„Intelligente“ Service-Assistenz

Prototyp auf Basis der Integration von Engineering, Inbetriebnahme und Wartung

Die gegenwärtige Situation bei Inbetriebnahme und Wartung in der Elektrotechnik ist durch einen weitgehenden Mangel an Informationsintegration innerhalb und zwischen den Bereichen Projektierung, Betriebsführung und Service gekennzeichnet. In dieser Situation verspricht iSAS, der Prototyp eines „intelligenten“ Service-Assistenz-Systems mit mechatronischer Komponente, Abhilfe zu schaffen. * Thomas Dreyer

Ein Mangel an Informationsintegration und aktuelle Vor-Ort-Erfahrungen, die nur in geringem Umfang Eingang in die Dokumentation finden – das ist gegenwärtig Alltag bei Inbetriebnahme und Wartung in der Elektrotechnik. Werden diese Erfahrungen dann doch einmal aufgezeichnet, sind sie meist nicht oder nur schwer zugänglich. Eine möglichst vollständige Integration aller verfügbaren Daten, der Kontext in dem sie anfallen und die Möglichkeit, sie in ihrer Semantik zu interpretieren sind aber gerade Voraussetzungen für eine Unterstützung weitergehender Ansätze. Hierzu gehören etwa die Zusammenführung elektrotechnischer und mechanischer Dokumentationen, die Bereitstellung kontextsensibler Entscheidungshilfen oder automatisierbare Verfahren zur Unterstützung von Fehlervorhersagen und präventiver Wartung.

Zwar existiert im Bereich „Projektierung“ der Trend, Web-Integration und die Durchgängigkeit der Dokumentation voranzutreiben, fertigungsgerechte Unterlagen bereitzustellen und die vorhandene Dokumentation für Inbetriebnahme und Wartung aufzubereiten, aber eine echte Verzahnung mit Betriebsführung und Wartung ist bisher nicht gegeben. Vielmehr ist die traditionelle Trennung dieser Bereiche auch heute noch weitgehend vorhanden. Daher kann man zu Recht noch immer von „getrennten Welten“ sprechen. Im Bereich „Betriebsführung“ beruhen Datenzugriff und zugehörige Messdatenhistorie meist auf proprietären Lösungen. Ansatzweise stehen (teil)automatische Entscheidungshilfen im Sinne von „best practise advice“ zur Verfügung, die meist ebenfalls auf proprietären Lösungen basieren. Ähnliche Systeme zur Unterstützung von Inbetriebnahme und Wartung, speziell auch unter dem Gesichtspunkt einer Integration von Projektierungs-, Design- und Betriebsinformationen, sind bisher nicht verfügbar. Ansätze zu einer präventiven Wartung stecken noch in den Kinderschuhen. In diesem Beitrag wird der Prototyp eines „intelligenten“ Service-Assistenz-Systems (iSAS) vorgestellt, der im Rahmen des EU-Projektes S-TEN (FP6-IST-2005-027683) entsteht und der Inbetriebnahme und Wartung durch einen integrierten Zugriff auf elektrische und mechanische Projektierungsinformation, Produktdaten, Betriebsanleitungen und Wartungsleitfäden sowie auf aktuelle und historische Systemzustände unterstützten soll. S-TEN selbst wurde mit dem Ziel initiiert, das „Semantische Web“ für naturwissenschaftliche und technische Applikationen zu nutzen und, nicht zuletzt, um automatisierbare Entscheidungshilfen in einem derartigen Umfeld zu ermöglichen.

Das EU-Projekt S-TEN

S-TEN zielt darauf ab, sich ständig ändernde Netzwerke von Datenquellen selbstbeschreibend zu machen. Dazu erhalten die Einzelkomponenten des Netzes eine individuelle Präsenz im Web oder im Intranet. Hierzu gehören technische und administrative Daten, beispielsweise neben Informationen über die Messdaten auch die Zugriffspfade zu Diensten und ihrer Spezifikation. Aufgrund der möglicherweise sehr großen strukturellen Komplexität der Datenquellen – im Prinzip kann sich hinter einer Datenquelle eine komplette Anlage verbergen – bedeutet dies in manchen Fällen auch den Zugriff auf umfangreiche Projektierungsinformationen. Um solche Zugriffe in einer semantisch interpretierbaren Form zu ermöglichen, gehört die Schaffung einer Brücke zwischen den zwei bislang getrennten Welten, OWL (Web Ontology Language) und STEP (STandard for the Exchange of Product model data, ISO-10303), ebenfalls zum Projektumfang.

Strukturen für die formale Beschreibung von Informationen werden im Semantischen Web in so genannten Ontologien beschrieben. Als Sprache wird OWL (Ontologie Web Language) eingesetzt. S-TEN entwickelt neue Ontologien oder erweitert verbreitete internationale Standard-Ontologien, um die Voraussetzungen zur Definition von formalen Regeln zur Unterstützung von Systemoperationen zu schaffen. Auf dieser Basis können dann problem-bezogen Regeln formuliert und auf im Web verfügbare, in ihrer Semantik interpretierbare Informationen (Messdaten, menschlichen Beobachtungen und Designinformationen) angewendet werden. Beim Eintritt eines bestimmten Ereignisses können dann beispielsweise mit Hilfe konfigurierbarer Regelsysteme automatisch Alarm ausgelöst und im jeweiligen Kontext relevante Information zur Verfügung gestellt werden, um eine möglichst fundierte Entscheidung zu ermöglichen. Dabei wird der aktuell gültige Zustand eines Netzwerkes in den Entscheidungsprozess einbezogen. Zur Erleichterung der Aufstellung und Bearbeitung von Regeln wird auch ein grafischer Regeleditor entwickelt. Dieser soll das Editieren von Regeln erleichtern und den Anwender von der Komplexität der zugrunde liegenden Inferenz-Maschinen und Regelsprachen zumindest teilweise abschirmen. Teil dieses Editors ist eine Bibliothek von Basisoperatoren, die auf den gewählten Anwendungsbereich abgestimmt sind. Ein zentral wichtiger Bestandteil von S-TEN ist die Verbindung der bisher getrennten Welten OWL und STEP. Dabei liegt ein besonderes Augenmerk auf „Life Cycle Support“, Assembly-Strukturen und elektrischer Konnektivität. Von besonderer Bedeutung ist der Zugriff auf das in den STEP-Anwendungsprotokollen niedergelegte Domain-Wissen.

Daten, die sich selbst anmelden

Der hier vorgestellte Projekt-Prototyp ermöglicht einen standortunabhängigen Zugang zu aktuellen und historischen Messdaten sowie zur Gesamtheit einer Maschinen- oder Anlagendokumentation. Das Ziel verbesserter Inbetriebnahme- und Systemlaufzeiten soll durch Wiedererkennung vergleichbarer Situationen aus der Vergangenheit – beispielsweise niedergelegt in einem Wartungsleitfaden – erreicht werden.

iSAS implementiert als zentrale S-TEN-Komponente ein „S-TEN-Netzwerk“. Der Grundgedanke dabei: alle Datenquellen sollen sich in der S-TEN Registry anmelden, worauf sie von externen Systemen gefunden und genutzt werden können. Im Falle von iSAS entspricht einem S-TEN-System eine vollständige Anlage, die ihrerseits eine große Anzahl von Datenquellen enthalten kann. Die folgenden Aktoren interagieren mit einem S-TEN-System:

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Registry: Die Registry enthält alle erforderlichen Informationen, die für eine Nutzung der von den S-TEN-Systemen angebotenen Dienste benötigt werden, und überprüft in regelmäßigen Abständen, ob die registrierten Systeme noch aktiv sind. Nicht mehr aktive Systeme werden aus dem Verzeichnis gestrichen.
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Externe Systeme: Als externes System gelten alle Applikationen, die in der Lage sind, die Informationen der Registry zu nutzen und nachfolgend mit einem S-TEN-System zu interagieren. Erster Schritt beim Zugriff auf eine Anlage ist eine Validierung der angebotenen S-TEN-Dienste, was eine korrekte Interpretation der übergebenen Informationen sicherstellt.
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Datenquellen: Eine Datenquelle kann Kontrollfunktionen zur Verfügung stellen, nicht aber die von einem S-TEN-System zur Verfügung gestellten Dienste selbst nutzen. Datenquellen sind in iSAS jeweils nur Teile einer Anlage.

Ein S-TEN-System selbst ist eine Art Schnittstelle zwischen externen Systemen und Datenquellen, die auch zu Kontrolloperationen fähig sein können. Technologisch betrachtet, besteht iSAS aus drei Hauptkomponenten:

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Client-Applikation: Die Client-Applikation ist ein Eclipse-Rich-Client und enthält, in Form von Plug-ins, all die Komponenten, die erforderlich sind, um mit Hilfe der Registry auf selektierten Inhalt und alle zugehörigen Module zuzugreifen, die angebotenen Daten korrekt zu interpretieren, soweit erforderlich darzustellen und die selektierten Informationen zur Unterstützung des Anwenders geeignet zu verknüpfen.
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Server-Installation: Die verschiedenen Module der Server-Installation, im Kern das oben skizzierte S-TEN-System, werden teilweise über semantisch annotierte Standard-Web-Services, teilweise über Standard-HTTP angesprochen, soweit ihre Inhalte nicht lokal zur Verfügung stehen. Die Standard-HTTP-Kanäle dienen dem Transfer von STEP-Daten, SVG-Dateien (Schema-Pläne) und Produkt- und Wartungsinformationen, soweit sie nicht in der STEP-Datenbank abgelegt sind. Als „middleware“ für Standard-Web-Services wird Axis2 verwendet. Das Sicherheitskonzept beruht auf WS-Security.
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Registry-Applikation: Die Registrierung-Applikation nutzt ebenfalls semantisch annotierte Standard-Web-Services. Das Datenmodell der in der Registrierung abgelegten S-TEN-Systemdaten beruht auf einem annotierten XML-Schema, was eine einfache Verbindung semantische Interpretierbarkeit, Konformitätsprüfung und Flexibilität ermöglicht. Als „middleware“ für Standard-Web-Services dient wiederum Axis2.

Zusammenfassung

S-TEN leistet durch Bereitstellung von Ontologien für den Bereich der Engineering-Daten einen Beitrag zur Entwicklung des „Semantic Webs“. Darauf aufbauend lassen sich Grundlagen für selbstbeschreibende Systeme und für die Bereitstellung von Entscheidungshilfen schaffen. Zusätzlich wird die Lücke zwischen STEP und OWL geschlossen, was das in STEP konzentrierte Domain-Wissen in integrierten Web-Anwendungen in Form von „Semantic STEP“ verfügbar macht.

Ein erheblicher Teil der von S-TEN geschaffenen technologischen Grundlagen wird im vorgestellten Prototypen eines „intelligenten“ Service-Assistenz-Systems angewandt. iSAS bedeutet einerseits einen weiteren Schritt hin zu einer echten Integrationsplattform für alle verfügbaren Informationen über eine Maschine oder Anlage – von der Projektierung über die Ausführung bis hin zur Wartung – und andererseits einen ersten Versuch, Entscheidungshilfen auf der Basis von Erfahrungen in vergleichbaren Situationen und von in ihrer Semantik interpretierbaren Informationen, bereitzustellen. Zielgruppen für den Einsatz sind alle Anwender, die eine Brücke zwischen den Lebenszyklusabschnitten Projektierung, Realisierung und Betrieb/Wartung zu Gunsten verbesserter „up time“ schlagen wollen. Im Speziellen bietet er sich für die Bereiche Energieerzeugung und -verteilung an – hier wäre beispielsweise eine Kopplung mit Schaltanlagen-Automatisierungs-Systemen nach IEC 61850 möglich – sowie für den klassischen Maschinen- und Anlagenbau und die Prozessindustrie. Das S-TEN Projekt wird von der Europäischen Gemeinschaft im Bereich „Information Society Technologies“ (IST) FP6-IST-2005-027683 finanziell unterstützt.

Dieser Beitrag als PDF und weiterführende Informationen (ähnliche Beiträge, technische Daten, Direktlinks zum Hersteller etc.) sind online verfügbar auf www.AuD24.net

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