Universität Stuttgart
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Item Open Access Situation based process monitoring in complex systems considering vagueness and uncertainty(2004) Rebolledo, Mario; Göhner, Peter (Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c.)History has demonstrated during the 20th century that industrial development carries hazards that should not be ignored because they endanger humans, the environment and production facilities. For this reason, continuous development of new production technologies should be accompanied by a comparable development in industrial safety technologies. Safety-critical applications in complex processes are usually based on a precise monitoring of operation conditions, according to a “correct” process operation. The problem is determining if a behavior or an operation condition is “correct”. For this, models are generally used, which are able of reproducing “safe” or “appropriate” process behaviors. The difficulty of precise modeling grows continuously, because of the increasing complexity of the supervised processes. Rigorous deterministic modeling is limited to simple processes, while approximate models based on statistics or Artificial Intelligence techniques, for example, must be restricted to modeling single variables or small subsystems to be manageable and deliver useful information. A monitoring technique usually employed for complex processes relies on abstraction of the process behavior in qualitative models by using symbolic value ranges to represent required information. However, also the applicability of qualitative modeling techniques is eventually restricted by the resulting model size. In this research work, a new process monitoring approach, based on qualitative models, efficiently depicts valuable vague and uncertain information that is currently discarded during the modeling. The proposed method expands the ability of Situation-based Qualitative Modeling and Analysis (SQMA) to monitor complex processes by integrating elements of the Rough Set Theory and Stochastic Qualitative Automata. The resulting models are considerably more precise than other similar-sized qualitative models. At the same time, the new method develops more compact and precise qualitative models than traditional qualitative models of the same precision.Item Open Access Entwicklung hybrider Komponentenmodelle zur Prozessüberwachung komplexer dynamischer Systeme(2004) Manz, Susanne; Göhner, Peter (Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c.)Für die Automatisierung kontinuierlich-diskreter technischer Prozesse ist neben der Realisierung der Steuerungs- und Regelungsfunktionen auch die automatische Überwachung des bestimmungsgemäßen Betriebs von großer Bedeutung. In ingenieurtechnischen Anwendungen werden zur Prozessüberwachung und Diagnose häufig modellbasierte Lösungen mit dem Ziel betrachtet, eine möglichst genaue Beschreibung der betreffenden technischen Anlage zu erhalten. Jedoch ist besonders für komplexe dynamische Systeme das Aufstellen und Betreiben eines mathematischen Modells zur Online-Überwachung mit vielen Schwierigkeiten verbunden. Aufgrund dieser Schwierigkeiten bieten sich für komplexe Systeme qualitative Modellierungsverfahren an. Bei diesen Verfahren müssen die inneren physikalischen Zusammenhänge nicht genau wiedergegeben werden, sondern die Modelle enthalten nur Situationen, in denen etwas „passiert“. Das qualitative Modell muss solche Situationen voneinander unterscheiden können. Eine Möglichkeit, diese Schwierigkeiten in den Griff zu bekommen, ist die Kombination von qualitativen und kontinuierlichen, so genannten hybriden Modellen. Im Rahmen des Forschungsthemas „Entwicklung hybrider Komponentenmodelle zur Prozessüberwachung komplexer dynamischer Systeme“ wurde das SQMD-Verfahren (Situation based Qualitative Monitoring and Diagnosis) entwickelt. Das Verfahren zeichnet sich durch eine einfache, streng komponentenorientierte Modellierung aus. Komponenten ohne Speicherwirkung des technischen Prozesses werden nur qualitativ modelliert. In diesem Fall ordnet der Modellierer jeder physikalischen Größe verschiedene Wertebereiche zu, die das ordnungsgemäße und das fehlerhafte Verhalten dieser Komponente qualitativ beschreiben. Die dynamische Beschreibung erfolgt nur für Komponenten mit Speicherwirkung und wird für die Abbildung des dynamischen Systemverhaltens im qualitativen Modell benötigt. Im Rahmen der Online-Überwachung werden innerhalb eines bestimmten Zeitfensters alle Komponenten miteinander verknüpft und der Zustandsraum reduziert. Dies erfolgt auf Basis der hybriden Komponentenmodelle, der Systemstruktur und der vom technischen Prozess eingehenden Sensor- und Aktordaten. Der reduzierte Zustandsraum kann auf eventuelles Fehlverhalten des technischen Prozesses untersucht werden. Die Durchführbarkeit des Konzepts wird am Modellprozess Drei-Tank-System demonstriert. Anschließend findet die Übertragung auf ein reales System, die Überwachung der aero- und gasdynamischen Prozesse im Kohlebergwerk, statt.Item Open Access Adaptive Internetanbindung von Feldbussystemen(2005) Eberle, Stephan; Göhner, Peter (Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c.)Feldbusse sind spezialisierte Netzwerke, um automatisierungstechnische Geräte wie Sensoren, Aktoren und Steuerungen miteinander zu verbinden. In der letzten Zeit wird immer mehr nach Möglichkeiten gesucht, um mit Hilfe des Internets von entfernten Orten aus an Informationen zu gelangen, die in feldbusvernetzten Systemen verarbeitet werden. Die Verfügbarkeit dieser Informationen verleihen Teleservices, wie z.B. der Ferndiagnose, oder der vertikalen Integration automatisierungstechnischer Anlagen mit kaufmännischen Geschäftsbereichen von Unternehmen einen enormen Auftrieb und versprechen Effizienzsteigerungen und Kosteneinsparungen beträchtlichen Ausmaßes. Nichtsdestotrotz erweist sich die fehlende Interoperabilität zwischen Feldbussystemen und darauf zugreifenden Softwarewerkzeugen und -anwendungen nach wie vor als schwer überwindbares Hindernis. Dass zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten standardisierte Anwendungsschnittstellen und Datenaustauschformate notwendig sind, darüber ist man sich weitgehend einig. Die Meinungen über deren Gestaltung liegen jedoch weit auseinander und trotz zahlloser Anstrengungen ist keine Einigung absehbar. Mit der adaptiven Internetanbindung von Feldbussystemen wird die Frage der Interoperabilität von Feldbussystemen und -werkzeugen aus einer völlig neuen Richtung angegangen. Nicht der Anwender soll gezwungen sein, sich nach den Begebenheiten des Feldbussystems zu richten. Stattdessen soll die Technik, sprich das Feldbussystem, in die Lage versetzt werden, sich in flexibler Weise an die jeweilige Werkzeuginfrastruktur des Anwenders anzupassen. Die Verwirklichung dieser Idee erfolgt mit Hilfe von Transformationsvorschriften, die an einem bekannten Ort im Internet bereitgestellt werden. Sobald ein Feldbuswerkzeug und -system miteinander in Verbindung treten, werden die zwischen ihnen ausgetauschten Nachrichten mit Hilfe der passenden Transformationsvorschrift übersetzt, sodass sie von der jeweiligen Gegenseite verstanden und ordnungsgemäß verarbeitet werden können. Auf diese Weise kann die Interoperabilität von Feldbussystemen und -werkzeugen erstmals auch dann hergestellt werden, wenn keine einheitliche Form des Informationsaustausches vereinbart werden kann und beide Seiten im herkömmlichen Sinne inkompatibel sind.