durchgesetzt. Insbesondere aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen an die Produktionsreihenfolge in Hinblick auf Stahlmarken, Breiten und Dicken von Gießbetrieb und Warmwalzwerk kann mit konventionellen Methoden jedoch meist nur ein kleiner Anteil der Brammen für den Heißeinsatz eingeplant werden.
Komplexe Prozessrouten im Stahlwerk.
KI-OPTIMIERTE PRODUKTIONSPLANUNG MIT SST SCHEDULER
Die Planungssoftware SST Scheduler der Firma Smart Steel Technologies (SST) verwendet modernste Optimierungs-Algorithmen unter Einbeziehung von KI-Methoden, um unter Berücksichtigung aller Werkseinschränkungen und Auftragsprioritäten einen optimalen Produktionsplan für alle Prozessschritte von der Behandlung im Sauerstoffaufblaskonverter bis einschließlich des Warmwalzens zu berechnen.
Eine effektive Planung von mehreren Prozessschritten mit optimaler Routenwahl ist entscheidend. Angesichts der hohen Dimensionalität des Problems sind mathematische Algorithmen besser geeignet als manuelle Planung, die arbeitsintensiv ist und aufgrund der hohen Komplexität keine optimalen Ergebnisse liefert. Der Solver ist hocheffizient und ermöglicht jederzeit die erneute Optimierung des Produktionsplans als Reaktion auf Änderungen.
Veränderungen in der Nachfrage oder im Auftragsbestand können dazu führen, dass verschiedene Prozessschritte zu Engpässen werden. Um dem entgegenzuwirken, kann die Kostenfunktion in der Software angepasst werden, um die Nutzung bestimmter Schritte zu priorisieren. Außerdem können Nebenbedingungen hinzugefügt, entfernt oder editiert werden, und Produktionspläne können manuell bearbeitet und dann durch den Solver erneut optimiert werden.
Das Verständnis für die Komplexität der Produktionsprozesse in integrierten Stahlwerken ist der Schlüssel für eine erfolgreiche Implementierung eines Softwareprojekts zur Planungsoptimierung. Daher beginnt jedes Projekt der Firma Smart Steel Technologies damit, dass gemeinsam mit den Stahl- und Walzwerksbetreibern sowie den Planern ein genaues Abbild der Prozesse unter Berücksichtigung möglicher Engpässe und aller prozess- und anlagenbedingten Einschränkungen für die Planung erstellt wird. Einsparpotenziale werden ermittelt und die wichtigsten Werttreiber priorisiert.
Die Hauptziele bei der Implementierung von SST Scheduler sind die optimierte Kapazitätsauslastung, die Risikominimierung aufgrund ungeplanter Ereignisse, inklusive der Möglichkeit, schnell und effizient auf solche Ereignisse zu reagieren, ein höherer Anteil fristgerecht erfüllter Aufträge, und insbesondere auch Energie- und CO2-Einsparungen.
Der Schlüssel zu den Energieeinsparungen liegt in der Erhöhung der durchschnittlichen Eingangstemperatur im Wiedererwärmofen, also in der Steigerung des Anteils der Brammen im Heißeinsatz.