naar top
Menu
Logo Print
15/11/2019 - MELS DEES

ONDERSTEUNING VOOR DE PILOTEN VAN DE (PETRO)CHEMISCHE INDUSTRIE

Processimulatie voor oefenen van calamiteiten onder realistische omstandigheden

Waar de eerste vluchtsimulators al in de Tweede Wereldoorlog werden gebouwd, liet processimulatie nog decennialang op zich wachten. Toch is de werkomgeving van operators in de procesindustrie goed te vergelijken met die van piloten: low probability, high risk. En in beide gevallen is oefenen van calamiteiten onder realistische omstandigheden onmogelijk.

Mathieu Westerweele, oprichter Mobatec: “Met MobaTAGnology kunnen field operators in samenhang met control room operators trainen in ‘Real Reality’”
Mathieu Westerweele, oprichter Mobatec

“Met MobaTAGnology kunnen field operators in samenhang met control room operators trainen in ‘Real Reality'

VAN DYNAMISCH FYSIEK PROCES TOT MATHEMATISCH MODEL

Mathieu Westerweele lijkt precies op het juiste moment Chemische Technologie te hebben gestudeerd. Juist toen hij promoveerde aan de TU/e, in het begin van deze eeuw, waren 'gewone' computers krachtig genoeg om ook complexe processen op basis van fysische wetten en chemische vergelijkingen te simuleren. Westerweele: “Het was een behoorlijk fundamenteel promotieonderzoek: hoe vertaal je nou een dynamisch fysiek proces in een model, in mathematische functies die elkaar ook nog eens onderling beïnvloeden? Daar komen veel meer algoritmes bij kijken dan je zou denken. Massa- en warmtebalansen, vloeistof- en gasdynamica, noem maar op. Eenvoudig gezegd: waar moet je beginnen?"

VIJF STAPPEN

Op instigatie van zijn promotor, prof. Preisig, probeerde Westerweele de manier waarop je van een dynamisch fysiek proces tot een mathematisch model komt te systematiseren. Het proefschrift heet dan ook: Five steps to Dynamic Process Modelling, in het kort. De resultaten zijn verwerkt in een computerprogramma. In plaats van de code voor elke vergelijking en relatie regel voor regel in te typen, genereert het pakket van Westerweele de benodigde wiskunde zelf. Kort na zijn promotie besloot Westerweele, samen met een collega (Jan Laurens), het bedrijf Mobatec (Model-Based Technology) te starten.

OPLOSSINGEN

“Jan had Solver geschreven, een programma dat vergelijkingen oplost. Onze twee programma's vormden natuurlijk een ideale combinatie en de eerste zeven jaar hebben we daar met z'n tweeën mee gewerkt. Heel leuk, maar de schaal was iets te klein en de inkomsten waren daardoor nogal wisselend. Toen ik dus een jaar na de start van Mobatec door de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) werd gevraagd om coördinator te worden bij 'Process and Product Design', een praktijkgerichte Post-master opleiding voor chemisch ingenieurs, greep ik die gelegenheid aan." Dat beviel uitstekend, en Mathieus besluit bleek een nog tweede voordeel te hebben: contact met een grote groep ambitieuze en digitaal gewiekste technologen.

INTERNATIONAAL

Na een jaar of zeven ging het bedrijf namelijk groeien en werd er gevraagd of hij een model kon maken van een heel grote plant. Daar had hij meer mensen voor nodig en die waren op de TU/e niet moeilijk te vinden. Bovendien bleek het inmiddels niet meer nodig te zijn om met alle medewerkers op één kantoortje te zitten. “Op een gegeven moment - een jaar of vier geleden - hadden we een medewerker in Zweden, iemand in Roemenië, drie mensen in Belgrado, twee man in Spanje en nog een paar mensen in Nederland. Daardoor waren we flexibel en konden we ook heel gemakkelijk op- en afschalen. Niettemin - het bleef een bescheiden onderneming, met alle nadelen van dien."

 

Gebruikers kunnen tijdens een Modelling Course zelf processen in de Mobatec Modeller invoeren
Gebruikers kunnen tijdens een Modelling Course zelf processen in de Mobatec Modeller invoeren

OPERATOR TRAINING SIMULATORS (OTS)

Met OTS kunnen operators in de controlekamer én in het veld kennis en skills ontwikkelen om een proces of een fabriek te runnen. Door het oefenen in gesimuleerde situaties verloopt de productie veiliger en efficiënter, met minimale onderbreking.

Er wordt een onderscheid gemaakt tussen generieke en specifieke simulatoren:

  • generieke simulatoren bootsen een algemeen proces globaal na;
  • specifieke simulatoren zijn toegesneden op bijvoorbeeld een plant voor de productie van MDI in de Botlek.

Qua nauwkeurigheid kunnen Plant Specific Simulators worden onderscheiden in medium, high en ultra high fidelity. Hoe beter het model overeenstemt met de werkelijkheid, des te groter de winst in operator performance, uiteraard tegen een prijs. De nauwkeurigheid hangt vooral af van het doel van het project. Naast operatortraining kunnen simulaties worden gebruikt voor procesontwerp, of voor het optimaliseren en controleren van installaties.

 

INVESTEREN

Voor het op brede schaal aanbieden van operatortrainingen op basis van computersimulaties was dan ook meer armslag nodig. Na een aantal andere mogelijkheden te hebben afgetast, vond Westerweele de oplossing hiervoor anderhalf jaar geleden: door twee investeerders met complementaire capaciteiten aan te trekken ontstond een nieuwe onderneming met bredere skills op het gebied van marketing, project management, training en operations. “Die investeerders heb ik gevonden bij onder meer iTanks en TEM (Training en Event Management). Zo investeert iTanks in innovatieve bedrijven, aanvankelijk vooral in de petrochemische sector. Het mooie is dat ze een uitgebreid netwerk van zo'n 150 bedrijven hebben, waar ik een belangstellend oor voor mijn verhaal kan vinden. Bovendien zijn zij nu aandeelhouders met een serieus belang in mijn bedrijf én er zitten niet alleen tech nerds bij, maar ook mensen met andere vaardigheden. Ze houden je wel bij de les. TEM ontwikkelt en levert onder andere trainingsprogramma's voor operators en heeft zelfs voormalige operators en shiftleaders in dienst. Een mooie combinatie met een bedrijf dat operator training levert."

ONONTBEERLIJK

Hoewel de Mobatec-technieken ook bij splinternieuwe projecten kunnen worden toegepast - zelfs al in de ontwerpfase - vinden de meeste projecten plaats bij bestaande installaties. Mathieu Westerweele: “Je moet bedenken dat veel, misschien de meeste installaties al vele tientallen jaren oud zijn, zeker in Nederland. Toen was er nog weinig automatisering - de operators wisten vaak wel precies hoe de installatie reageerde, maar die kennis was meestal nauwelijks geformaliseerd en viel moeilijk over te brengen. Vervolgens kwam er Process Control en zelfs Advanced Process Control, waardoor vrijwel alle verstoringen automatisch worden weggeregeld. Er zijn installaties die na de start vijf jaar draaien zonder dat er hoefde te worden ingegrepen! In feite is daardoor exact dezelfde business case ontstaan als voor de Flight Simulator. Bovendien is de bandbreedte waarbinnen de plants opereren steeds smaller geworden, terwijl de afstand van de werknemer tot het proces toegenomen is. Simulators zijn eigenlijk een noodzaak geworden."

Visuele weergave van de ontwikkeling van een simulatiemodel in de Mobatec Modeler
Visuele weergave van de ontwikkeling van een simulatiemodel in de Mobatec Modeler

HEEL PRECIES

“Het hart van de simulator is het dynamische procesmodel - de replica van de fabriek. Daarnaast moet de simulator worden gekoppeld aan een kopie van het lokaal gebruikte besturingssysteem. In principe kan dat met alle bestaande systemen, of dat nu Honeywell is, Yokogawa, Emerson, ABB of een ander. De reden daarvoor is, dat we bij trainingen het liefst exact dezelfde interface gebruiken als er in werkelijkheid wordt gebruikt. Het moet er hetzelfde uitzien, met dezelfde schermen en apparatuur, en op dezelfde manier reageren. Daar gaan we heel ver in. Zo bouwen we de panelen met noodknoppen en overbruggingen voor noodgevallen na op een touchscreen, met gefotografeerde knoppen die precies op dezelfde manier reageren."

GELAAGDHEID

In de modelleeromgeving van de software is het mogelijk om tot op de laag van fysische en chemische wetmatigheden door te dringen. Mathieu Westerweele legt uit: "Door de methodische opbouw kun je er ook veel dieper induiken, dan kun je zichtbaar maken hoe de interacties tussen vloeistoffen en gassen verlopen, de warmte-uitwisseling met metalen, de warmte-uitwisseling met de omgeving. Daar kun je dingen in verschuiven om het model aan te passen, nauwkeuriger te maken - of het proces te optimaliseren. Zelfs de wiskunde die aan dit alles ten grondslag ligt, is te benaderen."

Visuele weergave van de ontwikkeling van een simulatiemodel in de Mobatec Modeler
Met MobaTAGnology kunnen control room operators in een realistische praktijksituatie oefenen met de field operatorsScreendump van een destillatiekolom in Mobatec Modeller
Screendump van een destillatiekolom in Mobatec Modeller

Bij de simulatie van een complete plant levert dat al snel modellen op die qua complexiteit nauwelijks meer te hanteren zijn. “Maar," zegt Westerweele, “ook met het opsporen van fouten en afwijkingen hebben we inmiddels heel wat ervaring. De software is nu zo geavanceerd dat hij in staat is ons automatisch naar de plaats te leiden waar de berekeningen fout lopen. Bovendien kunnen we een deel van het model selecteren en isoleren om dat te finetunen, terwijl de rest van de installatie 'stilstaat'. Daarna kan een ander deel onder handen worden genomen. Doe je zoiets tegelijkertijd, dan zou het verband tussen ingreep en resultaat al snel onduidelijk worden, of de situatie wordt zo complex dat de computer het niet meer aankan."

Operator training aan de hand van het model
Operator training aan de hand van het model

NIEUWE TECHNOLOGIE

Bij traditionele Operator Training Simulatoren worden vaak alleen de control room operators getraind om met allerlei uitzonderlijke situaties van hun fabriek om te gaan. Het opereren van een fabriek is echter een samenspel tussen de control room operator en de field operator, waarbij communicatie erg belangrijk is. Westerweele: “Mobatec heeft een technologie ontwikkeld (MobaTAGnology) waarmee field operators in samenhang met control room operators getraind kunnen worden. Hierbij wordt geen gebruikgemaakt van Virtual Reality maar van de 'Real Reality': de field operators voeren handelingen uit in de echte fabriek, zonder daarbij de werkelijke procesvoering te verstoren. Zo kan de effectiviteit van de OTS-training voor een relatief bescheiden bedrag sterk worden vergroot."

ONTWIKKELINGEN

Natuurlijk wordt een eenmaal geconstrueerd model uitgebreid getest en ingeregeld aan de hand van bestaande (historische) gegevens. “Maar het blijkt dat zo'n nauwkeurig gebouwde simulator vervolgens ook voor andere doeleinden kan worden ingezet. De simulator die we voor Huntsman hebben gebouwd, had zichzelf al binnen heel korte tijd terugverdiend, omdat met ons model de opstarttijd van de plant fors gereduceerd kon worden. Het is zelfs zo dat Huntsman veranderingen in de installatie eerst op de simulator test, voor ze in werkelijkheid worden uitgevoerd." Westerweele ziet de toekomst met vertrouwen tegemoet. “Er bestaat nog steeds geen verplichting om operators in de procesindustrie een simulatortraining te geven, maar dat moment gaat vast wel komen. Daarom zijn we nu ook bezig met het opzetten van certificering."