Yokogawa bringt KI-basierte Software „GCAI“ heraus: Früherkennung steigert Wartungseffi-zienz für Prozess-Gaschromatograf

Ratingen, 4. April 2023

Die Yokogawa Electric Corporation hat eine Software zur KI-basierten Unterstützung bei der War-tung von Gaschromatografen („GCAI-Tool“) auf den Markt gebracht. Die GCAI-Software erhöht die Wartungseffizienz beim Prozess-Gaschromatografen (PGC) GC8000 um ein Vielfaches. Diese Software erkennt selbst kleinste Veränderungen in den Messdaten, die auf einen drohenden Geräte-ausfall hindeuten, bevor dieser sich auf die Messungen auswirken kann. So können Wartungsarbei-ten rechtzeitig durchgeführt und kostspielige Ausfallzeiten minimiert werden.

Bild: GCAI-Software
Zoom

Entwicklungshintergrund

Der störungsfreie Betrieb von Instrumenten und Geräten ist an allen Produktionsstandorten der Schlüsselfaktor für eine hohe Produktqualität. Deren ordnungsgemäße Wartung ist für einen zuver-lässigen Anlagenbetrieb unabdingbar. Gleichzeitig müssen Produktionsbetriebe aber auch mit dem akuten Mangel an erfahrenem Personal fertig werden und ihre Betriebsabläufe fortlaufend rationa-lisieren und effizienter gestalten.

Der GC8000 von Yokogawa spielt eine entscheidende Rolle bei der Qualitätskontrolle in Produkti-onsstätten, da er die Zusammensetzung der einzelnen Komponenten in Gasgemischen misst. Dut-zende von GC8000 werden in der Regel in größeren Öl- und petrochemischen Anlagen sowie in großen Anlagenkomplexen eingesetzt.

Gaschromatografen und die zugehörigen Probennahmesysteme umfassen Komponenten wie Filter, Ventile, Druckregler, Säulen¹ und Detektoren, die regelmäßig gewartet werden müssen. Der Abnut-zungsgrad dieser Komponenten hängt stark von den jeweiligen Prozessbedingungen ab. Darüber hinaus unterscheiden sich die Spezifikationen und der Wartungszeitpunkt für jeden Gaschromato-grafen je nach dem zu messenden Stoff und dem Prozess. Bisher haben erfahrene Bediener anhand der vorliegenden Messdaten nach eigenem Ermessen den besten Zeitpunkt für die Wartung festge-legt oder Wartungspläne mit viel Spielraum aufgestellt, um Anomalien zu verhindern. Waren die Verluste durch plötzliche Ausfälle relativ gering, wurden PGCs so lange verwendet, bis sie sich zu verschlechtern begannen und es zu deutlichen Abweichungen in den Messwerten kam.

Vor diesem Hintergrund hat Yokogawa die GCAI-Software für den Gaschromatografen GC8000 entwickelt. Basierend auf den in einem Chromatogramm angezeigten Messwerten nutzt er KI, um präzise Vorhersagen über die Zuverlässigkeit der Messergebnisse des PGC zu treffen. Für diese KI-basierte Software hat Yokogawa seine bewährte Funktion zur Erkennung von Anomalien (AI²) verwendet und so modifiziert, dass sie mit dem GC8000 einfach zu nutzen ist.

Neue Merkmale

1. Datenbasierte Ermittlung der Zuverlässigkeit
   Geringfügige Abweichungen bei den Messdaten im Chromatogramm³ treten auf, noch bevor der Verschleiß einer Komponente oder ein anderes Problem die Messungen beeinträchtigen. Sie sind zwar sichtbar, können aber viele verschiedene Muster aufweisen, und ihre Position auf der Zeitach-se kann sich je nach Gerät unterscheiden, sodass nur sehr erfahrene Bediener sie korrekt einordnen können.
   
   Die GCAI-Software arbeitet mit einem maschinellen Lernmodell, das die einzelnen Komponenten des GC8000 konfiguriert. Dieses Modell wird verwendet, um Anomalien frühzeitig zu erkennen – indem Abweichungen von normalen Messungen identifiziert werden, wie sie in einem Chromato-gramm dargestellt werden. Sobald eine Abweichung vom Normalzustand festgestellt wird, analy-siert das Modell den Grad der Abweichung. So werden selbst geringfügige Veränderungen erkannt, und durch die Bestimmung der Zuverlässigkeit bei jeder Messung werden Informationen für die Planung und Durchführung von Wartungsarbeiten bereitgestellt, bevor sich eine Leistungsver-schlechterung auf die Messwerte auswirkt.

   
   Grafik: Beispiel von Messdaten, die auf den ersten Blick normal erscheinen, und Abweichungen, die beim vergrößerten Chromatogramm deutlich erkennbar sind.
   Zoom

2. Vorhersage der Zuverlässigkeit von Messungen 90 Tage im Voraus
   Bei Chromatografen werden die Gase in die einzelnen Komponenten aufgetrennt und auf einer Zeitachse gemessen, wobei eine schlechte Trennung der Komponenten die Messqualität beeinträchtigt. Mit Hilfe dieser Trennleistung als Faktor kann die GCAI-Software vorhersagen, wann eine Wartung erforderlich wird. Durch die Veränderung der Auflösung kann die Trennleistung 90 Tage im Voraus vorhergesagt und eine Benachrichtigung ausgeben werden, sobald eine vordefinierte Auflösung erreicht wird. Mit dem Wissen, wann eine Wartung erforderlich ist, können frühzeitig die benötigten Ersatzkomponenten bestellt werden und ein angemessener und effektiver Wartungsplan für den Chromatografen festgelegt werden. Das führt zu einer Verringerung der Ausfallzeiten.

   
   Grafik: Vorhersage der Zuverlässigkeit 90 Tage im Voraus
   Zoom

3. Weder Expertenwissen noch aufwändige Gerätekonfiguration erforderlich
   Damit die GCAI-Software automatisch Änderungen in den Messdaten erkennen und aufzeichnen kann, muss der Anwender nur ein Referenzdatum, den zu überwachenden Bereich und den Grenzwert für die Benachrichtigung festlegen. Diese KI-Lösung zur Vorhersage der Zuverlässigkeit von Messungen ist einfach zu bedienen und erfordert keine speziellen Kenntnisse oder komplexe Gerätekonfiguration. Der Import und die Weiterverarbeitung der Daten, die für das maschinelle Lernen verwendet werden, sind ebenfalls automatisiert. Da diese Software als jährliche Lizenz an-geboten wird, müssen die Anwender keine hohen Anfangsinvestitionen tätigen.

*1 Eine Leitung, in der Gase zur Messung in ihre einzelnen Komponenten aufgetrennt werden
*2 Eine KI-Lösung, die zuverlässiger als jeder noch so erfahrene Anwender Anomalien erkennt, indem sie verschiedene Arten von Messdaten auswertet
*3 Eine Aufzeichnung der zeitlichen Verzögerung eines Ausgangssignals, das erzeugt wird, wenn eine Komponente erkannt wird

Über OpreX

OpreX ist die Marke für Yokogawas Industrieautomation (IA) und Steuerungsgeschäft. Der Markenname OpreX steht für exzellente Technologien und Lösungen, die Yokogawa durch die gemeinsame Wertschöpfung mit seinen Kunden anbieten kann, und deckt das gesamte Spektrum der IA-Produkte, Dienstleistungen und Lösungen des Unternehmens ab. Die Marke umfasst die folgenden fünf Kategorien: OpreX Transformation, OpreX Control, O-preX Measurement, OpreX Execution und OpreX Lifecycle. Der GC8000 ist eine Lösung der Produktfamilie OpreX Analyzers in der Kategorie OpreX Measurement. Die Kategorie OpreX Measurement umfasst Feldgeräte und -systeme für hochpräzise Messungen, Datenerfassung und -analyse.

About Yokogawa

Yokogawa bietet fortschrittliche Lösungen im Bereich der Mess-, Steuerungs- und Informationstechnik für Kunden aus verschiedensten Branchen wie z.B. der Energieindustrie, der chemischen Industrie, der Pharmaindustrie und der Lebensmittelindustrie. Das Unternehmen unterstützt seine Kunden bei der Bewältigung der immer komplexer wer-denden Aufgaben in der Produktion, im Betriebsmanagement und bei der Optimierung von Anlagen, Energiever-brauch und Lieferketten mit digital gestützter intelligenter Fertigung, die den Übergang zu autonomen Abläufen er-möglicht.

Yokogawa wurde 1915 in Tokio gegründet und engagiert sich mit mehr als 17.000 Mitarbeitern in einem globalen Netzwerk von 122 Unternehmen an Standorten in 61 Ländern für eine nachhaltigere Gesellschaft. Etwa 200 Mitar-beiter der europäischen Yokogawa-Organisation sind an verschiedenen Produktions- und Vertriebsstandorten in Deutschland und am Sitz der Yokogawa Deutschland GmbH in Ratingen beschäftigt; rund 80 Automatisierungs-, Elektrotechnik- und Verfahrensingenieure arbeiten bei Yokogawa Deutschland an der Konzeption, Planung und Umsetzung von Automatisierungslösungen. In Europa besitzt Yokogawa einen eigenen Vertrieb sowie eigene Ser-vice- und Engineering-Organisationen. Yokogawa Europe B.V. wurde 1982 als Zentrale für Europa in Amersfoort, NL, gegründet.

Weitere Informationen zu Yokogawa finden Sie unter www.yokogawa.com/de.
Pressekontakt: Chantal Guerrero, Tel.: 02102-4983-134, E-Mail: chantal.guerrero@de.yokogawa.com
Yokogawa Deutschland GmbH, Broichhofstr. 7-11, D-40880 Ratingen