DE19912221B4

DE19912221B4 - Computersystem zur Auslegung einer Anlage der Grundstoffindustrie, insbesondere eines Walzwerks

Info

Publication number: DE19912221B4
Application number: DE19912221A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Peuker; Holger Dipl.-Ing. Müller
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1998-08-11
Filing date: 1999-03-18
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2019-03-19
Also published as: DE19912221A1

Abstract

Computersystem zur Auslegung einer Anlage der Grundstoffindustrie, wobei das Computersystem ein Optimierungsmodul zur automatischen Auslegung der Anlage der Grundstoffindustrie, sowie ein Simulationsmodul zur Überprüfung der vom Optimierungsmodul ermittelten Auslegung der Anlage der Grundstoffindustrie aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Computersystem zur Auslegung einer Anlage der Grundstoffindustrie, wobei das Computersystem ein Simulationsmodul zur Auslegung der Anlage der Grundstoffindustrie aufweist.

Bei der Auslegung von Anlagen der Grundstoffindustrie, insbesondere bei der Auslegung von Walzwerken, stellt die sich ständig wiederholende Aufgabenstellung der technologischen Analyse der entsprechenden Anlagen mit unterschiedlichen Betrachtungsschwerpunkten ein Problem dar. Dazu können z.B. off-line Simulationen durchgeführt werden. Dabei ist es von grundlegender Bedeutung, eine hohe Effektivität bezüglich Software-Güte und Daten-Management zu erreichen, was wiederum zu einer verbesserten Auslegung einer entsprechenden Anlage führt. Neben einem verminderten Aufwand an Entwicklungskosten bedeutet dies vor allem die Möglichkeit, in einer für die Projektierung einer Anlage zur Verfügung stehenden Zeit Berechnungen mit höherer Genauigkeit durchzuführen. Unter Berücksichtigung der Bedeutung einer guten Auslegung einer entsprechenden Anlage (z.B. bei einer Investitionssumme von DM 500 Millionen und mehr und Anlagendurchsätzen von DM 1 – 3 Millionen Tonnen Stahl pro Jahr und mehr) stellt eine optimale Auslegung einer Anlage der Grundstoffindustrie, insbesondere eines Stahlwerks, einen deutlichen Marktvorteil dar. Entsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Computersystem für eine verbesserte Auslegung einer Anlage der Grundstoffindustrie, anzugeben.

Die Aufgabe wird durch ein Computersystem zur Auslegung einer Anlage der Grundstoffindustrie gelöst, wobei das Computersystem ein Simulationsmodul zur Auslegung der Anlage der Grundstoffindustrie sowie ein Optimierungsmodul zur Bestimmung von Startwerten und/oder Parametern für das Simulationsmodul aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, eine besonders günstige Auslegung einer Anlage der Grundstoffindustrie zu erreichen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Simulationsmodul ein Modell der Anlage der Grundstoffindustrie auf.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Optimierungsmodul ein vereinfachtes Modell der Anlage der Grundstoffindustrie auf.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung berücksichtigt das Optimierungsmodul Nebenbedingungen bei der Auslegung der Anlage der Grundstoffindustrie.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Computersystem ein Kompromißmodul zur Festlegung von Bewertungskriterien für eine Nutzwertanalyse für das Simulationsmodul und/oder das Optimierungsmodul auf.

In alternativer und erfinderischer Weise wird oben bezeichnete Aufgabe außerdem durch ein Computersystem zur Auslegung einer Anlage der Grundstoffindustrie gelöst, wobei das Computersystem ein Simulationsmodul zur Auslegung der Anlage der Grundstoffindustrie sowie ein Kompromißmodul zur Festlegung von Bewertungskriterien für eine Nutzwertanalyse für das Simulationsmodul aufweist.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Computersystem eine Materialdatenbank zur Speicherung von Materialeigenschaften von zu walzenden Metallen auf.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung, der Erfindung weist das Computersystem eine Referenzanlagen-Datenbank zur Speicherung von Daten und Parametern bestehender Anlagen der Grundstoffindustrie auf.

In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Computersystem ein zentrales Datenverwaltungsmodul zur Koordinierung des Simulationsmoduls, des Optimierungsmoduls, des Kompromißmoduls, der Materialdatenbank und/oder der Referenzanlagen-Datenbank auf.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Im einzelnen zeigen:
1 ein Computersystem,
2 ein Computersystem in alternativer Ausgestaltung,
3 einen Entscheidungsbaum zur Implementierung in einem Kompromißmodul.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Computersystem in beispielhafter Ausgestaltung. Das Computersystem weist in der beispielhaften Ausgestaltung ein Simulationsmodul 1, ein Optimierungsmodul 3, ein Kompromißmodul 4, eine Materialdatenbank 7 sowie ein zentrales Datenverwaltungsmodul 2 auf. Dem Simulationsmodul 1 liegt dabei in besonders vorteilhafter Weise ein Simulationsmodul zur Simulation einer Anlage der Grundstoffindustrie gemäß der DE 197 06 767 A1 zugrunde. Dabei liegt dem Simulationsmodul 1 ein komplexes Modell einer Anlage der Grundstoffindustrie bzw. eines Walzwerks zugrunde. Im Gegensatz dazu liegt dem Optimierungsmodul 3 ein vereinfachtes Modell der Anlage der Grundstoffindustrie bzw. des Walzwerks zugrunde. Mittels dieser vereinfachten Modellbildung ist es möglich, automatisch eine zulässige und im Sinne einer mathematischen Optimierung allgemeine Lösung für die Struktur bzw. konkrete Auslegung einer Anlage der Grundstoffindustrie bzw. eines Walzwerks zu generieren. Dabei werden insbesondere umfangreiche Nebenbedingungen im Zuge einer Optimierung mit dem Optimierungsmodul 3 berücksichtigt. Diese Nebenbedingungen sind beispielsweise:

– vorgegebene Fertigbandtemperatur
– vorgegebene Fertigbanddicke
– maximale Walzleistung je Gerüst
– maximale Walzmomente je Gerüst
– maximale Walzkräfte je Gerüst
– maximaler Greifwinkel je Gerüst
– maximale Walzgeschwindigkeit je Gerüst.

Unter Einhaltung dieser beispielhaften Nebenbedingungen werden mittels des Optimierungsmoduls 3 beispielsweise Größen wie Durchsatz, Energieverbrauch oder Walzverschleiß optimiert. Im Zuge dieser Optimierung ermittelt das Optimierungsmodul 3 Startwerte bzw. Parameter für eine Anlagensimulation mittels des Simulationsmoduls. Details in bezug auf eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Simulationsmoduls 1 können der DE 197 06 548 A1 entnommen werden. Mittels des Simulationsmoduls 1 werden die Parameter bzw. Startwerte, die mittels des Optimierungsmoduls 3 ermittelt worden sind, analysiert, gegebenenfalls auf weitere Nebenbedingungen überprüft und gegebenenfalls modifiziert.
Mittels der Materialdatenbank 7 werden materialspezifische Daten, wie z.B. die chemische Analyse eines Stahls, physikalische Größen eines Stahls (z.B. seine Dichte) sowie materialabhängige Modellkoeffizienten (z.B. zur Berechnung des Gefüges eines Stahls) bereitgestellt. Die Koordinierung des Simulationsmoduls 1, des Optimierungsmoduls 3, des Kompromißmoduls 4 sowie der Materialdatenbank 7 erfolgt mittels eines zentralen Datenbankmoduls 2.
Das Zusammenwirken des Simulationsmoduls 1 und des Optimierungsmoduls 3 erfolgt dabei vorteilhafterweise derart, daß mittels des Optimierungsmoduls 3 auf der Basis vereinfachter Modelle eine automatische Generierung einer optimalen Anlage erfolgt, die durch die Simulation im Simulationsmodul 1 auf der Basis sehr komplexer und genauer Modelle erfolgt. Die Modelle, die dem Simulationsmodul 1 zugrunde liegen, sind dabei vorteilhafterweise derart komplex und genau, daß eine automatische Generierung einer optimalen Anlagenstruktur auf der Basis dieser Modelle aufgrund beschränkter Rechenkapazität nicht in Frage kommt. Vorteilhafterweise liefert das Simulationsmodul 1 eine Überprüfung des vom Optimierungsmodul 3 ermittelten Ergebnisses für eine optimale Auslegung einer Anlage. Wird das Ergebnis, das das Simulationsmodul 1 liefert, nicht akzeptiert, z.B. dadurch, daß sich herausstellt, daß gewisse Nebenbedingungen nicht erfüllt sind, so erfolgt eine erneute Optimierung mittels des Optimierungsmoduls 3, wobei geänderte Randbedingungen zugrunde gelegt werden.
2 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Computersystems. Dabei ist das Computersystem gemäß 1 um ein Kostenanalysemodul 5, ein Dimensionierungsmodul 6, eine Strategiedatenbank 8 sowie eine Referenzanlagen-Datenbank erweitert. Das Kostenanalysemodul 5 liefert Abschätzungen für Preise für Edukte, Produkte und Energie sowie für die Bereitstellung und Inbetriebnahme von neuen Anlagenteilen. Das Dimensionierungsmodul 6 stellt einen Bezug zwischen zu verwendenden Bauteilen und zur Verfügung stehenden Standardbauteilen her. In der Strategiedatenbank 8 können Daten wie Marktkenntnisse, technologische Trends, Definitionen und Wichtung von Produktionszielen, Definition und Wichtung von Einzelheiten und Nebenbedingungen abgespeichert sein. In der Referenzanlagen-Datenbank 9 sind Daten über Referenzanlagen abgespeichert.
3 zeigt einen Entscheidungsbaum zur Implementierung in einem Kompromißmodul 4 gemäß 1 bzw. 2. Dabei bezeichnet Bezugszeichen 10 eine als optimal betrachtete Entscheidung. Diese teilt sich auf in technische Aspekte 11, Flexibilität 12 und ökonomische Aspekte 13. Die technischen Aspekte 11 teilen sich wiederum auf in Steuerung 14 und Technologie 15. Die Steuerung 14 teilt sich auf in Produktqualität 18 und kritische Zustände 19. Die Produktqualität 18 teilt sich auf in Planheit 24 und Gefüge 25. Die kritischen Zustände 19 teilen sich auf in maximale Walzkraft 26, maximale Motorleistung 27 und maximale Walzgeschwindigkeit 28. Die Technologie 15 teilt sich auf in konstante Motorleistung 20 und minimale Stichzahl 21. Die ökonomischen Aspekte 13 teilen sich auf in Gewinn 16 und Kennzahlen 17. Der Gewinn 16 teilt sich auf in Erlös 22 und Aufwendungen 23. Die auf der letzten Verfeinerungsebene angeordneten Kriterien, d.h. Planheit 24, Gefüge 25, maximale Walzkraft 26, maximale Motorleistung 27, maximale Walzgeschwindigkeit 28, konstante Motorleistung 20, minimale Stichzahl 21, Erlös 22 und Aufwendungen 23 können eine zu minimierende/maximierende Zielfunktion, eine Nebenbedingung, oder ein Bewertungskriterium bilden oder unberücksichtigt bleiben. Eine entsprechende Einordnung erfolgt mittels des Kompromißmoduls 4. Einzelheiten eines Kompromißmoduls in vorteilhafter Ausgestaltung können der DE 196 37 917 C2 entnommen werden.

Claims

Computersystem zur Auslegung einer Anlage der Grundstoffindustrie, wobei das Computersystem ein Optimierungsmodul zur automatischen Auslegung der Anlage der Grundstoffindustrie, sowie ein Simulationsmodul zur Überprüfung der vom Optimierungsmodul ermittelten Auslegung der Anlage der Grundstoffindustrie aufweist.
Computersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Simulationsmodul ein Modell der Anlage der Grundstoffindustrie aufweist.
Computersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Optimierungsmodul ein vereinfachtes Modell der Anlage der Grundstoffindustrie aufweist.
Computersystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Optimierungsmodul Nebenbedingungen bei der Auslegung der Anlage der Grundstoffindustrie berücksichtigend ausgebildet ist.
Computersystem nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Kompromißmodul zur Festlegung von Bewertungskriterien für eine Nutzwertanalyse für das Simulationsmodul und/oder das Optimierungsmodul aufweist.
Computersystem zur Auslegung einer Anlage der Grundstoffindustrie, wobei das Computersystem ein Simulationsmodul zur Auslegung. der Anlage der Grundstoffindustrie sowie ein Kompromißmodul zur Festlegung von Bewertungskriterien für eine Nutzwertanalyse für das Simulationsmodul aufweist.
Computersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Materialdatenbank zur Speicherung von Materialeigenschaften von zu walzenden Metallen aufweist.
Computersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Referenzanlagen-Datenbank zur Speicherung von Daten und Parametern bestehender Anlagen der Grundstoffindustrie aufweist.
Computersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es ein zentrales Datenverwaltungsmodul zur Koordinierung des Simulationsmoduls, des Optimierungsmoduls, des Kompromißmoduls, der Materialdatenbank und/oder der Referenzanlagen-Datenbank aufweist.
Computersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage der Grundstoffindustrie ein Walzwerk ist.