AKTUÁLNÍ STAV VYUŽÍVÁNÍ NÁKLADOVÝCH MODELU PRI RÍZENÍ NÁKLADOVOSTI V PODMÍNKÁCH OCELÁRNY VÍTKOVICE STEEL, A.S. CURRENT STATE IN EXPLOITATION OF COST MODEL IN COST CONTROL UNDER THE CONDITIONS OF VÍTKOVICE STEEL, Inc. STEEL PLANT Libor Camek a, Václav Kafka b, Tomáš Uher a, Miloš Masarik a, Lenka Blahutová c, Pavel Raška d, Zdenek Bužek c a VÍTKOVICE STEEL, a.s., Štramberská 2871/47, 706 02 Ostrava, CR b RACIO&RACIO, Vnitrní 732, 735 14 Orlová Lutyne, CR c VŠB-TU Ostrava, FMMI, Katedra metalurgie, 17. listopadu 15, 708 33 Ostrava-Poruba, CR d VÍTKOVICE-VÝZKUM A VÝVOJ, spol. s r.o., Pohranicní 693/31, 706 02 Ostrava, CR Abstrakt Príspevek reaguje na výzvu svetových metalurgu snížit do roku 2020 náklady v metalurgii o dve tretiny. Popisuje zkušenosti kyslíkové konvertorové ocelárny s uplatnováním nástroju, které umožnují rídit nákladovou spotrebu s využitím zavedené metody prubežného sledování nákladu. Dále seznamuje s aktuálními výsledky v této oblasti u zarízení plynulého odlévání oceli. Abstract The contribution reacts to appeal of the world s metallurgists to decrease the metallurgical costs by two thirds before the year 2020. It describes the experiences of basic oxygen steelworks with exercitation of the tools that allow the cost control using state-of-the-art method of continuous cost monitoring. Current results obtained with the device of continuous casting of the steel in this domain are presented as well. 1. ÚVOD Minimalizace výrobních nákladu je základním predpokladem úspešnosti každé firmy. Jedním z nástroju zvyšování ekonomické efektivnosti výroby je kontinuální sledování nákladu výroby s využitím ekonomických modelu aplikovaných na výrobních zarízeních. Proto v ocelárne VÍTKOVICE STEEL, a.s. pokracuje vývoj systému prubežného sledování nákladu a jeho zavádení do provozního užívání. 2. SLEDOVÁNÍ A RÍZENÍ NÁKLADU V OCELÁRNE VÍTKOVICE STEEL, A.S. V soucasné dobe jsou v ocelárne VÍTKOVICE STEEL, a.s. již bežne využívány rozborové sestavy na obou konvertorech [1,2], skandinávské trysce [2] a pánvové peci [1-4]. Zde se vždy jedná o rozborové sestavy detailní - sestavované pro každou tavbu daného agregátu a z nich pak vycházející sestavy denní a sestavy dlouhodobé. Dále jsou bežne využívány na ZPO [5, 6]. U ZPO je využívána sestava hodnotící odlitou sekvenci taveb a sestava dlouhodobá hodnotící více sekvencí za požadované období. V záverecném stadiu programování je v soucasné dobe sestava sekvence ve vztahu k jednotlivým osádkám a dlouhodobá sestava ZPO hodnotící jednotlivé osádky. 1
2.1 Rozborové sestavy pro kyslíkové konvertory Rozborová sestava tavby kyslíkového konvertoru podrobne monitoruje a analyzuje náklady jednotlivých taveb na kyslíkových konvertorech, ve svislém smeru je rozdelena do následujících osmi oblastí: Vsázka v této oblasti jsou sledovány jednotlivé komponenty vsázky vstupující do procesu konvertorové výroby oceli (surové železo a jednotlivé druhy šrotu). Kovové prísady zde jsou sledovány prísady na desoxidaci a legování taveniny pri odpichu z kyslíkového konvertoru. Nekovové prísady jedná se o prísady pro chemický ohrev v prubehu zkujnování, úpravu struskového režimu v prubehu zkujnování, úpravu strusky pri odpichu taveniny z konvertoru a nauhlicení oceli na požadovanou úroven. Energie v této oblasti jsou sledována média prímo vstupující do konvertorového procesu - tedy kyslík, zemní plyn a dusík. Merení zde se jedná o vyhodnocování spotreby teplotních a aktivitních sond a ponorných vzorkovacu. Konvertor celkem tato oblast sumárne prezentuje ekonomickou rentabilitu konvertorového procesu u dané tavby. Technologická prícina v této oblasti jsou ekonomické výsledky jednotlivých prícin nákladové odchylky dané tavby vyjádreny v technologických jednotkách. Tímto osádky kyslíkových konvertoru získávají jasný obraz o ekonomických dopadech prípadných technologických odchylek. Standard tato oblast uvádí standardní hodnoty (z ekonomického hlediska klícových) technologických parametru. Vývoj denní rozborové sestavy byl vyvolán požadavkem na nutnost monitorování a analyzování rentability výroby na kyslíkových konvertorech v rámci hutnického dne (06 00 jednoho dne až 06 00 dne druhého). Toto každodenní monitorování odhaluje nejen ekonomické, ale i technologické odlišnosti ve výrobe na kyslíkových konvertorech a umožnuje tak príslušným rídícím pracovníkum prijmout príslušná opatrení ke stabilizaci výrobního procesu. Denní sestava ve své horní cásti uvádí príslušný hutnický den, výrobní agregát. Ve svislém smeru je clenena do následujících peti oblastí: První možno nazvat oblastí standardu. Udává nejen standardní hodnoty pro jednotlivé jakosti v daném hutnickém dni na konvertoru vyrobené, ale i umožnuje operativní posouzení odchylek v technologických jednotkách. Druhá až ctvrtá oblast jsou svou strukturou shodné a poskytují informace nejen pro jednotlivé tavby. Ty jsou dále sumarizovány pro jednotlivé jakosti a smeny, které byly v daném dni vyrobeny. Pátá sumarizuje výsledky provozování príslušného konvertoru za uplynulý hutnický den, tedy bez clenení za jednotlivé jakosti a osádky. V dalším se práce zamerily na vývoj dlouhodobé rozborové sestavy kyslíkových konvertoru. Toto dlouhodobé monitorování (za libovolne zadaný casový úsek) umožnuje príslušným rídícím pracovníkum sledovat, zda a jakým zpusobem se promítají prípadná technologická opatrení do rentability výroby v delším casovém horizontu. Stejne jako v detailních a denních rozborových sestavách i v této sestave jsou zobrazeny informace nejen ekonomického charakteru (v korunových jednotkách) ale i informace charakteru technologického (v príslušných jednotkách technologických). Z uvedené sestavy (príloha c. 1) je patrné, že charakterizuje výsledky jednotlivých osádek samostatne pro každý kyslíkový konvertor. Dále sumárne (souhrn výsledku všech osádek) pro každý konvertor a pro oba konvertory dohromady. Rozborová sestava je tedy zakoncena informacemi o ekonomických ukazatelích provozování obou konvertoru s rozclenením 2
na jednotlivé osádky. Z toho je patrné jakou merou se jednotlivé osádky na celkové nákladové odchylce podílely. 2.2 Rozborové sestavy pro pánvovou pec Obdobne jako u konvertoru, i zde byl nejprve realizován vývoj detailní rozborové sestavy a následne pak denní a dlouhodobé rozborové sestavy. Pro detailní rozborovou sestavu byly definovány (a charakterizují rozborovou sestavu ve svislém smeru) následující jednotlivé vstupy LF: Tekutá fáze Kovové prísady Nekovové prísady Energie Grafitové elektrody Merení V horizontálním smeru je rozborová sestava clenena do 16 sloupcu s následujícím významem: Sloupce 1 až 9 význam techto sloupcu je obdobný jako u detailní rozborové sestavy kyslíkového konvertoru. Sloupce 10 16 uvádí ekonomické dopady jednotlivých prícin nákladové odchylky:?? teplota vstupní - zachycuje nákladový dopad zpusobený od standardu odlišnou vstupní teplotou tekuté lázne,?? teplota výstupní - zachycuje nákladový dopad zpusobený od standardu odlišnou výstupní teplotou oceli,?? skladba vsázky a prísad - registruje nákladový vliv od standardu odlišné skladby prísad a tekuté fáze,?? energetické vlivy - zahrnují nákladový dopad odlišných energetických režimu a náklady na ohrev a tavení prísad, jejichž hmotnost se odlišuje od standardu,?? doba zpracování na pánvové peci - vypocítává zvýšené (snížené) náklady z duvodu prodloužení (zkrácení) doby zpracování na zarízení LF,?? predváha - registruje zmenu nákladu v dusledku jiné skutecne dosažené predváhy,?? pracovní režimy - nákladove hodnotí dopad jiných použitých pracovních režimu pecní osádkou. Po posouzení vhodnosti již používaných detailních rozborových sestav byla navržena struktura denní rozborové sestavy, která je svou filozofií shodná s denní rozborovou sestavou konvertoru. Poskytuje tedy informace jak v ekonomických ukazatelích (Kc), tak i v technologických jednotkách (kg/t, kwh/t, C, min.). Taktéž dlouhodobá rozborová sestava LF byla navrhována tak, aby bylo dosaženo shody s dlouhodobou rozborovou sestavou konvertoru. Informuje tedy o výsledcích provozování LF jednotlivými osádkami a hodnotí komplexne provoz LF ve sledovaném období. 2.3 Rozborové sestavy pro skandinávskou trysku Skandinávská tryska je dalším výrobním agregátem zpracovávajícím tekutou ocel z konvertoru. Puvodne se s vývojem rozborových sestav pro toto zarízení, vzhledem k nízkému poctu zpracovávaných taveb v drívejších letech, nepocítalo. V soucasnosti jsou však požadavky zákazníku na kvalitu oceli mnohem vyšší a podíl taveb zpracovaných na SL roste. Bylo proto rozhodnuto o monitorování a analyzování nákladovosti také na SL, což v konecném dusledku vedlo nejprve k vývoji detailní rozborové sestavy, poté také sestav denních a dlouhodobých. Všechny tyto sestavy mají strukturu obdobnou jako sestavy pro konvertory a LF, samozrejme prizpusobenou odlišnému charakteru tohoto zarízení. To 3
znamená menšímu poctu faktoru ovlivnujících nákladovost a taktéž menší pocet možných prícin vzniku nákladové odchylky. 2.4 Rozborové sestavy zarízení plynulého odlévání oceli Pri tvorbe rozborové sestavy sekvence bylo nutné respektovat stávající strukturu a logiku sestav KK, LF a SL. Zároven tuto sestavu prizpusobit skutecnosti, že pro úcely hodnocení ekonomiky procesu na ZPO nelze hodnocení vztahovat na tavbu, ale je nutné hodnotit celou odlitou sekvenci taveb. Tato skutecnost s sebou prinesla i nutnost vytvorit standardy nejen pro tavbu (jako tomu je u sestav pro KK, SL, a LF), ale taktéž skupinu standardu pro celou sekvenci a skupinu standardu pro jednotku hmotnosti odlité oceli. V jednotlivých rádcích této sestavy (Príloha 2) jsou uvedeny dílcí nákladové položky jež tvorí neúplné vlastní náklady sekvence: Tekutá ocel (výše této položky je urcena detailními rozborovými sestavami KK, LF a SL) Žáruvzdorný materiál Prášky (licí, rafinacní, izolacní) Energie Merení (merení teploty a odber vzorku pro chemickou analýzu oceli) Vratný odpad (hlava, pata, výrezy z letmých výmen mezipánví, zbytky v mezipánvích, vzorky pro Baumannuv otisk) Skarfování bram (náklady na úpravu povrchu bram s predpokládaným výskytem vad) Ve vertikálním clenení jsou pak ve sloupcích Naturální spotreba uvedeny skutecné spotreby materiálu a energií, standardy spotreb a odchylky skutecných spotreb od standardu a to vždy v jednotkách na sekvenci a v jednotkách na tunu vyrobené oceli. Ve sloupcích Náklady jsou tyto hmotnostní, resp. objemové jednotky pomocí cen jednotlivých materiálu prevedeny na náklady v Kc na tunu oceli??? V sumárním rádku jsou pak v príslušných sloupcích uvedeny pro sledovanou sekvenci: skutecné náklady, standardní náklady, odchylka nákladu skutecných od standardních. V dalších sloupcích je pak proveden samotný rozbor nákladové odchylky. Znalost zjištených prvotních dílcích vlivu v nákladové forme (Kc/t) umožnuje následne priradit príslušné technické, technologické, energetické apod. atributy, které tyto vlivy zpusobily: predváha odlišný plán príciny na pecích príciny na ZPO hmotnosti taveb externí vlivy pracovní režimy Takto provedeným rozborem nákladové odchylky u každé konkrétní sekvence získáváme prehled o prícinách zpusobujících jejich vznik a o podílu jednotlivých vlivu. Stejne jako pro KK, LF a SL byla pro hodnocení sumárních ekonomických výsledku práce ZPO a pro identifikaci jejich technologických prícin vytvorena (na základe výše popsané rozborové sestavy sekvence) sestava dlouhodobá. 3. VÝVOJ SESTAV ZPO VE VZTAHU K OSÁDKÁM V záverecném stadiu programování je sestava sekvence ve vztahu k jednotlivým osádkám. Zde bylo nutné vyrešit problém prirazení nákladových odchylek jednotlivým smenám. Sekvence je odlévána až desítky hodin a tedy nekolika smenami (tento problém u sestav pro konvertory, SL a LF neexistoval a hodnocení smen bylo tedy ihned jejich 4
soucástí). Rovnež pro dlouhodobou sestavu ZPO hodnotící jednotlivé osádky již jsou nadefinovány matematické vztahy a probíhá její programování. Vývoj v této oblasti byl zahájen nejprve vytipováním a následne definováním položek jednak priraditelných (na základe dostupnosti potrebných údaju v databázi) jednotlivým osádkám a jednak jednotlivými osádkami ovlivnitelných. Definovány byly jednotlivé položky ovlivnující nákladovost zpracování osádkou. Dále položky vyžadující dodržení pracovního postupu vyplývajícího z technologické nutnosti. Tento postup vyústil v úpravu již funkcní stávající detailní rozborové sestavy takovým zpusobem, aby poskytovala informace i ve vztahu k jednotlivým osádkám. Struktura stávající rozborové sestavy byla modifikována do podoby, jež je uvedena v príloze c. 2. Stávající detailní rozborová sestava je rozšírena v horizontálním smeru o sloupce 19 až 22 a ve vertikálním smeru o oblast nazvanou Položky nákladové odchylky specifikovatelné na jednotlivé smeny. Rozširující sloupce 19 až 22 rozdelují celkovou nákladovou odchylku pracovních režimu uvedenou ve sloupci 18 podle toho, jakou merou se na ni jednotlivé osádky podílely. Tabulka ve spodní cásti sestavy rozdeluje jak celkovou nákladovou odchylku, tak její jednotlivé príciny (vliv predváhy, pracovních režimu, od standardu odlišné hmotnosti taveb a odlišného poctu taveb od standardu z duvodu prícin na ZPO, odlišného plánu, prícin na pecích a externích vlivu) na jednotlivé osádky. V dalším postupu se rešitelský tým zameril na vývoj dlouhodobé rozborové sestavy ZPO ve vztahu k osádkám. Vývoj v této oblasti vycházel jednak ze stávající dlouhodobé rozborové sestavy a jednak z nove definované detailní rozborové sestavy sekvence ve vztahu k osádkám. V porovnání se stávající dlouhodobou rozborovou sestavou rozdeluje jak celkovou nákladovou odchylku, tak nákladové vyjádrení jejich jednotlivých prícin na jednotlivé osádky. Rozdeleny na osádky jsou rovnež nákladové odchylky z oblasti pracovních režimu. Ekonomické informace jsou poskytovány jak v absolutních hodnotách, tak v podobe hodnot specifických, tzn. vztažených na jednu tunu odlitých bram, príslušející jednotlivým sekvencím. Dále skupine sekvencí dané tlouštky bramy a všem sekvencím ve vyhodnocovaném období. Ve vertikálním smeru je rozborová sestava clenena do ctyr oblastí, pricemž první až tretí jsou svou strukturou shodné a poskytují ekonomické informace nejen v sumární podobe pro jednotlivé tlouštky kontislitku (rádky 17 až 20, 37 až 40 a 57 až 60), ale i vdetailnejší podobe pro jednotlivé sekvence. Ctvrtá oblast (rádky 61 až 64) podává sumární obraz o ekonomickém výsledku všech sekvencí ve vyhodnocovaném období, a to bez rozlišení tlouštky bram. I tato rozborová sestava je sestavována za období zadané uživatelem a v soucasnosti je pripravena pro naprogramování a zaclenení do informacního systému. 4. VÝVOJ KOMPLEXNÍ ROZBOROVÉ SESTAVY OCELÁRNY Prubežné sledování nákladu v ocelárne VÍTKOVICE STEEL, a.s. je nyní ve stavu, kdy je možné samostatne hodnotit jednotlivé výrobní agregáty a každou jejich osádku. Jelikož konecným cílem je posuzovat a analyzovat ekonomickou efektivitu nákladového strediska jako celku, byly zahájeny práce na vývoji komplexní rozborové sestavy zahrnující všechny klícové výrobní agregáty [7 až 9]. Komplexní sestava musí porovnávat náklady mezi standardním a skutecným procesem výroby nejen u jednotlivých výrobních agregátu, ale v prubehu výrobního toku i v postupných hodnotách. To znamená, že pro finální výrobek, tj. 1 t bram odlitých na ZPO, musí být známa celková nákladová odchylka v porovnání se standardními výrobními postupy. Pro tento úcel je nutné znát standardní výrobní náklady jednotlivých agregátu pri standardní cene vstupující tekuté fáze. Z tohoto duvodu byly nejprve stanoveny položky nákladové odchylky ovlivnené 5
cenou tekuté fáze a následne pak odvozeny matematické vztahy pro výpocet techto položek na základe stávajících rozborových sestav. Následoval vývoj samotné struktury rozborové sestavy, pricemž bylo stanoveno, že rozborová sestava bude vyvinuta jako dlouhodobá a pocítána za datové období zadané uživatelem. V soucasnosti je tedy známa struktura (vcetne odpovídajících matematických vztahu) varianty, která monitoruje a analyzuje nákladovou odchylku v maximálním detailu a bylo zapocato s jejím programováním. Tato rozborová sestava (pro znacnou rozsáhlost není uvedena vpríspevku) hodnotí výrobní cyklus v maximálne možném detailu. Nicméne je nutné ji naprogramovat zduvodu nutného datového zdroje pro strucnejší a dle predpokladu casteji užívanou sestavu prehledovou, jejíž vývoj momentálne probíhá. Tato prehledová sestava nejen, že bude prehlednejší, ale mela by poskytovat komplexní ekonomické informace i ve vztahu k jednotlivým osádkám. Poslední vývojová varianta této sestavy je uvedena v príloze c. 3. 5. DALŠÍ ZÁMERY Existující rozborové sestavy dávají osádkám jednotlivých agregátu velice podrobný prehled o technologických a ekonomických výsledcích práve ukoncené tavby. Jsou využívány s cílem posoudit, které technické, technologické, organizacní a jiné faktory zpusobily príznivý nebo nepríznivý ekonomický výsledek a na základe techto informací prijmout taková opatrení pro další tavbu nebo tavby, která ekonomicky príznivé dopady zachovají a naopak nákladove negativní faktory budou eliminovat. K tomuto úcelu je v sestavách uveden znacný objem dat, pricemž na vlastní rozbor výsledku minulé tavby má osádka dobu prakticky v minutách. Z toho jednoznacne vyplývá, že osádka pro optimální výber zásahu do následné tavby potrebuje instrukce ve forme konkrétních doporucení. Prakticky se jedná o formulaci expertních výroku a jejich algoritmizaci v dané oblasti. V konecném výsledku pak bude osádce doporuceno z nákladového hlediska optimální rešení. Dalším zámerem je stanovení závislosti mesícního hospodárského výsledku ocelárny vykázaného úcetní evidencí na zmene nákladové odchylky (prípadne jejich dílcích prícin) klícových výrobních agregátu stanovené systémem prubežného sledování nákladu, s cílem získat tak možnost predikce hospodárského výsledku ocelárny. Príspevek vznikl za financní podpory GACR v rámci rešení grantového projektu reg. c. 106/02/1128. LITERATURA [1] CAMEK, L., aj. Další vývoj metody nákladové kontroly výroby oceli ve VÍTKOVICE STEEL, a.s. Ostrava. In Sborník z konference Teorie a praxe výroby a zpracování oceli. Ostrava: Tanger, s.r.o., 2002, s. 164-170. ISBN 80-85988-69-0 [2] KAFKA, V., aj. Soucasný stav a perspektivy zavádení metody prubežného sledování nákladu v našich ocelárnách. In Sborník z 11. mezinárodní konference metalurgie a materiálu METAL 2002. Ostrava: Tanger, s.r.o., 2002, s. 34. ISBN 80-85988-73-9 [3] CAMEK, L., aj. Provozní zkušenosti kyslíkové konvertorové ocelárny VÍTKOVICE STEEL, a.s. se zavedením prubežného sledování nákladu. In Sborník z konference Ceské ocelárství a jeho podpora vedecko-výzkumnou základnou. Ostrava Vítkovice: Tiskárna Tichý, s.r.o., 2002, s. 137-146. ISBN 80-238-8692-4 [4] CAMEK, L., aj. Provozní zkušenosti kyslíkové konvertorové ocelárny VÍTKOVICE STEEL, a.s. se zavedením prubežného sledování nákladu. Hutnické listy, 2002, roc. 57, c. 6-8, s. 85-89. ISSN 0018-8069 [5] CAMEK, L., aj. Nákladový model na zarízení plynulého odlévání oceli VÍTKOVICE STEEL, a.s. In Sborník z konference Iron and Steelmaking. Ostrava: VŠB TU Ostrava, 2002, s. 7-10. ISBN 80-248-0206-6 6
[6] CAMEK, L., aj. Nákladový model pro zarízení plynulého odlévání oceli ve VÍTKOVICE STEEL, a.s. Ostrava. In Sborník z konference Teorie a praxe výroby a zpracování oceli. Ostrava: Tanger, s.r.o., 2003, s. 212-218. ISBN 80-85988-81-X [7] CAMEK, L., aj. Vývoj metody prubežného sledování nákladu v ocelárne VÍTKOVICE STEEL, a.s. Ostrava. In Sborník z 12. mezinárodní konference metalurgie a materiálu METAL 2003. Ostrava: Tanger, s.r.o., 2003, s. 36 + CD. ISBN 80-85988-82-8 [8] CAMEK, L., aj. Rízení nákladovosti v ocelárne VÍTKOVICE STEEL, a.s. s využitím metody prubežného sledování jednotlivých taveb. In Sborník z XIII. mezinárodní vedecká konference Iron and Steelmaking. Szczyrk, Polsko, 9.-10.10.2003. V tisku. [9] BAIL, V., KAFKA, V. O ekonomické úcinnosti ceského ocelárství ve XXI. století. In Sborník z celostátní konference s mezinárodní úcastí Ceské ocelárství ve XXI. století, perspektivy a rozvoj v rámci EU. Ostrava Vítkovice: Tiskárna Tichý, s.r.o., 2003, s. 81-88. ISBN 80-239-1831-1 7
8 Príloha c. 1
9 Príloha c. 2
10 Príloha c. 3