Entwicklung eines Konzepts zur Kontextualisierung von Prozessdaten

von Trotha, Christian; Epple, Ulrich (Thesis advisor); Diedrich, Christian (Thesis advisor); Kleinert, Tobias Theodor (Thesis advisor)

Düsseldorf : VDI Verlag GmbH (2021)
Buch, Doktorarbeit

In: VDI Fortschritt-Berichte : Fortschritt-Berichte VDI. Reihe 20, Rechnerunterstützte Verfahren 476
Seite(n)/Artikel-Nr.: XII, 177 Seiten : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Kurzfassung

In der Prozessindustrie werden im Rahmen des Betriebs prozesstechnischer Anlagen mit zunehmendem Umfang Daten erzeugt und abgespeichert. Dabei handelt es sich beispielsweise um Daten aus Planungsprozessen (z. B. das R&I-Fließbild) oder um Prozessdaten (z. B. Messreihen). Für den Austausch und Zugriff auf diese Daten setzen sich standardisierte Schnittstellen und Austauschformate, wie zum Beispiel die Verwaltungsschale, OPC UA, DEXPI oder PandIX immer stärker durch und ermöglichen so eine eindeutige Identifikation und semantische Referenzierung der abgelegten Daten. Darauf aufbauend ist der nächste Schritt auf dem Weg zu datenbasierten Entscheidungen die Aufbereitung und Kontextualisierung dieser Daten. Diese Kontextualisierung und Aufbereitung muss aufwandsarm und mithilfe von standardisierten Werkzeugen erfolgen, damit die Ausnutzung des bestehenden Datenschatzes schnell und effizient erfolgen kann. Die vorliegende Arbeit adressiert die Herausforderung der Kontextualisierung. Sie beschreibt ein Konzept, das die konsistente Modellierung des Kontextes von Prozessdaten in der Prozessindustrie ermöglicht. Kern der Arbeit ist eine Modellhierarchie, mithilfe derer die Zusammenhänge zwischen einzelnen Daten dargestellt werden können. Auf diesem Weg können die verfügbaren Informationen zu Wissen vernetzt werden. Dabei wird ausgenutzt, dass in der Prozessindustrie einerseits vielfältige Informationen über strukturelle Zusammenhänge, beispielsweise in Form von Schalt-, Bau- und Aufstellungsplänen, Fließbildern oder Steuerungsarchitekturen, beschrieben sind und dass sich andererseits lokale Abhängigkeiten zwischen einzelnen Daten gerade aus diesen Strukturen ergeben. So ermöglicht das Kontextualisierungssystem eine effiziente Suche und Filterung der verfügbaren Daten und erleichtert so die Nutzung dieser. Technologische Grundlage der Arbeit ist eine Wissensrepräsentation mithilfe eines semantischen Netzes. Semantische Netze repräsentieren Informationen mithilfe von Knoten und Kanten und eignen sich insbesondere zur Beschreibung von Zusammenhängen und Abhängigkeiten zwischen Informationen. Damit bilden sie die ideale Grundlage für die Kontextualisierung. Eine wesentliche Herausforderung beim Einsatz von semantischen Netzen ist die oft fehlende formale Spezifikation der Begriffe und Beziehungen. Diese Herausforderung wird im Rahmen dieser Arbeit und für den Anwendungsfall der Kontextualisierung von Prozessdaten mithilfe der oben genannten Modellhierarchie adressiert. Die praktische Anwendbarkeit des Konzepts wird mithilfe einer prototypischen Implementierung für das institutseigene Pumpwerk demonstriert. Sie basiert auf der Graphdatenbankplattform Grakn und baut auf verschiedenen Verwaltungsschalen, BaSys40-Komponenten sowie PandIX als Informationsquellen auf.

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