Inline-Messtechnik Wie Sensor und KI gemeinsam verborgene Prozessparameter erschließen

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Die Steuerung von Produktionsanlagen in der Chemie-, Pharma- und Lebensmittelindustrie erfolgt in der Regel erfahrungsbasiert, anhand von Prozessparametern. Dabei liegen im Inneren weitere Kenngrößen verborgen, die präzisere Aussagen über die Effizienz und Nachhaltigkeit ihres Betriebs ebenso wie über die Qualität von Produkten liefern. Hier setzt das Gründungsvorhaben Inline Process Solutions (IPS) an.

Eine Inline-Messtechnik, die IPS an der RPTU Kaiserslautern-Landau entwickelt, zeigt auf, wie die disperse Phasenströmung (bezeichnet ein Gemisch aus mehreren Phasen wie einer Flüssigkeit und einem Gas) beschaffen ist. Sie macht in Apparaten und Rohrleitungen hochauflösende Bilder des enthaltenen Stoff- bzw. Phasengemischs. Die zugehörige, auf Künstlicher Intelligenz (KI) basierende Software bestimmt anschließend Parameter wie die Partikelgröße. „Mit unserem System können wir in Rohrleitungen und andere Apparate hineinschauen und untersuchen, wie groß Partikel in einem Gemisch sind, welche Form sie aufweisen und wie viele es überhaupt sind“, erklärt Dr.-Ing. Anne Friebel, die sich bei IPS um die allgemeine Produktentwicklung sowie die Zusammenarbeit mit Industriekunden kümmert.

Die Inline-Messtechnik besteht aus Hard- und Software: Eine Sonde dient als Sensor, und liefert pro Sekunde fünf bis zehn Bilder – idealerweise an einer kritischen Stelle wie kurz hinter dem Auslass eines Trennapparats. Danach verarbeitet eine Software die Bilddaten mittels KI. Die daraus resultierenden Kenngrößen können Anlagenbetreiber über ein User Interface einsehen und für die Steuerung der Prozesse nutzen.

Fokus auf Kristallisation und Sprays

Das Gründungsteam von IPS arbeitet zurzeit mit vier Industriekunden zusammen, um ihr System zur Marktreife zu entwickeln. „Wir konzentrieren uns auf zwei Einsatzbereiche: Kristallisation und Sprays“, sagt Friebel. „Hier sehen wir das größte Potenzial.“ Bei der Kristallisation ist die Form der Partikel entscheidend. Kristalle können je nach Bedingungen unterschiedlich aussehen, aber häufig wird nur eine spezifische Variante benötigt, um anschließende Verarbeitungsschritte zuverlässig durchzuführen. Hier zahlt sich also der prüfende Blick ins Innere des Apparats aus, um kostenintensive Fehlproduktionen oder Nachbearbeitungen zu verhindern. „Das Alleinstellungsmerkmal unserer Sensorik ist eine besonders kontrastreiche Aufnahme, welche die KI, welche die KI im Nachgang leicht erkennen und auswerten kann. Und für das Training der KI können wir synthetische Bilder nutzen, so dass das System beim Kunden direkt mit den Live-Messungen starten kann. Damit sind wir einzigartig am Markt.“

Des Weiteren ermöglicht es die Inline-Messtechnik erstmals, Sprays zu analysieren. „Wir sind dabei ganz kleinen Tröpfchen in Gasströmen auf der Spur“, so die Ingenieurin. „Der Mitriss von Tropfen ist hierbei entscheidend, das heißt, wie viele Flüssigkeitspartikel nach dem Durchlauf durch spezielle Trennapparate noch im Gasstrom enthalten sind.“ Zum einen geht es darum, Produktverlust zu minimieren. Zum anderen besteht die Gefahr, dass nachgeschaltete Anlagen, die nicht mit Flüssigkeit umgehen können, Schaden nehmen. Deswegen kommen in der Industrie üblicherweise zusätzlich mehrere Abscheider zum Einsatz, was Material- und Energiekosten verursacht. Diese aufwendige statische Absicherung kann mit der Sensorik optimiert werden.

Langfristig soll die Inline-Messtechnik nicht nur Analysen ermöglichen, sondern auch über Parameter wie die Partikelgröße Prozesse direkt steuern. „Als dritte Ausbaustufe planen wir, unser System auch als Lösung für die vorausschauende Instandhaltung einzusetzen“, ergänzt Friebel. „Die KI kann lernen, welche Bilder auf gut laufende bzw. nicht optimal laufende Prozesse hindeuten. So wird es möglich gegenzusteuern, bevor etwa ein Filter komplett verstopft und längere Stillstandzeiten verursacht.“

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