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Prozessoptimierung<br />
Einsatz von Agententechnologie<br />
in der Produktionsplanung<br />
und -steuerung
Überblick<br />
• Unser Unternehmen<br />
• Stahlerzeugung, ein High-Tech-Prozess<br />
• Problembeschreibung & Lösungsskizzen<br />
• Ausblick<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 2
Saarstahl Produktionsfluss<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 3
Unser Unternehmen<br />
S A A R L A N D<br />
Dillingen<br />
• ROGESA (Roheisen)<br />
• ZKS (Koks)<br />
Völklingen<br />
• LD-Stahlwerk<br />
• Mittelstahlstraße<br />
• Saarschmiede<br />
Carling (F)<br />
• Kokerei<br />
Saarbrücken<br />
Auersmacher<br />
• Kalksteingrube<br />
Burbach<br />
• Drahtstraße<br />
Neunkirchen<br />
• Feinstahlstraße<br />
(Draht/Stab)<br />
• Drahtstraße<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 4
Unser Unternehmen<br />
Produkte<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 5
Unser Unternehmen<br />
Weiterverarbeitung in der Automobilindustrie (1)<br />
4<br />
3<br />
1 2<br />
Etwa 60% unseres Edelstahlund<br />
gehobenen Qualitätsstahl-<br />
Programms werden direkt oder<br />
indirekt in der Automobilindustrie<br />
verarbeitet.<br />
1 Getriebe 40%<br />
2 Aufhängung/Federung 20%<br />
3 Reifen 20%<br />
4 Motor 15%<br />
sonstiges 5%<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 6
Unser Unternehmen<br />
Weiterverarbeitung in der Automobilindustrie (2)<br />
• Sicherheitsteile für Bremsen, Lenkung<br />
• Getriebeteile<br />
• Achsteile<br />
• Zündkerzen<br />
• Kurbelwellen<br />
• Nockenwellen<br />
• Kugellager<br />
• Federn<br />
• Schrauben, Bolzen, Muttern<br />
• Steelcord<br />
• Pleuel<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 7
Überblick<br />
• Unser Unternehmen<br />
• Stahlerzeugung, ein High-Tech-Prozess<br />
• Problembeschreibung & Lösungsskizzen<br />
• Ausblick<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 8
RE-Anlieferung<br />
• Anzahl Torpedopfannen: 23<br />
• Füllgewicht: 160 t RE<br />
• Haltbarkeit: ca. 1200 Fahrten<br />
Das flüssige RE wird durch SBB in Torpedopfannen<br />
von Dillingen nach Völklingen (Entfernung: 16 km) transportiert.<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 9
LD-Stahlwerk<br />
Schrottlager<br />
Roheisenanlieferung<br />
Roheisenentschwefelung<br />
LD-Konverter<br />
Sekundärmetallurgie<br />
Stranggießanlagen<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 10
Konverter - Betrieb<br />
• Konvertierung „Roheisen → Stahl“<br />
durch Einblasen von Sauerstoff<br />
• ≥ 600 unterschiedliche Stahllegierungen<br />
werden hier erstellt<br />
•Toleranzen einzelner<br />
Zuschläge liegen oft nur im<br />
Hundertstel Prozent-Bereich<br />
• Abstichgewicht (flüssig): ~ 170 t<br />
• LD-Stahlwerk verfügt über 3<br />
Konverter<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 11
LD-Stahlwerk<br />
Schrottlager<br />
Roheisenanlieferung<br />
Roheisenentschwefelung<br />
LD-Konverter<br />
Sekundärmetallurgie<br />
Stranggießanlagen<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 12
Sekundärmetallurgie – RH-Anlage<br />
• Beispiel RH-Anlage:<br />
• Wasserstoff-, Kohlenstoff- und<br />
Sauerstoffregulierung<br />
→ für kundenspezifische,<br />
qualitative Anforderungen an<br />
gewisse Eigenschaften des<br />
Produkts (z. Bsp. Kristallstrukturen)<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 13
LD-Stahlwerk<br />
Schrottlager<br />
Roheisenanlieferung<br />
Roheisenentschwefelung<br />
LD-Konverter<br />
Sekundärmetallurgie<br />
Stranggießanlagen<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 14
Stranggießanlagen<br />
• 4 Stranggießanlagen mit je<br />
6 Strängen<br />
• Einsatz von Soft Reduction:<br />
• Durch Druck von außen und Besprühen mit<br />
Sekundär-Kühlwasser wird im Be- reich der<br />
Sumpfspitze (Position der vollständigen<br />
Erstarrung) eine Ver- besserung der<br />
Kernseigerung erzielt<br />
• Die Sumpfspitze wird hierbei in Abhängigkeit<br />
von Qualität, Strangformat,<br />
Gießgeschwindigkeit, etc. berechnet<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 15
Struktur der Sekundärmetallurgie<br />
K 1<br />
K 2<br />
Ind.Ofen<br />
Spülstand 1<br />
Spülstand 2<br />
Spülstand 4<br />
RH - Anlage<br />
ASE - Anlage<br />
TN - Anlage<br />
Strangguß<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 16
Verbindung zur Agententechnologie<br />
• Der Agent ist der elektronische Verwalter der Interessen<br />
unserer Kunden in unserem Unternehmen.<br />
• Der jedem Fertigungsauftrag zugeordnete Agent hat die<br />
Aufgabe, das vom Kunden gewünschte Produkt zum<br />
vorgesehenen Zeitpunkt in der vorgegebenen Qualität und<br />
Quantität entstehen zu lassen.<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 17
MasDISPO<br />
Multiagententechnologien zur Stahlwerks-Disposition<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 18
• Generisches, agentenbasiertes Online-System zur Planung,<br />
Steuerung und Überwachung der Produktion im Stahlwerk<br />
Völklingen<br />
• Entwicklung in Kooperation mit dem DFKI<br />
(Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz)<br />
• Vision:<br />
Agentenbasierte Planung und Koordination sämtlicher<br />
Prozesse innerhalb der Supply Chain der Saarstahl AG<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 19
Exkurs: Agentensysteme<br />
Was ist ein Agent?<br />
…gekapseltes Computersystem – in einer Umgebung eingebettet – , welches<br />
fähig ist, flexibel und autonom in dieser Umgebung Aktionen durchzuführen,<br />
um seine Ziele zu erreichen… (Wooldridge)<br />
• Kontrolle über internen Zustand und eigenes Verhalten<br />
• Kontrolliert seine Umgebung über Sensoren und beeinflusst sie über Effektoren<br />
• Reaktiv: Er reagiert auf Veränderungen seiner Umwelt<br />
• Proaktiv: agiert in Antizipation seiner eigenen Ziele<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 20
Exkurs: Agentensysteme<br />
Was ist ein Agent?<br />
…gekapseltes Computersystem – in einer Umgebung eingebettet – , welches<br />
fähig ist, flexibel und autonom in dieser Umgebung Aktionen durchzuführen,<br />
um seine Ziele zu erreichen… (Wooldridge)<br />
Was ist ein Multiagentensystem?<br />
... System von mehreren homogenen oder unterschiedlich spezifiziert handelnden<br />
Softwareagenten, welche als Kollektiv ein<br />
komplexes (verteiltes) Problem lösen...<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 21
Überblick<br />
• Unser Unternehmen<br />
• Stahlerzeugung, ein High-Tech-Prozess<br />
• Problembeschreibung & Lösungsskizzen<br />
• Ausblick<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 22
Planungsgegenstand<br />
LD-Stahlwerk<br />
Schrottlager<br />
Roheisenanlieferung<br />
Roheisenentschwefelung<br />
LD-Konverter<br />
Sekundärmetallurgie<br />
Stranggießanlagen<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 23
MasDISPO<br />
Probleme, die im besonderen Maße zu beachten waren:<br />
• Komplexer, abweichungsanfälliger Prozess<br />
• Automatisches Planen mit manuellen Eingriffsmöglichkeiten<br />
• Was-wäre-wenn-Analysen mittels Simulation, um bessere<br />
Entscheidungen treffen zu können<br />
• Übersichtliche, graphische interaktive Darstellung<br />
• Komplexes Regelwerk für die Wiederverwendung der Pfannen<br />
• Enges Zeitfenster für die Temperaturführung<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 24
Planungsgegenstand<br />
Stahlwerk - Aggregatmodellierung<br />
„Konverterpool“<br />
Stranggießanlagen<br />
D4<br />
SG4<br />
K3<br />
S3<br />
S4<br />
D3<br />
SG3<br />
K2<br />
S2<br />
TN RH ASE DR<br />
D2<br />
SG2<br />
K1<br />
S1<br />
Sekundärmetallurgie<br />
D1<br />
SG1<br />
P1<br />
...<br />
Pn<br />
D0<br />
SG0<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 25
MasDISPO - Aufgabenskizze<br />
• Eingabe: Tagessollprogramm<br />
Chargen, Sequenzen (in totaler Ordnung)<br />
• Berechnung initialer Lösung<br />
• Aggregatbelegungen, Pfannenbelegungen<br />
• Laufender Betrieb:<br />
• Beobachtung und Vergleich der Ist-Daten mit den Plandaten<br />
• Gegebenenfalls Störungsbehandlung<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 26
MasDISPO<br />
„Konverterpool“<br />
Stranggießanlagen<br />
D4<br />
SG4<br />
K3<br />
S3<br />
S4<br />
D3<br />
SG3<br />
K2<br />
S2<br />
TN RH ASE DR<br />
D2<br />
SG2<br />
K1<br />
S1<br />
Sekundärmetallurgie<br />
D1<br />
SG1<br />
Forward Propagation<br />
D0<br />
SG0<br />
Backward Propagation<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 27
Initiallösung<br />
SGA0<br />
SGA1<br />
SGA2<br />
Minimale Rüstzeiten<br />
SGA3<br />
SGA4<br />
Pufferzeit<br />
t<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 28
Initiallösung<br />
SGA0<br />
SGA1<br />
SGA2<br />
Minimale Rüstzeiten + Verteilte Pufferzeit<br />
SGA3<br />
SGA4<br />
t<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 29
Pfannensuchalgorithmus<br />
• Pfannenplanung<br />
• Ziel: korrekte und durchführbare Zuordnung<br />
• “unnötiges Vagabundieren” vermeiden<br />
• Problematik von Einzelchargen mit Sonderbedingungen in<br />
Bezug auf ihre Position im Tagessollprogramm erfassen<br />
• Berechnung über:<br />
• Kompatibilitätsmatrix<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 30
Kompatibilitätsmatrix<br />
Vorgängercharge<br />
Einzuplanende<br />
Charge<br />
m1<br />
m1<br />
0<br />
m2<br />
0<br />
my<br />
⋯<br />
mn<br />
m2<br />
1<br />
⋱<br />
mx<br />
⋮<br />
0 ∨ 1<br />
mn<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 31
Berechnung von Lösungen<br />
Px<br />
ci<br />
L5<br />
...<br />
Ln<br />
Py<br />
cj<br />
L9<br />
...<br />
Ln<br />
Pz<br />
ck<br />
L6<br />
...<br />
Ln-3<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 32
Berechnung von Lösungen<br />
• Sortiere Chargen in chronologische Ordnung<br />
• Füge Kante für alle potentiellen und zeitlich verfügbaren<br />
Nachfolgerpfannen ein<br />
• Graphnormalisierung<br />
• Suche & Normalisierung<br />
• Für eine gegebene Menge von n Pfannen sucht man nun in<br />
dem Graph nach n Pfaden, so dass jeder Knoten mit<br />
mindestens einer Pfanne „gelabelt“ ist<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 33
MasDISPO<br />
• Problemklassifizierung:<br />
• Online Scheduling Problem in Bezug auf die „fixen“ Aggregate im<br />
Stahlwerk<br />
• Online Planning Problem in Bezug auf die Pfannenproblematik<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 34
MasDISPO<br />
Agentenzuordnung<br />
• Jedes Aggregat als Agent modelliert<br />
• Überwachung und „Pflege“ des eigenen Schedules über den<br />
vorgegebenen Planungshorizont (-> Tagessollprogramm)<br />
• Jede Charge als Agent modelliert<br />
• Kontrolle über den eigenen Schedule über den Zeitraum der<br />
„Lebensdauer“ einer Charge (Blasanfang - Gießende)<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 35
MasDISPO<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 36
MasDISPO<br />
3-Tier-Architektur DISPO-System<br />
Client<br />
DB<br />
Client<br />
Stahlwerk<br />
Planer<br />
Client<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 37
Überblick<br />
• Unser Unternehmen<br />
• Stahlerzeugung, ein High-Tech-Prozess<br />
• Problembeschreibung & Lösungsskizzen<br />
• Ausblick<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 38
Saarstahl Produktionsfluss<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 39
DISPO xt<br />
Web-Service Interface für (Externe) Partner<br />
Portalinformationen<br />
für Roheisenlieferant,<br />
z.B. erwartete<br />
Liefermengen,<br />
Abnahmeprobleme<br />
Portalinformationen<br />
für Walzwerke und<br />
Abnehmer von<br />
Rohstrang,<br />
z.B. Status des<br />
Auftrags<br />
Mengeninformation und<br />
metallurgische Angaben<br />
AS-DOA<br />
Client<br />
Feinabstimmung bei<br />
Auftragsabwicklung<br />
(z.B. Ausliefertermin)<br />
DB<br />
Planner<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 40
DISPO xt<br />
„Arbeitsgang“ /<br />
„Produktionsstufe“<br />
...<br />
Erschmelzen<br />
Umblocken<br />
Walzen<br />
Glühen<br />
Beizen<br />
Richten<br />
Adjustage<br />
Versand<br />
...<br />
Aktueller Zeitpunkt<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
Kundenwunschtermin<br />
t<br />
21.4.2009 41
KaPlan<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 42
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 43
„Arbeitsgang“ /<br />
„Produktionsstufe“<br />
...<br />
Erschmelzen<br />
Umblocken<br />
Walzen<br />
Glühen<br />
Beizen<br />
Richten<br />
Adjustage<br />
Versand<br />
...<br />
Aktueller Zeitpunkt<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
Kundenwunschtermin<br />
LZPPL<br />
t<br />
21.4.2009 44
Bewertung und offene Fragen<br />
Ihre Fragen ?<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 45
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit<br />
Agenten in der Automatisierungstechnik<br />
21.4.2009 46
Change language