Der Heißeinsatz als Maßnahme zur kontinuierlichen Kostensenkung in integrierten Hütten hat einen besonderen Stellenwert. Dabei geht es um den Einsatz von noch heißen Brammen in den Nachwärmeofen der Warmwalze direkt nach dem Gießprozess. Dies führt unmittelbar zu Einsparungen im Energieverbrauch, kleineren Vormateriallägern und geringeren Brammenbehandlungskosten. 2011 hat sich die Erdemir-Gruppe gemeinsam mit PSI diesem Thema angenommen und konnte bis heute enorme Verbesserungen erreichen.
Die integrierte Hütte von Isdemir befindet sich im Südosten der Türkei, nahe der Stadt Iskenderun, und ist Teil der Erdemir-Gruppe, dem führenden Anbieter von Flachstahl in der Türkei. Neben dem Werk in Isdemir betreibt die Gruppe auch eine Hütte in Eregli.
Seit 2008 wird in Isdemir neben Langprodukten auch Flachstahl produziert. Dazu wurden zwei Brammen-Stranggussanlagen und ein Warmwalzwerk mit einer Kapazität von 3,5 Millionen Tonnen im Jahr errichtet.
2010, ein Jahr vor dem Go-live der neuen Planungslösung, betrug die Heißeinsatzrate fünf Prozent. Das Ziel war, diesen Wert zu steigern und damit nennenswerte Einsparungen im Energieverbrauch des Nachwärmeofens zu erzielen. Darüber hinaus sollten in Isdemir die Lagerbestände vor der Warmwalze gesenkt, die Lagerbewegungen reduziert und insgesamt geringere Durchlaufzeiten erreicht werden. Erdemir und PSI arbeiteten gemeinsam an einem integrierten Planungskonzept, um die gesteckten Ziele umzusetzen. Heute – vier Jahre nach Inbetriebnahme der Lösung – möchten wir einen Blick auf dieses Projekt werfen und beschreiben, wie diese Erfolgsgeschichte wahr wurde.
Das Hauptziel der neuen Planungslösung war die Maximierung des Heißeinsatzes zwischen Strangguss und Warmwalze.
Wann immer möglich, senken Produzenten den Energieverbrauch, um Brammen auf die gewünschte Walztemperatur von 1200 °C zu erhitzen, indem sie diese so heiß wie möglich in den Ofen vor der Warmwalze einstoßen. Das ist durchführbar, wenn die Brammen direkt nach dem Gießprozess (Direkteinsatz) oder innerhalb von 12 Stunden (Heißeinsatz) gewalzt werden. Die dadurch erzielten Einsparungen an Gas sind enorm.
Jedoch ist ein Direkt- oder Heißeinsatz nicht immer machbar, da bestimmte Stahlgüten eine vorbestimmte Abkühlzeit benötigen, bevor sie wieder erhitzt und gewalzt werden oder den Prozess des Flammstrahlens durchlaufen müssen. Andererseits gibt es auch Stahlgüten, die nur mittels Heißeinsatz zu verarbeiten sind.
Um die Heißeinsatzrate zu erhöhen, reicht eine isolierte Betrachtung der Gieß- oder Walzprogramme nicht aus. Daher betrachtet die PSI-Lösung sowohl die mittelfristige Planung bis zu vier Wochen (midterm) auf einer übergeordneten Ebene, als auch die kurzfristige Sequenzbildung bis zu drei Tagen (shortterm) gleichermaßen. Hierbei sprechen wir von einer integrierten Planung.
Um die Heißeinsatzrate zu erhöhen, reicht eine isolierte Betrachtung der Gieß- oder Walzprogramme nicht aus.
Für die mittelfristige Planung wird täglich ein Flussplan erstellt, der einen Kompromiss zwischen den konkurrierenden Zielen der Serviceleistung, Durchsatzmaximierung und Bestandsführung herstellt. Die Ergebnisse werden einem Auftragssequenzierungsprozess (Order Scheduling) als Ziele zur Verfügung gestellt, welcher einen groben, linienübergreifenden auftrags- und stückbasierten Feinplan für die nächsten vier Wochen erstellt. Dieser Prozess ermöglicht die Simulation der zu erwartenden Produktionstermine für jeden Auftrag an jeder Linie sowie die zu erwartenden Fertigstellungstermine und die Lagerbestände über die Zeit. Übergeordnete technische Randbedingungen, wie Backup-Walzkampagnen, die eine Verschiebung der Liefertermine über mehrere Tage hinaus bewirken können, werden in der Simulation bereits berücksichtigt. Wichtig ist es in dieser Phase, die Strangguss- und Warmwalzsequenzen aufeinander abzustimmen, um eine maximale Anzahl an Heißeinsatzkandidaten zu bilden.
Die anschließende Feinplanung bildet optimierte Sequenzen für die einzelnen Anlagen für die nächsten drei Tage. Dabei werden alle linienspezifischen technischen Randbedingungen wie z. B. Gütenübergänge im Strangguss oder Breitensprünge in der Warmwalze berücksichtigt. Ausgangspunkt sind die vorgegebenen Zieltermine des OrderScheduling-Prozesses. Am Ende werden Sequenzen erzeugt, die für die eigentliche Produktion freigegeben werden können.
Neben der vertikalen Integration der Planungsebenen spielt die horizontale Integration in der Mittelfristplanung zwischen Strangguss und Warmwalze eine Schlüsselrolle.
Die Mittelfristplanung hat zum Ziel, zukünftige Heißeinsatzkandidaten auf Basis des Auftragsbuchs zu identifizieren, und darauf aufbauend abgestimmte Feinpläne für Strangguss und Warmwalze zu erstellen. Die Feinplanung erstellt darauf aufbauend zu produzierende Sequenzen für die entsprechenden Anlagen, berücksichtigt dabei auch die aktuellen Zustände der Anlagen und die tatsächliche Materialverfügbarkeit.
Beide Pläne (mittelfrist, kurzfrist) werden täglich auf den neuesten Stand gebracht. Dazu werden das Auftragsbuch für die nächsten Monate, der aktuelle Materialbestand (WIP) der Vormaterialläger sowie die geplanten Stillstandszeiten in Form von Momentaufnahmen über eine integrierte Schnittstelle direkt aus dem hauseigenen Produktionsmanagementsystem UYS über Nacht oder bei Bedarf vom Planer in das Planungssystem hochgeladen. Zu diesem Zeitpunkt sind die verfügbaren Brammen bereits an die Produktionsaufträge angebunden.
Auf mittelfristiger Ebene erstellt der Planer zuerst eine aus Sicht der Warmwalze ideale Sequenz. Dieser auch Pull-Lauf genannte Schritt hat folgende Ziele:
Randbedingungen am Strangguss werden nicht berücksichtigt. Der Pull-Lauf plant eine maximale Anzahl an Heißeinsatz-Coffins. Zu diesem Zeitpunkt reichen die real verfügbaren Brammen nicht aus, um Walzwerk-Sequenzen für bis zu vier Wochen im Voraus zu bilden. Auch die Stranggusssequenzen sind noch nicht gebildet, weshalb nur auf Prognose-Brammen zugegriffen werden kann, die mit den eingefrorenen Sequenzen zusammen passen. Um dieses Problem zu lösen, werden sogenannte virtuelle Brammen eingeführt, um den Bestand an Brammen zur Sequenzbildung aufzufüllen.
Im nächsten Schritt werden die für die Warmwalze idealen Bedingungen als Randbedingung an die Sequenzbildung des Stranggusses weitergeleitet.
Bei der eigentlichen Stranggusssequenzbildung werden natürlich auch die anlagenspezifischen Bedingungen berücksichtigt. Dadurch wird sichergestellt, dass die Produktionstermine am Strangguss mit den Heißeinsatz-Bedingungen an der Warmwalze abgestimmt sind und eine maximale Anzahl der identifizierten Heißeinsatzkandidaten realisiert werden. Wichtig ist dabei, dass die Auftragslieferzeiten über den Pull-Lauf an der Warmwalze zwar berücksichtigt werden, aber Abweichungen auf Grund der Anforderungen der Auftragsgruppierung zur Bildung der Heißeinsatz-Coffins bewusst in Kauf genommen werden.
Nachdem nun auch die Randbedingungen der Stranggussanlage berücksichtigt wurden, ist es sehr wahrscheinlich, dass nicht alle Heißeinsatz-Coffins so bedient werden können, wie im Pull-Lauf definiert. Daher wird im Push-Lauf die Warmwalzsequenz erneut erzeugt, diesmal allein auf Basis von real existierenden Brammen und geplanten Brammen aus der Stranggusssequenz. Zu diesem Zeitpunkt wurden die zuvor erstellten virtuellen Brammen gelöscht. Eine Besonderheit des Push-Laufs ist, der Versuch die im Pull-Lauf ausgewählten Coffins beizubehalten, dabei aber die Sequenz neu zu optimieren und die zuvor mit virtuellen Brammen gefüllten Coffins mit geplanten Brammen zu füllen.
In der Kurzfristplanung muss der Planer die Strangguss- und Warmwalzsequenzen für die nächsten ein bis drei Tage bilden. Nach Fertigstellung werden die Sequenzen an das UYS-System übertragen. Daher müssen diese Sequenzen auch viel detaillierter sein, als diejenigen, die im Rahmen der Mittelfristplanung erstellt wurden. Das bedeutet die Berücksichtigung aller technischen Randbedingungen der Anlage wie z. B. Weitenübergänge zwischen zwei Brammen. Auf diesen Detaillierungsgrad wird in der Mittelfristplanung aus Performance-Gründen verzichtet, aber auch deshalb, weil erst in der Feinplanung ein exaktes Bild der Produktionssituation für die nächsten Stunden zur Verfügung steht. Oberstes Ziel ist aber nach wie vor, die Heißeinsatz-Coffins aus dem übergeordneten Planungshorizont in den detaillierten Sequenzen umzusetzen.
Die Optimierung des Heißeinsatzes wird in der Kurzfristplanung ausschließlich über das Push-Prinzip realisiert: Zuerst werden die optimierten Stranggusssequenzen unter Berücksichtigung der definierten Kokillen-Kampagnen und Verteiler gebildet.
In einem zweiten Schritt erzeugt der Planer eine Sequenz für die Warmwalze. Dabei wählt er die zu befüllenden Coffins manuell aus. Die in der Mittelfristplanung ausgewählte Coffin wird vom System zwar vorgeschlagen, es obliegt aber dem Planer unter Berücksichtigung der aktuellen Situation an der Stranggussanlage eine andere Form zu wählen. Tatsächlich ist es speziell im Fall von Heißeinsatz-Coffins oft schwer zu verifizieren, ob die Stranggusssequenz alle geplanten Brammen rechtzeitig liefert.
Die Weitergabe der geplanten Brammen von der Gießsequenz ins Brammenlager vor der Warmwalze wird vom UYS organisiert. Sobald die geplanten Brammen gegossen sind, werden aus ihnen real verfügbare Brammen.
Fünf Jahre nachdem das PSImetals Planungssystem zur Heißeinsatzoptimierung in Isdemir eingeführt wurde, sprechen die Ergebnisse eindeutig für den gewählten Ansatz:
Der reduzierte Energieverbrauch leitet sich direkt von der erhöhten Heißeinsatzrate ab. Die geringeren Durchlaufzeiten, die verringerte Anzahl an Brammenbewegungen, sowie die Möglichkeit generell mit kleineren Vormaterialbeständen zu arbeiten, sind der Tatsache geschuldet, dass heiße Brammen unmittelbar nach ihrer Geburt für kurze Zeit in einem bestimmten Bereich des Brammenlagers für den anschließenden Heißeinsatz abgelegt werden und weniger Zugriffe auf „kalte“ Brammen notwendig sind. Schlussendlich führt der Einsatz von heißen Brammen in den Nachwärmeöfen zu einer schnelleren Ofendurchlaufzeit.
Schlussendlich führt der Einsatz von heißen Brammen in den Nachwärmeöfen zu einer schnelleren Ofendurchlaufzeit.