Steuerung und Optimierung metallurgischer Prozesse bei Villares Metals S.A.

Zunehmende Anforderungen an die Stahlqualität und steigende Rohstoffkosten verlangen eine in hohem Maß standardisierte Prozesssteuerung und die optimale Nutzung der verfügbaren Ressourcen. Villares Metals als größter lateinamerikanischer Langproduktehersteller für hochlegierte Spezialstähle und Marktführer in sämtlichen Kernsegmenten entschied sich für ein neues Stahlwerksinformationssystem auf Basis PSImetals, um diesen anspruchsvollen Forderungen gerecht zu werden.

In vielen Stahlwerken erfolgt die Steuerung der metallurgischen Prozesse offline und durch manuelle Vorgaben. Das technologische Prozess-Know-how ist hoch spezifisch und in der Regel kein integraler Bestandteil von MES-Systemen. Somit stehen erforderliche Prozessvorgaben nicht online zur Verfügung. Häufig können bestimmte Stahlqualitäten durch fehlende Nachverfolgbarkeit und Reproduzierbarkeit der Produktion nicht mit der geforderten Zuverlässigkeit produziert werden. Das neue Stahlwerksinformationssystem („Melt Shop Information System“ – MIS) auf Basis PSImetals bietet die vollständige Hinterlegung des technologischen Prozess-Know-hows und integriert alle Funktionen zur Planung, Steuerung und Überwachung der Stahlwerksproduktion. Das System wurde in enger Zusammenarbeit zwischen Villares Metals und PSI Metals realisiert und in Betrieb genommen. PSI Metals Deutschland lieferte alle komplexen metallurgischen und technologischen Funktionen des MIS zur Produktionsplanung, -optimierung und -steuerung. Die Basisautomatisierung und das Berichtswesen wurden von einem brasilianischen Unternehmen geliefert.

Um die Wettbewerbsfähigkeit von Villares Metals beständig zu steigern, geht die Einführung des MIS mit den nachfolgenden Zielen einher:

Qualitätverbesserung
Durch den Einsatz vorkonfigurierter Verfahrensvorschriften und der Standardisierung des Produktionsprozesses wird sowohl die Qualität während der Produktion gesichert als auch die der erzeugten Produkte verbessert. Die produktionsbegleitende Qualitätskontrolle mittels Online-Soll-Ist-Vergleichen ermöglicht die ständige Anpassung der Sollwertvorgaben an den aktuellen Prozess und reduziert damit die Nacharbeit. Die nachträgliche Auswertung und der Vergleich der Soll- und Istdaten erleichtert den Ingenieuren die Anpassung und Entwicklung neuer Standard-Verfahrensvorschriften.

Integrierte Geschäftsprozesse
Die mit PSImetals zu erreichende nahtlose vertikale und horizontale Integration aller Computersysteme vom Shopfloor bis hin zu SAP verbessert das Zusammenwirken der Geschäftsprozesse über alle Ebenen. Die standardisierte Bedienerführung reduziert die Arbeitsbelastung und Fehlermöglichkeit deutlich und erreicht eine Steigerung des Durchsatzes über vereinfachte und schnellere Arbeitsabläufe.

Realitätsnahe Planung
Individuelle qualitätsbezogene Produktionsrouten verbessern die Produktionsplanung und optimieren die Abfolge der Behandlungsschritte unter Berücksichtigung von Kapazität und aktueller Verfügbarkeit sowie Eignung von Anlagen, Stahlpfannen und Gießgeschirren.

Reduzierte Kosten
Für die bessere Rückverfolgbarkeit und Kostenüberwachung werden alle qualitäts- und kostenrelevanten Daten erfasst. Die Materialseinsatzkosten werden durch die Berechnung von Einsatz-, Legierungs- und Schlackenbildnern reduziert. Die Integration aller angeschlossenen Systeme über standardisierte und konfigurierbare Schnittstellen reduziert die IT-Wartungs- und Anpassungskosten.

Die tägliche Schmelzenplanung wird durch die Komponenten PSImetals Planning, PSImetals Production und PSImetals Quality unterstützt. Von SAP werden die Produktionsaufträge für die Schmelzen an PSImetals übergeben. Mit PSImetals wird auf Basis von konfigurierbaren, komplexen Algorithmen die Produktionsreihenfolge automatisch geplant und optimiert. Die Regeln und Restriktionen für die optimierte Reihenfolgeplanung berücksichtigen dabei z. B. nicht nur zulässige Qualitätsübergänge sondern auch die Verfügbarkeit von Gießgeschirr sowie die Eignung von Pfannen mit deren aktueller und zukünftiger Kontamination.

Die Einsatz- und Legierungsoptimierung sichert die optimale Berechnung des Materialeinsatzes nicht nur unter Berücksichtigung der durch den Produktionsauftrag vorgegebenen Qualitätsrestriktionen und der Materialeigenschaften, sondern auch durch die Berücksichtigung aktueller und reservierter Materialbestände und deren zukünftiger Bestandsentwicklung. Außerdem wird ständig auf Basis der Vorausberechung und Reservierung eine Verbrauchsprognose ermittelt, um die Bestellung neuer Rohstoffe rechtzeitig auszulösen.

Während der gesamten Produktion erfolgt eine online Qualitätskontrolle auf Basis der hinterlegten Verfahrensvorschriften und der Rückmeldungen aus dem Prozess. Diese Verfahrensvorschriften beinhalten das gesamte technologische Prozess-Know-how und sind vollständig konfigurierbar. Produktionsrouten, Prozessschritte, Zwischenanalysen, Materialrestriktionen sowie alle Regeln zur Einhaltung der Qualität werden aus den Verfahrensvorschriften als Sollwerte berechnet. Diese werden den Shopfloorsystemen für die Prozesssteuerung übermittelt. Die Verfahrensvorschriften definieren auch Regeln, wie im Falle von Abweichungen zu verfahren ist (Deviation-Management). Bei Abweichungen des Ist vom Soll werden automatisch Nacharbeitsschritte einge- Villares Metals S.A. ist der größte lateinamerikanische Langproduktehersteller von hochlegierten Spezialstahlerzeugnissen und Marktführer in den Kernsegmenten • Schnellarbeitsstähle, • Werkzeugstähle, • Edel- und Ventilstähle sowie • Sonderwerkstoffe und Schmiedeteile für höchste Ansprüche. Als unabhängiges brasilianisches Unternehmen gehört es zum Verbund des börsennotierten Weltmarktführers BÖHLER UDDEHOLM AG Group, einem Unternehmen der voestalpine- AG-Gruppe. Im brasilianischen Sumaré betreibt Villares Metals ein Werk mit Stahlwerk, Schmiede, Walzwerk, Blockwalzwerk, Wärmebehandlung und Adjustage. Das Stahlwerk umfasst: • ein konventionelles Stahlwerk mit Lichtbogen- und Pfannenofen, Vakuumbehandlung, Blockguss und Stranggießanlage sowie • ein Spezialstahlwerk mit Vakuuminduktionsöfen sowie ESUund- und Vakuum-Umschmelzanlagen. Durch den Einsatz modernster Technologie werden anspruchsvollste Qualitätsanforderungen für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, Automobil- und Atomindustrie und in der Medizintechnik erfüllt. leitet und dafür neue Sollwerte erzeugt, wie z.B. das Einfügen zusätzlicher Legierungsschritte bei Analysenabweichungen oder Heizschritte bei zu niedriger Temperatur. Kann trotz Allem eine bestimmte Qualität nicht erreicht werden, so unterstützt PSImetals das Umwerten der Qualität und die Umbuchungen auf andere geeignete Produktionsaufträge.