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Werkstoffe und Korrosion 38,375-379 (1987) Expertensysteme fiir den Korrosionsschutz 375 considerably less protective. Thus, the presence of Mn appears to be deleterious for the oxidation resistance since binary Fe- Cr alloys with a similar Cr content are able to develop a con- tinuous Cr203 scale and are thus corroded at much lower rates in this temperature range. References [l] D. L. Douglms, F. Gesmundo, C. de Asmundis: Oxid. Met. 25 [2] V. F. Zackay, J. F. Carlson, P. L. Jackson: Trans. ASM 48 [3] ,,Phase Diagrams for Ceramists", The American Ceramic Soci- [4] G. C. Wood, D. P. Whittle: J. Electrochem. SOC. 115 (1968) 133. [S] C. S. Giggim, F. S. Penit: Trans. Met. SOC. AIME 245 (1969) (1986) 235. (1956) 509. ety, Columbus, Ohio (1964-1981), Vol. I to IV. 2495. [6] J. P. Sauer, R. A. Rapp, J. P. Hirth: Oxid. Met. 18 (1982) 285. [7] J. Binard: ,,L'Oxydation des MCtaux", Gauthier-Villars, Pans [8] P. Mayer, W . W. Smeltzer: J. Electrochem. SOC. 119 (1972) 626. [9] P. R. S. Jackson, G . R. Wallwork: Oxid. Met. 20 (1983) 1. [lo) D. P. Whittle, G. C. Wood: J. Electrochem. SOC. 114 (1967) 986. [ll] G. C. Wood, D. P. Whittle: Corros. Sci. 7 (1967) 763. [12] G. C. Wood, I. G . Wright, T. Hodgkiess, D. P. Whittle: Werkst. [13] G. R. Wallwork, A. Z. Hed: Oxid. Met. 3 (1971) 171. [14] I. G. Wright: Metals and Ceramics Information Center Rep. 72- 07, Battelle's Columbus Lab., Columbus, Ohio, June 1972. [U] I. G. Wright, G. C. Wood: Oxid. Met. 11 (1977) 163. (161 G. R. Wallwork: Rep. Progr. Phys. 39 (1976) 401. 1171 P. Tomaszewicz, G. R. Wallwork: Corrosion 40 (1984) 152. (1964) Vol. XI. Korros. 21 (1970) 900. (Received: 22.01. 1987) W 2493 Expertensysteme fur den Korrosionsschutz Expert systems for corrosion protection technology W. Fischer*, L. Fohmann** und W. Mader* Fur die korrekte Lijsung von Korrosionsproblemen benotigt der Ingenieur ein urnfangreiches Wissen uber die Verkniipfung von Fak- ten aus den klassischen Gebieten Chemie, Metallurgie und Maschi- nenbau sowie empirisches und heuristisches Wissen. Experten auf dem Gebiet der Korrosion sind rar, und oft ist ihr Wissen nicht zur rechten Zeit und am rechten Ort verfiigbar. Dies sind die Griinde fiir die jahrlichen Verluste von 50 Mrd. DM in der BRD durch Korrosionsschaden, von denen 20 % durch den Ein- satz des heutigen Stands des Wissens eingespart werden konnten. Expertensysteme stellen ein geeignetes Mittel zur Bewatigung der oben angefiihrten Probleme dar. Im Jahr 1985 wurde deshalb damit begonnen, im Labor fiir Korrosionsschutztechnik das Expertensystem CORROS aufzubauen. Die DomUe von CORROS ist das Korro- sionsverhalten des Korrosionssystems Wasser/metallischeWerkstoffe. Corrosion science is a very interdisciplinary special subject, which involves parts of the classic disciplines chemistry, metallurgy and mechanical engineering. Solving of corrosion problems needs the rec- ognition of relations between the different subjects as well as empirical and heuristical knowledge. These are reasons for the loss of 50 billion DM in Germany caused by corrosion damages. By ,applying existing corrosion control practices 20 % per year could be saved. Corrosion experts are very rarely or it is impossible to obtain the required guidance on corrosion. Expert systems are suitable tools for the men- tioned problems. In 1985, members of the Laboratory of Corrosion Protection Technologiesat the Fachhochschule Hagen started with the development of the expert system CORROS. The domain of COR- ROS is the corrosion behaviour of corrosion system waterlmetallic materials. Einleitung ten Zeit kommt es zu erheblichen Korrosionsschaden. Oft steht auch der eskalierende Taylorismus, d.h. die scheuklap- pentragen& SpeziaEsiemng und das fehlende Verstandnis fur die GesamQusammenhange einer korrekten Problemlosung in der Techik entgegen. In unserer Technik und Zivilisation werden metallische Werkstoffe in einem erheblichen Umfang eingesetzt. Durch das Fehlen von Informationen am richtigen Ort und zur rech- Die Rolle und Aufgaben des Korrosionsschutzexperten * Prof. Dr. WulfFischer und WernerMader, Fachhochschule Hagen, Abteilung Iserlohn, Labor fiir Korrosionsschutztechnik, Frauen- tensysteme, Berliner StraRe 95, 8000 M-kchen 40 0 VCH VerlagsgesellschaftmbH, D-6940 Weinheim, 1987 fachsten losbar, wenn genaue Handlungsanweisungen durch 0043-282U87/07074375$02.50/0

Expertensysteme für den Korrosionsschutz

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Page 1: Expertensysteme für den Korrosionsschutz

Werkstoffe und Korrosion 38,375-379 (1987) Expertensysteme fiir den Korrosionsschutz 375

considerably less protective. Thus, the presence of Mn appears t o be deleterious for the oxidation resistance since binary Fe- Cr alloys with a similar Cr content are able to develop a con- tinuous Cr203 scale and are thus corroded at much lower rates in this temperature range.

References

[l] D. L. Douglms, F. Gesmundo, C. de Asmundis: Oxid. Met. 25

[2] V. F. Zackay, J . F. Carlson, P. L. Jackson: Trans. ASM 48

[3] ,,Phase Diagrams for Ceramists", The American Ceramic Soci-

[4] G. C. Wood, D. P. Whittle: J. Electrochem. SOC. 115 (1968) 133. [S] C. S. Giggim, F. S. Penit: Trans. Met. SOC. AIME 245 (1969)

(1986) 235.

(1956) 509.

ety, Columbus, Ohio (1964-1981), Vol. I to IV.

2495.

[6] J . P. Sauer, R. A . Rapp, J. P. Hirth: Oxid. Met. 18 (1982) 285. [7] J . Binard: ,,L'Oxydation des MCtaux", Gauthier-Villars, Pans

[8] P. Mayer, W. W. Smeltzer: J . Electrochem. SOC. 119 (1972) 626. [9] P. R. S. Jackson, G . R. Wallwork: Oxid. Met. 20 (1983) 1.

[lo) D. P. Whittle, G . C. Wood: J. Electrochem. SOC. 114 (1967) 986. [ll] G . C. Wood, D. P. Whittle: Corros. Sci. 7 (1967) 763. [12] G. C. Wood, I . G . Wright, T. Hodgkiess, D. P. Whittle: Werkst.

[13] G. R. Wallwork, A. Z . Hed: Oxid. Met. 3 (1971) 171. [14] I. G. Wright: Metals and Ceramics Information Center Rep. 72-

07, Battelle's Columbus Lab., Columbus, Ohio, June 1972. [U] I. G. Wright, G. C. Wood: Oxid. Met. 11 (1977) 163. (161 G. R. Wallwork: Rep. Progr. Phys. 39 (1976) 401. 1171 P. Tomaszewicz, G. R. Wallwork: Corrosion 40 (1984) 152.

(1964) Vol. XI.

Korros. 21 (1970) 900.

(Received: 22.01. 1987) W 2493

Expertensysteme fur den Korrosionsschutz

Expert systems for corrosion protection technology

W. Fischer*, L. Fohmann** und W. Mader*

Fur die korrekte Lijsung von Korrosionsproblemen benotigt der Ingenieur ein urnfangreiches Wissen uber die Verkniipfung von Fak- ten aus den klassischen Gebieten Chemie, Metallurgie und Maschi- nenbau sowie empirisches und heuristisches Wissen. Experten auf dem Gebiet der Korrosion sind rar, und oft ist ihr Wissen nicht zur rechten Zeit und am rechten Ort verfiigbar.

Dies sind die Griinde fiir die jahrlichen Verluste von 50 Mrd. DM in der BRD durch Korrosionsschaden, von denen 20 % durch den Ein- satz des heutigen Stands des Wissens eingespart werden konnten.

Expertensysteme stellen ein geeignetes Mittel zur Bewatigung der oben angefiihrten Probleme dar. Im Jahr 1985 wurde deshalb damit begonnen, im Labor fiir Korrosionsschutztechnik das Expertensystem CORROS aufzubauen. Die DomUe von CORROS ist das Korro- sionsverhalten des Korrosionssystems Wasser/metallische Werkstoffe.

Corrosion science is a very interdisciplinary special subject, which involves parts of the classic disciplines chemistry, metallurgy and mechanical engineering. Solving of corrosion problems needs the rec- ognition of relations between the different subjects as well as empirical and heuristical knowledge. These are reasons for the loss of 50 billion DM in Germany caused by corrosion damages. By ,applying existing corrosion control practices 20 % per year could be saved. Corrosion experts are very rarely or it is impossible to obtain the required guidance on corrosion. Expert systems are suitable tools for the men- tioned problems. In 1985, members of the Laboratory of Corrosion Protection Technologies at the Fachhochschule Hagen started with the development of the expert system CORROS. The domain of COR- ROS is the corrosion behaviour of corrosion system waterlmetallic materials.

Einleitung ten Zeit kommt es zu erheblichen Korrosionsschaden. Oft steht auch der eskalierende Taylorismus, d.h. die scheuklap- pentragen& SpeziaEsiemng und das fehlende Verstandnis fur die GesamQusammenhange einer korrekten Problemlosung in der T e c h i k entgegen.

In unserer Technik und Zivilisation werden metallische Werkstoffe in einem erheblichen Umfang eingesetzt. Durch das Fehlen von Informationen am richtigen Ort und zur rech-

Die Rolle und Aufgaben des Korrosionsschutzexperten * Prof. Dr. WulfFischer und Werner Mader, Fachhochschule Hagen, Abteilung Iserlohn, Labor fiir Korrosionsschutztechnik, Frauen-

tensysteme, Berliner StraRe 95, 8000 M-kchen 40

0 VCH Verlagsgesellschaft mbH, D-6940 Weinheim, 1987

fachsten losbar, wenn genaue Handlungsanweisungen durch

0043-282U87/07074375$02.50/0

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376 W. Fischer, L. Fohmannund W. Mader Werkstoffe und Korrosion 38, 375-379 (1987)

Vorschriften festgelegt sind. Die Vorschriften konnen z. B. Gesetze, Normen oder technische Lieferbedingungen sein, die direkt oder indirekt im Kontakt zwischen Auftragnehmer und Auftraggeber als verbindlich vereinbart sind.

Durch diese Vorschriften werden andererseits technisch bessere und und okonomischere Losungen behindert . Die Einfiihrung neuer Techniken wird ebenfalls drastisch beein- trachtigt. Der fiir eine spezifische Problemstellung optimale Korrosionsschutz kann so nicht erreicht werden.

Uber die erforderlichen MaBnahmen zum Korrosionsschutz mu13 in fast jedem Einzelfall eine Entscheidung - meist eine Unternehmensentscheidung - herbeigefiihrt werden. Die Ent- scheidung iibernimmt meist ein sehr heterogenes Team, z. B. sind Mitglieder in diesem Team Wirtschafts-, Verfahrens- und Fertigungsexperten usw. Die einzelnen Expertenrollen kon- nen von mehreren Personen bzw. mehrere Expertenrollen von einer Person iibernommen werden.

Die Aufgabe des Korrosionsschutzexperten in dieser Gruppe ist es, dafiir Sorge zu tragen, da13 Korrosionsschaden vermieden werden. Um dieser Aufgabe gerecht zu werden, mu13 er Vorschlage iiber MaBnahmen zum Korrosionsschutz unterbreiten. Fur jeden Vorschlag muB er das Korrosionsver- halten unter der betrieblichen Belastung und fiir die vorgese- hene Nutzungsdauer vorhersagen. Im Team mu13 er die Reali- sierbarkeit seiner Vorschlage bewerten und aus der Korro- sionswahrscheinlichkeit Aussagen zur Zuverlassigkeit und Verfiigbarkeit der geplanten Anlage, des Bauteils etc. ab- leiten.

Probleme bei der Besetzung der Rolle des Korrosionsschutzexperten

Natiirlich gibt es genaue Spezitikationen des fachlichen Anforderungsprofils, dem der Idealkorrosionsexperte genii- gen mu13. Jedoch ist es in der Praxis sehr schwer, einen solchen Experten zu finden. Eine amerikanische Studie [l] verdeut- licht diese Tatsache mit zwei Zahlen: In der Bundesrepublik betragen die Verluste durch Korrosionsschaden jahrlich 4% des Bruttosozialproduktes - z.Z. etwa 50 Mrd. DM. Die Summe konnte urn 20% reduziert werden, wenn der heutige Stand des Wissens der Korrosionsschutztechnik in jedem Fall angewendet wiirde.

Ahnliche Verhdtnisse gelten nach der in [2] publizierten Auffassung auch fur andere Industriestaaten, wobei allenfalls die Verteilung dieser vermeidbaren Kosten je nach Struktur und Mentalitat der betreffenden Lander in den einzelnen Fachbranchen differieren kann.

Die Ursachen fiir dieses Informations- und Wissensdefizit konnen in drei Punkten zusammengefaBt werden: 1. Die Korrosionsschutztechnik ist ein Fachgebiet mit einem

sehr ausgepragten Querschnittscharakter. Fur eine kor- rekte Problemlosung ist es immer erforderlich, die komple- xen, fachgebietsubergreifenden Zusammenhhge der Kor- rosion aus den klassischen Gebieten Chemie, Metallphysik und Maschinenbau (Abb. 1) zu erkennen. Z.B. ist die Chemie ein Fach, das sich unter Ingenieuren des Maschinenbaus keiner sehr groRen Beliebtheit erfreut. Oft stellen auch die unterschiedlichen Fachsprachen der Chemie, der Metallphysik, des Maschinenbaus und der Korrosion ein fast uniiberwindbares Hindernis auf dem Weg zur Problemlosung dar , weil der Korrosionsschutzin- genieur die Informationen, die in Expertisen, Normen und technischen Regelwerken niedergeschrieben sind, weder verstehen noch anwenden kann.

\ /

Abb. 1. Die Integration der klassischen Natunvissenschaften im Bereich des Korrosionsschutzes Fig. 1. Classical sciences are integrated in the field of corrosion

Die Korrosionsforschung stellt nur Informationen uber das Korrosionsverhalten kleiner Laborproben unter definierten Randbedingungen zur Verfiigung. Trotz der in den letzten Jahren durch gezielte Forschungsprogramme wesentlich verbesserten wissenschaftlichen Basis gibt es bisher keine wissenschaftlich gesicherten Ubertragungsmethoden der Forschungsergebnisse auf das Verhalten von Anlagen und Bauteilen unter betrieblichen Bedingungen. Die hierbei auftretenden Schwierigkeiten konnen durch zwei Schlag- worte plakativ verdeutlicht werden: scaling up in time, sca- ling up in size.

Bei der Analyse des Korrosionsverhaltens kann eine Anlage (z.B. ein Kuhlkreislauf, ein Schwimmbad) nicht als ein einheitliches Korrosionssystem behandelt werden, son- dern sie mu13 in Teilsysteme (Rohre, Ventile, Warmetau- scher usw.) zerlegt werden, die sowohl f i r sich als auch in ihren ungiinstigen Beeinflussungen untereinander betrach- tet werden miissen, d.h. die gesamte Anlage muB aus den Teilsystemen wieder aufgebaut werden, was in der Regel zur Beeinflussung des Korrosionsverhaltens der einzelnen Teilsysteme fiihrt.

Aus diesen Griinden ist das Wissen fur den in der Paxis tatigen Ingenieur noch sehr schlecht strukturiert, anstatt einer einheitlichen Theorie enthdt es vie1 fragmentarisches und empirisches, heuristisches Wissen. Sichere Entscheidungen konnen meistens nur aufgrund jahrelanger Erfahrungen getroffen werden.

Sehr oft mussen die Entscheidungen unter Zeitdruck getrof- fen werden, und die benotigten Informationen sind meist nicht zur rechten Zeit an der rechten Stelle, was einer sachgerechten und korrekten Problembearbeitung entgegensteht. Der Kor- rosionsschutz wird deshalb in der Praxis sehr oft durch das Verleugnen der Korrosion oder durch uberzogene Gewahrlei- stungsforderungen betrieben.

Page 3: Expertensysteme für den Korrosionsschutz

Werkstoffe und Korrosion 38,375-379 (1987) Expertensysteme fur den Korrosionsschutz 377

Wie kann dem Korrosionsschutzingenieur geholfen werden?

Die Liisung der oben angefiihrten Probleme erfordert den Einsatz neuer Techniken und Methoden. Konventionell sind sie kaum zu bewdtigen. Das unterstreicht allein die Tatsache, d d die Summe der Verluste bis heute nicht gesunken ist, sondern eher noch steigt. Aus der Literatur [3] ist bekannt, daI3 Expertensysteme ein geeignetes Werkzeug fiir solche Auf- gaben sind.

Im Friihjahr 1985 wurde deshalb im Labor fiir Korrosions- schutztechnik im Rahmen einer Vorstudie iiberpriift, ob das Know-how auf den Gebieten Korrosion und Korrosionsschutz so strukturierbar ist, d d es mit Hilfe von Expertensystemen nutzbar wird. Da das Labor sich lediglich als Anwender von Tools und Shells versteht und auch moghchst schnell zu ver- fiigbaren Ergebnissen kommen m a , wurde vor einem Jahr eine auf dem Markt kommerziell verfiigbare und geeignete Shell gesucht und gefunden.

Nach einer Ausbildung und Einfiihrung in das Knowledge Engineering im Expert System Center in Miinchen konnte mit dem Aufbau des Expertensystems CORROS begonnen werden.

Welche Ziele verfolgt CORROS?

CORROS ist das erste Expertensystem, welches vom Labor fiir Korrosionsschutztechnik erstellt wird. A l s Erstellungs- werkzeug wird die Expertensystem-Shell TWAICEa, die von der Nixdorf Computer AG [4, 51, basierend auf Prolog, ent- wickelt wurde, genutzt. Sie stellt auf eine sehr komfortable Weise alle Komponenten (Abb. 2) zur Verfiigung, die der Knowledge Engineer benotigt , um ein lauffahiges Expertensy- stem aufzubauen.

Die Wissensdomane von CORROS ist das Korrosionssy- stem Wasserlmetallische Werkstoffe. Das Ziel einer Konsulta- tion ist die Vorhersage der Wahrscheinlichkeit fiir das Auftre-

, ,

Abb. 2. Die Expertensystem-Shell TWAICE@ Fig. 2. The expert system shell TWAICETM

Gesamtkorrosions- system (KS)

niedrigleglerten Elsenwedcstoffen

feuoweninkten Elsenwerkstoflen

Beuelemente aus nichtrostenden Stiihkm r-l (ESBA)

Abb. 3. Der statische Objektbaum von CORROS Fig. 3. Object tree of CORROS

ten verschiedener Erscheinungsformen der Korrosion von wasserfiihrenden Anlagen (Heizungskreislauf, Trinkwasser- versorgung, Wasserverteilungssystem usw.) durch indirekte Inspektion .

In wasserfiihrenden Systemen kann nur mit einem erhebli- chen Kostenaufwand direkt inspiziert werden, urn zu priifen, ob in ihrem Inneren kritische Korrosionserscheinungen auftre- ten, die zu einem Schaden fiihren. Es besteht aber die Mog- Iichkeit auf Grund der Systemparameter - Analyse des Was- sen, verwendete Bauelemente (Werkstoffe, Fertigungs- und Betriebsbedingungen) - eine Vorhersage der Wahrscheinlich- keit fiir das Auftreten schadenstrachtiger Erscheinungsformen der Korrosion zu treffen. Im Hinblick auf die Bestimmung der Schadenswahrscheinlichkeit ist dies der erste und in vielen FaI- len auch der einzig notwendige Schritt.

CORROS untersucht in dem jetzigen Ausbaustand die drei Korrosionssy steme Wasserhiedriglegierte Eisenwerkstoff e , Wasserlfeuerverzinkte Eisenwerkstoffe und Wasserlnichtro- stende Stahle. In Abb. 3 wird ein Auszug aus dem statischen Objektbaum gezeigt.

Abbildung 4 zeigt das Zwischenergebnis einer Konsulta- tion, die Vorhersage der Erscheinungsformen der Korrosion fiir das T+korrosionssystem Wassedniedriglegierte Eisen- werkstoffe. Im weiteren Ausbau wird das Korrosionssystem WasserKupfer- und Kupferlegierungen und das Wissen uber die Beeinflussungen der verschiedenen Korrosionssysteme untereinander implementiert. CORROS umfdt z. 2. 260

.............................................................................. Vorherrage der Errcheinungsformen der Korrorlon ..............................................................................

Aur den von lhnen gernachten Angaben kann i c h auf Grund mcfner internen Uissensbank folsende Errcheinunpsformen der Korrosion fuer unl egi e r t e bzw . n i edr i g l egi e r t e E i senwerkrtoffe her1 e l ten:

Muldenfras sehr wthrscheinl ich gleichmiesslger_Flaechenabtrag rehr wahrrcheinlich

Abb. 4. Die Vorhersage der Erscheinungsformen der Korrosion fiir das Teilkorrosionssystem Wasserhiedriglegierte Eisenwerkstoffe Fig. 4. The prediction of the probability of damage inherent types of corrosion manifestation

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378 W. Fischer, L. Fohmann und W. Mader Werkstoffe und Korrosion 38,375-379 (1987)

1

dektrochemiwhe Korrosim

( 1 9 ) Moechten S i e noch e l n e Konsll l tatlon dirchfuehren?

> ule 58 -> u l e fak ten 58 d.h. v i e w d e der Iolgende Fakt h e r g e l e l t e t ? (Fakt 58) n l e d r l g l e g l e r t e Staehle-1 . Korros lonsar t -

Lochkorrosion cr 120 Muldenkorroslon cf 128 gleIchmaesslge~Flaec~nkorroslon cf 999

zu dem Fakt " n l e d r i g l e g l e r t e Staehle-1" . "Korros ionsar t" uurden mehrere Werte h e r g e l e i t e t . Zu welchem Wert wliensckn S i e e lm Erklaerung?

1 : Lochkorros~on cf 728 2. Muldenkorrosion cf 128 3: glcichmaesslge-flaechenkorrosion c f 999

>1 n i e d r i g l e g l e r t e Staehle-1 . Korrosionsart - LochkOrr0si0n cf 728 wurde h e r g e l e i t e t durch Zusamenfassung der Konfldenzen nehrerer E l n z e l r e s u l t a t e .

Die E l n z e l r e s u l t a t e uurden wie f o l g t a b g e l e i t e t :

- n l e d r l g l e g i e r t e Staehle-1 . Korros ionsar t - Lochkorr03i0n cf 419 w r d e h e r g e l e i t e t m l t t e l s Wertzuuelsirng duch Regel 15010.

Regel 15010 tenutz te folgende Praemisaen: (37) Medium-1 . K l a s s s l f l z i e r u n g nach Casen - s a u e r s t o f f h a l t l g (53) n l e d r l ~ l e g i e r t e Staehle-1 . Korrosioneelemente - j a

- n l e d r i g l e g i e r t e Staehle-1 . Korros ionsar t - Lochkorroslon Cf 419 uirde h e r g e l e i t e t m l t t e l s Wertzuvelsung durch Regel 15020.

Regel 15020 benutz te folgende Praenissen: (37) Medium-1 . K l a s s i f l z i e r u n g nach Casen - a a u e r s t o f l h a l t l g (53) n i e d r i g l e g l e r t e Staehle-1 . Korroslonselemente I J a (45) Medluu-1 . 100~(c(Chlorld)+2*c(sulrat))/Pufferkap¶zltaet > 100 (40) Medium-1 . d i e Saeurekapaz l tae t b l s ph 4.3 In mmol/mt3 > 1500

Yuensctmn SIe Erklaerungen zu einem welteren Yert von " n i e d r i g l e g l e r t e Staehle-1' . "Korroslonsart"?

1: Lochkorroslon cf 728 2: Muldenkorroaion cf 728 3: glelchmaesslge~Flaechenkorrosion cf 999

> Elngabe unrirlaesslgl > n e l n (19) Moechten S i e noch eine Kon3ultatiOn durchruehren?

>" ->neln

Abb. 5. Generierung einer Erkliirung durch WAKE@, wie der Fakt Muldenkorrosion hergeleitet wurde Fig. 5. An explanation generated by the explanation component of TWAICETM

Regeln, und die Erstellungszeit bis zu diesem Ausbaustand betrug 6 Monate.

Als Wissensquelle dienen Interviews mit den Experten der Arbeitsgemeinschaft Korrosion e.V. sowie die Normen DIN 50900, DIN 50930 und erganzende Literatur.

Die Konsistenz der Wissensbank wurde bzw. wird mit Hilfe von aktuellen Schadensfallen und aus der Literatur bekannten Forschungsergebnissen iiberpriift . CORROS kann auch als Hilfsmittel bei der Konstruktion

eingesetzt werden, indem man die Daten einer in Planung befindlichen Adage eingibt. Bei der Schadensanalyse kann CORROS aufgrund seiner Erklarungsfahigkeit, die durch die Erklarungskomponente von TWAICEB generiert wird, dem Ingenieur die wichtigsten Hinweise geben, welche EinfluBpa- rameter als Schadensursache zu betrachten sind. Abb. 5 zeigt, wie TWAICE@ durch die integrierte Erklarungskomponente darstellt, wie der Fakt, daB die Korrosionsart Muldenkorro- sion auftritt, hergeleitet wurde.

Stukturierung des Wissens

Da die Korrosion ein sehr diffuses Wissensgebiet mit sehr vielen Inseln, einerseits aus wissenschaftlich abgesicherten, andererseits aus empirischen Erkenntnissen ist, muBte zuerst eine moglichst allgemein giiltige Struktur erarbeitet werden, welche die Inseln verbindet und es erlaubt, neue Erkenntnisse bzw. Erfahrungen mogIichst in das schon bestehende System

I Korroslonssystem I Funk t lon des I I Werkstoff/Medlum I Eautells 1

Ausinass der Erschelnungsform

zu integrieren. In Abb. 6 ist eine solche Struktur dargestellt. Es wird gezeigt, wie man, ausgehend von einem Bauteil bzw. einer Betrachtungseinheit, zu einer Aussage iiber die Wahr- scheinlichkeit kommt, mit der das Bauteil einen Korrosions- schaden erleidet. Dieses Bauteilverhalten ist fiir den Ingenieur von grobtem Interesse.

Durch diese Struktur werden die meist in ihrer Anzahl uniiberblickbaren EinfluBparameter in Gruppen aufgeteilt und diese Gruppen in hierarchisch neben- und hintereinander angeordnete Ebenen eingeteilt. So ist es moghch, daB in jedem Teilschritt nur eine uberblickbare Anzahl an Pararne- tern beriicksichtigt werden mu13 und schon sehr friih eine Aus- sage getroffen werden kann, welche Parameter weiterhin beachtet werden miissen, welche ausgeschlossen werden kon- nen und welche ausgeschlossenen wieder an Bedeutung ge- winnen.

In dem Korrosionssystem Wasserhichtrostender Stahl z.B. reicht es zu wissen, mit welcher Wahrscheinlichkeit die Erscheinungsform LochfraD auftritt, um eine Aussage iiber die Schadenswahrscheinlichkeit unter der Annahme zu tref- fen, daB das Bauteil ein Behalter ist und damit seine Funktion das Dichtsein ist. Das AusmaD der Erscheinungsform (das Lochtiefenwachstum) braucht nicht beurteilt zu werden, denn setzt der LochfraB an nichtrostenden Stahlen einmal ein, so ist in der Regel abzusehen, wann der Behalter undicht wird [6] .

elektmlytische metallphysikaliwhe Korrosion Korrosion

Abb. 7. Hierarchie der Korrosionsarten Fig. 7. Hierarchy of types of corrosion

Page 5: Expertensysteme für den Korrosionsschutz

Werkstoffe und Korrosion 38,375-379 (1987) Expertensysteme &r den Korrosionsschutz 379

Fur die in Abb. 6 dargestellten Zwischenebenen muDten natiirlich auch Strukturen entwickelt werden, die den a e r - gang zwischen ihnen gewiihrleisten. In Abb. 7 ist eine in CORROS genutzte Struktur dargestellt, mit der das Auftreten einzelner Erscheinungsformen der Korrosion bestimmt wer- den kann. Die verschiedenen Reaktionsmechanismen der Korrosion wurden in Korrosionsarten aufgegliedert . Diese Korrosionsarten konnen auch wieder in Ebenen hierarchisch neben- und untereinander angeordnet werden.

In Abb. 7 wird in der obersten Ebene die Reaktionsart, die an der Phasengrenze MetWedium ablauft, grob unterglie- dert; iiber mehrere Detaillierungsebenen und Hierarchiestu- fen wird in der untersten Ebene die Korrosionsart so benannt, dal3 die resultierende Erscheinungsform ablesbar ist. Es sind nicht alle Korrosionsarten und Verzweigungen eingetragen, die bei einer wissenschaftlichen Behandlung zu beriicksichti- gen wiiren, sondern nur die, die in der Praxis zu Schaden gefiihrt haben.

Welche Vorteile bringt die Erstellung von Expertensystemen?

H e r sollen jetzt nicht so sehr die Vorteile betrachtet wer- den, die sich aus der Anwendung eines Expertensystems erge- ben (z.B. Verfiigbarkeit und Sicherung des Wissens, korrekte und vollstlindige Problemlosungen, Entlastung der Experten usw.), sondern es sollen die Vorteile beleuchtet werden, die sich fiir das Fachgebiet, den Experten und den Knowledge Engineer ergeben.

Der Knowledge Engineer stand bzw. steht vor der Aufgabe, das diffuse Korrosionswissen des Experten fiir eine bestimmte Aufgabenstellung in Wissensreprasentationsformen abzubil- den. Durch den Dialog zwischen dem Knowledge Engineer und dem Experten werden Entscheidungsstrukturen zum Teil erstmals ausformdiert.

Jeder Experte hat weiBe Flecken in seiner Wissensland- karte. Er hat in der Zwischenzeit gelernt, mit ihnen zu leben. Duch den vorgegebenen Sachzwang, bei der Wissensreprii- sentation die Wissensliicken einzugrenzen und genau zu spezi- fizieren, konnen zielgerichtete Forschungs- und Entwicklungs- projekte initiiert werden. Diese Vorteile sind nicht zu unter- schltzen, denn gerade eine zielgerichtete Forschungs- und Entwicklungstatigkeit sichert einen Vorsprung in der Erarbei- tung und dem Einsatz von neuem Know-how vor der Konkur- renz.

Ganz konkret ergibt sich fiir das Labor fiir Korrosions- schutztechnik ein weiterer Vorteil. Durch die Abbildung des Know-hows in TWAICEQD werden neue Moglichkeiten der Wissensvermittlung im Studium erarbeitet. Zur Zeit werden Drittmittelauftrlge zur Erstellung von weiteren Expertensy- stemen im Bereich des Korrosionsschutzes in Angriff genom- men, die ausschlieBlich von industriellen Partnern finanziert werden.

Konkurrenzsituation

In den Vereinigten Staaten von Amerika griindete die National Association of Corrosion Engineers und das National Bureau of Standards eid' ,,Corrosion Data Center", welches die Aufgabe hat, Korrosionsdaten zu sammeh, aufmbereiten und zu verbreiten. Urn diese Aufgaben zu bewtiltigen, werden Datenbanken und Expertensysteme [7] eingesetzt . AuBerdem werden in zahlreichen Firmen der USA (z.B. Rockwell Inter- national Science Center u.a.) Expertensysteme aufgebaut.

In GroBbritannien werden in den Universitaten (2.B. Uni- versity of Manchester , Institut of Technology und University of Cambridge) und bei der Firma AERE Harwell und ICI Expertensysteme [8] zum Fachgebiet Korrosionsschutztechnik erstellt. Sie basieren im wesentlichen auf den Normen und Standards, die im angelsachsischen Sprachraum genutzt wer- den. Insbesondere werden ASTM-Normen beriicksichtigt .

Werden dem Ingenieur diese Werkzeuge nur aus dem Aus- land angeboten, so setzen sich die auslhdischen Standards durch. Dies wird zu erheblichen Behinderungen deutscher Produkte und deutscher Fertigungsverfahren sowohl auf dem Binnen- als auch auf dem Weltmarkt fiihren.

Ausblick

Korrosionsschiiden sind eine Folge des erheblichen Einsat- zes von metallischen Werkstoffen in der Technik und in der Zvilisation. Ein groBer Anteil der Schaden liefie sich durch Anwenden der vorliegenden Kenntnisse vermeiden. Dam ist aber nicht immer die richtige Information zur rechten &it an der rechten Stelle. Durch die Entwicklung und den Einsatz von Expertensystemen wird dem Korrosionsingenieur ein Hilfsmittel angeboten, mit dem er nicht nur die neuen grund- lagenwissenschaftlichen Erkenntnisse, sondern auch das Know-how anderer Experten nutzen kann.

Wir bedanken uns die finanzielle Forderung des Projek- tes durch den Minister fiir Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen mwie fiir die Untersttitzung durch die Nixdorf Computer AG, Bereich Expertensysteme, Berliner Stral3e 95,8000 Miinchen 40.

schrifttum

[l] J. H. Payer, D. G. Dippold, W. K. Boyd, W. E. Berry, E. W. B r o o m , A. R. Buhr, W. H. Fischer: Economic Effects of Metal- lic Corrosion in the United States, NBS Special Publications 511-

[2] W. Schwenk: Corrosion protection by education and standardisa- tion, Werkst. Korros. 37, 297-300 (1986).

[3] P. Ruulefi: Expertensysteme, in Informatik-Fachberichte 59, Kiinstliche Intelligenz, Friihjahrsschule Teisendorf, 15. - 24. 03. 82, Springer Verlag Berlin, Heidelberg, New York.

[4] S. Savory: Kiinstliche Intelligenz und Expertensysteme, Olden- bourg Verlag, Miinchen 1985.

[5] S. Savory: TWAICE: Die Expertensystem-Shell von Nixdorf, in Informatik-Fachberichte 112, Wissensbasierte Systeme, KI-Kon- gel3 1985, Springer Verlag Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo.

[6] G. Herbsleb: Korrosionsschutz von Stahl, Verlag Stahleisen m.b.H., Diisseldorf 1977. [I G. M . U g h @ , A. C. van Orden, D. E. Clauren: The ,,NACE- NBS Corrosion Data Program", Paper Number 39, Corrosion 86, The International Corrosion Forum Devoted Exclusively to the Protection and Performance of Materials, March 17-21, 1986, Albert Thomas Convention Center, Houston, Texas.

[8] I. N. Wunklyn, N. I. M. Wikimr: Development of an expert system for design consultation on marine corrosion, British Corro- sion Journal, ISSN 0007-0599, Volume 20, 1985, No. 4, Page

TWAIcE@ und TARGON@ sind eingetragene Warenzeichen der Nix- dorf Computer AG. UNIX@ ist ein eingetragenes Warenzeichen der Bell Laboratories.

1, 511-2, May 1978.

161-166.

(Eingegangen: 16.12.1986) w 2494