Unterstützung für Anlagenfahrer durch künstliche Intelligenz

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Unterstützungsverfah ren für den Betrieb einer industriellen technischen Anlage.

Industrielle technische Anlagen sind in den verschiedensten Ausgestaltungen und Größenordnungen bekannt. Sie umfassen kleine Anlagen wie beispielsweise Werkzeugmaschinen und rei chen bis zu großen Anlagen wie beispielsweise Kraftwerken, Chemieanlagen, Papierfabriken und anderen mehr.

Insbesondere bei größeren Anlagen ergibt sich in erheblichem Umfang eine Wechselwirkung verschiedener ergriffener Maßnah men, wobei die Wechselwirkungen oftmals nicht leicht durch schaubar sind und sogar von erfahrenen Bedienpersonen oftmals eher intuitive Maßnahmen und Steuereingriffe erfolgen, wobei auch die erfahrenen Bedienpersonen manchmal nicht genau sagen können, warum sie eine bestimmte Maßnahme ergriffen haben.

Die Problematik, die „richtige" Maßnahme zu ergreifen, stellt sich in noch größerem Umfang bei unerfahrenen oder nicht vollständig geschulten Bedienpersonen. Hier erfolgt oftmals ein Rückgriff auf Handbücher und allgemeine Schemata. Dies ist umständlich und vor allem auch zeitraubend und subopti mal.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Möglichkeit zu schaffen, mittels derer der Betrieb einer in dustriellen technischen Anlage auf relativ einfache Art und Weise optimiert werden kann.

Die Aufgabe wird durch ein Unterstützungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltun gen des Unterstützungsverfahrens sind Gegenstand der abhängi gen Ansprüche 2 bis 4. Erfindungsgemäß wird ein Unterstützungsverfahren für den Be trieb einer industriellen technischen Anlage geschaffen, bei dem eine künstliche Intelligenz

- Eingaben für die industrielle technische Anlage und Zustän de der industriellen technischen Anlage entgegennimmt,

- ihr bekannte, zu den entgegengenommenen Eingaben und Zu ständen einschließlich deren zeitlichen Verlauf ähnliche Eingaben und Zustände einschließlich deren zeitlichen Ver lauf ermittelt, wobei den bekannten Eingaben und Zustände einschließlich deren zeitlichen Verlauf jeweils ein Bedien vorschlag und eine auf den Bedienvorschlag bezogene Bewer tung zugeordnet sind,

- auf Basis der ihr bekannten ähnlichen Eingaben und Zustände und den zugeordneten Bedienvorschlägen und Bewertungen ei nen auszuführenden Bedienvorschlag ermittelt und den auszu führenden Bedienvorschlag einschließlich dessen Bewertung an eine Bedienperson für die industrielle technische Anlage ausgibt,

- von der Bedienperson eine Information darüber entgegen nimmt, dass die Bedienperson den auszuführenden Bedienvor schlag ausgeführt hat,

- eine Bewertung des nunmehr ausgeführten Bedienvorschlags ermittelt oder entgegennimmt und

- die den ihr bekannten Eingaben und Zuständen einschließlich deren zeitlichen Verlauf zugeordneten Bedienvorschläge und Bewertungen anhand der Bewertung des ausgeführten Bedien vorschlags nachführt.

Die Zustände der industriellen technischen Anlage können ins besondere einem Automatisierungssystem der industriellen technischen Anlage vorgegebene Sollgrößen, von Sensoren er fasste korrespondierende Istgrößen und andere Messwerte und/oder daraus abgeleitete Werte umfassen. Alternativ oder zusätzlich können die Zustände der industriellen technischen Anlage von der Bedienperson der industriellen technischen An lage bereitgestellte Informationen über von der Bedienperson ergriffene Maßnahmen umfassen. Vorzugsweise berücksichtigt die künstliche Intelligenz beim Nachführen der den ihr bekannten Eingaben und Zuständen ein schließlich deren zeitlichen Verlauf zugeordneten Bedienvor schläge und Bewertungen KPIs und/oder MROs.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die künstliche Intelligenz

- ein Ähnlichkeitsmaß der Eingaben für die industrielle tech nische Anlage und Zustände der industriellen technischen Anlage einschließlich deren zeitlichen Verlauf mit den ihr bekannten Eingaben für die industrielle technische Anlage und Zuständen der industriellen technischen Anlage ein schließlich deren zeitlichen Verlauf ermittelt und

- als auszuführenden Bedienvorschlag für die industrielle technische Anlage mindestens einen der zugehörigen Bedien vorschläge und dessen Bewertung als auszuführenden Bedien vorschlag oder zusätzlich zu dem auszuführenden Bedienvor schlag an die Bedienperson ausgibt.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbei spiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigt in schematischer Darstellung:

FIG 1 eine industrielle technische Anlage und zugehörige

Komponenten.

Gemäß FIG 1 wird eine industrielle technische Anlage 1 von (mindestens) einem Automatisierungssystem 2 gesteuert. Die industrielle technische Anlage 1 kann beispielsweise eine Chemieanlage, eine Papierherstellungsanlage, ein Kraftwerk oder eine andere größere Anlage sein. Das Automatisierungs system 2 gibt Stellgliedern 3 (beispielsweise Ventilen, Heiz elementen, Pumpen usw.) entsprechende Stellgrößen S vor. Das Automatisierungssystem 2 ermittelt die Stellgrößen S in der Regel mittels Regelkreisen (nicht dargestellt), für die je weils von einem übergeordneten Prozessleitsystem 4 ein Soll wert x* ermittelt und dem Automatisierungssystem 2 vorgegeben wird. Zugehörige Istwerte x werden mittels Sensoren 5 erfasst und dem jeweiligen Regelkreis zugeführt. Weiterhin können mittels Messeinrichtungen 6 - unabhängig von Regelkreisen - weitere Messgrößen M erfasst werden.

Sollwerte x* und Istwerte x korrespondieren miteinander in dem Sinne, dass ein Istwert x durch die zugehörige Stellgröße S auf den jeweils korrespondierenden Sollwert x* geregelt werden soll. Ein Beispiel eines Sollwertes x* und des zugehö rigen Istwertes x ist eine Drehzahl eines Antriebs. Messwerte M sind andere Werte, die nicht geregelt werden. Messwerte M können beispielsweise Diagnosewerte, pneumatische Leckagewer te von Ventilen, Temperaturen von Geräten (auch elektroni schen Geräten), Spitzenwerte, die während einer bestimmten Betriebsphase auftreten, ein Hängen von mechanischen Stell gliedern (beispielsweise Ventilen) und andere mehr sein. Ein Beispiel eines derartigen Messwerts M ist die Lagertemperatur einer elektrischen Maschine eines Antriebs oder eine in einem Umrichter einer elektrischen Maschine auftretende Temperatur oder ein Ausmaß einer Vibration. Istgrößen x und Messwerte M können beispielsweise von Feldmessgeräten 7 erfasst werden.

Das Prozessleitsystem 4 kommuniziert über ein Bedien- und Be obachtungssystem 8 mit einer Bedienperson 9. Das Prozessleit system 4 gibt über das Bedien- und Beobachtungssystem 8 Zu stände Z der industriellen technischen Anlage 1 an die Bedi enperson 9 aus und nimmt über das Bedien- und Beobachtungs system 8 Eingaben E für die industrielle technische Anlage 1 entgegen. Die Zustände Z der industriellen technischen Anlage 1 können die Sollgrößen x* und/oder die Istgrößen x und/oder die Messwerte M und/oder daraus abgeleitete Werte umfassen. Die Zustände Z der industriellen technischen Anlage 1 können gegebenenfalls auch Informationen umfassen, die der industri ellen technischen Anlage 1 von der Bedienperson 9 bereitge stellt werden, also beispielsweise die Eingaben E oder auch Informationen über von der Bedienperson 9 anderweitig vorge nommene oder ergriffene Maßnahmen. In Abhängigkeit von den Zuständen Z der industriellen techni schen Anlage 1 ermittelt das Prozessleitsystem 4 weiterhin abgeleitete Größen, beispielsweise Diagnosen, Warnmeldungen (beispielsweise wegen einer Annäherung an eine kritische Tem peratur), Alarmmeldungen (beispielsweise wegen Überschreitung einer kritischen Temperatur), Wartungshinweise und andere mehr. Die Eingaben E der Bedienperson 9 sind im einfachsten Fall Stelleingriffe, also die explizite Vorgabe neuer Soll werte x* oder die Vorgabe von Werten, aufgrund derer die Sollwerte x* ermittelt werden. Es kann sich aber auch um an dere Maßnahmen handeln, beispielsweise um Quittierungen von Meldungen oder um Bewertungen von Anlagenzuständen. Auch kann es sich um die Information handeln, dass bestimmte Handlungen ausgeführt sind, beispielsweise eine Wartungsmaßnahme vorge nommen wurde.

Eine künstliche Intelligenz 10 ist mit dem Prozessleitsystem 4 und/oder dem Bedien- und Beobachtungssystem 8 verbunden.

Die künstliche Intelligenz 10 kann beispielsweise als neuro nales Netzwerk ausgebildet sein. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf eine derartige Ausgestaltung beschränkt.

Die künstliche Intelligenz 10 nimmt die Eingaben E und die Zustände Z der industriellen technischen Anlage 1 (beispiels weise ein Zuschalten oder Abschalten von Anlagenteilen) ent gegen. Sie wertet die entgegengenommenen Eingaben E und Zu stände Z aus. Die Auswertung kann anhand der aktuellen, mo mentanen Eingaben E und Zustände Z erfolgen. In vielen Fällen wird jedoch der zeitliche Verlauf der Eingaben E und Zustände Z ausgewertet.

Im Rahmen der Auswertung kann die künstliche Intelligenz 10 oftmals unter anderem auf eine Datenbank 11 zugreifen. In der Datenbank 11 können beispielsweise Bewertungen B gespeichert sein, die bestimmten Eingaben E und Zuständen Z einschließ lich deren zeitlichen Verlauf zugeordnet sind. Insbesondere können die Bewertungen B bestimmten Kombinationen von zeitli chen Verläufen der Eingaben E und Zustände Z zugeordnet sein. Im Rahmen der Auswertung ermittelt die künstliche Intelligenz 10 ihr bekannte - beispielsweise in der Datenbank 11 gespei cherte - ähnliche Eingaben E und Zustände Z einschließlich deren zeitlichen Verlauf, die ähnlich zu den entgegengenomme nen Eingaben E und Zuständen Z einschließlich deren zeitli chen Verlauf sind. Den bekannten Eingaben E und Zuständen Z einschließlich deren zeitlichen Verlauf sind weiterhin je weils ein Bedienvorschlag V und eine auf den Bedienvorschlag V bezogene Bewertung B zugeordnet.

Auf Basis der Auswertung, also auf Basis der ihr bekannten Eingaben E und Zustände Z einschließlich deren zeitlichen Verlauf und den zugeordneten Bedienvorschlägen V und Bewer tungen B, ermittelt die künstliche Intelligenz 10 einen aus zuführenden Bedienvorschlag V. Den auszuführenden Bedienvor schlag V einschließlich dessen Bewertung B gibt die künstli che Intelligenz 10 an die Bedienperson 9 aus. Beispielsweise kann die künstliche Intelligenz 10 mindestens eine der fol genden Bedienvorschläge V an die Bedienperson 9 ausgeben:

- eine Empfehlung, einen Funktionstest für bestimmte Systeme und Einheiten der industriellen technischen Anlage 1 vorzu nehmen;

- eine Empfehlung, das Vorhandensein bestimmter Einheiten der industriellen technischen Anlage 1 zu überprüfen;

- Ersatzteile für die industrielle technische Anlage 1 zu be stellen;

- bestimmte Elemente der industriellen technischen Anlage 1 (beispielsweise Stellglieder 3, Sensoren 5, Messeinrichtun gen 6 oder Feldgeräte 7) zu kalibrieren;

- einen Serviceplan, also welche Wartungsmaßnahmen an der in dustriellen technischen Anlage 1 vorgenommen werden sollen;

- einen Servicezeitplan, also welche Wartungsmaßnahmen an der industriellen technischen Anlage 1 in welchem Zeitraum oder zu welchem Zeitpunkt vorgenommen werden sollen.

Zum Ermitteln des auszuführenden Bedienvorschlags V kann die künstliche Intelligenz 10 beispielsweise die Eingaben E und die Zustände Z einschließlich deren zeitlichen Verlauf mit denjenigen Eingaben E und Zuständen Z einschließlich deren zeitlichen Verlauf vergleichen, die ihr bekannt sind (bei spielsweise in der Datenbank 11 abgespeichert sind). Anhand des Vergleichs kann die künstliche Intelligenz 10 ein ent sprechendes Ähnlichkeitsmaß ermitteln. Weiterhin ermittelt die künstliche Intelligenz 10 für die ihr bekannten, hinrei chend ähnlichen Eingaben E und Zustände Z den zugehörigen Be dienvorschlag V und dessen Bewertung B. Übersteigt das Ähn lichkeitsmaß ein Mindestmaß, wird der entsprechende aufgefun dene Bedienvorschlag V zusammen mit der zugehörigen Bewertung B an die Bedienperson 9 ausgegeben. Übersteigt weiterhin auch die Bewertung B ein Mindestmaß, kann dieser Bedienvorschlag V zusammen mit seiner Bewertung B als auszuführender Bedienvor schlag V an die Bedienperson 9 ausgegeben werden. Anderen falls kann die künstliche Intelligenz 10 diesen Bedienvor schlag V und dessen Bewertung B zwar ebenfalls an die Bedien person 9 ausgeben. In diesem Fall - wenn also die Bewertung B das Mindestmaß nicht übersteigt - erfolgt die Ausgabe aber zusätzlich zu dem auszuführenden Bedienvorschlag V.

Die künstliche Intelligenz 10 nimmt weiterhin von der Bedien person 9 eine Information I darüber entgegen, dass die Bedi enperson 9 den auszuführenden Bedienvorschlag V ausgeführt hat. Beispielsweise kann die künstliche Intelligenz als In formation I eine einfache Bestätigung, ein Kalibrierungspro tokoll oder einen Bericht entgegennehmen. Weiterhin nimmt die künstliche Intelligenz 10 von der Bedienperson 9 eine Bewer tung B' des nunmehr ausgeführten Bedienvorschlags V entgegen. Insbesondere anhand der Bewertung B' kann die künstliche In telligenz 10 die Qualität ihres Bedienvorschlags V beurtei len. Anhand der Bewertung B' des ausgeführten Bedienvor schlags V führt die künstliche Intelligenz 10 daher die den Eingaben E und Zuständen Z einschließlich deren zeitlichen Verlauf zugeordneten Bedienvorschläge V und Bewertungen B nach. Alternativ zu einer Vorgabe der Bewertung B' durch die Bedienperson 9 ist es möglich, dass die künstliche Intelli genz 10 die Bewertung B' anhand von KPIs (KPI = key perfor- mance indicator) und/oder MROs (maintenance and repair order) ermittelt oder diese Größen zusätzlich zu einer von der Bedi enperson 9 vorgegebenen Bewertung B' berücksichtigt. Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbeson dere kann auf einfache Weise eine zuverlässige und stabile Fahrweise komplexer industrieller technischer Anlagen 1 er reicht werden. Weiterhin kann mittels der künstlichen Intel- ligenz 10 ein anlagenweiter Sollwertgenerator realisiert wer den.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste

1 industrielle technische Anlage

2 AutomatisierungsSystem

3 Stellglieder

4 ProzessleitSystem

5 Sensoren

6 Messeinrichtungen

7 Feldmessgeräte

8 Bedien- und Beobachtungssystem

9 Bedienperson

10 künstliche Intelligenz 11 Datenbank

B, B' Bewertungen

E Eingaben für die industrielle technische Anlage

I Informationen

M Messgrößen

S Stellgrößen

V Bedienvorschläge x* Sollwerte x Istwerte

Z Zustände der industriellen technischen Anlage