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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Berechnung einer Produktivität einer aus Anlagenmodulen bestehenden industriellen Anlage, insbesondere einer industrielle Anlage, welche chemische, biochemische oder pharmazeutische Produkte herstellt. Ein Produkt kann auch elektrische Energie sein oder die Bereitstellung von Sensordaten, z.B. im Falle einer Gebäudeüberwachung die Bereitstellung von Videobildern oder Daten einer Brandschutzanlage.
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Beim Betrieb einer industriellen Anlage, insbesondere einer industriellen Anlage zur Herstellung von einem oder mehreren Produkten, beispielsweise chemischen, biologischen oder pharmazeutischen Produkten, hat die Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Wartbarkeit der industriellen Anlage eine hohe Bedeutung. Daher besteht bereits während des Entwurfs einer derartigen industriellen Anlage die Notwendigkeit, bei der Planung der industriellen Anlage verschiedene mögliche Konfigurationen der industriellen Anlage rechnergestützt zu simulieren, um die Produktivität der industriellen Anlage hinsichtlich einer oder mehrerer Endprodukte, insbesondere bei Ausfällen von Anlagenkomponenten, zu bestimmen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein System mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird demnach ein System zur Berechnung einer Produktivität einer aus Anlagenmodulen bestehenden industriellen Anlage geschaffen, wobei die Anlagenmodule jeweils eine zugehörige Zustandszeitanteilsverteilung aufweisen, die durch Konfigurationselemente, welche entsprechend einer Konfiguration der industriellen Anlage ausgewählt werden, zu einem Produktivitäts-Layout-Modell der industriellen Anlage verknüpft werden, wobei auf Basis des generierten Layout-Modells die Produktivität der industriellen Anlage hinsichtlich mindestens eines Endproduktes durch eine Berechnungseinheit des Systems berechnet wird.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems gibt die Zustandszeitanteilsverteilung eines Anlagenmoduls für mindestens zwei diskrete Betriebszustände des jeweiligen Anlagenmoduls den Zeitanteil an einer Betriebszeit an, währenddessen sich das Anlagenmodul in dem jeweiligen Betriebszustand befindet.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems geben die Betriebszustände der Zustandszeitanteilsverteilung eines Anlagenmoduls jeweils ein Produktivitätsmaß hinsichtlich mindestens eines von dem jeweiligen Anlagenmodul abgegebenen Produktes an.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems umfasst ein bestimmter Zeitanteil an einer Betriebszeit, in dem sich ein Anlagenmodul in einem inaktiven Betriebszustand befindet, einen geplanten Zeitanteil, welcher insbesondere zur Durchführung von Wartungs- und Reparaturmaßnahmen an dem jeweiligen Anlagenmodul verwendet wird, und einen für Ausfallereignisse vorgesehenen Zeitanteil.
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Ein Vorteil hierbei besteht darin, dass Wartungsmaßnahmen bzw. Reparaturmaßnahmen gemäß einem Wartungs- bzw. Reparaturplan in die Berechnung der Produktivität der industriellen Anlage mit einfließen.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist die Zustandszeitanteilsverteilung der auswählbaren Anlagenmodule in einer Anlagenmodul-Datenbank gespeichert, auf welche die Berechnungseinheit Zugriff hat.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems sind die in der Zustandszeitanteilsverteilung angegebenen Zustände und/oder Zeitanteile für die verschiedenen Betriebszustände des Anlagenmoduls einstellbar.
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Bei einer möglichen Ausführungsform sind die in der Zustandszeitanteilsverteilung angegebenen Zeitanteile für die verschiedenen Betriebszustände des Anlagenmoduls in Abhängigkeit von Anlageparametern der industriellen Anlage oder in Abhängigkeit von Umgebungsparametern veränderbar.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems weisen die Verknüpfungselemente arithmetische und/oder logische Verknüpfungselemente auf.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist eines der auswählbaren Verknüpfungselemente ein Kombinations-Verknüpfungselement, welches für jede mögliche Kombination von Betriebszuständen von vorgeschalteten Anlagenmodulen eine Zustandszeitanteilsverteilung generiert, welche für jeden kombinierten Zustand ein Produktivitätsmaß hinsichtlich eines von den vorgeschalteten Anlagenmodulen abgegebenen Produktes angibt.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems ist eines der auswählbaren Verknüpfungselemente ein Minimierungsverknüpfungselement, welches für jede mögliche Kombination von Betriebszuständen von vorgeschalteten Anlagenmodulen eine Zustandszeitanteilsverteilung generiert, welche für jeden kombinierten Zustand das Minimum der zu den Betriebszuständen zugehörigen Produktivitätsmaße hinsichtlich eines von den vorgeschalteten Anlagenmodulen abgegebenen Produktes angibt.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems werden die Anlagenmodule sowie die Verknüpfungselemente mittels eines grafischen Editors über Verknüpfungslinien miteinander zur Generierung des Layout-Modells der industriellen Anlage verknüpft.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems sind die Verknüpfungslinien jeweils mit positiven oder negativen Gewichtungsfaktoren gewichtbar.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems weisen die verschiedenen Zwischen- und Endprodukte der industriellen Anlage zugehörige Produktionsprioritäten auf, die durch Verknüpfungslinien mit negativen Gewichtungsfaktoren modelliert werden.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems wird für jedes Endprodukt der industriellen Anlage eine Ergebnis-Zustandszeitanteilsverteilung berechnet, welche für jeden Betriebszustand der gesamten industriellen Anlage ein Produktivitätsmaß hinsichtlich des von der industriellen Anlage abgegebenen Endproduktes angibt.
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Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems werden die Ergebnis-Zustandszeitanteilsverteilungen der verschiedenen von der industriellen Anlage abgegebenen Endprodukte mit dem jeweiligen zugewiesenen Wert pro erzeugter Menge des jeweiligen Endproduktes gewichtet, wobei der Gesamtwert aller von der industriellen Anlage abgegebenen Endprodukte maximiert wird.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems weisen die Endprodukte der industriellen Anlage chemische oder biochemische oder pharmazeutische Produkte auf. Weiterhin können die Endprodukte auch elektrische Energie oder Sensordaten sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Berechnung einer Produktivität einer aus Anlagenmodulen bestehenden industriellen Anlage geschaffen, welches die Merkmale des Patentanspruchs 16 aufweist.
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Demnach wird ein Verfahren zum Berechnen einer Produktivität einer aus Anlagenmodulen bestehenden industriellen Anlage geschaffen, wobei die Anlagenmodule jeweils eine zugehörige Zustandszeitanteilsverteilung aufweisen, die durch Verknüpfungselemente, welche entsprechend einer Konfiguration der industriellen Anlage ausgewählt werden, zu einem Layout-Modell der industriellen Anlage verknüpft werden, wobei auf Basis des generierten Layout-Modells die Produktivität der industriellen Anlage hinsichtlich mindestens eines Endproduktes berechnet wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Planungssoftwaretool zur Planung einer industriellen Anlage gemäß den in Patentanspruch 17 angegebenen Merkmalen geschaffen.
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Demnach wird ein Planungssoftwaretool zur Planung einer industriellen Anlage mit Programmbefehlen zur Durchführung eines Berechnungsverfahrens geschaffen, wobei das Berechnungsverfahren eine Produktivität einer aus Anlagenmodulen bestehenden industriellen Anlage berechnet, wobei die Anlagenmodule jeweils eine zugehörige Zustandszeitanteilsverteilung aufweisen, die durch Verknüpfungselemente, welche entsprechend einer Konfiguration der industriellen Anlage ausgewählt werden, zu einem Layout-Modell der industriellen Anlage verknüpft werden, wobei auf Basis des generierten Layout-Modells die Produktivität der industriellen Anlage hinsichtlich mindestens eines Endproduktes berechnet wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine industrielle Anlage mit einer Anlagensteuerung mit den in Patentanspruch 18 angegebenen Merkmalen geschaffen.
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Demnach wird eine industrielle Anlage mit einer Anlagensteuerung geschaffen, welche Anlagenkomponenten der industriellen Anlage in Abhängigkeit von Produktivitäten steuert, die hinsichtlich von Endprodukten der industriellen Anlage durch ein System zur Berechnung einer Produktivität berechnet werden, wobei die Anlagenmodule jeweils eine zugehörige Zustandszeitanteilsverteilung aufweisen, die durch Verknüpfungselemente, welche entsprechend einer Konfiguration der industriellen Anlage ausgewählt werden, zu einem Layout-Modell der industriellen Anlage verknüpft werden, wobei auf Basis des generierten Layout-Modells die Produktivität der industriellen Anlage hinsichtlich mindestens eines Endproduktes durch eine Berechnungseinheit des Systems berechnet wird.
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Im Weiteren werden mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems und Verfahrens zur Berechnung einer Produktivität einer aus Anlagenmodulen bestehenden industriellen Anlage unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein Blockschaltbild einer möglichen Ausführungsform eines Systems zur Berechnung einer Produktivität einer aus Anlagenmodulen bestehenden industriellen Anlage gemäß einem Aspekt der Erfindung;
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2, 3, 4 Diagramme zur Erläuterung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Systems zur Berechnung einer Produktivität einer aus Anlagenmodulen bestehenden industriellen Anlage anhand eines einfachen Beispiels;
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5, 6, 7 Diagramme zur Erläuterung von Verknüpfungselementen, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und System eingesetzt werden können;
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8 Diagramme zur Erklärung einer zeitabhängigen Berechnung einer Produktivität einer aus Anlagenmodulen bestehenden industriellen Anlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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9 ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Systems und Verfahrens zur Berechnung einer Produktivität einer aus Anlagenmodulen bestehenden industriellen Anlage;
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10 ein einfaches Beispiel für ein gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und System erzeugten Layout-Modell, mit dem eine Priorisierung von Endprodukten möglich ist.
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Wie man aus 1 erkennen kann, weist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Berechnungssystems B-SYS zur Berechnung einer Produktivität einer aus Anlagenmodulen AM bestehenden industriellen Anlage das Berechnungssystem B-SYS eine Berechnungseinheit BE auf, die beispielsweise einen oder mehrere Mikroprozessoren zur Durchführung von Programmbefehlen enthält. Die Berechnungseinheit BE hat bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel Zugriff auf eine Anlagenmodul-Datenbank AM-DB und eine Verknüpfungselement-Datenbank VE-DB. In der Anlagenmodul-Datenbank AM-DB sind für eine Vielzahl unterschiedlicher Anlagenmodule AM jeweils zugehörige Zustandszeitanteilsverteilungen ZZAV abgelegt. Bei den Anlagenmodulen AM kann es sich um einfache bzw. elementare Anlagenmodule handeln, beispielsweise Ventile oder Pumpen, oder um komplexere Anlagenkomponenten bzw. Teilsysteme, die aus elementaren Anlagenmodulen zusammengesetzt sind. Jedes Anlagenmodul AM modelliert eine zugehörige Anlagekomponente in der konfigurierbaren industriellen Anlage. Bei der industriellen Anlage handelt es sich beispielsweise um eine Anlage zur Herstellung von einem oder mehreren Endprodukten. Beispielsweise kann es sich bei der industriellen Anlage um eine IGCC-Anlage (Integrated Gasification Combined Cycle) handeln. Bei der IGCC-Anlage handelt es sich um eine Anlage, bei der ein Primärbrennstoff, wie beispielsweise Kohle, Biomasse oder Abfall, in einem Vergaser unterstöchiometrisch zu energiereichem Brenngas umgewandelt wird. Ein entstehendes Rohgas wird dabei gekühlt, wobei die Abwärme aus dem exothermen Vergasungsprozess in einen Wasserdampfkreislauf der industriellen Anlage geführt wird. Das Rohgas kann gereinigt werden und durchläuft dabei Entschwefelungsanlagen sowie entsprechende Filter. Weiterhin wird das Gas in einer Gasturbine verbrannt. Neben der Verstromung aus dem Synthesegas lassen sich weitere stoffliche Produkte generieren, insbesondere Wasserstoff, Methanol, Treibstoffe oder synthetisches Erdgas. Eine derartige industrielle Anlage besteht aus einer Vielzahl von Anlagenkomponenten, die miteinander, insbesondere über Rohre und Leitungen, verbunden sind. Eine IGCC-Anlage umfasst beispielsweise Kohlemühlen, Silos, Rußwassersysteme und Kohlevergaser, wobei die Kohlevergaser ein rohes Synthesegas liefern, das nachbearbeitet werden kann, um schließlich einer Brennkammer einer Gasturbine zugeführt zu werden. Die Kohlemühlen zerreiben beispielsweise Kohle, wobei die zerriebene Kohle in besonderen Behältern bzw. Silos zwischengelagert wird, in denen sich Stickstoff befindet, um Explosionen zu verhindern. Die zerriebene zwischengelagerte Kohle wird Kohlevergasern zugeführt, welche Synthesegas erzeugen. Kohlevergaser sind an Rußwassersysteme zu ihrer Reinigung angeschlossen. Mehrere Anlagenkomponenten können ein technisches Teilsystem der gesamten industriellen Anlage bilden. Beispielsweise kann ein Anlagenmodul AM für ein Teilsystem aus miteinander verknüpften Anlagenmodulen von elementaren Anlagenkomponenten bestehen.
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Jedes Anlagenmodul AM weist mindestens zwei diskrete Betriebszustände auf. Beispielsweise weist ein Anlagenmodul AM einen ersten Betriebszustand auf, in dem es inaktiv ist und kein Produkt bzw. Zwischenprodukt abgibt, und einen zweiten aktiven Zustand, in dem es ein Produkt bzw. Zwischenprodukt an eine nachgeschaltete Anlagenkomponente abgibt. Bei diesem einfachen Beispiel hat die Anlagenkomponente in dem ersten nicht aktiven Betriebszustand eine Produktivität P von 0 % und in dem zweiten Betriebszustand eine Produktivität P von 100 % hinsichtlich des jeweiligen Zwischenproduktes. Eine Anlagenkomponente der industriellen Anlage kann ein oder mehrere Zwischenprodukte abgeben. Komplexere Teilsysteme bzw. zusammengesetzte Anlagenkomponenten der industriellen Anlagen können eine höhere Anzahl verschiedener diskreter Betriebszustände aufweisen, wobei für jeden Betriebszustand für die jeweiligen Zwischenprodukte, die von der Anlagenkomponente abgegeben werden, Produktivitätsmaße angegeben werden können. Für die Anlagenkomponenten bestehen jeweils Zustandszeitanteilsverteilungen ZZAV für mindestens zwei diskrete Betriebszustände des jeweiligen Anlagenmoduls AM, wobei ein Zeitanteil ZA an der Betriebszeit angegeben ist, währenddessen sich das Anlagenmodul AM in dem jeweiligen diskreten Betriebszustand befindet. Beispielsweise befindet sich bei dem in 5 dargestellten einfachen Beispiel das erste Anlagenmodul AM-1 mit einem Zeitanteil ZA von 90 % an seiner Betriebszeit in einem Betriebszustand, in dem es eine Produktivität P von 100 % hinsichtlich seines Endproduktes hat und nur zu 10 % seiner Betriebszeit in einem Betriebszustand, in dem es kein Produkt abgibt (P = 0 %). Der überwiegende Anteil der Anlagenkomponenten weist einen inaktiven Betriebszustand auf. Der Zeitanteil ZA an der Betriebszeit, in dem sich das Anlagenmodul AM in einem inaktiven Betriebszustand befindet, kann einen geplanten Zeitanteil und einen ungeplanten Zeitanteil umfassen. Der geplante vorgegebene Zeitanteil umfasst einen Zeitanteil, der für die Durchführung von Wartungs- und Reparaturmaßnahmen an dem jeweiligen Anlagenmodul verwendet wird. Der ungeplante Zeitanteil kann für Ausfallereignisse bei dem Anlagenmodul AM vorgesehen werden. Bei dem in 5 dargestellten einfachen Beispiel befindet sich das Anlagenmodul AM-1 während 10 % seiner Betriebszeit in einem inaktiven Betriebszustand und produziert 0 % des Endproduktes. Diese 10 % Zeitanteil können sich aus einem geplanten Zeitanteil von beispielsweise 5 % zusammensetzen, in dem das Anlagenmodul AM-1 gewartet bzw. repariert wird und aus einem Zeitanteil, der für mögliche Ausfallereignisse vorgesehen ist. Beispielsweise kann dieser für Ausfallereignisse vorgesehene Zeitanteil 5 % der Betriebszeit umfassen. Der für Ausfallereignisse vorgesehene Zeitanteil kann anhand von Erfahrungswerten bzw. historischen Daten, die für die jeweilige Anlagenkomponente der industriellen Anlage vorliegen, geschätzt bzw. berechnet werden. Darüber hinaus kann der Zeitanteil, welcher für Ausfallereignisse vorgesehen ist, von weiteren Parametern abhängen, beispielsweise von der Lebensdauer bzw. Alterung des jeweiligen Anlagenmoduls AM, sowie von Parametern der industriellen Anlage oder Umgebungsparametern. Beispielsweise kann für ein bereits verwendetes Anlagenmodul, das aus einer anderen Anlage ausgebaut wird und welches für die zu erstellende neue Anlage eingebaut wird, dessen Lebenszeit bzw. Betriebszeit bei der Dimensionierung des für Ausfallereignisse vorgesehenen Zeitintervalls bzw. Zeitanteils mitberücksichtigt werden. Hat beispielsweise ein einzubauendes Anlagenmodul AM-1 bereits eine Betriebszeit von einigen Jahren hinter sich, ist der für Ausfallereignisse vorzusehende Zeitanteil ZA höher einzustellen als für ein gleichartiges Anlagenmodul, das neuartig in die industrielle Anlage eingebaut wird. Der geplante Zeitanteil, in dem sich das Anlagenmodul in einem inaktiven Betriebszustand befindet, kann in Abhängigkeit von einem Wartungs- bzw. Reparaturplan für die jeweilige Anlagenkomponente eingestellt bzw. verändert werden. Für jedes in der Anlagenmodul-Datenbank AM-DB vorgesehene Anlagenmodul AM kann eine entsprechende Zustandszeitanteilsverteilung ZZAV als Datensatz abgelegt werden. Die in der gespeicherten Zustandszeitanteilsverteilung ZZAV angegebenen Zeitanteile ZA für die verschiedenen Betriebszustände des Anlagenmoduls AM sind bei einer möglichen Ausführungsform einstellbar. Bei einer möglichen Ausführungsform erfolgt die Einstellung der Zustandszeitanteilsverteilungen ZZAV durch einen Nutzer über ein Nutzerinterface UI, wie es in 1 dargestellt ist. Weiterhin können die Zustandszeitanteilsverteilungen ZZAV der verschiedenen Anlagenmodule AM in Abhängigkeit von simulierten Anlagenparametern AP der industriellen Anlage oder in Abhängigkeit von simulierten Umgebungsparametern UP verändert werden ZZAV(AP). Beispielsweise kann sich die Zustandszeitanteilsverteilung ZZAV verändern, wenn der intern in der industriellen Anlage bestehende Druck ab- oder zunimmt. Weiterhin kann sich die Zustandszeitanteilsverteilung ZZAV eines Anlagenmoduls AM in Abhängigkeit von einer Umgebungstemperatur (UP = T) der industriellen Anlage verändern ZZAV(UP).
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Soll beispielsweise die industrielle Anlage in einer Wüste aufgebaut werden, in der hohe Temperaturen T und hohe Temperaturschwankungen ΔT herrschen, kann für jedes einer Anlagenkomponente der industriellen Anlage zugeordnetes Anlagenmodul AM eine für die hohe Umgebungstemperatur passende Zustandszeitanteilsverteilung ZZAV in der Anlagenmodul-Datenbank AM-DB abgelegt werden. Die Zustandszeitanteilsverteilung eines Anlagenmoduls AM hängt somit von der Lebenszeit LZ aufgrund der Alterung der zugehörigen Anlagenkomponente AK, von internen Anlagenparametern AP der industriellen Anlage sowie von Umgebungsparametern UP ab, beispielsweise der herrschenden Außentemperatur ZZAV(LZ, AP, UP).
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Weiterhin kann die Zustandszeitanteilsverteilung ZZAV einer Anlagenkomponente von einem Wartungsplan für die jeweilige Anlagenkomponente AK abhängen. Ist beispielsweise für einen bestimmten Tag in der Woche eine Wartung bzw. Reparatur an einer Anlagenkomponente vorgesehen, kann die Zustandszeitanteilsverteilung ZZAV der Anlagenkomponente für einen ersten Betriebszustand einer 100 %igen Produktivität (P = 100 %) einen Zeitanteil ZA von 0 % und für einen zweiten Betriebszustand mit 0 % Produktivität (P = 0 %) einen Zeitanteil ZA von 100 % an diesem Wartungstag aufweisen. Jeder physikalischen Anlagenkomponente der industriellen Anlage bzw. jedem Teilsystem der industriellen Anlage kann ein entsprechendes Anlagenmodul AM mit zugehöriger Zustandszeitanteilsverteilung ZZAV zugeordnet werden.
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Die Zustandszeitanteilsverteilungen ZZAV der Anlagenmodule AM werden bei dem Berechnungssystem B-SYS durch Verknüpfungselemente VE zu einem Layout-Modell der industriellen Anlage manuell oder halbautomatisch verknüpft. Dabei erfolgt die Verknüpfung entsprechend einer geplanten bzw. möglichen Konfiguration der industriellen Anlage, beispielsweise manuell, d.h., die Verknüpfungselemente VE werden entsprechend dieser Konfiguration durch einen Nutzer beispielsweise mittels des Nutzerinterfaces UI des Berechnungssystems B-SYS ausgewählt. Bei einer möglichen Ausführungsform werden die Anlagenmodule AM, die jeweils eine Anlagenkomponente bzw. ein Teilsystem der industriellen Anlage als Datenmodell darstellen, sowie die Verknüpfungselemente VE mittels eines grafischen Editors durch einen Nutzer über Verknüpfungslinien miteinander zur Generierung des Layout-Datenmodells der industriellen Anlage verknüpft. Die Anlagenmodule können aus einer Bibliothek von Anlagenmodulen selektiert werden. Das mithilfe des Editors generierte Layout-Modell kann bei einer möglichen Ausführungsform in einem Datenspeicher MEM des Systems B-SYS gespeichert werden. Auf Basis des generierten Layout-Modells wird anschließend die Produktivität der industriellen Anlage hinsichtlich mindestens eines Endproduktes durch die Berechnungseinheit BE berechnet. Durch die Berechnung wird somit die Produktivität der geplanten industriellen Anlage hinsichtlich mindestens eines Endproduktes, beispielsweise eines chemischen, biologischen, elektrischen oder pharmazeutischen Endproduktes, durch die Berechnungseinheit BE auf Basis des Layout-Datenmodells der industriellen Anlage simuliert. Die Auswahl der Anlagenmodule AM aus der Anlagenmodul-Datenbank AM-DB sowie die Auswahl der verwendeten Verknüpfungselemente VE aus der Verknüpfungselement-Datenbank VE-DB erfolgt vorzugsweise mithilfe eines grafischen Editors, beispielsweise eines Visio-basierten RAM (Reliability, Availability, Maintainability) Layout Editors. Dieser Layout Editor ermöglicht die Modellierung der Verschaltungen bzw. Verknüpfungen zwischen den Anlagenmodulen bzw. Teilsystemen der industriellen Anlage. Der Layout Editor wird vorzugsweise mittels eines grafischen User Interfaces UI auf einem Bildschirm dem Nutzer angezeigt. Die verschiedenen Anlagenmodule AM können auf dem Bildschirm des Interfaces UI platziert werden und werden mithilfe von Verknüpfungselementen VE miteinander verknüpft. Die aus der Verknüpfungselement-Datenbank VE-DB ausgewählten Verknüpfungselemente VE können arithmetische und/oder logische Verknüpfungselemente umfassen. Die ausgewählten Anlagenmodule AM und die Verknüpfungselemente VE können über Verknüpfungslinien miteinander zur Erstellung des Layout-Modells der industriellen Anlage verbunden werden. Bei einer möglichen Ausführungsform sind die Verknüpfungslinien mit positiven oder negativen Gewichtungsfaktoren w gewichtbar. Die auswählbaren Verknüpfungselemente VE befinden sich vorzugsweise in der Verknüpfungselement-Datenbank VE-DB des Berechnungssystems B-SYS, wie in 1 dargestellt. Bei einer möglichen Ausführungsform ist eines der auswählbaren Verknüpfungselemente ein Kombinationsverknüpfungselement KOM-VE, welches für jede mögliche Kombination von Betriebszuständen von vorgeschalteten Anlagenmodulen AM eine Zustandszeitanteilsverteilung ZZAV generiert, welche für jeden kombinierten Zustand ein Produktivitätsmaß P hinsichtlich eines von den vorgeschalteten Anlagenmodulen AM abgegebenen Produktes angibt. Ein Beispiel für ein derartiges Kombinationsverknüpfungselement ist in 6 für das in 5 dargestellte einfache Beispiel angegeben. Weiterhin kann sich in der Verknüpfungselement-Datenbank VE-DB als weiteres Verknüpfungselement VE ein Minimierungsverknüpfungselement befinden, welches für jede mögliche Kombination von Betriebszuständen von vorgeschalteten Anlagenmodulen AM eine Zustandszeitanteilsverteilung ZZAV generiert, welche für jeden kombinierten Zustand das Minimum der zu den Betriebszuständen zugehörigen Produktivitätsmaße P hinsichtlich eines von den vorgeschalteten Anlagenmodulen AM abgegebenen Produktes angibt. Ein Beispiel für ein derartiges Minimierungsverknüpfungselement MIN-VE ist in 7 für das in 5 dargestellte einfache Beispiel gezeigt. Die verschiedenen auswählbaren Verknüpfungselemente VE können mit unterschiedlichen grafischen Symbolen dem Nutzer auf dem Bildschirm angezeigt werden. Die verschiedenen Verknüpfungselemente erhalten als Eingang die Zustandszeitanteilsverteilungen der vorgeschalteten Anlagenmodule, die mit dem Verknüpfungselement VE eingangsseitig verknüpft sind, und liefert als Ausgang eine Zustandszeitanteilsverteilung ZZAV für die verschiedenen möglichen kombinierten diskreten Betriebszustände. Dies wird im Weiteren unter Bezugnahme auf die 2, 3, 4 beispielhaft erläutert.
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2 zeigt Zustandszeitanteilsverteilungen ZZAV für Anlagenmodule AM, die über ein Verknüpfungselement VE miteinander verknüpft sind, wie in 3 dargestellt. Bei den Anlagenmodulen AM-1, AM-2, AM-3, AM-4, AM-5 kann es sich beispielsweise um Anlagenmodule für Kohlevergaser handeln, die über Sammelschienen bzw. Header verbunden sind und ein rohes Synthesegas abgeben. Bei dem in 3 dargestellten Beispiel sind fünf Anlagenmodule, die jeweils eine Kohlevergaser-Anlagenkomponente modellieren, über ein Verknüpfungselement VE miteinander verknüpft, dessen Endprodukt bzw. Zwischenprodukt das erzeugte rohe Synthesegas ist. Die Zustandszeitanteilsverteilungen ZZAV für die verschiedenen Anlagenmodule AM-1 bis AM-5 sind in 2 dargestellt. In dem einfachen Beispiel weist jedes Anlagenmodul AM-i jeweils zwei diskrete Betriebszustände auf, nämlich einen aktiven Betriebszustand mit einem Produktivitätsmaß P von 100 % hinsichtlich des Produktes für den aktiven Betriebszustand sowie mit einem Produktivitätsmaß P von 0 % für den inaktiven bzw. ausgefallenen Betriebszustand des jeweiligen Anlagenmoduls. Beispielsweise kann der Zeitanteil ZA für den aktiven Betriebszustand (Produktivitätsmaß P = 100 %) 95 % betragen, während der Zeitanteil ZA für den inaktiven Betriebszustand (Produktivitätsmaß P = 0 %) 5 % ist. Die Summe aller Zeitanteile ZA innerhalb der Zustandszeitanteilsverteilung ZZAV ergibt 100 %. Wie in 2 dargestellt, sind die Zustandszeitanteilsverteilungen ZZAV beispielsweise für die Anlagenmodule AM-1 bis AM-4 annähernd gleich, während die Zustandszeitanteilsverteilung für das fünfte Anlagenmodul AM-5 bzw. den fünften dadurch modellierten Kohlevergaser einen Zeitanteil von 50 % für den aktiven Betriebszustand und 50 % für den inaktiven Betriebszustand angibt. Dadurch kann beispielsweise modelliert werden, dass das fünfte Anlagenmodul AM-5 wesentlich älter ist und daher einen höheren Zeitanteil für Ausfallereignisse oder Wartungs- bzw. Reparaturmaßnahmen benötigt. Mithilfe des aus der Verknüpfungselement-Datenbank VE-DB ausgewählten Verknüpfungselementes VE wird automatisch eine Zustandszeitanteilsverteilung ZZAVVE für das gesamte in 3 dargestellte Teilsystem berechnet, wie in 4 grafisch angedeutet. Bei dem in 3 dargestellten einfachen Beispiel weist das Teilsystem eine Produktivität von 100 % auf, wenn vier der fünf vorgeschalteten Anlagenmodule bzw. Kohlevergaser arbeiten. Arbeiten alle fünf vorgeschalteten Kohlevergaser, weist das Teilsystem ein Produktivitätsmaß von 125 % auf, wie in 4 dargestellt. Fallen gleichzeitig alle fünf Kohlevergaser aus, ist das Produktivitätsmaß P des Teilsystems 0 %. Der Zeitanteil ZA an diesem kombinierten Betriebszustand ist allerdings sehr gering, da es sehr unwahrscheinlich ist, dass gleichzeitig alle fünf Kohlevergaser ausfallen. In dem in 4 dargestellten einfachen Beispiel ist der Zeitanteil an der Gesamtbetriebszeit, in dem vier der fünf Kohlevergaser gleichzeitig arbeiten, am größten. Bei diesem Betriebszustand wird ein Produktivitätsmaß von 100 % des Teilsystems erreicht, was beispielsweise 1 t des Endproduktes des jeweiligen Teilsystems in einem vorgegebenen Betriebszeitraum entspricht. Das in 3 dargestellte Teilsystem und die zugehörige in 4 dargestellte berechnete Zustandszeitanteilsverteilung ZZAV können mit weiteren Anlagenmodulen AM und Teilsystemen zur Berechnung der Konfiguration der zu erstellenden industriellen Anlage verknüpft werden.
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Durch Änderung der Verknüpfungen sowie durch das Hinzufügen oder Eliminieren von Anlagenmodulen AM kann die zugehörige Zustandszeitanteilsverteilung ZZAV eines Sub- bzw. Teilsystems hinsichtlich mindestens eines Endproduktes bzw. Zwischenproduktes gezielt verändert werden. Weiterhin können die Zustandszeitanteilsverteilungen ZZAV der verschiedenen elementaren Anlagenmodulen in einer Simulation verändert werden. Dies kann bei einer möglichen Ausführungsform in Abhängigkeit von Anlagenparametern der industriellen Anlage, beispielsweise einem herrschenden auf Kessel oder Rohre wirkenden Innendruck, oder in Abhängigkeit von Umgebungsparametern, beispielsweise einer Umgebungstemperatur, erfolgen. Wird beispielsweise eine sehr hohe Außentemperatur simuliert, können sich die Zustandszeitanteilsverteilungen ZZAV der Anlagenmodule AM dahingehend verändern, dass sich der Zeitanteil ZA für den aktiven Betriebszustand (Produktivitätsmaß P = 100 %) reduziert, während sich der Zeitanteil ZA für den inaktiven Betriebszustand (Produktivitätsmaß P = 0 %) für das jeweilige betroffene Anlagenmodul AM erhöht. Bei einer möglichen Ausführungsvariante bzw. Implementierung des erfindungsgemäßen Systems werden für die verschiedenen Anlagenmodule AM die Koordinaten bzw. Ortskoordinaten der zugehörigen Anlagenkomponenten innerhalb der industriellen Anlage mitberücksichtigt. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, auch Temperaturgradienten innerhalb einer industriellen Anlage zu simulieren. Befindet sich beispielsweise das Anlagenmodul AM-1 in 3 auf einer der Sonne zugewandten Seite der industriellen Anlage, hat es aufgrund der höheren Temperatur eine andere Zustandszeitanteilsverteilung als beispielsweise das Anlagenmodul AM-5, welches auf einer der Sonne abgewandten Seite der industriellen Anlage montiert ist.
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5, 6, 7 zeigen Diagramme zur Erläuterung möglicher Verknüpfungselemente VE, wie sie bei dem erfindungsgemäßen System zur Berechnung einer Produktivität einer aus Anlagenmodulen bestehenden industriellen Anlage eingesetzt werden können. Bei dem in 5 dargestellten einfachen Teilsystem werden zwei Anlagenmodule AM-1, AM-2 über ein arithmetisches Verknüpfungselement VE hinsichtlich eines Endproduktes miteinander verknüpft. Die beiden Anlagenmodule AM-1, AM-2 weisen unterschiedliche Zustandszeitanteilsverteilungen ZZAV auf, wie in 5 dargestellt. Bei dem in 5 dargestellten einfachen Beispiel weisen beide Anlagenmodule AM jeweils zwei diskrete Betriebszustände auf, nämlich einen aktiven Betriebszustand und einen inaktiven Betriebszustand. Das erste Anlagenmodul AM-1 besitzt in dem aktiven Betriebszustand eine Produktivität von 100 % und in dem inaktiven Betriebszustand eine Produktivität von 0 %. Das Anlagenmodul AM-1 befindet sich zu 90 % der Betriebszeit in dem aktiven Betriebszustand und zu 10 % der Betriebszeit in dem inaktiven Betriebszustand. Demgegenüber weist das andere Anlagenmodul AM-2 im aktiven Betriebszustand nur eine Produktivität von 70 % auf. Beispielsweise kann das Anlagenmodul AM-2 im Vergleich zu dem Anlagenmodul AM-1 ein wesentlich höheres Betriebsalter aufweisen, sodass seine Produktivität im aktiven Betriebszustand wesentlich geringer ist als die Produktivität des Anlagenmoduls AM-1. Zudem befindet sich in dem dargestellten Beispiel das Anlagenmodul AM-2 nur zu 80 % der Gesamtbetriebszeit in dem aktiven Betriebszustand und zu 20 % in dem inaktiven Betriebszustand. Hierbei kann beispielsweise berücksichtigt werden, dass für das weitere Anlagenmodul AM-2 mehr Zeit für Wartung und Reparaturen reserviert ist und zudem die Wahrscheinlichkeit für unerwartete Ausfallereignisse höher ist. Das in 5 dargestellte Verknüpfungselement VE verknüpft nun die Zustandszeitanteilsverteilungen ZZAV der beiden vorgeschalteten Anlagenmodule AM-1, AM-2.
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Bei dem Verknüpfungselement VE kann es sich beispielsweise um ein Kombinationsverknüpfungselement handeln, wie in 6 dargestellt. Dabei wird für jede mögliche Kombination von Betriebszuständen der beiden vorgeschalteten Anlagenmodule AM-1, AM-2 eine Zustandszeitanteilsverteilung generiert, welche für jeden kombinierten Zustand ein Produktivitätsmaß P hinsichtlich des von den vorgeschalteten Anlagenmodulen abgegebenen Produktes angibt. 6 zeigt die generierte Zustandszeitanteilsverteilung für ein Kombinationsverknüpfungselement KOM-VE bei dem in 5 dargestellten einfachen Beispiel. Wie in 6 dargestellt, sind vier verschiedene Kombinationen von Zuständen möglich, nämlich ein erster Zustand mit einem Produktionsmaß von 170 %, wenn sich beide Anlagenmodule AM-1, AM-2 in einem aktiven Betriebszustand befinden, ein Betriebszustand mit einem Produktivitätsmaß von 100 %, wenn sich das erste Anlagenmodul AM-1 im aktiven Betriebszustand befindet, während das zweite Anlagenmodul AM-2 ausgefallen ist bzw. sich in einem inaktiven Betriebszustand befindet, einen dritten Betriebszustand mit einem Produktivitätsmaß von 70 %, wenn das erste Anlagenmodul AM-1 inaktiv ist und nur das zweite Anlagenmodul AM-2 aktiv ist sowie einen vierten Betriebszustand mit einem Produktivitätsmaß von 0 %, wenn sich beide Anlagenmodule AM-1, AM-2 gleichzeitig in einem inaktiven Betriebszustand befinden. Für jeden kombinierten Zustand des Teilsystems wird automatisch ein Zeitanteil ZA berechnet. So beträgt der Zeitanteil ZA für den ersten Betriebszustand mit einem Produktivitätsmaß von P = 170 % 0,72, nämlich das Produkt aus dem Zeitanteil ZA, in dem sich das erste Anlagenmodul AM-1 in dem aktiven Betriebszustand befindet, und dem Zeitanteil ZA, in dem sich das zweite Anlagenmodul AM-2 in einem aktiven Betriebszustand befindet. Wie man in 6 erkennen kann, befindet sich das Teilsystem, das beide miteinander verbundene Anlagemodule AM-1, AM-2 umfasst, in einem zweiten Betriebszustand mit einem Produktivitätsmaß von P = 100 % nur in 18 % der Betriebszeit. Im dritten Betriebszustand des Teilsystems (Produktivitätsmaß P = 70 %) beträgt der Zeitanteil 8 % und in dem vierten Betriebszustand (Produktivitätsmaß P = 0 %) befindet sich das Teilsystem nur in 2 % der Betriebszeit, d.h., der Zeitanteil ZA beträgt für diesen kombinierten Zustand, in dem beide Anlagenkomponenten ausgefallen sind, 2 %.
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Ein weiteres mögliches auswählbares Verknüpfungselement VE ist ein Minimierungsverknüpfungselement, wie es in 7 dargestellt ist. Dieses generiert für jede mögliche Kombination von Betriebszuständen von vorgeschalteten Anlagenmodulen AM eine Zustandszeitanteilsverteilung ZZAV, welche für jeden kombinierten Zustand das Minimum der zu den Betriebszuständen zugehörigen Produktivitätsmaße P hinsichtlich eines von den vorgeschalteten Anlagenmodulen AM abgegebenen Produktes angibt. Eine erste mögliche Kombination von Betriebszuständen ist bei dem dargestellten Beispiel, wenn sich beide Anlagenmodule AM-1, AM-2 im aktiven Betriebszustand befinden und voll produzieren, d.h. das erste Anlagenmodul mit einem Produktivitätsmaß von 100 % und das zweite Anlagenmodul mit einem Produktivitätsmaß von 70 %. Das Minimum der beiden Produktivitätsmaße beträgt 70 %. Der Zeitanteil hierfür ist 72 %, wie in 7 dargestellt. Die übrigen möglichen Kombinationen betragen P = 100 % für Anlagenmodul AM-1 und P = 0 % für Anlagenmodul AM-2, P = 0 % für Anlagenmodul AM-1 und P = 70 % für Anlagenmodul AM-2 sowie P = 0 % für Anlagenmodul AM-1 und P = 0 % für Anlagenmodul AM-2. Das Minimum hinsichtlich des Produktivitätsmaßes für diese Kombinationen beträgt 0 %. Der entsprechende berechnete Zeitanteil für diesen kombinierten Zustand ist 28 %, wie in 7 dargestellt. Mit den beiden in den 6, 7 dargestellten Verknüpfungselementen VE, nämlich dem Kombinationsverknüpfungselement KOM-VE und dem Minimierungsverknüpfungselement MIN-VE, lassen sich im Wesentlichen alle Konfigurationen von industriellen Anlagen modellieren. Der Layout Editor ermöglicht die Modellierung der Verschaltungen zwischen den Teilsystemen der industriellen Anlage. In einem ersten Schritt kann ein RAM Layout der industriellen Anlage analysiert werden, um beispielsweise Abhängigkeiten zwischen den Teilsystemen der industriellen Anlage und beispielsweise die Auswirkungen einer reduzierten Produktivität von mindestens einem Teilsystem auf die Produktivität der industriellen Anlage hinsichtlich eines End- bzw. Zwischenproduktes zu erkennen. Durch die Assemblierung bzw. Verknüpfung der Produktivitätscharakteristika bzw. Zustandszeitanteilsverteilungen ZZAV von gekoppelten und abhängigen Teilsystemen zu zusammengesetzten Teilsystemen mit zugehöriger Produktivitätscharakteristik können sukzessive eine Zustandszeitanteilsverteilung hinsichtlich der Produktivität des Gesamtsystems bzw. der gesamten industriellen Anlage hinsichtlich einer oder mehrerer Endprodukte berechnet werden. Hierdurch wird eine Einzelbetrachtung der verschiedenen Kombinationen von Produktivitätsstufen von teilweise funktionierenden oder defekten Teilsystemen umgangen und eine Gesamtbetrachtung der gesamten industriellen Anlage hinsichtlich deren Produktivität ermöglicht.
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Die Zustandszeitanteilsverteilungen ZZAV der verschiedenen Anlagenkomponenten können sich in Abhängigkeit von einem Wartungsplan verändern, wie beispielhaft in 8 dargestellt. Bei dem in 8 dargestellten Beispiel wird an einem Montag (MO) das Anlagenmodul AM-1 gewartet, sodass es sich am Montag in dem aktiven Betriebszustand mit einem Zeitanteil von 0 % befindet, während es für den ganzen Montag in dem inaktiven Betriebszustand (Produktivitätsmaß P = 0 %) einen Zeitanteil von 100 % besitzt. Das andere Anlagenmodul AM-2 weist für den Montag eine normale Zeitanteilsverteilung auf, wobei beispielsweise der Zeitanteil für den aktiven Betriebszustand 95 % und für den inaktiven Betriebszustand 5 % beträgt. Am Dienstag (DIE) wird in dem dargestellten Beispiel das andere Anlagenmodul AM-2 gewartet, sodass sich dieses am Dienstag im inaktiven Betriebszustand (Produktivitätsmaß 0 %) mit einem Zeitanteil von 100 % befindet. Am dritten Tag (Mittwoch) wird keines der beiden Anlagenmodule AM-1, AM-2 gewartet. Dementsprechend ergibt sich durch das Verknüpfungselement VE für jeden der drei Tage eine unterschiedliche Zustandszeitanteilsverteilung, wie in 8 angedeutet. Wird beispielsweise am Mittwoch (MITT) keines der beiden Anlagenmodule gewartet, ist der Zeitanteil für die maximale Produktivität (Produktivitätsmaß 200 %) höher als an den übrigen beiden Tagen, nämlich Montag oder Dienstag, an denen eines der beiden Anlagenmodule gewartet wird. Die berechneten Zustandszeitanteilsverteilungen ZZAV von Teilsystemen verändern sich somit dynamisch in Abhängigkeit von einem Zeitplan, beispielsweise einem Wartungs- oder Reparaturplan, für die verschiedenen Anlagenmodule der industriellen Anlage (ZZAV(t)). Ferner ist es bei dem erfindungsgemäßen System und Verfahren möglich, einen Wartungsplan optimal auf die industrielle Anlage abzustimmen, um die Produktivität der industriellen Anlage hinsichtlich eines oder mehrerer Produkte zu maximieren. Darüber hinaus können Auswirkungen eines geänderten Wartungs- bzw. Reparaturplans auf die Produktivität der industriellen Anlage untersucht bzw. analysiert werden. Weiterhin kann untersucht werden, inwieweit vorgesehene Redundanzen innerhalb von Teilsystemen die Anlagenproduktivität hinsichtlich aller Endprodukte steigert bzw. bei Durchführung von Wartungsmaßnahmen erhält. Bei dem in 3 dargestellten Beispiel kann beispielsweise hinterfragt werden, ob das Vorsehen eines fünften redundanten Kohlevergasers als Anlagenmodul AM-5 aufgrund der Produktivitätssteigerung lohnend ist oder nicht. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und System ist es möglich, eine erwartete Produktion der industriellen Anlage für verschiedene Endprodukte zu berechnen. Die berechnete Produktivität kann mit erwarteten Produktivitätswerten für die verschiedenen Produkte multipliziert werden. Beispielsweise kann eine Ergebnis-Zustandszeitanteilsverteilung für verschiedene von der industriellen Anlage abgegebenen Endprodukte mit dem jeweiligen zugegebenen Wert des Endproduktes pro erzeugter Menge des jeweiligen Endproduktes gewichtet bzw. multipliziert werden. Bei einer möglichen Ausführungsform wird dann der Gesamtwert aller von der industriellen Anlage abgegebenen Endprodukte maximiert. Hierdurch kann der über die erwartete Betriebszeit der industriellen Anlage berechnete Gesamtwert der produzierten Produkte in Relation zu den Investitionskosten der komplexen industriellen technischen Anlage gesetzt werden. Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems werden die Anlagenmodule AM sowie die Verknüpfungselemente VE mittels eines grafischen Editors über Verknüpfungslinien zur Generierung des Layout-Modells der industriellen Anlage verknüpft. Die Verknüpfungslinien können mit positiven oder negativen Gewichtungsfaktoren wi gewichtet werden, wie in 9 dargestellt. Jedes Anlagenmodul AM kann eine Zustandszeitanteilsverteilung m aufweisen. Nach Eingang erhält das Anlagenmodul AM eine Zustandszeitanteilsverteilung v der vorgeschalteten Module, die mit einem Gewichtungsfaktor w1 gewichtet werden kann. Der Ausgang des Anlagenmoduls AM kann ebenfalls mit einem Gewichtungsfaktor w2 gewichtet werden, wie in 9 dargestellt. Die Zustandszeitanteilsverteilung ZZAV, die von dem Anlagenmodul bzw. Teilsystem abgegeben wird, berechnet sich wie folgt: ZZAV = min(w1 × v, m) × w2.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems weisen die verschiedenen Endprodukte der industriellen Anlage zugehörige Produktionsprioritäten auf. Diese können bei einer möglichen Ausführungsform durch Verknüpfungslinien mit negativen Gewichtungsfaktoren modelliert werden. Dies kann anhand des in 10 dargestellten einfachen Beispiels erläutert werden. Bei dem in 10 dargestellten Beispiel einer industriellen Anlage erzeugt diese zwei Endprodukte A, B. Die Anlagenmodule AM-1, AM-2 modellieren zwei Kohlevergaser als Anlagenkomponente der industriellen Anlage. Das von den Kohlevergasern gelieferte Synthesegas wird zusammengeführt und an eine Syntheseanlage zur Erzeugung des Endproduktes A angelegt, die durch das Anlagenmodul AM-A modelliert ist. Eine zweite Synthesekomponente produziert das zweite Endprodukt B. Diese zweite Synthesekomponente wird durch das Anlagenmodul AM-B modelliert, wie in 10 dargestellt. Das von den Kohlevergasern gelieferte Synthesegas wird an die Synthesekomponente für das Produkt B angelegt, wobei allerdings dem Produkt A Priorität eingeräumt wird. Hierzu wird der Ausgang des Anlagenmoduls AM-A über eine Verknüpfungslinie, die mit einem Gewichtungsfaktor von –100 % gewichtet wird, an einen Eingang des zweiten Verknüpfungselements VE-2 zurückgeführt, wie in 10 dargestellt. Während das erste Verknüpfungselement VE-1 das Zusammenführen der von den Kohlevergasern abgegebenen Synthesegase modelliert, modelliert das zweite Verknüpfungselement VE-2 die Priorisierung des ersten Endproduktes A gegenüber dem zweiten Endprodukt B der industriellen Anlage. Arbeiten beispielsweise beide Kohlevergaser mit einer Produktivität von 100 %, hat der Ausgang von Verknüpfungselement VE-1 eine Produktivität von 200 %, die sowohl an den Eingang des Anlagemoduls AM-A zur Synthetisierung des Produktes A als auch an den zweiten Eingang des Verknüpfungselementes VE-2 angelegt wird. Befindet sich das Anlagenmodul AM-A in einem aktiven Betriebszustand, werden mindestens 100 % rückgekoppelt und an dem zweiten Verknüpfungselement VE-2 eine Zustandszeitanteilsverteilung berechnet. Da beide Kohlevergaser in diesem Falle voll arbeiten (P = 200 %), reicht das Synthesegas auch zur Herstellung des Produktes B. Fällt allerdings einer der beiden Kohlevergaser aus und hat dann ein Produktivitätsmaß P von 0 %, liefert der Ausgang des Verknüpfungselementes VE-1 nur noch ein Produktivitätsmaß von 100 %, von dem durch das Verknüpfungselement VE-2 aufgrund der negativen Rückkopplung 100 % abgezogen werden, sodass für das Anlagenmodul AM-B nur noch 0 % an dessen Eingang zur Verfügung stehen. In diesem Falle wird somit das ganze erzeugte Synthesegas zur Produktion des Endproduktes A verwendet, sodass kein Produkt B erzeugt wird. Ist aber zusätzlich das Anlagenmodul AM-A ausgefallen und hat ein Produktivitätsmaß P von 0 %, so wird das negative Gewicht am Eingang von VE-2 mit 0% multipliziert und das Synthesegas steht in diesem Zeitanteil für die Produktion des Produktes B in AM-B zur Verfügung. Durch die negative Gewichtung kann somit eine Priorisierung eines Endproduktes, beispielsweise des Produktes A, gegenüber einem anderen Endprodukt, beispielsweise dem Produkt B, mithilfe des Layout Editors modelliert werden. Von dem von den Kohlevergasern erzeugten Synthesegas wird bei dem in 10 dargestellten Beispiel das bei der Synthese A verbrauchte Synthesegas abgezogen, um die für die Synthese B zur Verfügung stehende Synthesegasmenge zu berechnen. Mithilfe des Layout-Editors können somit Differenzen von Produktivitätsstufen modelliert werden. Dies ermöglicht eine Modellierung und allgemeine Berechnung im Falle einer Priorisierung von Produkten, die insbesondere im Falle einer reduzierten Produktivität eines Teilsystems greift bzw. sich auf die Menge der erzeugten Endprodukte auswirkt. Bei einer möglichen Ausführungsform kann sich die Priorisierung der verschiedenen Endprodukte in Abhängigkeit von einem Momentanwert des jeweiligen Endproduktes ändern. Bei einer möglichen Ausführungsform werden die Ergebnis-Zustandszeitanteilsverteilungen der verschiedenen von der industriellen Anlage abgegebenen Endprodukte mit dem jeweiligen Wert pro erzeugter Menge des jeweiligen Endproduktes gewichtet. Dieser Wert kann beispielsweise zugewiesen werden. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform werden die Werte der verschiedenen Endprodukte über ein Datennetzwerk von einem Server übermittelt. Beispielsweise kann es sich bei dem Wert pro erzeugter Menge um einen Marktpreis des Produktmarktes handeln. Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems wird der Gesamtwert aller von der industriellen Anlage abgegebenen Endprodukte in Abhängigkeit von momentanen oder prognostizierten Produktwerten automatisch maximiert. Die grafische Modellierung der Abhängigkeiten der benutzten Teilsysteme und die Analyse der Produktivität für das Gesamtsystem bzw. industrielle Anlage ermöglicht somit die effiziente Bewertung auch von komplexeren technischen Anlagen inklusive Priorisierungsstrategien für deren Endprodukte. Dies kann für vergleichende Wirtschaftlichkeitsbewertungen von Anlagendesigns und Betriebskonzepten relevant sein, um eine optimal an die technischen Rahmenbedingungen sowie Kundenbedürfnisse angepasste Anlagenkonfiguration der industriellen Anlage zu erhalten. Das erfindungsgemäße Verfahren und System eignet sich für die Prognose von Produktivitätswerten von beliebigen industriellen Anlagen, vor allem für industrielle Anlagen, die chemische, biologische oder pharmazeutische Produkte erzeugen. Die Produkte können auch erzeugter elektrischer Strom oder Leistung sein, die beispielsweise bei der Verstromung von Brennstoffen generiert werden. Die Produkte können ferner Daten, insbesondere Sensordaten umfassen, die beispielsweise von einem Videoüberwachungssystem oder einer Brandmeldeanlage bereitgestellt werden. Auch hier gibt es Redundanzen, wenn zwei Rauchmelder jeweils 60% des Raumes überwachen, oder Videoaufnahmen einen Teil des U-Bahnabschnitts doppelt zeigen. Mit dem erfindungsgemäßen System und Verfahren können insbesondere Redundanzen von Anlagenkomponenten bzw. Anlagenmodulen sowie komplexe Abhängigkeiten von Anlagenteilen und Priorisierungsstrategien von verschiedenen Endprodukten berechnet bzw. simuliert werden. Die Berechnung bzw. Simulation der Menge der erzeugten Endprodukte und deren Produktionswerte kann auf Grundlage von momentanen oder prognostizierten Produktwerten erfolgen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und System ist es möglich, eine Produktivität einer industriellen Anlage, insbesondere bei einem möglichen altersbedingten Ausfall oder wartungsbedingten Einschränkungen genau zu berechnen bzw. zu bewerten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Berechnen einer Produktivität einer aus Anlagenmodulen AM bestehenden industriellen Anlage kann als Programmsoftwaretool implementiert sein, das auf einem Rechnersystem ausgeführt wird. Das Planungssoftwaretool kann vor allem zur Planung einer industriellen Anlage vor dessen Inbetriebnahme eingesetzt werden. Darüber hinaus kann das Planungssoftwaretool auch noch während des laufenden Betriebs der industriellen Anlage eingesetzt werden, um Steuerungsmaßnahmen zu unterstützen. Eine Anlagensteuerung der industriellen Anlage kann in Abhängigkeit von Produktivitäten Anlagenkomponenten der industriellen Anlage steuern, wobei die Produktivitäten hinsichtlich verschiedener Endprodukte der industriellen Anlage durch ein erfindungsgemäßes Berechnungssystem B-SYS, wie es in 1 dargestellt ist, berechnet werden. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren bzw. Planungstool zur Berechnung bzw. Simulierung von Wartungsplänen eingesetzt werden, um die Produktivität der industriellen Anlage trotz notwendiger Wartungsmaßnahmen weiterhin so hoch wie möglich zu halten. Erzeugte Layout-Datenmodelle für verschiedene Teilsysteme oder Gesamtanlagen können in einem Datenspeicher MEM gespeichert bzw. hinterlegt werden, um bei weiteren Projekten für ähnlich strukturierte industrielle Anlagen wiederverwendet zu werden. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform werden die tatsächlich aufgetretenen Zustandszeitanteilsverteilungen ZZAV innerhalb der betriebenen industriellen Anlage aufgezeichnet und die Zustandszeitanteilsverteilungen ZZAV der entsprechenden Anlagenmodule AM entsprechend den realen Verläufen angepasst, um eine möglichst realitätsnahe Simulation der Produktivitäten der Komponenten bzw. Teilsysteme zu gewährleisten.
