Artikel erschienen im Newsletter von CAO.FR vom 19. Oktober 2023
Wir hatten das Glück, Laurent Bourgouin, den CEO von SAMP, anlässlich der Unterzeichnung einer Partnerschaft mit der Suez-Gruppe zu treffen, die den Einsatz des digitalen Zwillings in ihren Wasseranlagen ausbauen will. Er erklärte uns die Besonderheit seiner Technologie, die auf der Verwendung einfacher Punktwolken basiert, die aus der Digitalisierung bestehender Anlagen stammen, ohne dass ein Netz oder eine Neumodellierung im CAD erforderlich ist.
Tatsächlich verfügen die meisten Betreiber von kontinuierlichen Prozessanlagen nicht über aktuelle Informationen zu ihren Standorten. Es handelt sich um den traditionellen Widerspruch zwischen „as designed“, „as built“ und „as maintained“, der den Angelsachsen so am Herzen liegt: Das Gebaute spiegelt nicht genau das wider, was entworfen wurde, und die Instandhaltung hat die Informationen aus der Praxis nicht an das Konstruktionsbüro weitergeleitet. Daher besteht für die Industrieunternehmen die Notwendigkeit, auf den Informationen aus der Praxis aufzubauen, um ein 3D-Modell neu zu erstellen, das für eine gewisse Zeit für den Betrieb oder die Modernisierung von Anlagen genutzt werden kann.
„Aber eine bestehende Industrieanlage komplett in CAD neu zu modellieren, liegt nicht unbedingt in der DNA von CAD-Anbietern, deren Werkzeuge, wie der Name schon sagt, eher auf die Konstruktion ausgerichtet sind. Für mich ist es Unsinn, den digitalen Zwilling einer bestehenden Anlage in CAD zu erstellen!“
Dies brachte den Absolventen der École Centrale, der bei Gaz de France tätig war, dem Ingenieurbüro Wood Group und dem Softwarehersteller Dassault Systèmes, auf der Grundlage einer Punktwolke aus der 3D-Digitalisierung eines Standorts den realitätsgetreuesten digitalen Zwilling zu schaffen – eine Plattform, auf der sich Prozess- und Instrumentierungsdiagramme (P&ID) sowie die über CMMS-Tools aus dem Feld gemeldeten Informationen einfach verknüpfen lassen. Dabei wurde er von Shivani Shah unterstützt, seiner Mitbegründerin und heutigen CTO von SAMP, die gerade ihre Doktorarbeit am CEA zum Thema Big Data und künstliche Intelligenz abgeschlossen hatte.
„Aus dieser Zusammenarbeit entstand SAMP vor fast genau vier Jahren bei einem Kaffee in der Station F, mit der Wette: Bei einer Anlage, die sich über mehrere Jahrzehnte hinweg entwickelt hat, fangen wir bei der Basis an, bei 3D-Scans – das ist zumindest zuverlässig. Und wenn es uns gelingt, diesem Punktwolkenmodell eine Intelligenz auf dem Niveau von CAD zu verleihen, haben wir gewonnen.“ Und die Wette ging auf.
Vom Gujarati zur künstlichen Intelligenz
SAMP bedeutet in Gujarati, der Amtssprache von Gujarat, einem Bundesstaat im Westen Indiens, aus dem Shivani Shah stammt, „Einheit, Harmonie, alle arbeiten gemeinsam auf dasselbe Ziel hin“, was für eine kollaborative Plattform durchaus Sinn ergibt. Aber zufällig bedeutet es auch Strategic Asset Management Planning, also das strategische Anlagenmanagement für Industrieunternehmen. „Eine doppelte Bedeutung, die uns gut gefiel“, stellt Laurent Bourgouin verschmitzt fest.
Ein Vorhaben, dessen Umsetzung umso leichter fiel, als sich die 3D-Digitalisierungstechnologie in den letzten Jahren enorm verbreitet hat. Wir haben sowohl eine unglaubliche Qualitätssteigerung als auch einen deutlichen Preisrückgang erlebt, insbesondere durch das Aufkommen mobiler und dynamischer Scanner, mit denen sich eine Anlage in wenigen Stunden oder Tagen in nahezu fotorealistischer Qualität scannen lässt.
Dennoch entspricht ein exaktes 3D-Modell, das aus der Digitalisierung des Bestehenden stammt – sei es auch fotorealistisch –, nur teilweise den Erwartungen der Industrie. Man muss in der Lage sein, die Rohrleitungen und Anlagen, aus denen sie besteht, mit Intelligenz auszustatten. „Genau das ermöglicht unsere Lösung dank des Einsatzes von KI. In der Prozessindustrie, insbesondere in den Bereichen Wasser und Energie, auf die wir uns konzentrieren, stehen P&IDs im Mittelpunkt des Geschäfts. Nach mehreren Jahren der Forschung und Entwicklung haben wir ein Patent angemeldet, das unsere Technologie schützt. Darin nutzen wir KI für zwei Dinge. Zum einen, um innerhalb der gesamten Punktwolke automatisch die Untergruppen von Punkten zu erkennen, die einem physischen Element entsprechen – Rohrleitungen, Ventile, Pumpen, Anlagen usw. – sowie die physischen Verbindungen, die diese miteinander verbinden. Zum anderen kann die KI auch die der Anlage entsprechenden P&IDs ‚lesen und verstehen‘. Es reicht dann aus, eine Verankerung an großen Anlagen zwischen der 3D-Punktwolke und dem P&ID zu erstellen, damit die KI die Rohrleitungen mit allen darin enthaltenen Komponenten nachverfolgen und ihnen Intelligenz verleihen kann. Schritt für Schritt wird so die gesamte Punktwolke der Anlage intelligent.“
Abweichungen aufzeigen
Wenn jedoch die Punktwolke die vor Ort festgestellte Realität genau widerspiegelt, ist das P&ID nicht unbedingt auf dem neuesten Stand. „Das ist auch eine der Stärken unserer Technologie. Sobald das Tool alles kartiert hat, was es zwischen 3D und P&ID kartieren konnte, markiert es die Abweichungen rot, beispielsweise ein Element, das in der Anlage vorhanden ist, aber nicht im P&ID aufgeführt ist, oder ein Element, das im P&ID vorhanden ist, aber aus der Anlage entfernt wurde. Es ist dann Aufgabe des Betreibers oder des Ingenieurs, die Korrekturen vorzunehmen, um die Konsistenz wiederherzustellen. Das geht jedoch einfach und schnell, da sie alle Abweichungen vor Augen haben. Außerdem beginnen wir mit der Arbeit an Prototypen, die in der Lage sind, ein P&ID automatisch zu vervollständigen, wobei die fehlenden Daten aus der 3D-Punktwolke ergänzt werden“, verrät Laurent Bourgouin.
Doch diese wiederhergestellte Konnektivität zwischen allen Elementen reicht nicht aus; man muss auch die Art, die Temperatur und den Druck des Mediums kennen, das durch eine Rohrleitung fließt. „Dazu können wir die Daten bereitstellen. In der Regel stellen wir eine Verbindung zum Data Historian her (eine Softwarelösung, mit der sich ganze Prozesssequenzen wiedergeben lassen, um ein bestimmtes Verhalten zu analysieren), wie beispielsweise dem von OSIsoft entwickelten PI Historian, oder zum SCADA-System (Supervisory Control And Data Acquisition). Sobald man dank des P&ID die ‚Tag-Nummer‘ der Anlage hat, sucht man im Informationssystem des Kunden – CMMS, SCADA, Data Historian – danach, um mit einem einfachen Rechtsklick die Kalt- und Warmdaten der Anlage in Echtzeit anzuzeigen. Man hat somit Zugriff auf die Attributdaten des CMMS sowie auf die Sensordaten (Druck, Durchfluss, Temperatur). Es handelt sich lediglich um kontextbezogene Informationen, die der Betreiber oder Ingenieur je nach Verwendungszweck überprüfen muss.“
Kontextbezogene Informationen, die eine Root-Cause-Analyse, die Vorbereitung von Eingriffen oder Demontagen usw. ermöglichen. „Unsere Kunden nutzen unser System häufig für Lock-Out-Tag-Out (LOTO), ein Sicherheitsverfahren zur Sperrung von Anlagen, das dazu dient, Unfälle bei Eingriffen zu verhindern. Das ist viel sicherer, als sich an einem alten P&ID-Papierplan zu orientieren, denn vor Ort läuft es selten wie geplant, da die P&IDs selten auf dem neuesten Stand sind. Hier bereitet der Anwender die Sperrmaßnahmen direkt auf Basis des digitalen Zwillings vor, als wäre er vor Ort, und wenn er am Standort ankommt, führt er die Arbeiten auf Anhieb sicher durch.“
Derzeit deckt die Lösung von SAMP nur die fluidtechnischen Aspekte von Prozessanlagen ab. „Das ist das Kerngeschäft unserer Kunden, und genau hier können wir einen großen Mehrwert bieten. Auch wenn wir noch nicht alle elektrischen Aspekte abdecken, beginnen wir dennoch damit, geöffnete Schaltschränke zu scannen, was es ebenfalls ermöglicht, Verknüpfungen herzustellen und die Beschriftungen anhand der Single-Line-Diagramme (Einfachschaltpläne) zu überprüfen.“ Ein nächster Schritt der Roadmap wird sich auch mit dem Hoch- und Tiefbau sowie Stahlkonstruktionen befassen, die im Mittelpunkt jeder größeren Modernisierung einer Anlage stehen.
Das Netflix der industriellen 3D-Technologie
Samp nutzt seine eigene Streaming-Technologie rund um die Punktwolke, ohne Netzwerke zu erstellen oder Modelle neu zu gestalten. „Das würde unserer Ethik widersprechen, denn wir wollen keine Dinge einfügen, die in der Realität nicht vorhanden sind. Wir nutzen eine vollständig webbasierte Technologie. Zum einen, weil sich diese so breiter verbreiten lässt, da alle unsere Kunden mit vielen Subunternehmern zusammenarbeiten, denen sie über einen einfachen Weblink Zugang zur Plattform gewähren, ohne dass lokal etwas installiert werden muss. Zudem ist sie auf einfachen Büro-PCs ohne leistungsstarke Grafikkarte nutzbar. Schließlich werden nur die Punkte geladen, die bei der Bewegung des Blickwinkels des Nutzers sichtbar sind, um auch auf einem einfachen Tablet eine akzeptable Leistung zu erzielen. So lässt sich eine Website, die mehrere tausend Hektar umfasst und auf der sich Zehntausende von Anlagen befinden, extrem flüssig darstellen.“
Unbestreitbare Vorteile, die große Kunden wie Engie überzeugt haben, dessen Geschäftsbereich Storengy, der die Erdgasspeicher verwaltet, die Shared-Reality-Technologie genutzt hat, um digitale Zwillinge all dieser Standorte zu erstellen. Das Gleiche gilt für Teréga, das das Gasübertragungs- und -speichernetz im Südwesten Frankreichs betreibt, sowie für Trapil, den Mineralölkonzern, der den Transport und die strategische Lagerung von Kohlenwasserstoffen für Flughäfen, die NATO usw. verwaltet. Schließlich hat Suez gerade eine Partnerschaftsvereinbarung mit SAMP bekannt gegeben, um ein Tool zur Digitalisierung und Erstellung digitaler Zwillinge der von ihm in Frankreich betriebenen Wasser- und Abwasseranlagen zu entwickeln. Und weitere Verträge sind in den Nachbarländern Europas und im Vereinigten Königreich in Vorbereitung. Dies wird umso einfacher, als SAMP vor einem Jahr eine Finanzierungsrunde in Höhe von 4 Millionen Euro bei französischen und deutschen DeepTech-Investmentfonds abgeschlossen hat.
„Und unsere Technologie weckt auch großes Interesse bei vielen innovativen Softwareherstellern, die mit der Verfügbarkeit zuverlässiger Eingangsdaten für die Anlagen zu kämpfen haben und jedes Mal zunächst sechs Monate damit verbringen müssen, alle P&IDs zu überarbeiten. Wir könnten so wirklich zum Rückgrat der gesamten Industrie 4.0 werden“, schließt Laurent Bourgouin.
*Quelle des Artikels ist CAO.FR, verfasst von Herrn Jean-François Prevéraud.
