Technische Universiteit Delft
Faculteit Werktuigbouwkunde, Maritieme Techniek en Technische Materiaalwetenschappen Transporttechnologie / Logistieke Techniek
K.C. van der Maaten Onderzoek naar optimale walsbevoorrading binnen Koudband2. Doctoraalopdracht, Rapport 2001.LT.5476, Transporttechnologie, Logistieke Techniek.
Het afstudeeronderzoek bij Corus is uitgevoerd binnen de productie-eenheid Koudbandwalserij 2 (KB2) in opdracht van de Walsen Productie afdeling (WPR), een afdeling binnen deze eenheid. In Koudbandwalserij 2 wordt dunne plaat (staal) gemaakt die geschikt is voor talloze uiteenlopende producten, zoals auto's, wasmachines, koelkasten, olievaten. Nadat het staal bij de Warmband tot warmgewalste rollen is gevormd, komt het staal KB2 binnen.
De processen die het staal achtereenvolgens ondergaat zijn: Het beitsen voor verwijdering van de oxidehuid, diktereductie bij de Koudwals21 (KW), gloeien voor rekristallisatie, harden en aanbrengen van gewenste oppervlakteruwheid bij de Nawals (HW), Kwaliteitsinspectie en Productieafwerking (KIPA) en als laatste vindt de Inpakkerij, Opslag en Verzending (IOV) plaats.
Het is ook mogelijk dat het staal na de KW terechtkomt bij een van de twee verzinklijnen DVL of Galtec2. Deze 'bekleding'-lijnen behoren niet tot Koudband2. Samen met de KW en HW zijn ze echter wel van groot belang voor dit onderzoek, aangezien al deze 4 staalverwerkinglijnen klant zijn van de Walsen Productie afdeling.
De WPR is sinds 1989 onderdeel van KB2 en is verantwoordelijk voor het op tijd leveren van walsen aan zijn 'vier interne klanten', te weten de KW, HW, DVL en Galtec2. Deze klanten hebben de walsen nodig o.a. om het staal in dikte te reduceren, van de juiste mechanische eigenschappen te voorzien, een goede oppervlaktekwaliteit te geven en te verlengen.
Een wals zit samen met een andere wals als walspaar (ook wel 'stel' genoemd) in een positie in de walsstraat. Zo'n positie heet een 'stand'. In het dagelijks gebruik zijn stellen van het ene standtype niet zomaar uitwisselbaar met stellen van een ander standtype, vanwege verschillen in
oppervlaktekwaliteit, diameter of mechanische eigenschappen van de wals. De KW is een walsstraat van 5 stands (elke stand wordt afgekort met de letter K, dus KW heeft K1 t/m K5 ), de HW (K6), DVL (K7) en Galtec2 (K8) hebben elk 1 stand. Er zijn dus 8 verschillende standtypes walsen. Naast standtype is een andere belangrijke walseigenschap de oppervlakteruwheid, a mattering, van de walshuid. De mattering van de wals wordt overgebracht op het staal en geeft zo het staal de door de klant gewenste oppervlaktekwaliteit. Het aanbrengen van een mattering op een wals gebeurt door een vonkerosie-proces met een erodeermachine. Alleen standtypen K5 t/m K8 krijgen een mattering. Er zijn ±13 verschillende types matteringen. De tijd dat een stel walsen doorbrengt in de stand, de standtijd, varieert tussen 5 minuten tot soms wel een dag en wordt bepaald door twee
hoofdfactoren:
1. Een wals is 'vuil' geworden. Dit houdt in dat de oppervlakte van de walshuid door beschadigingen tijdens het walsen niet meer aan de gewenste kwaliteit voldoet.
2. Het einde van een bepaald staalprogramma is bereikt. Er wordt bijvoorbeeld een nieuwe mattering gewalst.
In beide gevallen moet het stel vervangen worden door een nieuw stel. De WPR draagt verantwoording voor het tijdig leveren van dit nieuwe stel. Het stel dat uit de stand is gehaald zal weer productiegereed gemaakt moeten worden. Dit betekent de volgende bewerkingen: lagerblokken demonteren, slijpen, eventueel eroderen, eventueel verchromen en uiteindelijk weer lagerblokken monteren. Het eroderen en verchromen heeft de WPR uitbesteed aan HoCo Chrome dat zich ergens anders op het Corus-terrein bevind.
Naast het leveren van kwalitatief goede walsen, is de belangrijkste prestatie-indicator van de WPR of er productiestilstanden bij een klant ontstaan door gebrek aan walsen. De hoofddoelstelling van de WPR luidt: het op tijd beschikbaar hebben van de juiste wals tegen minimale kosten.
Het is de sterke variatie in standtijd die de inrichting en de planning van het onderhoudproces van de WPR zo ingewikkeld maakt.
De WPR richt zich met dit afstudeeronderzoek enerzijds op een optimalisatie van de huidige situatie, anderzijds wil de WPR antwoord hebben op een aantal vraagstukken die een meer toekomstig karakter hebben. De vraagstukken waarop een antwoord gevonden moet worden, zijn:
Wat is de gewenste betrouwbaarheid van de bewerkingsmachines?
Het gaat hierbij vooral om de 4 slijpbanken die de WPR bezit en de erodeermachine bij HoCo. Te hoge machinebetrouwbaarheid is duur, te lage betrouwbaarheid brengt tijdige levering in gevaar.
Wat is het gewenst aantal walsen?
Pieken in walsverbruik moeten door een buffer opgevangen kunnen worden, maar teveel walsen op voorraad leidt tot hoge rentelasten. Wat zijn voor- en nadelen van verschillende prioriteitstellingen?
Het plannen van walsonderhoud is ingewikkeld. Zou er eventueel op First In First Out basis gewerkt kunnen worden? Hoe moet het stuk uitbesteding bij HoCo aangestuurd worden?
Is de doorlooptijd van walsen door het bewerkingstraject te verkorten?
Wegen eventueel hiermee gepaard gaande extra kosten op tegen de voordelen van een verkort traject? Kan de WPR een extra 5e interne klant accepteren zonder nadelige gevolgen voor de leverbetrouwbaarheid?
Kan het gehele bedrijfsproces WPR / HoCo op een efficiëntere manier ingericht worden? Is er sprake van onder- / overcapaciteit?
Om bovenstaande vragen te kunnen beantwoorden is er een simulatiemodel ontwikkeld. Bij de ontwikkeling van dit model zijn twee hoofddoelen gesteld: 1. Het model moet flexibel zijn om goed antwoord te kunnen geven op de huidige en eventuele toekomstige vragen van de WPR.
Als systeemgrens voor het model is gekozen voor de WPR, HoCo en de 4 klanten, aangezien dit de afdelingen zijn die direct met walsen in aanraking komen. Relevante invloeden van buitenaf zitten in de input van het model verwerkt. Er is bij deze input gekozen voor zowel gebruik van reële datasets, als de mogelijkheid om via kansverdelingen fictieve inputdata te creëren. De gebruiker kan aangeven welk type data hij wil gebruiken voor zijn simulatie. Het voordeel van reële data is dat het model direct een stuk geloofwaardiger is. Het voordeel van fictieve data is dat het de flexibiliteit van het onderzoek vergroot.
Het simulatie model is geprogrammeerd als 'Discrete-event simulation model'. Het systeem is hierbij opgebouwd uit afzonderlijke elementen (zoals bijvoorbeeld een slijpbank) waarbij de status van een element (bij de slijpbank bijvoorbeeld "Bezig met slijpen") van het ene op het andere moment verandert. De status van het systeem wordt bepaald door de status van zijn afzonderlijke elementen.
Het onderzoek is uitgevoerd door, a.h.v. de gestelde vragen, scenario's te beoordelen op hun haalbaarheid. Haalbaarheid betekent dat er t.o.v. de huidige situatie geen extra stilstanden bij klanten mogen ontstaan a.g.v. een optimalisatie bij de WPR. Aangezien een simulatie altijd een benadering blijft van de werkelijkheid en de uitkomsten soms sterk kunnen verschillen door gebruik van verschillende random-waarden zijn er bij elk scenario minimaal 10 runs gedaan. Een 95% betrouwbaarheidsinterval van het totaal aantal minuten stilstand van een klant bepaalt de haalbaarheid. De belangrijkste conclusies uit het onderzoek staan hier vermeld:
De gewenste betrouwbaarheid
Voor de 4 slijpbanken van de WPR geldt een maximale storingsduur bij een frequentie van 3 storingen per jaar: Slijpbank Maximale storingsduur Technische beschikbaarheid %
444 8 dagen 94 %
446 8 dagen 94 %
447 7 dagen 95 %
448 7 dagen 95 %
De 4 slijpbanken zijn niet van dezelfde kwaliteit vandaar het verschil in maximale storingsduur. Voor de erodeermachine geldt: Frequentie Frequentie Maximale storingsduur Technische beschikbaarheid %
1 / maand 720 minuten 98 %
3 / jaar 1440 minuten 99 %
Gewenst aantal beschikbare walsen
Omdat er in het ontwikkelde model op een efficiëntere manier walsonderhoud gepland wordt, is er in de huidige situatie een reductie van ±30 walsen (van de in totaal 200 walsen die gebruikt worden voor productie) mogelijk.
Prioriteitstellingen
De bewerkingscapaciteit bij HoCo blijkt duidelijk een bottleneck in het gehele walsbewerkingstraject te zijn. Er moet daarom zuinig omgegaan worden met deze capaciteit. Het model laat zien dat bij het minder zorgvuldige FIFO selectiecriterium er problemen ontstaan met de tijdige levering van walsen. De aansturing van HoCo moet veranderen. Er worden nu door HoCo walsen geërodeerd volgens de volgorde die door de WPR wordt doorgegeven. Dit leidt tot veel capaciteitsverlies vanwege de lange omsteltijd (±1,5 uur) van de erodeermachine wanneer deze van het ene standtype over gaat op het andere. HoCo moet zelf deze volgorde bepalen en daarbij uitgaan van zo min mogelijk standwissels. Het model laat hiermee een capaciteitsvergroting zien van bijna 13 %.
Doorlooptijd verkorten
De doorlooptijd van walsen in het bewerkingstraject wordt grotendeels bepaald door de wachttijd bij de erodeermachine. De enige manier om zonder extra kosten van bijvoorbeeld een tweede erodeermachine de doorlooptijd te verkorten is door het minimale standwissel principe toe te passen. Dit resulteert in een halvering van de doorlooptijd bij HoCo!
De 5e klant
Acceptatie van een 5e klant in de huidige situatie is niet mogelijk. De extra vraag naar erodeercapaciteit leidt ertoe dat bij alle klanten forse stilstanden ontstaan. Bij toepassing van het minimale standwissel principe blijkt HoCo deze extra vraag weer net aan te kunnen. Er zijn dus geen extra investeringen nodig.
De meest efficiënte inrichting
Het model laat zien dat er overcapaciteit is bij de slijperij. Aangezien besparingen op installaties groter zijn dan die op walsen, is er voor de WPR gekozen als meest kostenefficiënte inrichting een afschaffing van 1 slijpbank (de 444) en terugbrengen van slijptijd van 24 uur/dag naar 16 uur/dag. Dit was volgens het model de maximaal haalbare besparing binnen de WPR. Het levert ongeveer 400.000 euro/jaar op.
Het onderzoek met het model is nog niet afgerond. Er kan vooral op het gebied van fictieve inputdata nog interessant onderzoek gedaan worden, bijvoorbeeld naar de consequenties voor de WPR bij het afschaffen van een flink aantal matteringen.
Rapporten studenten Logistieke Techniek
