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Dusche Digital – Die digitale Transformation im Walzwerk

Digitales Lager bei Precision Steel

Precision Steel in Hohenlimburg gilt als Musterbeispiel für die Digitalisierung im Walzwerksumfeld. Nun hat das Team um Ulrich Schneppe und Thomas Westermann einen weiteren Meilenstein erreicht: Das Duschlager, in dem die Stahlringe vor der Beize gezielt abgekühlt werden, wurde in die bestehende Digitalstruktur integriert. Dadurch lassen sich die Durchlaufzeiten des warmgewalzten Mittelbands noch einmal deutlich reduzieren.

Es gibt Arbeitsumgebungen, die schaut man sich lieber aus der Ferne an – das Duschlager im Warmwalzwerk Hohenlimburg gehört dazu. Ein Staplerfahrer liefert die bis zu 600 Grad Celsius heißen Stahlringe im Außenlager ab, wo sie mithilfe von Rundkegeldüsen reihenweise heruntergekühlt und anschließend weiter zur Beize transportiert werden. Wann die gewünschte Temperatur erreicht ist, lässt sich neuerdings auf dem Bildschirm verfolgen. Denn das Duschlager existiert seit November 2020 als „Digitaler Zwilling“, einem mathematischen Abbild des realen Standorts. Das ihm zugrundeliegende Datenmodell hält alle relevanten Informationen per Mausklick bereit und sendet eine Nachricht, sobald ein Coil bereit ist für den Weitertransport. Auch der Stapler ist in Echtzeit in das Materialverfolgungssystem (MVS) eingebunden. Somit ist jederzeit nachvollziehbar, wo auf dem Werksgelänge sich ein spezifischer Ring gerade befindet.

Algorithmen steuern den Abkühlprozess

Die Wasserdusche hat gegenüber dem herkömmlichen Abkühlprozess an der Luft gleich mehrere Vorteile. „Wir konnten die Durchlaufzeiten deutlich verkürzen, von durchschnittlich 72 auf nur noch fünf bis sechs Stunden“, sagt Thomas Westermann, der als Leiter Instandhaltung und Logistik maßgeblich an der Einführung des neuen Prozesses beteiligt war. Qualitätsmängel, beispielsweise Rostnarben, lassen sich durch die die gesteuerte Abkühlung vermeiden. Entscheidend ist zudem, dass die Coils im Duschlager und im angeschlossenen Vorsetzlager Beize nur noch so weit heruntergekühlt werden, wie es für den Beizprozess optimal ist.

Grundlage dafür ist neben der Zusammenführung verschiedener Prozessdaten ein selbst entwickeltes mathematisches Modell, auf dessen Basis jeder einzelne Ring „weiß“, wann er die optimale Temperatur erreicht hat. Das weltweit einzigartige Verfahren dreht somit an zwei entscheidenden Stellschrauben: Es optimiert die Lagerlogistik und erhöht die Produktivität im Verarbeitungsprozess. „So etwas geht nur, wenn sie eine belastbare Datenbasis haben“, erläutert IT-Leiter Ulrich Schneppe. „Dahinter steckt jahrelange, mühevolle Kleinarbeit, es ist ein bisschen wie beim Keller aufräumen. Aber jetzt hilft uns das Data-Tracking und -Tracing dabei, Prozessparameter noch genauer mit dem Materialfluss zu verbinden, und uns auch in Zukunft kontinuierlich zu verbessern.“

Mitarbeiter verwaltet das digitale Lager bei Precision Steel

Logistikprozesse durchgängig digital

Das aktuelle Digitalprojekt setzt zugleich den Weg zur voll vernetzten Hütte fort und schafft die Voraussetzungen dafür, Kunden auch künftig umfangreiche Gestaltungsspielräume zu geben. Unter dem Schlagwort „Walzen as a service“ bestimmen diese schon heute mit, was bei Precision Steel als nächstes auf dem Walzprogramm steht. Damit dieses Geschäftsmodell auch ohne große Lagerhaltung funktioniert, sind schnelle Durchlaufzeiten essenziell.

„Bislang fehlte uns das digitale Verbindungsstück zwischen der Walzstraße und den Materialverfolgungssystemen unserer beiden Beizlinien. Diese Lücke haben wir mit dem LVS Duschlager deutlich verkleinert“, so Ulrich Schneppe. In den kommenden Monaten soll mit dem Vorsetzlager Beize auch der letzte Bereich integriert werden. Dann kann das Werk von der Brammenverladung in Duisburg bis zum Beizen in Hohenlimburg den gesamten logistischen Prozess digital abbilden, regeln und steuern.

Smarte Optimierung der Arbeitssicherheit

Auch intern kommt das digitale Lagerverwaltungssystem gut an. Es ermöglicht den Staplerfahrern, Coils schneller zu finden oder abzulegen, und gibt Hinweise, an welchen Stellen die Ladung bedenkenlos platziert werden kann – die Arbeitssicherheit steigt. „Je häufiger man die digitalen Werkzeuge anwendet, desto mehr erschließt sich ihr Nutzen“, so Thomas Westermann. „Das fängt damit an, dass ich die eigenen logistischen Abläufe optimieren kann und endet beim Controlling, wo ich mir mit wenigen Klicks Informationen über Materialbestände, Umschlagshäufigkeiten und dem gebundenen Kapital abrufen kann.“ Das „Keller aufräumen“ hat sich gelohnt.

smart factory steht auch für Data Analytics und Big Data

IT-Container

Ein Kernziel der digitalen Transformation besteht darin, Produkt- und Maschinendaten über verschiedene Prozessstufen hinweg auszuwerten. Denn mithilfe von Data Analytics lassen sich beispielsweise Materialeigenschaften wie Dickenschwankungen, Rauheiten oder Festigkeiten präziser vorhersagen und Toleranzen genauer treffen. Hunderttausende Sensoren erfassen dazu die Qualitäts- und Produktionsdaten während der gesamten Prozesskette der Flachstähle, und schaffen so die Basis, um Produktionsprozesse in Echtzeit zu steuern und zu analysieren. Ein interdisziplinäres Team, das Big Data Squad, entwickelt daraus mathematische Modelle. Eines davon steuert seit einem Jahr das Dressiergerüst der Feuerbeschichtungsanlage 8 in Dortmund. Es sorgt dafür, dass die Anlage die angepeilten Rauheitswerte der Stahlbänder nun noch passgenauer trifft. „Bislang war es so, dass der Anlagensteuerer die Maschine vor allem erfahrungsbasiert einstellte. Unser Modell ermöglicht es nun, für jede erdenklichen Auftragsparameter automatisch die passende Einstellung vorzunehmen“, erklärt Yavuz Dogan aus dem Big Data Squad. Der Vorteil: Die digitalbasierte Anlagensteuerung trifft das Toleranzband schon jetzt genauer und schafft die Grundlage dafür, dass sich die Fahrweise bei Bedarf online nachjustieren lässt. Dadurch steigt das Qualitätsniveau weiter an.

Vorteile durch das Erschaffen digitaler Zwillinge

Digitaler Zwilling

Derweil führt ein interdisziplinäres Team unter Koordination des Innovationsbereichs Pilotprojekte im Bereich der horizontalen Vernetzung durch. Die zentrale Frage dabei: Welche Produktdaten aus der Stahlverarbeitung ließen sich künftig auch für Kunden nutzbar machen? Die Vorteile eines solchen Datenaustauschs liegen für Lothar Patberg, Leiter Innovation bei thyssenkrupp Steel, auf der Hand: „Daten sind schon nach der Produktion der Coils verfügbar. Ein Kunde könnte künftig nicht nur den aktuellen Status seines Auftrags nachvollziehen. Er könnte auch ausgewählte Qualitätsdaten aus der Produktion erhalten, um bereits vor der Auslieferung der Coils eigene Prozesse anzupassen.“ Die Überlegungen sind richtungsweisend für eines der zentralen Vorhaben von thyssenkrupp Steel: Daten aus verschiedenen Prozessstufen so miteinander zu verknüpfen, dass ein möglichst exaktes digitales Abbild der Produktion entsteht. Die Geburt dieser digitalen Zwillinge und die damit verbundene Datentransparenz wäre nicht nur für die nachgelagerten Wertschöpfungsstufen von Vorteil. Sie hätte auch einen selbstverstärkenden Effekt. Lothar Patberg: „Digitale Abbilder helfen uns dabei, unsere Prozesse besser zu verstehen. Dadurch lassen sich mögliche Fehlerquellen und Ausfallrisiken zuordnen und beheben. Letztlich führt die Digitalisierung unserer Wertschöpfungskette also dazu, dass wir sowohl unsere Lieferperformance als auch unsere Materialqualitäten weiter erhöhen.“

Digitale Zwillinge in der Anwendung

Digitale Abbilder helfen uns dabei, Prozesse besser zu verstehen sowie den Einsatz von Rohstoffen und Betriebsmitteln zu tracken oder den Zustand von Anlagen und Produkten im Blick zu behalten. Drei Beispiele:

  • Data Analytics: Qualitätsoptimierung im Walzwerk
    Ein Kernziel der digitalen Transformation besteht darin, Produkt- und Maschinendaten über verschiedene Prozessstufen hinweg auszuwerten. Denn mithilfe von Data Analytics lassen sich beispielsweise Materialeigenschaften präziser vorhersagen und Toleranzen genauer treffen. So wie am Dressiergerüst der Feuerbeschichtungsanlage 8 in Dortmund: Dort sorgt ein intern entwickelter Algorithmus dafür, dass die Anlagensteuerer für jeden erdenklichen Auftragsparameter automatisch die passende Einstellung vornehmen.
  • smart insight: Instandhaltung per Tablet
    Stillstände beeinflussen die Lieferperformance. Folglich geht es bei einer Störungsmeldung darum, Ventile oder andere Maschinenbauteile schnellstmöglich zu orten und den Fehler zu beheben. Die AR-Lösung „smart insight“ erleichtert diesen Suchprozess. Über einen integrierten Hallenplan navigiert sie den Instandhalter zunächst direkt zur betroffenen Maschine. Dort angekommen, erhält der Mitarbeiter kontextbezogene Informationen: Er kann auf seinem Tablet ein bestimmtes Bauteil anklicken und erhält dann automatisch nur die dazu passenden Referenzdaten, darunter auch Wartungen und letzte Reparaturen. Zudem lässt sich aufrufen, wie einzelne Bauteile mit den Ventilen an der Anlage verknüpft sind. Das Ganze funktioniert auch mit versteckten Ventilen, denn die AR-Anwendung ermöglicht es dem Instandhalter, durch das Gehäuse ins Innere der Anlage zu schauen. Ein erster Prototyp von smart insight, der auf einer Anlage im Kaltwalzwerk II basiert, liegt vor.
  • Track and Trace: LKWs im Blick
    Jedes Jahr transportieren unsere Frachtschiffe, Loks und Lkws mehr als 140 Millionen Tonnen an Rohstoffen zu den jeweiligen Lager- und Fertigungsstätten. Optimierte Fahrtwege und das Wissen darüber, wo sich eine spezifische Lieferung gerade befindet, reduzieren die Durchlaufzeiten und senken so unsere Logistik- und Lagerhaltungskosten. So fertigen wir beispielsweise die rund 1.000 Lkws, die täglich an unseren Toren ankommen, digital ab und leiten sie über eine Navigations-App gleich an die richtige Stelle auf dem Werksgelände. Auch die Rohstofftransporte per Schiff aus Rotterdam lassen sich online verfolgen. Eine künstliche Intelligenz berechnet die voraussichtliche Ankunftszeit der Ladung in unserem Umschlaghafen. Dagegen läuft die Auftragsdisposition im Bahnverkehr neuerdings über eine App – seitdem braucht der Disponent den Auftrag nicht mehr manuell ins System einzugeben, und auch die zeitaufwändige Abstimmung mit dem Lokführer, die bislang über Sprechfunk lief, lässt sich nun bequem online erledigen.

Lokrangierführer-App für bessere interne Logistik

Lokrangierführer-App für bessere interne Logistik

Die größte Werksbahn Deutschlands mit 87 Lokomotiven, ca. 2.000 Waggons und rund 300 Kilometern Schienennetz ist ein Stück digitaler. Sie ist der entscheidende Transportweg für Rohstoffe und Produkte auf dem Gelände und darüber hinaus. In einem aktuellen #DigitalLab – hier arbeiten Mitarbeiter aus unterschiedlichen Fachbereichen intensiv und in kurzen Sprints an der digitalen Transformation des Unternehmens – wurde jetzt eine Lokrangierführer-App entwickelt, die die Kommunikation zwischen Auftragsdisponenten und Lokführern vereinfachen und so unsere interne Logistik verbessert und werkseigene Lieferengpässe reduziert.

Bisher fand der Austausch vor allem über Sprechfunk statt. In nur vier Wochen stand der Prototyp für den Feldversuch bereit, cloud-basierte Systemarchitektur inklusive. Nun können Disponent und Lokführer ihre Aufträge sowie Gleisbelegungen jederzeit einsehen und ihre Meldungen direkt über die App absetzen.

Mehr Prozessstabilität und Effizienz dank Digital Lab "Hochbahn App"

Hochbahn-App im Einsatz

Für deutlich mehr Prozessstabilität und Effizienz auf unserer Hütte in Duisburg sorgt heute das digitale Lab "Hochbahn-App". Die App verbucht in Echtzeit jeden einzelnen Waggon, der unsere Hochöfen mit Rohstoffen versorgen. Konkret zeigt sie alle Züge und ihre Waggons an, die auf unserem Werkgelände mit Rohstoffen beladen zu den Hochöfen unterwegs sind. Wird dort ein Waggon in den vorgesehenen Rohstoffbunker entladen, scannt ein Mitarbeiter den sogenannten NFC-Tag am Bunker - das System meldet dies sofort in alle relevanten System.

Zuvor wurde jeder Verladevorgang manuell dokumentiert. Da häufig mehrere Züge hintereinander entladen werden, war so keine zeitgenaue Erfassung mehr möglich und somit auch keine aktuellen Bestände abrufbar. Kurz: die Bilanz lief auseinander.

Ein weiterer Vorteil der neuen "Hochbahn-App" ist die digitale Inventur, die zu Beginn jeden Schicht stattfindet. Was zuvor aufwändig mit Zettel und Stift dokumentiert wurde, wird nun per NFC Tag eingescannt. Per Slider wird schließlich die Menge, die noch in den Bunker passt, ausgewählt. Nach Bestätigung werden die aktuellen Bestände sofort an die relevanten Systeme gemeldet.

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Volker Lang

Head of Digital Transformation & Innovation

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