使用具有连通性能的测厚仪和云端软件提高厚度测量数据的管理水平

Einführung

Rohrleitungen, in denen wichtige Materialien in der Erdöl- und Erdgasindustrie sowie in der Chemikalienindustrie transportiert werden, müssen regelmäßig geprüft werden, um die Korrosionsbildung zu überwachen. Bei einer typischen Prüfung wird die Wanddicke von Rohren und Tanks mit einem Ultraschall-Dickenmesser gemessen, um die mechanische Integrität der Anlage zu untersuchen. Anlageneigentümer engagieren eigenes Prüfpersonal oder häufiger Prüfdienstleister, um diese Prüfungen durchzuführen. Zusätzlich zur Problemerkennung werden die Dickenmesswerte verwendet, um den Wanddickenverlust im Laufe der Zeit aufzuzeichnen und um vorherzusagen, wann Wartungsarbeitet und die nächsten Prüfungen fällig sind. Aufgrund der hohen Kosten für die Reparatur einer Pipeline mit unterbrochenem Betrieb oder, noch schlimmer, beim Ausfall einer Anlage, ist die Verwaltung der Dickenmesswerte sehr wichtig.

In der Prüfindustrie werden verschiedene Datenverwaltungsprozesse, den Kundenanforderungen und Geräten entsprechend, eingesetzt. Diese Prozesse konnten dank der Fortschritte der Geräte- und Softwaretechnologie verbessert werden, jedoch gibt es immer noch einige Unternehmen die dies nicht nutzen. In diesem White Paper erkläre ich den Hintergrund der Verwaltung von Prüfdaten von Ultraschall-Dickenmessern, die Entwicklung dieser Verwaltungsprozesse und ihre aktuelle Probleme und den Aspekt, warum einige Unternehmen immer noch keine vorhandenen Verbesserungen anwenden. Ich gehe auch darauf ein, wie das Aufkommen von Cloud Computing und dem Internet der Dinge die Arbeitsabläufe erheblich verbessern und wie diese Lösungen die Zukunft der Datenverwaltung für die Prüfindustrie verändern.

Ein kurzer Rückblick auf die Dickenmesser

In den 1970er Jahren wurden kompakte, batteriebetriebene Dickenmesser, die für viele Anwendungen optimiert waren, immer beliebter. Im Laufe der Zeit wurden Dickenmesser immer kleiner und leistungsstärker (Thickness Gage Tutorial History, siehe Literaturverweis). Ultraschall-Dickenmesser dieser Ära konnten noch keine digitalen Dickenmesswerte speichern. Daher übertrugen Prüfdienstleister die Ergebnisse von Hand auf Papier, um so ihre Aufzeichnungen zu führen. „Die Prüfergebnisse wurden mit der Hand notiert und alle notwendigen Parameter (Korrosionsrate, Restlebensdauer, Datum der nächsten fälligen Prüfung usw.) per Hand auf Papier berechnet. Formelle und informelle Aufzeichnungen wurden in Aktenschränken aufbewahrt, und die Informationsverwaltung beschränkte sich auf einen einzigen Ort, das Aktenarchiv“ (Rios, 2018).

Doch sobald Handschrift involviert ist, besteht das Risiko möglicher menschlicher Fehler. Beispielsweise könnte ein Prüfer versehentlich einen falschen Dickenmesswert notieren und eine falsche Dickenmessung in einen Bericht aufnehmen. Das könnte zu teuren, unnötigen Wartungsarbeiten oder sogar zum Anlagenausfall führen. Darüber hinaus müssen von Hand notierte Messwerte des Prüfers in einen formelleren Bericht oder eine Datenbank übertragen werden, um die Prüfung effektiv zu archivieren und nachzuverfolgen. Bei mehrfacher Transkription von Messdaten steigt auch das Fehlerpotential. Diese handschriftliche Datenprotokollierung war all die Jahre fehleranfällig und äußerst ineffizient, doch zu dieser Zeit gab es keine bessere Lösung.

Der Aufstieg der digitalen Datenerfassung

In den 1980er Jahren wurden Dickenmesser mit integrierten Datenprotokollierfunktionen und Wellenformanzeigen ausgestattet. In den 1990er Jahren wurden analoge Schaltkreise durch ein digitale Signalverarbeitung ersetzt. Dies bot eine bessere Stabilität und Wiederfähigkeit (Thickness Gage Tutorial History, siehe Literaturverweis). Dank weiterer technologischer Fortschritte konnten Prüfer Dickenmesswerte im internen Datenlogger eines Messgeräts speichern. Somit entstand die Notwendigkeit kompatibler Schnittstellenprogramme, um die Datenübertragung, die Berichterstellung und die Archivierung älterer Prüfungen zu erleichtern. Mehrere Unternehmen, darunter Anlageeigentümer und Prüfdienstleister, begannen mit der Entwicklung eigener Prüfdatenverwaltungsprogramme (IDMS). Mit diesen IDMS-Programmen konnten Daten nachverfolgt und effektiver verwaltet werden. Sie erlaubten auch die Verwendung älterer Prüfdatenfür die Prognose der nächsten Wartungszeitpunkte.

Applikationen für die Prüfdatenverwaltung (IDMS)

Einige der beliebtesten IDMS-Applikationen sind UltraPIPE/PS AIM, PCMS, Meridium, ACET, Aware und RBMI (Rios, 2018). Diese Programme wurden von vielen führenden Eigentümern/Betreibern schnell übernommen, da sie die Anlagenverwaltung deutlich verbesserten. Anstatt auf handgeschriebene Datenprotokolle angewiesen zu sein, konnten die IDMS-Programme gerätekompatible Prüfdateien je nach der zu prüfenden Anlage erstellen. Diese Dateien ließen sich in diversen Formaten erstellen, wie 2D-Matrix und Kesseldatei, und enthielten alle erforderlichen Zustandsüberwachungsstellen (CMLs), an denen der Prüfer die Messungen vornimmt. Der Dateiname konnte mit der Aufgabe oder der Anlage verknüpft werden, um eine bessere Rückverfolgung der Prüfung noch nach Jahren zu ermöglichen. Dank des digitalen Formats konnten Messkonsistenz und Datenintegrität verbessert werden. Nachdem die Datei erstellt war, konnte sie über einen USB-Stick oder ein RS-232-Kabel zu einem kompatiblen Ultraschall-Dickenmesser übertragen werden. Der Datenanalyst im Unternehmen konnte so vor Beginn einer Prüfung alle benötigten Prüfdateien in ein Gerät laden. Der Prüfer war dann in der Lage, mithilfe der im Speicher des Geräts vorhandenen Dateien alle erforderlichen Dickenmessungen an den angegebenen CMLs vor Ort durchführen. Anstatt die Ergebnisse von Hand in ein Formular eintragen zu müssen, speicherte der Prüfer die Dickenmesswerte (Wellenformen/A-Bilder, falls gewünscht) jetzt im internen Datenlogger des Dickenmessers. Nach Beendigung der Prüfung nahm der Prüfer das Gerät mit zurück zum Unternehmen, wo der Datenanalyst die Dateien über einer Kabelverbindung vom Instrument zum Schnittstellenprogramm übertrug.

Dank dieser Verbesserungen des Verfahrens wurden handschriftlich notierte Ergebnisse überflüssig, der Dickenmesser musste jedoch vom Einsatzort entfernt werden, um die Daten zu einem kompatiblen Schnittstellenprogramm zu übertragen. Außerdem mussten Datenanalysten auf das Gerät und die Übertragung der Dateien warten, bevor die Daten überprüft werden konnten. Wurde dabei ein Fehler festgestellt, der eine erneuten Prüfung erforderlich machte, war der Prüfer häufig schon mit einem anderen Projekt beschäftigt. Obwohl der Prozess die Datenintegrität optimierte, war er immer noch ineffizient.

Herausnehmbare Speicherkarten

Ein weiterer technologischer Fortschritt, der diesen Prozess verbesserte, war die Verwendung von Wechselspeichermedien wie SD-Karten in Dickenmessern. Dies optimierte den Arbeitsablauf, denn Datenanalysten konnten nun die Prüfdatendateien auf die Speicherkarte ziehen und der Prüfer konnte diese Dateien zum Dickenmesser übertragen und alle erforderlichen Messwerte speichern. Abschließend konnten die aktualisierten Dateien dann wieder auf die SD-Karte exportiert werden. Durch die Verwendung von Wechselspeichermedien konnte das Gerät am Einsatzort bleiben, da nur die Karte zur Datenübertragung erforderlich war. Obwohl dies eine Verbesserung darstellte, war dieser Prozess immer noch zeitaufwändig und erforderte eine physische Übertragung der Daten vom Gerät zum Analysten.

Herausforderungen und Probleme bei heutigen Arbeitsabläufen

Obwohl moderne Dickenmesser über Datenprotokollierfunktionen verfügen und verschiedene gerätekompatible IDMS-Programme verfügbar sind, verwenden einige Unternehmen immer noch handschriftliche Ergebnisse – aus Kostengründen, aber auch, weil sie mit dem herkömmlichen Verfahren einfach vertrauter sind. Unternehmen, die Datenprotokollierprogramme und IDMS-Programme eingeführt haben, müssen aber auch einige Herausforderungen bewältigen. Diese Programme sind nämlich in der Regel teuer und verlangen häufig zusätzliche Kosten für Software-Upgrades. Aus diesem Grund ist der Lizenznehmer in der Regel der Eigentümer/Betreiber einer Anlage und nicht ein Prüfdienstleister. Zudem verwenden nicht alle Eigentümer/Betreiber dieselben IDMS-Programme, was es für die Prüfunternehmen zunehmend schwieriger und teurer macht, kompatibel zu bleiben. Die Kompatibilität zwischen Gerät und Schnittstellenprogramm kann ebenfalls ein Problem darstellen, da eine ältere Softwareversion möglicherweise nicht zusammen mit einer neueren Version der Gerätefirmware funktioniert. Gerätetreiber und Computer-Firewalls können ebenfalls Problemen verursachen. Und nicht zu vergessen – die digitale Datenerfassung setzt gute Kenntnisse über die jeweilige Datenloggerfunktion des Geräts beim Prüfer voraus.

Zusammenfassung der Herausforderungen

Die Hauptprobleme mit handschriftlichen und digitalen Dateiübertragungsmethoden:

Handschriftliche Ergebnisse

• Risiko möglicher Transkriptionsfehler
• Ineffizient, da mehrere Schritte für die Übertragung der Daten in das Endformat erforderlich sind
• Aktuelle sowie ältere Prüfungen sind schwierig zu organisieren und zu verwalten
• Teuer aufgrund erforderlicher Nacharbeitung und ungeplanter Ausfälle

Digitale Dateiübertragung

• Ineffizient, denn das Gerät muss vom Einsatzort entfernt werden
• IDMS-Programme sind teuer
• Kompatibilitätsfehler bei der Datenübertragung
• Erfordert zusätzliche Schulungen für den Gerätedatenlogger

Auch wenn die Verwendung von IDMS-Programmen nicht ganz unproblematisch ist, haben sie doch einen klaren Nutzen. Diese Programme enthalten nun die Verlaufsdaten für alle aktuellen Anlagen, sodass Wartungspläne mit größerer Sicherheit ausgearbeitet werden können. Viele dieser Programme verfügen auch über ein hohes Maß an Anpassbarkeit, sodass der Endbenutzer das Programm speziell an seine Anforderungen anpassen kann.

Vorteile von Cloud Computing

Unternehmen haben erhebliche finanzielle Investitionen in IDMS-Programme vorgenommen. Ihre Prüfer sind mit dem Arbeitsablauf der Software vertraut, und Unternehmen verstehen den Wert dieser Programme. Aber wie vorstehend erklärt, sind noch nicht alle Probleme gelöst. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, hat Olympus die Cloud-basierte IPM-App (Inspection Project Manager) entwickelt. Die IPM-App ermöglicht Benutzern mehr Effizienz bei der Datenverwaltung, einen besseren Überblick über den Status der verschiedenen Projekte und eine koordiniertere Zusammenarbeit zwischen Prüfern, Datenanalysten und Entscheidungsträgern.

Drahtlose Datenübertragung

Die Industrie ist bereits von handschriftlichen Ergebnissen zur kabelgebundenen Übertragung von Ergebnissen übergegangen. Der nächste Schritt besteht nun darin, auf Kabel zu verzichten und drahtlose Übertragungsfunktionen mithilfe vernetzbarer Geräte und sicherer Cloud-Apps zu nutzen. Dieselben Dateien, die von IDMS-Programmen übertragen werden, können zur IPM-Cloud-App exportiert bzw. hochgeladen werden, was endlich eine drahtlose Übertragung ermöglicht. Stellen Sie sich vor, Sie erstellen und verwalten Projekte vom Schreibtisch aus und weisen dabei Prüfern an einem beliebigen Ort auf dieser Wert, aber mit Internetverbindung Aufgaben zu. Der Prüfer vor Ort verbindet sein Gerät mit einem mobilen Hotspot oder einem WLAN, um die Prüfdatendatei direkt auf sein Gerät herunterzuladen. Wenn der Prüfer alle notwendigen Messungen durchgeführt hat, lädt er die Datei mithilfe der IPM-Cloud-App hoch, damit sie von Datenanalysten und Entscheidungsträgern überprüft werden kann. Dies bietet eine schnelle, effiziente und zuverlässige Methode, die Daten vom Prüfort zu übertragen und so zu einer schnelleren Entscheidungsfindung zu gelangen. Alle Daten werden in einem digitalen Format gespeichert, wodurch handschriftlichen Aufzeichnungen überflüssig werden und das Risiko menschlicher Fehler sehr verringert wird. Die Daten können in der IPM-App überprüft werden. Je nach Datenqualität kann die Datei erneut für eine ggf. erforderliche zweite Messung genutzt werden oder in verschiedenen Formaten exportiert und zur Unterstützung wieder zu einem IDMS-Programm übertragen werden, um eine statistische Analyse und Aktualisierung der mechanischen Integrität der Anlage zu ermöglichen.

Isometrische Darstellungen

Derzeit halten viele Prüfer Messwerte auf technischen Zeichnungen handschriftlich fest und übergeben diese handgeschriebenen Messwerte dann an Datenanalysten. Ein neue technologische Weiterentwicklung, die bald als Update für die IPM-App verfügbar sind, sorgen dafür, dass Messwerte von einem Dickenmesser drahtlos und praktisch sofort in digitale isometrische Zeichnungen eingelesen werden können. Prüfer können von nun an Dickenmessungen dieser Zeichnungen vor Ort aktualisieren, womit Zeit und Geld gespart werden.

Zudem können Benutzer mit der Kamera ihres Tablets Bilder von Anlagen oder CMLs aufnehmen und diese Informationen zusammen mit den Dickenmesswerten übertragen. Alle Informationen werden in einem digitalen Format gespeichert und in der Cloud gespeichert, damit Entscheidungsträger sie überprüfen können. Diese Dokumente können problemlos in rückverfolgbare Formate konvertiert werden, die wieder an die IDMS-Programme übertragen und später durchsucht werden können. Wir sind davon überzeugt, dass diese kommenden App-Verbesserungen die Datenintegrität erheblich verbessern, die Notwendigkeit erneute Messungen verringern und letztendlich die Zeit zur Durchführung von Messungen reduzieren werden.

Personal- und Anlagenverwaltung

Die IPM-Cloud-App kann auch zur effektiveren Verwaltung von Prüfern und Geräten für alle Projekte, Arbeiten und Aufgaben verwendet werden. Ein Dashboard, das den Prüfverlauf auf allen Ebenen anzeigt, ermöglicht eine verbesserte Personalverwaltung. Alle relevanten Prüfdokumente, wie Arbeitsanweisungen und Lagepläne, können zu einer Aufgabe hinzugefügt werden, sodass der Prüfer schnell in diesen Dokumenten nachschlagen kann.

Mit vernetzten Geräten und Cloud-Apps von Olympus können die vorstehend erläuterten Vorteile erreicht werden. Auch wenn diese Softwarelösungen Prüfern, Managern und Eigentümern von Anlagen einen eindeutigen Mehrwert bieten, ist deren Verwendung, genauso, wie es bei der Verwendung von IDMS-Programmen und der kabelgebundenen Übertragung von Dateien der Fall war, aufgrund gewisser Stolpersteine begrenzt, was dazu führt, dass viele Unternehmen nicht auf Bleistift und Papier verzichten wollen. Es ist wichtig, sich dieser „Stolpersteine“ bewusst zu sein, damit sie die Verwendung dieser neuen Technologien nicht behindern, sodass letztendlich die gesamte Industrie davon profitieren kann.

Cloud Computing - Herausforderungen und Lösungen

Schlechte oder keine Internetverbindung

Für jede internetbasierte Lösung ist eine starke und zuverlässige WLAN-Verbindung von entscheidender Bedeutung. Selbst mit dem bestem Smartphone, Tablet oder Laptop leiden bei einer schwacher Internetverbindung Leistung und Benutzerzufriedenheit. Viele Prüforte verfügen nicht über WLAN. Dies könnte sich in Zukunft ändern, aber vorerst müssen alternative Methoden verwendet werden. Die Verwendung von Datendiensten wie 4G oder 5G kann eine Lösung sein, in bestimmten Regionen müssen Prüfungen allerdings ohne Mobilfunkdienst durchgeführt werden.

Die Vorteile der Echtzeit-Datenübertragung sind also nicht zwangsläufig in allen Situationen möglich, dennoch können Benutzer dennoch einer verbesserten Datenintegrität und Effizienz einer drahtlosen Datenverwaltungslösung über ein Peer-to-Peer-Netzwerkverbindung profitieren. In diesem Fall ermöglicht der Offline-Modus der Cloud-App den Datenaustausch über eine Peer-to-Peer-Verbindung mit einem vernetzbarem Dickenmesser. Ein Prüfer kann die benötigten Dokumente und interaktiven isometrischen Zeichnungen über eine vorhandene Internetverbindung herunterladen und alles auf seinem lokalen Gerät speichern. Ist der Prüfer vor Ort, kann er sein Dickenmesser mit einem Tablet über eine Peer-to-Peer-Verbindung verbinden und die benötigten Prüfdateien aktualisieren, alles in einem digitalen Format. Die aktualisierten Dateien können gespeichert und dann automatisch wieder an die Cloud übertragen werden, wenn wieder eine Internetverbindung vorhanden ist. Datenanalysten können sich Tausende von Kilometern vom Prüfort entfernt befinden. Sobald die Prüfdateien automatisch hochgeladen sind, erhalten sie eine Benachrichtigung und melden sich bei der Cloud-App an, um die Daten zu überprüfen und sie wieder zu ihren IDMS-Programmen zu übertragen. Bei Problemen oder erneuten Prüfungen kann der Datenanalyst Kontakt zum Prüfer, der sich noch am Prüfort befindet, aufnehmen.

Datensicherheit

Ein anderes Hindernis beim Cloud-Computing ist die Datensicherheit. „Unternehmen weltweit stehen der Herausforderung gegenüber, dass sich Sicherheitsrisiken ständig weiterentwickeln und dass entsprechende qualifizierte Sicherheitssysteme vorhanden sein müssen“, und dies gilt nicht nur für den Prüfdienstleistungssektor (Shah, 2018). Cloud-Applikationen werden zwar immer häufiger verwendet, jedoch bieten sie unterschiedliche Sicherheitsniveaus. Viele Unternehmen entwickeln eigene Cloud-Applikationen. Auch wenn es sich hierbei um Experten für die zerstörungsfreie Prüfung handelt, ist die Cloud-Sicherheit eher nicht ihr Fachgebiet. Um diese Herausforderung zu bewältigen, arbeitet Olympus mit dem Cloud-Anbieter Microsoft zusammen, der ein Experte in Sachen Datensicherheit ist. Es ist wichtig, „eine zuverlässige Cloud zu verwenden, die mit benutzerspezifischer Hardware funktioniert, die in die Hardware- und Firmware-Komponenten integrierte Sicherheitskontrollen besitzt und zudem Schutz vor Bedrohungen bietet“ (Shah, 2018). Nicht alle Cloud-Anbieter sind gleich. Oberstes Ziel jedes Anbieters von Cloud-Lösungen für die Industrie sollte aber ein herausragendes Sicherheitsniveau sein.

Zugänglichkeit

Ein letztes Hindernis kombiniert die Internetverbindung und die Zugänglichkeit mit der Sicherheit von Benutzerkonten. Mit den Fortschritten in der Computertechnologie hat sich die Idee durchgesetzt, dass sich eine Person aus der Ferne anmelden oder die Kontrolle über das Gerät eines Kunden oder Kollegen übernehmen kann, um so Unterstützung zu bieten. Generell erfolgt dies über ein sicheres Portal, in dem sich Personen desselben Unternehmensnetzwerk befinden. Diese Situation wird komplexer, wenn es sich um zwei separate Unternehmen mit jeweils einer eigenen Firewall und gesicherten WLAN-Netzwerken handelt. Marktführer entwickeln die Cloud-Computing-Technologie stetig weiter, um die Zusammenarbeit zu optimieren, was die Hoffnung weckt, dass neue und effektive Wege für die Zusammenarbeit entwickelt werden, damit Endbenutzer die Vorteile der Cloud in vollem Umfang nutzen können.

Fazit

Diese optimierten Methoden zur Durchführung von Prüfungen verbessern vor allem die Datenintegrität und die Gesamteffizienz. Es besteht jedoch weiterhin das Risiko menschlicher Fehler, die zu falschen Ultraschallmessungen führen. Prüfer, die Ultraschall-Dickenmessgeräte nutzen, müssen beim Erfassen von Messwerten basierend auf der Wellenform/dem A-Bild wissen, was einen gültigen Messwert ausmacht. Einige Gerätehersteller, wie Olympus, verfügen über integrierte Benutzerwarnungen entsprechend der häufigsten Fehlerquellen von Prüfern (normalerweise während des Kalibrierungsprozesses). Wir entwickeln stets zusätzliche Schutzmaßnahmen für Geräte, aber gut ausgebildete, sachkundige Prüfer sind unersetzbar.

Cloud-Applikationen und Geräte des Internets der Dinge sind auf dem Verbrauchermarkt keine Neuheit und haben auch im industriellen Bereich schnell an Bedeutung gewonnen. Diese digitale Revolution hat das Potenzial, die Durchführung von Prüfungen in der Industrie und die Verwaltung von Daten erheblich zu verändern. Mit jeder großen Änderung gehen aber auch Herausforderungen einher, die es zu bewältigen gilt. Da sich Technologie und menschliche Ideen fortwährend ändern, werden weiter Lösungen verfügbar sein. Die Entwicklung sinnvoller neuer Angebote verlangt, dass das entsprechende Feedback berücksichtigt wird und in Gesprächen mit allen Beteiligten ermittelt wird, wie die Industrie durch die Nutzung technologischen Fortschritte vorangebracht werden kann.

Referenzen

Efrain Rios (21. März 2018): Inspection Data Management Systems Part 1. An Overview of Common Issues and Causes. Fortress Oil & Gas, LLC. https://www.fortressoilandgas.com/blog/asset-integrity-consultants/inspection-data-management-systems-part-1-an-overview-of-common-issues-and-causes/.

A. Shah (17 April 2018): The 3 ways Azure improves your security. https://azure.microsoft.com/en-us/blog/the-3-ways-azure-improves-your-security/ (Zugriff am 13. Oktober 2019).

Thickness Gage Tutorial History of Ultrasonic Thickness Gaging. History of Ultrasonic Thickness Gaging | Olympus IMS. https://www.olympus-ims.com/en/ndt-tutorials/thickness-gage/introduction/history/ (Zugriff am 13. Oktober 2019).