Schlüsseltechnologie: So gelingt die Entwicklung zur Industrie 4.0

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Für die Zukunft der industriellen Automatisierung spielt Künstliche Intelligenz (KI) eine zentrale Rolle. Ob direkt auf der Anlage, auf dem eigenen Server oder in der Cloud: Intelligente Systeme optimieren Prozesse und eröffnen neue Perspektiven. Festo analysiert Anwendungspotenziale und treibt die Entwicklung der Schlüsseltechnologie auch im eigenen Unternehmen voran. Beispiele aus der Praxis.

"Das Thema Künstliche Intelligenz und Analytics wird das Produktportfolio in Zukunft enorm beeinflussen", erklärt Dr. Frank Melzer, Vorstand Product and Technology Management bei Festo, und unterstreicht damit die Bedeutung der Schlüsseltechnologie KI für das eigene Unternehmen.

Auf dem Weg hin zur Schlüsseltechnologie

Ein unternehmensweites Kompetenzteam, die Entwicklung intelligenter Komponenten wie das Motion Terminal und selbstlernende Exponate wie die Bionic-Soft-Hand sind erste Schritte des Automatisierungsanbieters auf dem Weg ins KI-Zeitalter. Der 2018 in die Gruppe integrierte auf KI spezialisierte Herforder Softwarehersteller Resolto liefere überdies Know-how, welches direkt in technologische Anwendungen fließe.

Drei Anwendungsbereiche im Fokus

Der Esslinger Automatisierungsanbieter setzt sich bei der KI-Entwicklung derzeit mit den drei Anwendungsbereichen Anlagenoptimierung, Prozessautomatisierung und Predictive Maintenance auseinander. Die Anlagenoptimierung fokussiert die Verbesserung bestehender Anlagen mittels Künstlicher Intelligenz. Vorhandene Sensordaten lassen sich mit KI neu und effizient auswerten, reduzieren unter anderem Aufwände in der Qualitätskontrolle und beschleunigen Prozesse.

Künstliche Intelligenz erkennt beispielsweise Muster, die helfen, eine 100-Prozent-Prüfung durch eine Stichproben-Prüfung zu ersetzen, indem sie besonders fehleranfällige Prozessbereiche aufspürt und nur diese dann im Detail geprüft werden müssen.

Auf dem Gebiet der Prozessautomatisierung kann Künstliche Intelligenz zahlreiche, bislang manuell durchgeführte Tätigkeiten automatisieren, wie etwa das Filter-Tuning von Handy-Antennen auf Sendemasten. Wo heute noch händisch hunderte von Antennen zeitaufwändig kalibriert werden müssen, kann in Zukunft KI helfen, Prozesse zu automatisieren und nachhaltig zu beschleunigen.

Eines der vielversprechendsten Einsatzgebiete von KI in der industriellen Automatisierung ist Predictive Maintenance. In Bestandsanlagen, wie etwa einer Vorrichtung für automatisches Spannen von Blechformteilen zum anschließenden Schweißen, sorgt KI On-Edge, also direkt auf der Anlage, für das frühzeitige Erkennen von Prozess-Anomalien. Hierfür werden bestehende Sensordaten mittels KI neu ausgewertet. Sie erkennt nicht nur auftretende Abweichungen von Messwerten der Spanner, sie kann diese auch individuell auswerten und angeben, mit welcher Wahrscheinlichkeit es sich um welche Art von Fehler handelt.

Die Anlagensteuerung mit KI gibt nicht erst eine Fehlermeldung ab, wenn ein Teil defekt ist, sie liefert noch vor einem tatsächlichen Defekt Informationen zu ungewöhnlichen Messwerten und eine potenzielle Fehlerinterpretation. Hierfür benötigt die Anlage keine zusätzlichen Sensoren. Ein Wartungsmitarbeiter muss nicht mehr selbst langwierig Messwerte analysieren und Fehlerquellen suchen, er kann direkt eine stark eingegrenzte Auswahl an Fehlermöglichkeiten in Augenschein nehmen.

Auf Basis der vorliegenden Messwerte kann die KI zudem prognostizieren, wann ein Spanner voraussichtlich ausgetauscht werden muss, bevor es zu einem Maschinenstillstand kommt. Mit der Echtzeitanalyse des Komponentenzustands reduzieren sich Wartungs-, Stillstands- und Lagerhaltungskosten. Ein Spanner kostet nur wenige Euro, ein kompletter Maschinenstillstand schnell hunderttausend. Die Spannprozess-Analyse mittels Künstlicher Intelligenz entwickelt Festo aktuell als Prototyp.

Handling in Echtzeit überwachen durch Schlüsseltechnologie KI

Ein anderes Beispiel ist eine Softwarelösung, die fehlerhafte Batterien detektiert. Mittels Monitoring-Software des Partnerunternehmens Resolto werden Motorströme und Positionswerte der Achsen eines Batterie-Handling-Portals überwacht.

Mit im Einsatz für die Überwachung in Echtzeit ist die modulare Steuerung CPX-E-CEC zusammen mit dem Servoantriebsregler CMMT-AS. Treten im Prozess Anomalien auf, beispielsweise wenn das Handling ein falsches Batterieformat greift, erstellt die Software automatisch eine Meldung.

Die Überwachung und Datensammlung von industriellen KI-Anwendungen als Schlüsseltechnologie, wie sie Festo entwickelt, kann entweder komponentennah durch die intelligente Softwarelösung von Resolto erfolgen, wie beim Beispiel des Batterie-Handlings, oder über das CPX-IOT-Gateway. Dieses verbindet Komponenten und Module aus der Feldebene, wie etwa Handling-Systeme oder elektrische Antriebe, über seine OPC-UA-Schnittstelle mit den IIOT Services von Festo.

Der Autor Christopher Haug ist Manager International Trade Press bei Festo.

Festo und Resolto

Seit 2018 gehört Resolto Informatik zu Festo. Das Unternehmen bietet Lösungen für KI in industriellen Echtzeitanwendungen. Dabei werden Daten bereits im Feld maschinennah interpretiert. Dies ermöglicht Energieeinsparungen, kürzere Zykluszeiten, weniger Maschinenausfälle und einen geringeren Ausschuss in der Produktion. Gegründet wurde Resolto bereits im Jahr 2003 von Tanja Maaß.

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