Schnittstellen richtig nutzen

Obwohl die meisten kommerziellen Simulationsprogramme für die Berechnung verfahrenstechnischer Prozesse einen ähnlichen Anwendungsbereich abdecken, eignen sie sich für die jeweiligen Aufgabenstellungen unterschiedlich gut. Um das beste Ergebnis für den Kunden zu erzielen, beherrschen versierte Planungsdienstleister daher nicht nur die wichtigsten Produkte am Markt, sondern können aufgrund ihrer Erfahrung das für den konkreten Fall beste Tool einsetzen – oder verschiedene Softwarelösungen bestmöglich kombinieren. Denn oft ist eine erfolgreiche Verknüpfung der Programme über Schnittstellen unabdingbar, um einen sicheren und schnellen Datenaustausch zu gewährleisten. „Wir setzen deshalb seit einigen Jahren auf vorhandene Schnittstellen zu Excel und Visual Basic. Hier haben wir einige Entwicklungsarbeit geleistet und unsere Lösungen bereits in zahlreichen Anwendungen eingesetzt“, erklärt Katharina van Beijeren aus dem Engineering von InfraServ Knapsack. Um den Wünschen ihrer Kunden bestmöglich zu entsprechen, arbeiten die Simulationsexperten zum einen mit den gängigen Simulationsprogrammen, wie Aspen oder ChemCad. Zum anderen schreiben sie eigene Modelle in Visual Basic, Matlab oder Aspen Custom Modeller und binden sie – wenn notwendig und möglich – in die Lösungen der verschiedenen Hersteller ein. Gerade im Bereich der Feinchemie herrscht für solche Modelle hoher Bedarf. Van Beijeren: „Vor allem bei Prozessen mit Stoffen, die thermodynamisch nicht ausreichend beschrieben sind, wie Feststoffe oder neue Produkte, benötigen wir kreative Lösungen, um auf empirische Daten zurückgreifen zu können.“ Für solche Fälle bieten die meisten Softwarehersteller jedoch keine vorgefertigten Modelle, was wegen der Vielzahl spezieller Anforderungen nachvollziehbar ist. Ein typisches Beispiel aus der Praxis von InfraServ Knapsack zeigt, warum: Ein Kunde plante eine Anlage zur Herstellung eines neuen Produkts. Doch sowohl über das Produkt als auch die Edukte und Nebenprodukte lagen den Planern kaum Messdaten über deren thermodynamische Eigenschaften vor. Die eingesetzten Stoffe neigen zu Anlagerungen, sind leicht entflammbar, hoch viskos sowie thermisch instabil und deshalb nur schwer zu handhaben, was die Stoffdatenermittlung erschwert. Hinzu kam, dass der Reaktionsmechanismus nicht vollständig bekannt und nur für wenige Betriebspunkte vermessen war. Zwar wussten die Planer, welche Reaktionen in etwa ablaufen würden und auch welche Zusammensetzung in bestimmten Fällen vorlag, jedoch ließ sich das komplexe Reaktionssystem nicht mit den vorhandenen Modellen kommerzieller Simulationsprogramme abbilden. Um dennoch die verschiedenen Varianten des neu entwickelten Prozesses simulieren und miteinander vergleichen zu können, entwickelte InfraServ Knapsack über das vorhandene empirische Wissen in Kombination mit Erfahrung ein Excel-Modell für die Abbildung der Reaktion. In diesem speziellen Fall wurde das Excel-Modell mit der Simulationssoftware ChemCad über die sogenannte DataMapping-Schnittstelle verknüpft. Mithilfe von DataMapping können Daten zwischen ChemCad und einer Excel-Datei übertragen werden. Hält sich die zu übertragende Datenmenge in Grenzen, ist damit ein belastbares Ergebnis mit einem vertretbaren Programmieraufwand zu erreichen. Steigt dagegen die Anzahl der ausgetauschten Daten, erhöht sich nicht nur der Programmieraufwand, sondern es sinkt gleichzeitig die Berechnungsgeschwindigkeit, da das Schreiben und Auslesen der Daten in beziehungsweise aus Excel sehr zeitaufwendig ist. Änderungen im Fließbild oder dem Gesamtmodell verlangen zudem eine besondere Sorgfalt, um die Verknüpfungen der einzelnen Datensätze nicht zu beschädigen.

Es besteht zwar die Möglichkeit, innerhalb der Simulationsprogramme eigene Module zu schreiben, der Aufwand für die Programmierung und Validierung ist allerdings hoch und lohnt sich meist nur, wenn das so neu geschaffene Modul für weitere Anwendungen wiederverwendet werden kann. Im Vergleich zu DataMapping zeichnet sich eine solche Lösung bei höheren Datenaustauschmengen jedoch durch eine deutlich schnellere Schnittstelle und damit kürzere Simulationszeit aus. „In der Regel müssen wir abwägen, welcher Weg sich für die einzelne Aufgabenstellung besser eignet und schneller zum Ergebnis führt“, sagt van Beijeren. „Gleichzeitig haben wir die Erfahrung gemacht, dass selbst der Wechsel zwischen verschiedenen Softwarelösungen des gleichen Anbieters nicht immer einwandfrei funktioniert und einen erhöhten Programmieraufwand nach sich zieht.“ Die Simulationsexperten sehen daher auch hier Entwicklungsbedarf bei den Herstellern. Die Erfahrung aus anderen Softwarebereichen zeigt zudem, dass eine einheitliche, anwenderfreundliche Schnittstelle die Attraktivität eines ausgereiften Produktes eher fördert als verringert.

Schon eine leistungsfähige Schnittstelle zu Excel würde Simulationsergebnisse deutlich beschleunigen. Darüber hinaus ließe sich damit auch dem Wunsch vieler Betreiber noch besser nachkommen, ihre gewohnte Softwareumgebung zu nutzen und so die Einarbeitungszeit für die Bedienung von speziellen Simulationstools zu sparen. Denn meist arbeitet das Betriebspersonal einer Anlage ebenfalls mit Excel. Für seine Kunden gestaltet InfraServ Knapsack deshalb auf Wunsch individuelle Oberflächen in diesem Programm, mit denen sie Eingaben in Simulationen vornehmen können, ohne dabei in Berührung mit der Simulationssoftware zu kommen.

Das Betriebspersonal kann dann selbst komplizierte Simulationen der Anlage in bestimmten Anwendungsgrenzen in der vertrauten Excel-Umgebung anstoßen. Ein weiterer Nutzen der Excel-basierten Schnittstelle ergibt sich aus der Kopplung der Simulation mit dem Prozessleitsystem. So lassen sich erforderliche Reinigungs- oder Instandhaltungsarbeiten überwachen, z. B. Wärmetauscher hinsichtlich ihres Foulings, wenn die gemessenen Prozessdaten direkt in die Simulationssoftware übertragen werden. Durch eine automatische Auswertung nach erfolgter Simulation lässt sich so der Zeitraum bis zur nächsten Reinigung automatisch ermitteln.

Eine universelle Schnittstelle hätte also für Anlagenbetreiber und Simulationsexperten viele Vorteile. Doch bis zur Schaffung eines schnellen und praktikablen Standards müssen Planer weiterhin mit den bisherigen Lösungen vorlieb nehmen. Für Kunden zahlt es sich aus, sich im Vorfeld ausführlich zu informieren, über welche Erfahrung ihr Dienstleister mit den eingesetzten Simulationsprogrammen verfügt, damit am Ende Kosten und Ergebnis stimmen.

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