BIG DATA

Beispiel für die Anwendung moderner statistischer Methoden auf Messdaten in der Prozesstechnik

Lukas Fabrykowski & Friedrich Legerer

Zufolge der Fortschritte der Mikroelektronik hat die Computertechnik ein Niveau bezüglich Datenmenge und Rechengeschwindigkeit erreicht, das statistische Analysen ermöglicht, die früher nur von theoretischem Interesse waren; dafür hat sich der Begriff „Big Data“ eingebürgert.

Die vorliegende Arbeit demonstriert eine spezifische Ingenieuranwendung von Big Data; sie besteht aus zwei Teilen, der erste davon ist von unmittelbarem Interesse für alle Prozesse beim Monitoring von Parametern: Es handelt sich um sehr lange Folgen von Messdaten periodisch aufgenommen über längere Zeitspannen. Die Frage nach der Zuverlässigkeit steht immer im Raum, etwa von möglichen Fehlern eines Sensors oder der Übertragung des Signals. Dieser erste Teil der Arbeit befasst sich mit der Identifizierung von vermutlich fehlerhaften Abschnitten.

Der zweite Teil erscheint vordergründig nur von speziellem Interesse für die Industrie von Abgasfiltern für Verbrennungsmotoren zu sein; etwa für Hersteller und Betreiber, um die Voraussage der nächsten fälligen Aschereinigung zu präzisieren. Bei genauerer Betrachtung erkennt man jedoch eine spezielle Lösung eines Ingenieurproblems von generellem Interesse: die Erkennung und Verarbeitung von Signalen (Daten), deren Intensität Größenordnungen unterhalb des Rauschpegels liegt. Die erforderlichen Datenmengen für diese Arbeit wurden vom VERT-Verein zur Verfügung gestellt, einer Schweizer Zertifizierungsorganisation, die der jeweils besten verfügbaren Technologie verschrieben ist.

corning

Aus der skizzenhaften Zeichnung ist der grundsätzliche Aufbau des Filtersubstrats, das den Kern des Filters bildet, erkennbar: Ein Zylinder aus poröser Keramik mit parallel verlaufenden geradlinigen Kanälen, die abwechselnd am Ende geschlossen sind; dadurch wird das Abgas durch die porösen Wände gepresst.

substrate

Bilder von realen Substraten; es handelt sich um zwei unterschiedliche Fabrikate die Zellendichte liegt bei 300-400 cpsi (=cells per square inch – d.s. etwa 50 -65 Zellen pro cm²), die Wandstärke beträgt
einige Zehntel Millimeter, also äußerst filigrane Bauteile; alle Euro 6/VI-Fahrzeuge sind mit solchen Filtern ausgestattet.

Erklärende Vorbemerkung für Mitglieder unserer Ingenieurzunft, die sich nicht mit Verbrennungsvorgängen befassen

„Big Data“ ist gerade das hoch aktuelle Thema; es handelt sich dabei um überaus rechenaufwändige statistische Themen, wovon ein spezielles dargelegt wird, dessen Ursprung im Tunnelbau wurzelt, nämlich in der Betriebserlaubnis für die Baustelle des 2016 eröffneten Eisenbahntunnels durch den Sankt Gotthard. Voruntersuchungen der SUVA (=Schweizerische Unfallversicherungsanstalt), dem Pendant der AUVA in Österreich, das aber als Behörde zusätzlich noch die Agenden unseres Arbeitsinspektorates wahrnimmt, hatten die Unmöglichkeit ergeben, die vorgeschriebene Mindestqualität der Luft in der Baustelle durch Luftwechsel zu erreichen, also mussten Dieselabgase entgiftet werden.

Die vorliegende Arbeit stellt beispielhaft die Anwendung von „Big Data“ dar, die aus den Monitoring-Daten von Nachrüstungen mit Abgasfiltern gewonnen wurden; dieses Retrofit begann mit den Arbeiten für die Baustellenbetriebserlaubnis zum Sankt Gotthard-Tunnel wegen der erwähnten Unmöglichkeit, die geforderte Luftqualität durch Luftwechsel zu erreichen. Diese Wurzel der verwendeten Daten möge als Rechtfertigung angesehen werden für die Veröffentlichung genau in dieser Monographie zum Baustellenbetrieb.

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