Mit KI zur idealen Produktion.

Unterbrechungen in der Produktion sind Risiken, die schnell teuer werden können. Im Forschungsprojekt SPACIER entwickeln Wissenschaftler und Experten aus der Industrie mithilfe Künstlicher Intelligenz (KI) neue Lösungen, die Unternehmen und ganze Branchen besser vor Störungen schützen sollen. Feintool System Parts in Jena ist Partner im SPAICER-Konsortium und arbeitet mit an einem smarten Resilienz-Management – und damit auch an Geschäftsmodellen der Zukunft.

Feintool setzt seit Jahren auf optimale Überwachung ihrer Produktionsprozesse. Mit SPAICER wird das Thema Wartung bzw. FEINmonitoring nun auf ein «völlig neues Level gehoben», erklärt Jens Gerhard, Leiter Technologie- und Pressenentwicklung bei Feintool System Parts in Jena. Der 55-jährige managt die Feintool-Beteiligung an SPAICER: eine Pionierarbeit im engen Austausch mit Forschern und Experten anderer Unternehmen. «Das Potenzial ist riesig und der Wissenstransfer jeden Tag spannend», freut sich Gerhard. Für die Feintool-Kunden ist der Nutzen einer solchen Investition in Forschung und Entwicklung offensichtlich: Prozessabläufe und Wartungsarbeiten werden besser planbar, die Kosten sinken und das Serviceangebot von Feintool als Zulieferbetrieb und Maschinenhersteller wird deutlich grösser.

Der vollständige Projektname ist allerdings recht sperrig: «Skalierbare adaptive Produktionssysteme durch KI-basierte Resilienzoptimierung». Vereinfacht ausgedrückt geht es um eine Erfahrung, die jeder schon gemacht hat: Wenn Probleme auftauchen, ist es von Vorteil, gut vorbereitet zu sein und angemessen reagieren zu können. Nicht viel anders verhält es sich in einem globalisierten Produktionsprozess, in dem unvorhergesehene Störungen nichts Ungewöhnliches sind: Sie kommen von aussen, in der Lieferkette oder durch eine Pandemie, und von innen, wie bei Werkzeugbrüchen oder Maschinenstillstand. In jedem Fall sind Störfälle ein Geschäftsrisiko. Denn eine ungeplante Störung im Fertigungsablauf kann schnell bis zu 500‘000 Euro oder Franken in der Stunde kosten.

(Bild: Projekt SPAICER)

Um das zu verhindern, müssen nicht nur einzelne Maschinen oder Unternehmen, sondern ganze Branchen widerstandsfähiger, sprich resilienter werden. Ein solch übergreifender und globaler Ansatz ist neu. Und genau das macht das Besondere des Forschungsprojekts aus, welches im April 2020 startete und von der deutschen Bundesregierung mit zehn Millionen Euro über drei Jahre finanziert wird. Die Koordination des Projekts liegt beim Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Saarbrücken. Ziel ist es, mithilfe von KI und Machine Learning (ML) digitale Tools zu entwickeln, die es ermöglichen, Ereignisse rechtzeitig vorherzusehen und sich schnell und flexibel an veränderte Gegebenheiten anzupassen. Diese Smarten Resilienz-Services (SRS) sollen in den Produktionsnetzwerken nach dem Baukastenprinzip verankert werden. Betriebe können SRS über eine Plattform nutzen, um ihr Resilienz-Management zu verbessern.

Damit das SPAICER-Konzept aufgeht, benötigt man sehr viele Daten. Denn SPAICER erstellt digitale Zwillinge kompletter Prozesse. Anhand dieser Prozess-Simulationen lassen sich mit KI-Methoden Serviceleistungen entwickeln, die einen echten Mehrwert bringen. Insgesamt umfasst SPAICER zwölf Arbeitspakete, die eng miteinander verzahnt sind. Das kleine Team um Jens Gerhard ist an nahezu allen Vorhaben beteiligt und hat jeweils Praxisbeispiele (Use-Cases) für diverse Pakete konzipiert.

«Bei uns wird greifbar, wie KI die Widerstandsfähigkeit in der Produktion auf ein ganz neues Level hebt»

Jens Gerhard, Leiter Technologie- und Pressenentwicklung bei Feintool System Parts, Jena

Beispiel «Selbstoptimierung» auf Ebene der Maschine: ein Use-Case, bei dem Feintool den Lead hat. Hier geht es neben anderen Teilvorhaben um Verschleissprognosen. «Wir wollen den ‹Sweet Spot› finden, also den idealen Zeitpunkt, an dem ein Werkzeug so verbraucht ist, dass die Wartung ansteht, aber noch kein einziges Fehlerteil (N.I.O.-Teil) produziert wurde», erklärt Jens Gerhard. Um den Verschleiss zu erkennen, werden Daten am Werkzeug gesammelt – per Körperschalldiagnose. Ein akustisches Verfahren – und ein ganz neues Forschungsfeld. Diese Informationen lassen sich mittels KI-Methoden in konkrete Empfehlungen für die Mitarbeitenden überführen. So kommt die Wartung punktgenau und mit Vorwarnung, nicht zu früh und nicht zu spät – ohne dass ein Schaden entstanden ist. «Das Mehr an Wissen über die Laufzeit des Werkzeugs spart Zeit und Kosten», fasst Jens Gerhard zusammen.

Er nennt noch weitere Use-Cases auf übergeordneter bzw. globaler Ebene, die Feintool steuert und mit evaluiert. Immer geht es um mehr und um frühzeitiges Wissen. So will man am Beispiel Feintool den in Coil-Form gelieferten Stahl als digitalen Zwilling aufbauen und in seiner Gesamtheit betrachten. Auch hier erhalten die Techniker mittels KI viele neue Informationen, die am Ende den eigentlichen Feinschneidprozess deutlich optimieren und Fehler verhindern.

(Bild: Projekt SPAICER)

Auf globaler Ebene nehmen die Wissenschaftler auch Klimaveränderungen ins Visier, die erheblichen Einfluss auf die Produktion haben können. Beispiel Warentransport: Im Sommer 2018 waren Flüsse wegen der Trockenheit gar nicht schiffbar. «Bei diesem Thema sucht man durch Digitalisierung der Prozesse nach neuen Strategien, um Beschaffung, Produktion und Absatz stressfrei zu gewährleisten», erklärt Gerhard. Spannende Industrie 4.0-Projekte, über die sich die SPAICER-Partner aller Branchen regelmässig austauschen, um von den Erfahrungen der jeweils anderen zu lernen. Wissenstransfer ist ein grosses Plus von SPAICER. Im Herbst 2021 steht dazu ein Highlight an: Dann richtet Feintool in Jena das 3. Konsortialtreffen mit den Forschungspartnern und Teilnehmern des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und des deutschen Bundeswirtschaftsministeriums aus.

Das Innovationspotenzial des Forschungsprojekts ist enorm. Bei Feintool denkt man weit voraus: Denn Daten sind das «Gold von morgen», sodass ganz neue Geschäftsmodelle im Datenhandel und -management entstehen. «SPAICER hilft uns, den Produktionsbetrieb für Transformationen wie in der Automobilindustrie flexibel zu gestalten. Wenn ich meine Prozesse bis ins letzte Detail beherrsche, kann ich auch Veränderungen schnell mitgehen», erklärt Gerhard. Diese Wandlungsfähigkeit ist der Schlüssel zu nachhaltigem Wachstum. «Dafür brauchen wir die Digitalisierung der Industrie. An dieser Zukunft arbeiten wir», resümiert er.

Weitere Informationen finden Sie auf der Website von SPAICER sowie beim Informationsdienst Wissenschaft.

SPAICER-Konsortium

Partner Wissenschaft: DFKI Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (Koordinator), RWTH Aachen (Werkzeugmaschinenlabor WZL; Institut für Technologie- und Innovationsmanagement), Universität Freiburg, TU Darmstadt, WHU – Otto Beisheim School of Management

Partner Wirtschaft: deZem, SAP, Schott, Seitec GmbH, Senseering GmbH, mehr als 40 assoziierte Partner