Konzept zur durchgängig konsistenten Darstellung von Engineering-Ergebnissen über den Lebenszyklus von Prozessanlagen am Beispiel von Verriegelungen
Translated title
Concept for a seamless consistent description of engineering results across the life cycle of process plants using the example of interlocks
Publication date
2025-08-04
Document type
Dissertation
Author
El Sakka, Feras
Advisor
Referee
Kleinert, Tobias
Granting institution
Helmut-Schmidt-Universität/Universität der Bundeswehr Hamburg
Exam date
2025-07-31
Organisational unit
Publisher
Universitätsbibliothek der HSU/UniBw H
Part of the university bibliography
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File(s)
Language
German
Keyword
Effizientes Engineering
Model-based engineering
Lebenszyklus
Beschreibungsmittel
Process industy
Prozessindustrie
Life cycle
Efficient engineering
Abstract
Das Engineering von Produktionsanlagen in der Prozessindustrie erfordert effiziente Prozesse und Arbeitsweisen, um den hohen Anforderungen an die planerische Qualität, die Minimierung von Kosten und die projektbezogene Einhaltung von Zeiten gerecht zu werden. Die Beteiligung verschiedener Gewerke an den komplexen Prozessen zur Planung, Errichtung, Inbetriebnahme und Optimierung einer Anlage über den Lebenszyklus verstärken den Bedarf an kollaborativen Ansätzen zur Reduzierung von Aufwänden und Verbesserung des Informationsaustausches über Planungsstände. Während des Engineerings werden Anforderungen an Funktionalitäten in Lösungsvorschläge überführt und implementiert. Die Dokumentation von Engineering-Ergebnissen in geeigneten Beschreibungsmitteln dient als Kommunikationsgrundlage zwischen den beteiligten Gewerken, wobei Übergange zwischen Beschreibungsmitteln fehleranfällig sind und Mehraufwände durch ein oftmals manuelles Übertragen von Inhalten mit sich bringen. Mit fortlaufendem Reifegrad der Engineering-Ergebnissen erhöht sich auch der Detaillierungsgrad der Dokumentation in oftmals gewerkespezifischen Beschreibungsmitteln. Im späteren Verlauf des Lebenszyklus einer Anlage wird der Wechsel von detaillierten Darstellungen auf Darstellungen mit höheren Abstraktionsstufen immer relevanter um gewerkeübergreifend Funktionsweisen diskutieren zu können und Änderungen, bspw. im Rahmen von Brownfield-Projekten, zu Dokumentieren. Dies betrifft insbesondere Verriegelungen, die als wichtiger Bestandteil des Automatisierungssystems kritische Eingaben des Nutzers oder Ausgaben der Steuerung unterbinden.
In der vorliegenden Arbeit wird ein Konzept für eine durchgängig konsistente Darstellung von Verriegelungen vorgestellt. Mithilfe eines entwickelten Beschreibungsmittels werden auf drei unterschiedlichen Detaillierungsstufen die Darstellung und das Editieren von Inhalten zu Verriegelungen ermöglicht. Als Basis für die unterschiedlichen Detaillierungsstufen wurde ein Informationsmodell definiert, welches die Inhalte der Verriegelungen in herstellerneutraler Form beschreibt. Durch Definieren von Regeln wird eine regelbasierte und automatisierte Aggregation und Dekomposition der Inhalte zwischen den unterschiedlichen Ebenen ermöglicht und die kausale Konsistenz der Inhalte über die unterschiedlichen Ebenen sichergestellt. Als Unterstützung für eine Anwendung des Konzeptes wurde eine methodische Vorgehensweise entwickelt, die in Form von definierten Workflows die Anwendbarkeit und Integration in bestehende Engineering-Vorgehensweisen sicherstellt. Im Rahmen von zwei unterschiedlichen Anwendungsbeispielen wurde das Konzept anhand von realen Engineering-Projekten der Prozessindustrie evaluiert und die Vorteilhaftigkeit gegenüber bestehenden Ansätzen anhand einer kritischen Betrachtung der Anforderungserfüllung bestätigt.
In der vorliegenden Arbeit wird ein Konzept für eine durchgängig konsistente Darstellung von Verriegelungen vorgestellt. Mithilfe eines entwickelten Beschreibungsmittels werden auf drei unterschiedlichen Detaillierungsstufen die Darstellung und das Editieren von Inhalten zu Verriegelungen ermöglicht. Als Basis für die unterschiedlichen Detaillierungsstufen wurde ein Informationsmodell definiert, welches die Inhalte der Verriegelungen in herstellerneutraler Form beschreibt. Durch Definieren von Regeln wird eine regelbasierte und automatisierte Aggregation und Dekomposition der Inhalte zwischen den unterschiedlichen Ebenen ermöglicht und die kausale Konsistenz der Inhalte über die unterschiedlichen Ebenen sichergestellt. Als Unterstützung für eine Anwendung des Konzeptes wurde eine methodische Vorgehensweise entwickelt, die in Form von definierten Workflows die Anwendbarkeit und Integration in bestehende Engineering-Vorgehensweisen sicherstellt. Im Rahmen von zwei unterschiedlichen Anwendungsbeispielen wurde das Konzept anhand von realen Engineering-Projekten der Prozessindustrie evaluiert und die Vorteilhaftigkeit gegenüber bestehenden Ansätzen anhand einer kritischen Betrachtung der Anforderungserfüllung bestätigt.
The engineering of production plants in the process industry requires efficient processes and working methods in order to meet the high demands regarding planning quality, minimizing costs and reaching project-related deadlines. The involvement of different engineering disciplines in complex processes during the planning, construction, commissioning and optimization of a plant across its life cycle underlines the need for collaborative approaches to reduce costs and improve the exchange of information on planning statuses. During engineering, requirements for automated functionalities are transferred into suggested solutions for process control and later implemented. The documentation of engineering results between means of description is error-prone and results in additional work for engineers due to the often manual transfer of content. As the maturity of engineering results increases, so does the level of detail in the documentation, often in discipline-specific means of description. Across a plant’s life cycle, the change from detailed representation to higher levels of abstraction becomes increasingly relevant to enable cross-disciplinary discussions about automated functionalities and to document changes, for example in the context of brownfield projects. This applies in particular to interlocks, which represent an important component of the automation system and prevent critical user inputs or controller outputs to ensure the safety of the plant.
This thesis presents a concept for a seamless consistent description of interlocks. The proposed means of description allows the representation and editing of interlock contents at three different levels of detail. As a basis for the different levels, an information model was defined, which describes the interlocks in a neutral form. By setting up rules, a rule-based and automated aggregation and decomposition of interlock information between the different levels is supported and the causal consistency of the information is ensured across the different levels. To support the application of the concept, a methodical approach was developed in the form of defined workflows, that ensure applicability and integration into existing engineering processes of disciplines. Using two different application examples, the concept was evaluated on the basis of real engineering projects in the process industry. The advantages of the concept over existing approaches were confirmed on the basis of a critical examination of the fulfillment of previously defined requirements for the concept.
This thesis presents a concept for a seamless consistent description of interlocks. The proposed means of description allows the representation and editing of interlock contents at three different levels of detail. As a basis for the different levels, an information model was defined, which describes the interlocks in a neutral form. By setting up rules, a rule-based and automated aggregation and decomposition of interlock information between the different levels is supported and the causal consistency of the information is ensured across the different levels. To support the application of the concept, a methodical approach was developed in the form of defined workflows, that ensure applicability and integration into existing engineering processes of disciplines. Using two different application examples, the concept was evaluated on the basis of real engineering projects in the process industry. The advantages of the concept over existing approaches were confirmed on the basis of a critical examination of the fulfillment of previously defined requirements for the concept.
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