Optimierung

Beobachter, Prognose, Optimierung.

Optimierungsaufgaben für Produktionsprozesse können aufgrund zahlreicher Einflussfaktoren und auch teils widersprüchlicher Optimierungskriterien sehr schnell sehr komplex werden. celano setzt hierfür ein dreistufiges Optimierungsmodell ein.


Dieses lässt sich universell an die unterschiedlichsten Optimierungsanforderungen und Produktionssituationen anpassen.

OPTIMIERUNG
Produktionsprozesse

Basierend auf unseren Erfahrungen und Simulationsergebnissen (z. B. Strömungssimulation durch Lösung der Navier-Stokes-Gleichungen) erfolgt vorab eine exakte Modellierung des Prozesses. Diese Modellierung dient der Parallelrechnung des Beobachters als Grundlage für die Berechnung des aktuellen Prozesszustandes. Die Prognose ermittelt anschließend zukünftige mögliche Prozesszustände. Diese werden abschließend von der Optimierung zur Bestimmung der Sollwerte verwendet, die zum gewünschten optimalen Prozess führen. Je nach Anforderung geschieht dies durch lineare oder nichtlineare Algorithmen.

Abb.:  Das Drei-Stufen-Modell zur Optimierung der Sollwerte für die Ofentemperatur (Bsp.)

Optimierung celFCS

celano Furnace Control System – Energieeinsparung und verringerte Qualitätsstreubreite.

celFCS - sim

Der Ofensimulator celFCS - sim kann für verschiedene Einsatzmöglichkeiten verwendet werden: Für nachgeschaltete Analysen bereits erfolgter Glühungen werden archivierte Prozessdaten eingelesen und die Glühung noch einmal nachgefahren („Was war da los?“). Durch die Vorgabe theoretischer Daten kann der Ofensimulator die Projektierung neuer Öfen unterstützen („Was wäre, wenn?“).

Abb.: 
Das Ofenführungssystem celFCS - rhf –
Schematischer Temperaturverlauf in einem Wiedererwärmungsofen

celFCS - tef

celFCS - tef (tempering furnace) für Vergütungsöfen gibt zyklisch die Sollwerte für die Ofenraumtemperaturen und die Sollgeschwindigkeiten für die einzelnen Rollgänge vor.

Die Berechnung der erforderlichen Materialgeschwindigkeit und der Lücken erfolgt vor Eintrag des Materials in den Ofen und danach parallel unter Berücksichtigung der geometrischen, thermodynamischen und qualitätsrelevanten Vorgaben und zulässigen Toleranzen.

Störungen im Produktionsablauf (z. B. Pendeln, Kaltziehen) werden direkt durch Geschwindigkeitsanpassungen kompensiert. Durch den Einsatz der Optimierung lässt sich die Qualität des vergüteten Materials durch eine bessere Einhaltung der zulässigen Toleranzen verbessern.

Die Produktionsleistung wird durch den Einsatz von celFCS - tef gesteigert, indem z. B. Wartezeiten durch ein rechtzeitiges Umstellen der Ofenraumsolltemperaturen reduziert werden und die Auslastung des Ofens durch die optimierte Vorgabe der Materialeintragszeitpunkte verbessert wird.

celFCS - rhf

celFCS - rhf (reheating furnace) für Wiedererwärmungsöfen berechnet sowohl die Temperaturen des Nutzgutes im Ofen (in Abhängigkeit von Geometrien und Legierungsanteilen) als auch die Ofenraumtemperaturen durch eine mehrdimensionale Betrachtung.

Darauf aufbauend werden die Solltemperaturen zur Erreichung der Ziehtemperaturprofile für den Ofen bestimmt. Mit der Optimierung werden sowohl der Energieverbrauch als auch die Verzunderung minimiert.

celFCS - rhf berücksichtigt folgende Optimierungskriterien:

  • maximale und minimale Temperatur in den verschiedenen Zonen
  • maximale Gasmenge pro Zone
  • maximal erlaubter Aufheizgradient in jeder Zone
  • maximale Oberflächen- und Kantentemperaturen
  • Prioritätenbildung
  • geplante und ungeplante Stillstandszeiten

celFCS - bas

celFCS - bas (batch annealing shop) für Haubenglühöfen dient zur Vorausberechnung eines Sollwertsatzes für einen gegebenen Stapel (Haltezeit, Dauer der Heizhaubenkühlung, Start der Schnellkühlung, Abpacktemperatur). Hierdurch werden Zweitglühungen vermieden und ein breiteres Spektrum von Coilkombinationen ermöglicht (unterschiedliche Abmessungen, unterschiedliche Legierungen, unterschiedliche Zielqualitäten). Wird eine Heizhaubenkühlzeit vorgegeben, berechnet das Modell die daraus resultierende Heizzeitverkürzung und verringert dadurch gleichzeitig die Klebergefahr.

Abb.: Schleppversuch Drehherdofen – Vergleich zwischen gemessener und gerechneter Kerntemperatur

celFCS - cal

celFCS - cal (continuous annealing line) für Banddurchlauföfen steuert die Gasmengen bzw. Ofenraumtemperaturen und führt den Ofen durchgehend. Hierbei wird nicht nur die Erwärmung sondern auch die Abkühlung (Jetkühlung) berücksichtigt. Durch die Vorgabe der Ofenraumtemperaturen werden definierte Temperaturprofile des Materials erzielt. celFCS - cal führt zu einer Verbesserung der Produktqualität, da bei einer Geschwindigkeitsreduktion schnell reagiert wird.

Die Anzahl der wegen Überhitzung abzuwertenden Bänder und die Streuung von Temperaturabweichungen werden minimiert. Zusätzlich erfolgt eine Vereinheitlichung der Ofenführung.

Optimierung celSSR

celano Scheduling Scarce Resources – Optimale Ausnutzung der Ressourcen.

Die wachsende Flexibilität der Produktion, die sich sowohl in einem reichhaltigen Produktmix als auch in kleinen Losgrößen widerspiegelt, und die steigenden Anforderungen an die Produktqualität stellen einen hohen Anspruch an eine Planung und Optimierung der Produktionsabläufe. Eine weitere Herausforderung stellen die komplexen Produktionswege mit ihren Wechselwirkungen dar.

Abb.: Beispiel einer Optimierung

celSSR

celano hat hierfür das Produktionsplanungstool celSSR entwickelt, mit dessen Einsatz eine optimale Ausnutzung der Ressourcen erreicht und somit die Produktionsleistung gesteigert wird.

Mithilfe des integrierten grafischen Editors lässt sich das Regelwerk, das sich durch die Produktionsanforderungen ergibt, auf einfache Art und Weise erfassen.

Das Ergebnis der Optimierung, z. B. die ermittelte Produktionsreihenfolge, kann sowohl in Tabellenform als auch als Gantt-Chart dargestellt werden. 

Mit celSSR werden die Produktionsaufträge optimal auf die vorhandenen Aggregate und Produktionsanlagen aufgeteilt. Die Effizienz kann durch den gleichzeitigen Einsatz des Ofenführungssystems celFCS gesteigert werden, da die thermischen Umstellvorgänge im Ofen sich umso besser und effektiver optimieren lassen, je mehr Materialien im Vorlauf bekannt sind.