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Interessante Ansätze in der Modellbildung zur Steuerung einer Glasschmelze

13.06.2003 - (idw) Technische Universität Clausthal

Beim diesjährigen Wettbewerb der internationalen wissenschaftlichen Vereinigung EUNITE gelang es drei Teams, die zeitliche Entwicklung der fünf Antwortsignale einer Prozesssteuerung einer Glasschmelzwanne (bei 29 Eingangsgrößen) über einen Zeitraum von zwei Wochen hinweg vorherzusagen. Die - gewichtete - Abweichung der modellierten Werte von den realen lag bei 0,3 Prozent. Die Sieger werden ihre Ergebnisse auf der EUNITE-Tagung vom 10. - 12. Juli im finnischen Oulu vorstellen. Die Firma Schott Glas dankt mit einem Preisgeld in Höhe von 5000 Euro (1. Platz) 3000 Euro (2. Platz) und 1000 Euro für den dritten Platz. "Tatsächlich konnten wir die konkreten Prognosewerte für die Anlagenführung nicht verwenden, vielleicht, weil wichtige Einflußgrößen noch nicht erfaßt waren, aber die gewählten Modellansätze sind für uns von hohem Wert", sagt Dr. Katharina Lankers, die von Seiten der Schott Glas den Wettbewerb ausrichtete.

EUNITE ist eine europäische Vereinigung von Wissenschaftlern an Hochschulen und in der Industrie und wird von der Europäischen Union mit dem Ziel gefördert, ein Netzwerk der Exzellenz zu bilden. EUNITE widmet sich der Verbesserung sogenannter intelligenter anpassungsfähiger Systeme. Die Modellierungskünste der Wissenschaftler werden alljährlich in einem Wettbewerb getestet. Die Koordination des Wettbewerbs liegt in den Händen von Privatdozent Dr. Jens Strackeljan vom Institut für Technische Mechanik der TU Clausthal.

Die Gewinner sind Marcin Wojnarski von der Universität Warschau in Polen auf Platz Eins, Dr. Bernhard Pfahringer von der neuseeländischen Universität Waikato auf Platz Zwei, den dritten Rang nehmen Dr. Dumitru-Iulian Nastac und Adrain Costea vom Zentrum für Informatik in Turku, Finnland, ein. Insgesamt gingen zwanzig Lösungsvorschläge, unter anderem aus den USA und Brasilien ein.

Worum ging es bei der gestellten Wettbewerbsaufgabe? Die Daten, 29 reale Input-Größen sowie fünf reale Output-Größen, jeweils in 15-minütigen Zeitschritten aufgezeichnet, stellte die Firma Schott Glas in Mainz zur Verfügung. Es waren umskalierte Betriebsdaten zur Steuerung und indirekten Qualitätsmessung einer Glasschmelze über einen Zeitraum von vierzehn Wochen hinweg, deren reale physikalische Bedeutung den Wettbewerbsteilnehmern verborgen blieb, denn sie sind - natürlich - Firmengeheimnis.

Die Meßgrößen wurden den Wissenschaftlern jedoch in Rohform mitgeteilt, sie waren nicht vorbehandelt, von Störgrößen befreit oder rauschunterdrückt. Die Daten für die Modellierung aufzubereiten, war also Teil der Aufgabenstellung. Erschwerend kam hinzu, dass zwischen der Änderung eines Eingangssignals und der "Antwort" der Glasschmelzwanne oft Stunden bis Tage vergehen können.

Für die beiden letzten zwei Wochen kannten die Wissenschaftler aber nur noch die realen Eingangsgrößen des Systems, sprich, die Steuerungsabsichten der Prozessingenieure und die mitunter unerwarteten, aber meßbaren äußeren Einflüsse. Wie die Schmelze auf dieses reagierte, wurde den Wissenschaftlern nicht mitgeteilt.

Das Verhalten des Glasschmelze vorherzusagen, war ihre Aufgabe. Ihre Prognosen, ihre erdachten mathematischen Verknüpfungen zwischen den Eingangs- und Ausgangsgrößen, wurden der Überprüfung mit der Empirie, den realen Werten, ausgesetzt. Den Siegern gelang eine über die Zeit gewichtete Abweichung des vorhergesagten Prozessverhaltens vom realen in Höhe von 0,3 Prozent. Sie werden ihre Ergebnisse auf der EUNITE-Tagung vom 10. - 12. Juli im finnischen Oulu vorstellen. Die Firma Schott Glas dankt mit einem Preisgeld in Höhe von 5000 Euro (1. Platz) 3000 Euro (2. Platz) und 1000 Euro für den dritten Platz.

Weitere Informationen:

PD Dr. Jens Strackeljan
Institut für Technische Mechanik der TU Clausthal Graupenstraße 1, 38678 Clausthal-Zellerfeld
Tel. 05323 72 20 57, Fax. 05323 72-2337
eMail: jens.strackeljan@tu-clausthal.de,

Dr. Katharina Lankers
SCHOTT GLAS
Mathematische Simulation und Optimierung
Tel. 06131 66-7260, Fax. 06131 66-7389
eMail: katharina.lankers@schott.com
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