Software-Architektur: Effiziente Navigation durch die Topologie industrieller Prozessanlagen

Herzlichen Glückwunsch! Für herausragende wissenschaftliche Publikationen verleiht das atp magazin jährlich den atp award an talentierte junge Nachwuchswissenschaftler unter 35 Jahren. In diesem Jahr wurde in der Kategorie „Industrie" der Pforzheimer Masterabsolvent Andreas Berlet ausgezeichnet. Im Beitrag „TopNav: Effiziente Navigation durch die Topologie industrieller Prozessanlagen“, erschienen im atp magazin 10/2021, berichten er und seine Co-Autoren über eine Methode zur effizienten Navigation durch Anlagentopologiemodelle sowie deren Analyse. Der Beitrag entstand zusammen mit seinem Betreuer Prof. Dr.-Ing. Rainer Drath, er lehrt an der Fakultät für Technik der Hochschule Pforzheim u.a. im Masterstudiengang „Mechatronische Systementwicklung“ (MMS), sowie Julius Rückert und Heiko Koziolek vom ABB AG For­schungszentrum Ladenburg.

Die ausgezeichnete Publikation stellt die Ergebnisse von Andreas Berlets Masterarbeit vor, die der 28-Jährige am Forschungszentrum der ABB AG im Bereich Software-Architektur anfertigte. Der Pforzheimer MMS-Absolvent beschäftigt sich dabei mit der Frage, wie Informationen von Diagrammen („R&I“) softwarebasiert abgefragt werden können, um z. B. Störungsursachen im Produktionsprozess schneller zu finden. Die beschriebene TopNav-Methode unterstützt die systematische Suche nach Elementen und Pfaden in Topologiemodellen und die Einspeisung der Ergebnisse in Analysewerkzeuge. In einer Anwenderstudie wurde eine bis zu 90-prozentige Zeitersparnis gegenüber der manuellen R&I-Analyse bei gleichzeitig deutlicher Fehlerreduzierung festgestellt.

„Industrielle Prozessanlagen bestehen aus vielen, manchmal tausenden Rohren, Behältern, Pumpen, Temperatursensoren, etc., um z. B. die Produktion von Stahl, Zement oder Dünger zu ermöglichen. Während der Planungsphase wird eine Anlage in Form von Rohrleitungs- und Instrumentierungsdiagrammen skizziert. Diese Diagramme sind später häufig nur in PDF- oder Papierform verfügbar“, so Andreas Berlet. Die Aufgabe, manuell dutzende oder hunderte Papierbögen zu sichten, sei zeitaufwändig und fehleranfällig: „Heutzutage kommt es vor, dass Datenwissenschaftler zahlreiche Diagramme auf dem Boden ausbreiten und Flusspfade mit Textmarkern markieren. Auf diese Weise kann leicht etwas übersehen werden, was zu Sicherheitsrisiken oder Produktionsausschuss führen kann.“

Die TopNav-Methode überträgt die Idee von Navigationssystemen, die durch digitale Datenmodelle klassische Straßenkarten im Verkehr abgelöst und das Suchen von Orten und Wegen vereinfacht hätten, auf industrielle Anwendungen: Das neuartige Navigationssystem ermögliche es zukünftig, dass Datenanalysten im Falle einer Anlagenstörung schneller Kontextinformationen zur Interpretation von Messwerten erlangen können: „Es wäre dann möglich, Flusspfade zwischen auffälligen Sensoren und Aktoren abzufragen, um die Ausbreitung von Störungen bis hin zur potenziellen Ursache zurückzuverfolgen“, so Andreas Berlet, und Prof. Drath ergänzt: „Gleichzeitig können Anlagenbereiche, die bei der Störung nicht mitwirken, aus der Ursachenanalyse systematisch ausgeschlossen werden.“

Das atp magazin ist ein praxisnahes Magazin für Automatisierungstechnik und digitale Transformation in der Prozess- und Verfahrenstechnik, in der Fertigungstechnik sowie in den angrenzenden Branchen der produzierenden Industrie. Es enthält durch Experten aus Wissenschaft und Industrie peer-reviewte Hauptbeiträge, die neue Impulse in der Automatisierungstechnik thematisieren bzw. vorstellen. Neben Technologien fokussiert das atp magazin auch Business-Modelle in der Welt von Industrie 4.0. Das Heft richtet sich an Wissenschaftler, Betriebsleiter in der Prozess-, Verfahrens- und Fertigungstechnik, Anwender und Hersteller sowie das technische Management. Das atp magazin ist das Verbandsorgan der NAMUR (Interessensgemeinschaft Automatisierungstechnik der Prozessindustrie) und der VDI/VDE-GMA (Gesellschaft für Mess- und Automatisierungstechnik).