RWTH Aachen und DFKI KI soll Produktionsanlagen widerstandsfähiger machen

KI-Innovationswettbewerb des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi): Projekt SPAICER »Skalierbare Adaptive Produktionssysteme durch KI-basierte Resilienz-Optimierung“ für Förderung ab 2020 nominiert.
KI-Innovationswettbewerb des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi): Projekt SPAICER »Skalierbare Adaptive Produktionssysteme durch KI-basierte Resilienz-Optimierung“ für Förderung ab 2020 nominiert.

In Produktionsanlagen können vielfältige Störungen auftreten. Die Folge sind teure Produktionsausfälle. Das KI-Projekt »SPAICER – Skalierbare Adaptive Produktionssysteme durch KI-basierte Resilienz-Optimierung« soll damit aufräumen und die Widerstandskraft steigern.

Die RWTH Aachen (Rheinisch-westfälische Technische Hochschule) und das DFKI (Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz in Saarbrücken haben sich beim KI-Innovationswettbewerb des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) mit dem Projekt SPAICER »Skalierbare Adaptive Produktionssysteme durch KI-basierte Resilienz-Optimierung« durchgesetzt und wurden für eine Förderung ab 2020 nominiert.
Produktionsunternehmen kämpfen jeden Tag mit Störungen. Dies können Störungen von außen sein, wie Verzögerungen in der Logistik, Rohstoffengpässe oder politisch motivierte Handelsbarrieren, aber auch Störungen von innen, wie Krankheitsstände, Werkzeugbrüche oder Produktionsstillstände. Nun soll Künstliche Intelligenz (KI) Unternehmen dabei unterstützen, sich flexibel an solche internen und externen Störungen anzupassen. Hierzu wurde das KI-Leuchtturm-Projekt »SPAICER – Skalierbare Adaptive Produktionssysteme durch KI-basierte Resilienz-Optimierung« als zentrales Element für die Umsetzung der »Strategie Künstliche Intelligenz« der Bundesregierung ausgewählt, an welchem auch die beiden Institute WZL (Werkzeugmaschinenlabor) und TIM (Institut für Technologie- und Innovationsmanagement) der RWTH Aachen beteiligt sind.
SPAICER wird dabei Teil der Implementierung des internationalen Markenzeichens »KI made in Germany« sein, das für moderne, sichere und gemeinwohlorientierte KI-Anwendungen auf Basis des europäischen Wertekanons steht. Gemeinsam mit führenden Forscherinnen und Forschern sowie Produktionsunternehmen untersucht das Projekt SPAICER, wie Methoden der Künstlichen Intelligenz in ein Resilienz-Management für die Industrie überführt werden können. Dies soll eine bessere Vorbereitung und Reaktion auf interne und externe Störungen ermöglichen.
Über 130 Konsortien aus Wissenschaft und Wirtschaft hatten Konzeptideen für den Innovationswettbewerb »Künstliche Intelligenz als Treiber für volkswirtschaftlich relevante Ökosysteme« des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) eingereicht. 15 Konsortien wurden letztlich ausgewählt — darunter das SPAICER-Konsortium, welches nun unter der Leitung von Prof. Wolfgang Maaß (DFKI) drei Jahre lang mit mehr als 10 Millionen Euro gefördert wird.
»Konkret geht es in SPAICER um die Entwicklung eines Ökosystems und einer Plattform für Smarte Resilienz-Services zur strategischen Verbesserung der Resilienz der Produktionsindustrie«, erklärt Wolfgang Maaß, wissenschaftlicher Direktor am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Saarbrücken.
An SPAICER sind neben dem WZL das DFKI, die Universität Freiburg, die Technische Universität Darmstadt, das Institut für Technologie- und Innovationsmanagement TIM der RWTH Aachen, die Otto Beisheim School of Management (WHU), deZem, Feintool, SAP, Schott, Schaeffler, Seitec, senseering und Waelzholz beteiligt. Weitere 39 assoziierte Partner unterstützen mit wichtigem Praxiswissen das Projektkonsortium.

KI-basierte Resilienz-Optimierung für Produktionsprozesse

In der Psychologie beschreibt Resilienz die Fähigkeit eines Menschen, mit kritischen Situationen umzugehen oder schnell in einen Zustand vor diesen kritischen Situationen zurückzukehren. Resilienz besteht also dann, wenn Menschen Prozesse, Methoden und Verhaltensweisen einsetzen oder entwickeln, die sie vor möglichen negativen und nachhaltigen Auswirkungen der Stressoren schützen.
Im Produktionsbereich versteht man Resilienz somit als Fähigkeit eines Unternehmens, sich permanent an interne und externe Veränderungen und Störungen in komplexen, sich schnell verändernden Produktionsnetzwerken anzupassen. Angetrieben wird diese Forschung zu Resilienz-Management u.a. durch eine wachsende Komplexität und Fragilität einer Industrie 4.0 Produktion, Volatilität politischer, ökonomischer und ökologischer Kontexte, durch Unsicherheiten beim Nachschub von Rohstoffen und nicht zuletzt durch einen demographischen Wandel und steigende Qualifikationsanforderungen.
Ziel des Projekts SPAICER ist die Entwicklung eines Rahmenmodells für ein KI-basiertes Resilienz-Management für Produktionsunternehmen in Produktionsnetzwerken. Auf Basis hybrider KI-Plattformen sowie begleitend entwickelter ökonomischer und rechtlicher Nutzungskonzepte wird die Grundlage für Ökosysteme Smarter Resilienz Services für verschiedene Anspruchsgruppen geschaffen.
Bei der Projektdefinition konnte das Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen auf seine eigene traurige Vergangenheit zurückgreifen: In der Nacht zum 5. Februar 2016 brannten ca. 2.500 qm Maschinenhalle des WZL vollständig nieder. Was bis zu diesem Zeitpunkt 110 Jahre Bestand hatte, war innerhalb weniger Stunden vollständig verschwunden. Der Schaden wurde auf rund 100 Millionen Euro geschätzt.
»Noch heute, drei Jahre nach der Katastrophe, hat das WZL in gewissen Bereichen nicht wieder zu einem Normalbetrieb zurückgefunden«, erklärt Professor Thomas Bergs, Inhaber des Lehrstuhls für Technologie der Fertigungsverfahren am WZL. »Zukünftig soll durch Projekte wie SPAICER der Normalbetrieb deutlich schneller erreicht werden, egal ob es ein Werkzeugbruch kurz vor Feierabend oder Großereignisse wie Brände betrifft.«

Feinschneidtechnik als Forschungsobjekt

Konkret ist die Feinschneidtechnik Forschungsgegenstand des WZL. Am Beispiel von Störungen die in der Wertschöpfungskette dieser Technologie auftreten, soll die Resilienz feinschneidender Unternehmer erhöht werden. Das Feinschneiden wird beispielsweise als Großserienfertigungsprozess für sicherheitskritische Bauteile für die Automobil-, Luftfahrt- oder Medizintechnik eingesetzt. Dort treten nicht nur Störungen auf Mikroebene, wie das Brechen eines Werkzeugs auf, sondern insbesondere auch innerhalb der gesamten Lieferkette (Mesoebene), wie variierende Werkstoffqualitäten oder logistische Herausforderungen. Die Arbeiten am Demonstrator Feinschneiden, einem von der DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft) geförderten Großgerät, werden direkt durch einen Industriearbeitskreis zum Thema Feinschneiden mit wertvollen Praxiserfahrungen unterstützt. So wird eine praktische Umsetzung in der Industrie sichergestellt. Der Zwischenstand des modifizierten Demonstrators wird im Rahmen des 30. Aachener Werkzeugmaschinen Kolloquium AWK am 14. und 15. Mai 2020 vorgestellt.
Das Projekt SPAICER wurde Anfang September 2019 vom BMWi für eine Förderung nominiert. Projektträger ist das DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt).