Erstes Leuchtturmprojekt von zwei Vereinsmitgliedern erfolgreich pilotiert

SAMSON und InfraServ Wiesbaden (ISW) – beide Gründungsmitglieder des AI Frankfurt Rhein Main e.V. – haben den Grundstein für eine KI-gestützte, intelligente Steuerung der Biologischen Abwasserreinigungsanlage im Industriepark Wiesbaden gelegt.

Das Pilotprojekt beider Vereinsmitglieder ist Bestandteil einer zeitlich nicht befristeten Zusammenarbeit für die gemeinsame Weiterentwicklung von IIoT-Plattformen für die Prozessoptimierung und Anlagensteuerung. SAMSON betreibt hierfür eine mandantenfähige IIoT-Plattform, mit der industrielle Anlagen digitalisiert, visualisiert und automatisiert werden können, wobei über flexible Schnittstellen die Anbindung von kundenseitigen Systemen sowie externe Analysetools ermöglicht wird. ISW entwickelt und implementiert als Industrieparkbetreiber und Industrieserviceanbieter für Unternehmen innerhalb und außerhalb des Industrieparks analoge und digitale Lösungen für diesen Aufgabenbereich, wobei digitale Angebote auf Grundlage intelligenter Datenanalysen unter dem Produktnamen „KI Konzept“ angeboten werden. Für ein Maximum an Datensicherheit erhalten Kunden über das ISW-Rechenzentrum individualisierte Zugriffe auf die geschützte IIoT-Plattform.

Die Kooperationspartner verfolgen das Ziel, die SAMSON-IIoT-Plattform gemeinsam weiterzuentwickeln und auszubauen. ISW bringt hierfür die eigene Industrieerfahrung sowie Programmierungsaufträge für konkrete Steuerungsprozesse für Eigenanlagen wie im Falle der Biologischen Abwasserreinigungsanlage (BARA) oder für die Umsetzung von Kundenanforderungen in die Kooperation mit ein. Im Ergebnis sollen „digitale Zwillinge“ der betrachteten Systeme entstehen, mit denen Simulationen von Anlagensteuerungen, Analysen von Energie- oder Warenflüssen und Lösungsansätze für eine intelligente, vorausschauende und kosteneffiziente Instandhaltung von Anlagen und Geräten für Industrie & Mittelstand 4.0 ermöglicht werden.

Mit Abschluss der Projektphase1 wurde zum Jahresbeginn das neu entwickelte BARA-Informationssystem in den aktiven Betriebsmodus geschaltet. Das neue System ermöglicht eine weitgehend automatisierte Erfassung und Bereitstellung von Informationen, die für den Anlagenbetrieb und für die Erfüllung der von Behördenseite vorgeschriebenen Dokumentationspflichten benötigt werden. Die Daten werden mithilfe umfangreicher Sensorik und Analytik gesammelt. Aktuell geht es um etwa 1.800 unterschiedliche Messgrößen. Zur Erfassung auf der IIoT-Plattform zählt auch der Datenimport von Ergebnissen eines angeschlossenen Analytik-Labors bei Infraserv Höchst. In das neue Informationssystem wurden außerdem die im Altsystem gespeicherten Daten rückwirkend bis 2009 integriert.

Die im System erfassten Daten zeichnen sich durch eine wesentlich höhere Genauigkeit und Zuverlässigkeit aus und sie erlauben die Ableitung präziserer Kennzahlen. Die hochkomplexen Verfahrensschritte bei der biologischen Abwasseraufbereitung lassen sich so wesentlich leichter und exakter analysieren. Ausgewählte Parameter wie die Schmutzfrachten in den einzelnen Verfahrensstufen können zudem über frei wählbare Zeitstrahle visualisiert werden.

Das neue System ermöglicht außerdem die Erstellung eines digitalen Betriebstagebuchs und die automatisierte Berichterstellung für die Betriebsleitung wie auch für die Behörden, denen die Überwachung der Anlage obliegt. Der BARA-Betrieb wird zusätzlich erleichtert durch die automatisierte Planung von Probeentnahmen mit entsprechendem Etikettenausdruck. Unterm Strich wird der Anlagenbetrieb schon mit Abschluss der Projektphase1 deutlich effizienter. Durch dieses Vorgehen wurde die Basis geschaffen, um zukünftig vielfältige KI-Lösungen im Bereich Abwasserreinigung zu testen und zu etablieren.

Die Nutzung der IIoT-Plattform von SAMSON bietet den grundlegenden Vorteil, dass sie unterschiedlichste Datenquellen einbezieht und mithilfe der neu programmierten Schnittstellen eine wesentlich umfassendere „Connectivity“ der Anlage bzw. des Systems ermöglicht. Zum Beispiel können auch die Daten des Prozessleitsystems genutzt werden, um neue Erkenntnisse zu gewinnen. Die Speicherung in Zeitreihendatenbanken ermöglicht eine leistungsfähige Aufbereitung und Analyse der Daten inklusive vielfältiger Visualisierungsoptionen.

In der nun angelaufenen Phase2 des Pilotprojekts steht die Datenanalyse auf der IIoT-Plattform im Vordergrund. Mit dem Beginn der systematischen Datenerhebung werden vom Projektteam Kennzahlen definiert und vom System berechnet. Es geht um Kennzahlen, die für weitergehende und der Prozessoptimierung dienende Datenanalysen herangezogen werden. Sukzessive sollen in den kommenden Monaten immer mehr zusätzliche Prozessdaten in das Informationssystem integriert werden. So sollen beispielsweise auch neue Zusammenhänge zwischen den Stoffzuflüssen der Standortunternehmen und den Betriebsmitteleinsätzen auf der BARA aufgedeckt werden.

Im Laufe des ersten Halbjahres 2021, so die Planung, wird das Projekt sukzessive in Phase3 übergehen, bei dem es neben der Datenanalyse auch bereits in Richtung digitale Prozesssteuerung geht. Hierfür sollen von den Projektpartnern selbstlernende KI-Algorithmen (Künstliche Intelligenz) entwickelt und eingesetzt werden, die Vorschläge für die verbesserte Anlagen- und Prozesssteuerung berechnen. Perspektivisch soll so schrittweise auf eine weitgehend automatisierte Prozesssteuerung umgestellt werden, wobei die ermittelten KI-Parameter dann direkt einzelne Prozessparameter ansteuern.

Dieses erste Projekt unterstreicht nicht zuletzt auch das Potenzial des AI Frankfurt Rhein Main e.V., da mit Unterstützung des Netzwerks unterschiedlichste Kompetenzen und Blickrichtungen ein Leuchtturmprojekt ermöglicht haben, aus dem weitere Projekte entstehen können.