Tata Steel ließ einen prädiktiven Regler seinen Glühofen steuern und senkte den Brennstoffverbrauch um 8 %

Das kontinuierliche Glühen bestimmt die mechanische Qualität von kaltgewalztem Stahl, dem wertvollsten Produktstrom bei Tata Steel und der Güte, die Automobilhersteller kaufen. Der Ofen hat eine langsame Temperaturdynamik, doch der Massenstrom des Bandes ändert sich ständig, da eine Stahlgüte auf die andere folgt. Die übliche Lösung – PID-Regler, die erst nach dem Abdriften der Temperaturen reagieren – erzeugte genau bei den Gütenübergängen Bandmaterial außerhalb der Spezifikation.

Tata Steel und IIT Bombay entwickelten eine übergeordnete modellprädiktive Regelungsschicht (Model Predictive Control, MPC), die jede Minute ein Optimalsteuerungsproblem über einen endlichen Horizont löst und die Ofentemperaturen in Erwartung von Übergängen steuert, während betriebliche Randbedingungen eingehalten werden. Das System ging im Januar 2023 vollständig in Betrieb.

Die Ergebnisse wurden gemessen, nicht geschätzt: 20 % der geglühten Produkte erreichten die Premium-Qualitätsstandards, und Brennstoffverbrauch sowie CO2-Emissionen sanken jeweils um 8 % pro Tonne Stahl jährlich. Das Projekt machte Tata Steel und IIT Bombay zu Finalisten für den INFORMS Franz Edelman Award 2024 und zu Aufgenommenen in die Franz Edelman Academy.

Den Ofen eine Minute im Voraus vorhersagen, statt auf ihn zu reagieren

Die stumpfe Methode war, die PID-Regelkreise härter abzustimmen – sie reagieren trotzdem erst, nachdem der Schaden entstanden ist.

MPC nutzt die Vorhersagbarkeit des Ofens: Übergänge sind geplant, sodass die Störung bekannt ist, bevor sie eintritt.

Qualität und Brennstoffverbrauch wurden als eine Optimierung behandelt, nicht als zwei Abteilungen, die sich gegenseitig die Schuld zuweisen.

Der Nutzen ist physisch und geprüft: 8 % weniger Brennstoff pro Tonne und 20 % der Produktion in Premium-Güte.

Langsame industrielle Prozesse schlagen reaktive Regelung: Wenn die Anlage dem Stellwert um Minuten hinterherhinkt, plant der Gewinner voraus – den Übergang vorhersagen, nicht im Nachhinein korrigieren.

Seit Januar 2023 vollständig in Betrieb, hält das MPC-System die Glühlinie bei Gütenwechseln innerhalb der Randbedingungen. Die Arbeit erhielt 2024 eine Finalisten-Auszeichnung des Franz Edelman Award, führte Tata Steel und IIT Bombay in die Franz Edelman Academy ein und stärkte Tata Steels Position bei Automobil-stahl.