PSImetals bei ArcelorMittal Vega in Brasilien

Automatische Anlagenprogramme für eine höhere Planungseffizienz

Zur Erhöhung der Produktivität bei der Anlagenprogrammplanung mehrerer Linien und zur automatischen Berücksichtigung wirtschaftlicher und technischer Restriktionen hat sich ArcelorMittal Vega für die Einführung des PSImetals Planning Line Schedulers entschieden.

Quelle: ArcelorMittal

Die Reihenfolgebildung an der Beize, den Kaltwalzen, der Galvanisierung und den Haubenglühen erfolgt nun stärker automatisiert. Mit der Einbettung der Lösung in die Planungsphilosophie von ArcelorMittal Flat Carbon Südamerika (FCSA) ist es gelungen, die Planungsprozesse noch stärker zu standardisieren.

Die Verarbeitung der auf dem Seeweg von ArcelorMittal Tubarão an Arcelor- Mittal Vega gelieferten Bänder erfolgt in nachfolgenden Prozessstufen. Durch das Beizen wird die Oxidschicht an der Oberfläche der warmgewalzten Coils in einem kontinuierlichen Prozess entfernt. Die Bänder werden dabei durch Schweißen verbunden und am Ende des Beizvorgangs besäumt. Die gebeizten Coils werden durch anschließendes Kaltwalzen in ihrer Dicke reduziert. Nach dem Walzen wird das Coil gemäß Kundenanforderungen auf zwei unterschiedliche Arten weiterbehandelt. Per Galvanisierung werden die Bänder mit einer feinen Zink- oder Zink-Eisenschicht beschichtet, um die Korrosionsresistenz des Stahls zu erhöhen. Bei unbeschichteten Erzeugnissen folgt die Wärmebehandlung in den Haubenglühen zur Wiederherstellung der mechanischen Eigenschaften des Stahls. Im anschließenden Dressierwalzen wird die Planheit korrigiert und die erwünschte Rauigkeit des Produktes eingestellt.

Technische Herausforderungen

Die einzelnen Anlagen auf den genannten Produktionsstufen bei ArcelorMittal Vega sind sehr komplex und unterscheiden sich durch technische Einschränkungen wie die Anlagenabmessungen bzgl. zu bearbeitender Materialien (Breite, Dicke, Länge), die Kapazität der Öfen oder Restriktionen der Schweißmaschine u. a., wodurch wiederum weitere Einschränkungen im Prozess entstehen. Darüber hinaus können die spezifischen Kundenanforderungen die Produktspezifikationen hinsichtlich Materialtypen, Oberflächenqualität und mechanischer Eigenschaften weiter einschränken. Um während der Produktionsplanung die anlagenbedingten Einschränkungen mit den verschiedenen Kundenanforderungen für das zu produzierende Material in Einklang zu bringen, werden je Anlage individuelle Produktionssequenzen, sogenannte Anlagenprogramme, benötigt.

Ausgangssituation Planung

Die bisherige Erzeugung derartiger Anlagenprogramme erfolgte durch Tabellenkalkulationen in Excel in Verbindung mit dem hauseigenen Produktionssteuerungssystem (GPAO). Dazu wurden aus der GPAO-Datenbank die Informationen über zu produzierende Coils in Excel importiert. Anschließend planten die Programmierer manuell die Reihenfolge des Materials unter Berücksichtigung der Sequenzierungsregeln für jede Linie.

Da Excel keine Systemeinschränkungen bei Regelverletzungen lieferte, benötigten die Programmierer langjährige Erfahrungen zum Erstellen praktikabler Produktionssequenzen.

Nach Erstellung der Anlagenprogramme wurden die Daten vom Programmierer manuell in das GPAO-System eingegeben: Coil für Coil, gemäß der in Excel geplanten Reihenfolge. Das GPAO-System sendete anschließend diese Programme als Produktionsvorgaben an das Level 2 System.

Sowohl die manuelle Reihenfolgebildung als auch die manuelle Dateneingabe waren sehr aufwändig. Da das gesamte Verständnis über den Betriebsablauf in den Köpfen der Programmierer verlief, war dieses Verfahren zudem sehr fehleranfällig und von geringer Produktivität.

Ziele und Projektmethodik

Höchstes Projektziel war daher die Automatisierung der Anlagenprogrammbildung für die Bereiche Beizen, Kaltwalzen, Galvanisierung und Haubenglühen. Mit dem Einsatz von PSImetals als neues Planungssystem sollten folgende Ziele erreicht werden:

  • Automatische Berücksichtigung anlagen-, prozess- und ablaufbedingter Einschränkungen bei der Reihenfolgebildung (u. a. Breiten, Dicken, Materialkombinationen je Qualität und Güteklasse, Maximal- und Minimalchargen je Auftrag/je Anlage)
  • Ermöglichen einer prioritätsgesteuerten Programmerzeugung unter Berücksichtigung von Zielen hinsichtlich Wirtschaftlichkeit, Produktion und Qualität
  • Unterstützung des Programmierers bei der Entscheidungsfindung durch Identifizierung kritischer Punkte (z. B. Warnhinweise bei Regelverletzungen)
  • Steigerung der Produktivität im Planungsteam durch vereinfachtes und schnelleres Erstellen von Anlagenprogrammen, stärker standardisierte Prozesse und weniger manuelle Eingriffe
  • Reduzierung von Durchlaufzeiten, Umlaufbeständen (WIP) und Fertigmaterialbeständen, sowie weniger Ausschuss
Anlagenspezifische Reihenfolgebildung bei AM Vega
Anlagenspezifische Reihenfolgebildung bei AM Vega am Beispiel der Galvanisierung. Quelle: AM Vega

Das Projekt wurde durch den Bereich „Integriertes Prozessdesign“ bei AM Vega unter Einbeziehung der Abteilungen Planung und Informatik koordiniert. Zum Erreichen standardisierter, standortübergreifender Planungsprozesse wurde darüber hinaus auch die Informatikabteilung des Rohmateriallieferanten AM Tubarão involviert. Die Projektplanung erfolgte unter Anwendung der DMADV-Methode für die Einführung neuer Produkte und/oder Prozesse (Design for Six Sigma).

Umsetzung mit PSImetals

Der PSImetals Planning Line Scheduler ermöglicht die Anlagenprogrammbildung für verschiedenste Produktionsanlagen in der Metallerzeugung. AM Vega erstellt mit PSImetals Simulationen und optimierte Reihenfolgepläne der zu verarbeitenden Materialien für die Produktionslinien Beize/Kaltwalzen, Galvanisierung 1 & 2 sowie Haubenglühen und berücksichtigt dabei unterschiedliche Sequenzierungsregeln je Anlage. Interne Softwaremodelle spiegeln die Regeln und Restriktionen der Produktion wider und ordnen diesen Bewertungskriterien zu. Über diese Prioritäten kann der Entscheidungsprozess gesteuert werden und es ist möglich, eine optimale Lösung für die Einsatzreihenfolge der zur produzierenden Coils vorzuschlagen.

Für jede Produktionsanlage erfolgte eine spezifische Systemkonfiguration unter Berücksichtigung der jeweiligen Besonderheiten:

  • Abmessungen der zu verarbeitenden Coils
  • Materialtypen, die die Anlage verarbeiten kann
  • physikalische Einschränkungen der Anlage
  • betriebsbedingte Festlegungen wie:

    • Priorität verspäteter oder verfrühter Aufträge (X Tage verspätet bzw. um Y Tage zu früh fertig gestellte)
    • Kombination von weiterzuverarbeitenden Coils (z. B. Besäumung von Coils)
    • Verknüpfungen von Materialtypen (z. B. Produktion von Materialien mit eingeschränkter Oberflächenqualität vor oder nach anderen Materialtypen)

Für die Planung der Beiz- und Galvanisierungsanlagen gibt der Nutzer an, welches Produktionsprogramm oder welchen Produktionsabschnitt er simulieren will. PSImetals liefert dann eine optimierte Reihenfolge, in der möglichst viele der zu befolgenden Regeln und Restriktionen berücksichtigt werden. Bei der Planung der Haubenglühen gibt der Planer die Materialmenge und die ungefähre Anzahl der zu produzierenden Chargen an. Das System findet dann die besten Coil-Kombinationen.

Für alle Anlagen berücksichtigt PSImetals die technischen und wirtschaftlichen Anforderungen und führt den Planer bei seiner Entscheidungsfindung. Werden Vorschriften oder Verfahrensweisen nicht eingehalten, erfolgt eine automatische Warnung. In einer speziellen Ansicht werden darüber hinaus alle kritischen Vorschriften aufgelistet, die vom Planer nicht eingehalten wurden.

Verschiedene grafische Oberflächen ermöglichen dem Nutzer, die Liste der vorgeschlagenen Coils zu analysieren und ggf. abzuändern:

  • Anzeige der Menge des geplanten Materials
  • Anzeige des zur Programmierung verfügbaren Materials
  • Hinzufügen, Entfernen oder Austauschen von Coils in Simulationen
  • Produktion eines oder mehrerer Coils festlegen
  • Erstellen neuer Simulationen

Nach Abschluss aller Änderungen kann der Planer das Anlagenprogramm zur Verarbeitung freigeben.

ArcelorMittal Vega produziert im Werk São Francisco do Sul (Brasilien) Flachstahl durch Kaltwalzen, Beizen und Galvanisieren. Quelle: ArcelorMittal

Integration mit dem MES-System

Das Produktionsplanungs- und Steuerungssystem GPAO (Level 3) übernimmt die Produktionsüberwachung, Positionsverfolgung für Läger und Kräne sowie die Materialverfolgung inklusive Planung, Produktionsablaufverfolgung und Qualitätsüberwachung. Das System ist sowohl mit dem PSImetals Planning Line Scheduler als auch mit den Automatisierungssystemen (Level 2) bei ArcelorMittal Vega integriert. PSImetals erhält vom GPAO die für die Planung verfügbaren Coils, optimiert deren Reihenfolge und sendet diese anschließend als Anlagenprogramme zurück. Diese Programme können im GPAO angezeigt, verfolgt und auch direkt durch den Nutzer geändert werden. So kann der Nutzer geplante Produktionssequenzen ändern oder auch stornieren. Stornierte Coils stehen dann in PSImetals automatisch für eine erneute Einplanung zur Verfügung.

Erreichte Ergebnisse

Mit der Einführung des PSImetals Planning Line Scheduler wurde die Erstellung der Anlagenprogramme stärker automatisiert, systematisiert und standardisiert. Diese Standardisierung führte zu 57 % mehr erzeugten Anlagenprogrammen in der gleichen Zeit, wodurch wiederum mehr Zeit für die Qualitätsanalyse der Produktionsanweisungen selbst zur Verfügung steht. Die hohe Zuverlässigkeit bei der Berücksichtigung der technischen und wirtschaftlichen Anforderungen während der Reihenfolgebildung resultierte außerdem in verringertem Materialausschuss und geringeren WIP-Lagerbeständen.

Der Produktivitätszuwachs im Planungsteam spiegelt sich auch in einer besseren Kontrolle der Bereichskennzahlen wider. Es wurden nachfolgende Produktivitätszuwächse in der Planungszeit für die nachfolgenden Produktionslinien erreicht:

Produktionslinie Zuwachs
Beizen/Kaltwalzen 60%
Galvanisierung 1 50%
Galvanisierung 2 50%
Haubenglühen 66%*

* geschätzt

Diese Ergebnisse wurden nicht zuletzt durch eine sehr gute Zusammenarbeit zwischen den Bereichen der Entwicklung von Techniken zur Produktionssteuerung (FTXD), der Produktionsprogrammplanung (CPV), der Informatik (FTPV) und PSI Metals als Software-Lieferanten erreicht. Der Einsatz des PSImetals Planning Line Schedulers bei AM Vega unter gleichzeitiger Anwendung der Planungsphilosophie von ArcelorMittal Flat Carbon South America hat darüber hinaus die Integration zwischen den Betrieben Vega und Tubarão verbessert.