Stellen Sie sich folgende Szene vor: Die letzten Vorbereitungen für die Inbetriebnahme des Gigawattelektrolyseurs laufen. Ein Techniker schließt eine Stickstoffflasche an, um die Kompressoranlage zu inertisieren. Doch die kleine Flasche reicht nicht: In einer Leitung bleibt Luft zurück – niemand merkt es. Am nächsten Tag scharen sich Partnerunternehmer, Presse und Politprominenz um die Anlage. Der Minister drückt den symbolischen Knopf, der Elektrolyseur nimmt seine Arbeit auf. Als der Wasserstoff die ungespülte Stelle im Kompressor erreicht und mit der Restluft ein zündfähiges Gemisch bildet, sind die Gäste schon zum Kaffee übergegangen. Dann berührt ein Mitarbeiter am Kompressorskid ein provisorisches Druckmessgerät; an der nicht geerdeten Messleitung springt ein elektrostatischer Funke über. Ein harter Schlag zerreißt die Kaffeerunde, gefolgt von einem Schrei.
In diesem Szenario folgen mehrere sicherheitsrelevante Fehler aufeinander. Die Basis für diese Kette stammt aus einer beispielhaften Gefährdungs- und Betriebsfähigkeitsanalyse. Ausgedacht hat es sich eine KI, geprüft hat es ein Sicherheitsingenieur und die Autorin dieses Textes hat ein paar erzählerische Details hinzugefügt.
Gefahrenszenarien entwickeln – und vermeiden
Eine Gefährdungs- und Betriebsfähigkeitsanalyse, meistens mit der englischen Abkürzung HAZOP (Hazard and Operability Study) bezeichnet, ist eine strukturierte Methode, um eine technische Anlage vor ihrem Bau gründlich abzuklopfen, mithilfe von vielen verschiedenen Szenarien. Das Ziel ist es, gefährliche Situationen möglichst zu vermeiden und, wenn das nicht geht, sie zumindest handhabbar zu machen. Im obenstehenden Beispielszenario bestehen die vorgeschlagenen Gegenmaßnahmen in zwei Druckanzeigen – eine für den Flaschendruck, eine mit Meldung an die Anlagensteuerung – sowie in der Berechnung des exakten Spülvolumens. Zudem verweist das HAZOP-Protokoll auf konkrete Stellen aus der Betriebssicherheitsverordnung und der Gefahrstoffverordnung.
Tagelange Gruppenprozesse
Eine HAZOP ist eine langwierige Angelegenheit. Abschnitt für Abschnitt nimmt sich ein interdisziplinäres Team die Anlagenpläne vor und ersinnt dutzende möglicher Problemfälle. Aus Leitwörtern wie „Druck“ und „mehr“ oder „weniger“ entstehen Szenarien: Was passiert bei mehr Druck? Keinem Druck? Umgekehrtem Druck? Die Fachleute bewerten die möglichen Folgen und suchen passende Gegenmaßnahmen.
Ein solches HAZOP-Meeting dauert leicht ein paar Tage, bei größeren Projekten können es auch Wochen sein. Die Kosten sind entsprechend hoch – und ebenso das Einsparpotenzial. Das dachte sich vor zwei Jahren Christian Machens, Sicherheitsexperte in der Wasserstoffbranche. In HZwei stellte er damals seinen Ansatz vor, die HAZOP mithilfe von Künstlicher Intelligenz zu vereinfachen. Nun ist daraus eine KI-basierte Software mit dem Namen „HAIZOP“ geworden – diese hat auch die inhaltliche Basis für die Einstiegsszene dieses Textes geliefert.
Eine HAZOP ist dabei keine per Gesetz oder Norm festgelegte Prüfung mit festen Grenzwerten. Sie ist vielmehr eine Methode, um den Prozess zu strukturieren, ähnlich wie man Kanban fürs Projektmanagement nutzen kann. Die verbindlichen Werte und Sicherheitsvorschriften findet man stattdessen in den einschlägigen Normen, Gesetzen und Verordnungen für die jeweiligen Branchen und Anlagen. Diese Unterscheidung ist zentral, denn nur so kann man überhaupt eine Software wie HAIZOP entwickeln, die im Grundsatz völlig verschiedene Anlagenarten abdecken kann.
Das Gründer- und Entwicklerteam besteht aus drei Personen an drei ganz verschiedenen Orten mit unterschiedlichen Hintergründen: Sicherheitsingenieur Machens in Leipzig, der SAP-Spezialist Daniel Schindowski und Karl Friedrich Klahn in Dresden, dessen Tätigkeit als Werkstudent direkt in die Rolle des Gesellschafters überging. Ein Treffen mit allen dreien gab es noch nie. Rein digital verbunden haben sie ein cloudbasiertes Tool geschaffen, das Sicherheitsfachleute durch alle Schritte der HAZOP begleitet und sie bei vielen mühsamen Arbeiten unterstützt.
KI lernt Pläne lesen
Eines betont Machens immer wieder: „Die KI kann den Menschen nicht ersetzen.“ Sie kann ihm auch nicht das Denken abnehmen. Sie ist vielmehr sein aufmerksamer Assistent. Lädt man die Anlagenpläne in HAIZOP hoch, erstellt die KI eine Liste der vorhandenen Komponenten: Kompressoren, Ventile, Regeleinrichtungen und vieles mehr. Jede davon muss aktiv von einem Menschen bestätigt werden. Auch zusätzliche Informationen kann man eingeben: Steht die Anlage in einem Wohngebiet? Am Meer? In der Wüste? Im ersten Schritt ist die HAIZOP-Software eine strukturierte Sammelstelle für alle Arten von Informationen zur Anlage – je präziser der Input, umso besser später das Ergebnis.
Im nächsten Schritt kann man das Anlagenschema in Abschnitte zerlegen, die man – ähnlich wie bei einem klassischen HAZOP-Meeting – einzeln unter die Lupe nimmt. Nun kann die KI ihre Stärke ausspielen: Sie kann mögliche Gefahrenszenarien in einem Bruchteil der Zeit ausspucken, die Menschen dafür benötigen würden.
© HAIZOP
© HAIZOP
Physiknachhilfe für die KI macht den Unterschied
In diesen Szenarien steckt ein Schwerpunkt der Entwicklungsarbeit. Die Fachleute haben ihre Modelle darauf gedrillt, sich strikt an die Physik zu halten, anstatt kreative Horrorfilme zu produzieren. „Es war kein Trainieren im eigentlichen Sinne, sondern vor allem ein Einschränken“, erklärt Klahn. Denn dass ein KI-Modell die Grundlagen der Thermodynamik oder das Design einer Pumpe wortgewandt beschreiben kann, heißt noch lange nicht, dass es auf die Idee kommt, irgendetwas davon könnte etwas mit seiner Aufgabe zu tun haben. Etwa zwei Jahre hat es gedauert, der KI einzubläuen, was für die meisten Menschen selbstverständlich ist: dass Naturgesetze wirklich immer gelten. Nun weiß sie nicht nur, welche Fehler mit welchen Ventiltypen auftreten können, sondern zieht auch Schlüsse darüber, wie sich die Komponenten untereinander beeinflussen – dass ein zu plötzlich geschlossenes Ventil zum Beispiel zu einem Druckstoß in der Leitung führt; oder dass eine Pumpe, die ohne Flüssigkeit läuft, sich gefährlich erwärmen kann.
Auch hier gilt: Der Mensch bleibt Meister des Geschehens. Jedes Verfahren muss geprüft und genehmigt werden, lässt sich verändern oder ergänzen. Und auch mit der KI-basierten Software kommt man um ein HAZOP-Meeting nicht herum. „Man kann aber vorher viel mehr vorbereiten und fokussierter arbeiten“, erklärt Machens.
Dokumentation fast von selbst
Zu guter Letzt hilft die KI auch bei dem, was die meisten Menschen besonders ungern machen: der Dokumentation und Schreibarbeit. Jeder Schritt ist automatisch protokolliert: Nicht nur die Szenarien und Maßnahmen selbst, sondern auch jeder gesetzte Haken. Zusammen mit Anlagenplänen und Stücklisten hat die KI so bereits das Wichtigste beisammen, um die abschließende Dokumentation zu erstellen. Auch diese müssen die Menschen dann natürlich noch prüfen, nachbessern und freigeben.
Knackpunkt Datenschutz
Wo es um KI und Cloudlösungen geht, geht es immer auch um Datenschutz und Datensicherheit. Viele KI-Unternehmen sind in den USA ansässig und haben dort ihre Server, von chinesischen Anbietern ganz zu schweigen. Welche Modelle genau für welche Schritte genutzt werden, verrät HAIZOP nicht. Zudem würden die Modelle auch immer wieder wechseln, da mal das eine, mal das andere bei bestimmten Fähigkeiten vorn liege. Die Cloudanwendung soll aber auf Servern laufen, die „mindestens in Westeuropa“ stehen, beteuert Machens. Auch weitere Einschränkungen sollen auf Kundenwunsch möglich sein. „Manche Firmen haben strikte Vorgaben, welche Daten wohin übermittelt werden dürfen. Wir können unsere Anwendung auch auf einem kundeneigenen Server laufen lassen – wenn dessen Leistung das hergibt“, sagt Machens.
Das zweite Thema neben möglichem Zugriff Dritter ist: Was machen die Software und die KI selbst mit der hochgeladenen Information? Machens sagt: „Unsere KI lernt nicht mit unseren Kundendaten.“ Pläne, Projekte und auch hochgeladene Normen und Sicherheitsvorschriften für die Datenbanken blieben strikt voneinander abgegrenzt, versichert er.
KI ist kein Schnäppchen
Statt Menschen zu ersetzen, soll HAIZOP also vor allem teure Ingenieursstunden sparen, denn die läppern sich schnell zu sechsstelligen Beträgen. Etwa 25 bis 30 Prozent davon sollen sich mit der Software sparen lassen. Doch auch die Softwarekosten sind kein Pappenstiel, sie liegen je nach Anzahl der Nutzerkonten bei einigen tausend Euro monatlich. Die Lizenzen unterscheiden dabei zwischen den verschiedenen Nutzerrollen. Ingenieure führen die KI-Analysen durch und bearbeiten die Szenarien und Maßnahmen. Prüfer können die Dokumente durchsehen und kommentieren, und Beobachter sind auf das Mitlesen beschränkt. Um darzustellen, dass es sich dabei um gut angelegtes Geld handelt, hat HAIZOP einen Rentabilitätsrechner programmiert. Dort kann man detailliert eintragen, wie viele Personen gewöhnlich wie viele Stunden jährlich an den Gefahrenanalysen arbeiten. Der ROI-Rechner kalkuliert dann, welche Rendite die Software abwirft – mit einem ganz normalen Algorithmus ohne KI.
Vom Start zur Skalierung
Gerade macht HAIZOP die ersten kommerziellen Schritte. Seit Juli kann man Lizenzen kaufen. Feinjustierungen wird es in der Frühphase sicher noch geben. Vor allem aber hofft das HAIZOP-Team auf einen großen und schnellen Rollout. Der Kern der Software ist weltweit übertragbar. Es geht um Stoffdatenbanken und physikalische Grundprinzipien – die gelten in einer Elektrolyseanlage in Brandenburg genauso wie in Brasilien, in einer Raffinerie in Norwegen genauso wie in der arabischen Wüste. „Die speziellen Normen für die Branchen und Länder können die Kunden dann selbst hochladen“, sagt Machens. Wenn es nach dem HAIZOP-Team geht, soll der internationale Rollout noch in diesem Jahr starten.