SPAICER - Skalierbare adaptive Produktionssysteme durch KI-basierte Resilienzoptimierung

Produktionsausfälle mit KI vermeiden

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© Projekt SPAICER
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SPAICER nutzt KI-Technologien und Industrie 4.0-Standards, um Produktionsstörungen und Unterbrechungen von Lieferketten auf ein Minimum zu reduzieren oder ganz zu vermeiden. Für dieses sogenannte Resilienzmanagement werden branchenspezifische Smarte Resilienz-Services (SRS) entwickelt, die von Unternehmen individuell auf ihre Bedürfnisse angepasst werden können. Dafür baut SPAICER ein offenes Ökosystem mit unterschiedlichen Plattformen auf, über die der Technologietransfer in den Mittelstand und der datenschutzkonforme und leistungsgerechte Einsatz der SRS sichergestellt werden.

Marktperspektive und Produktversprechen

In SPAICER wird eine Plattform etabliert, über die Smarte Resilienz-Services (SRS) für die fertigende und produzierende Industrie vertrieben werden. Es wird ein Verein gegründet, der den Wissenstransfer der Ergebnisse in Unternehmen und Branchen bündelt. Das Know-how wird zudem in ein Unternehmen übertragen, das die Resilienz-Management- Lösungen vermarktet. Darüber hinaus wird eine VDI-Standardisierung für Resilienzmanagement initiiert und das Berufsfeld „Resilienz-Manager“ geschaffen.

Konsortium

Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, WHU - Otto Beisheim School of Management, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Technische Universität Darmstadt, Senseering GmbH, dezem GmbH, Seitec GmbH, SAP SE, Schaeffler Technologies AG & Co. KG, Feintool System Parts Jena GmbH, SCHOTT AG, C.D. Wälzholz GmbH & Co. KG

Herausforderung und Innovation

Produktionsketten sind durch die zunehmende Digitalisierung und Globalisierung immer komplexer und von zahlreichen internen und externen Faktoren beeinflusst. Lieferschwierigkeiten bei global produzierten Rohstoffen, Ausfälle von Maschinen, der Fachkräftemangel oder gesellschaftliche Krisen wie Pandemien können massive Störungen verursachen. Es gilt daher für Unternehmen, Störpotenziale frühzeitig zu erkennen, um damit die Wettbewerbsfähigkeit zu sichern. Mit SPAICER entsteht erstmalig eine Lösung, die Unternehmen mit KI-Lösungen dabei unterstützt, sowohl auf absehbare als auch auf unvorhersehbare Störungen effektiv zu reagieren.

Lösungsansatz

SPAICER entwickelt Smarte Resilienz-Services (SRS), die als Gesamtlösung für spezifische Anwendungen angeboten werden. Die Unternehmen können die Services individuell auf ihre Bedürfnisse anpassen und ohne spezielle Programmierkenntnisse einsetzen. Zur Verfügung gestellt werden die SRS über Plattformen. Das Projekt setzt dabei auf eine hybride Plattform-Architektur aus Edge- und Cloud-Computing-Ansätzen. Das ermöglicht den SRS, Produktionsdaten zentralisiert über die Cloud, direkt auf den Produktionsmaschinen oder durch eine Kombination beider Ansätze (hybrid) zu verarbeiten.

Die Basis der SRS sind technische Agenten. Sie sind in der Lage, Störungen vorherzusehen und proaktiv Vorschläge zur Anpassung der Produktionsplanung zu generieren, sodass Unternehmen auf potenzielle Veränderungen in der Wertschöpfungskette optimal reagieren können. Dafür müssen große, dynamische Datenmengen analysiert werden. Ermöglicht wird dies durch die Kombination von Methoden des Maschinellen Lernens (z. B. kollaboratives, überwachtes Lernen) mit formalen Planungs- und Inferenzmethoden (z. B. probabilistisches Planen). Die Analyse erfolgt dabei in einem ersten Schritt unabhängig (kontextfrei) von der Geschäftstätigkeit des Produktionsunternehmens, um allgemeine Trends und Muster in Politik, Wirtschaft und Umwelt aufzuspüren, die zu Veränderungen führen können. Im zweiten Schritt erfolgt die Analyse kontextsensitiv, sodass auch das individuelle Vorgehen und Know-how eines Unternehmens berücksichtigt wird.

Use Cases

Selbstoptimierung

Schwankungen im Werkstoff führen beim industriellen Feinschneiden zu einem erhöhten Werkstoffverschleiß. Wird ein drohender Verschleiß nicht rechtzeitig erkannt, kann es zum Werkzeugbruch und durch den Werkzeugaustausch zum kostspieligen Produktionsstillstand kommen. Die SRS von SPAICER ermöglichen eine zerstörungsfreie, digitale Werkstoffprüfung, sodass der Werkstoffverschleiß zuverlässig prognostiziert und der Werkzeugaustausch kostengünstig geplant werden kann.

Optimierung der Produktionsplanung

Die sichere Versorgung mit Rohstoffen ist für nahezu alle Produktionen unerlässlich. Wetterbedingte Einschränkungen wie bspw. bei der Flussschifffahrt durch niedrige Pegelstände können zu Unterbrechungen der Lieferkette führen. SPAICER stabilisiert die Produktionsplanung, indem solche Einschränkungen frühzeitig vorhersagt und alternative Logistikwege aufzeigt werden.

Proaktive Transformation

Durch Pandemien, politische Konflikte oder Spekulationen können Rohstoffe knapp werden. SPAICER gibt Unternehmen frühzeitig KI-basierte Planungsempfehlungen an die Hand. So können Entscheider etwa abschätzen, ob es sich lohnt, Rohstoffreserven anzulegen oder ob eher Alternativen gewählt werden sollten, wie die Erweiterung des Lieferantennetzwerks, eine Vergrößerung des Auftragsvolumens oder die Verteilung auf mehrere Standorte.

Ohne SPAICER Mit SPAICER
Produktionsunternehmen setzen auf ein klassisches Risikomanagement, das jedoch nur Handlungsempfehlungen für mögliche Störungen gibt und daher nur der Schadensbegrenzung dienen kann. Smarte Resilienz-Sevices ermöglichen es, potenzielle Störungen frühzeitig zu identifizieren und die Produktionsplanung so umzustellen, dass Produktionsunterbrechungen vermieden oder auf ein Minimum reduziert werden.
Mit Methoden der vorausschauenden Wartung („Predictive Maintenance“) können kurzfristig interne wie externe Störungen identifiziert und daraufhin Wartungen oder Reparaturen zeitnah angesetzt werden. Potenzielle Störungen können bereits lange im Voraus identifiziert werden, sodass sich Unternehmensabläufe auch auf sich erst abzeichnende Veränderungen anpassen lassen.
Die Betrachtung von Produktionsprozessen und möglichen Störungen erfolgt lokal oder bestenfalls über einzelne Partnerschaften.Das offene Ökosystem ermöglicht den unternehmensübergreifenden Wissenstransfer entlang der Wertschöpfungskette für ein optimiertes Resilienz-Management.
KI-Technologien sind so komplex und fachspezifisch, dass sie nur von bzw. mit Hilfe von KI-Experten genutzt werden können. Um die KI-basierten SRS bedienen zu können, werden keine Programmierkenntnisse benötigt.
Unternehmen haben Vorbehalte gegenüber zentralisierten Plattformen, auf denen eigene Betriebsdaten analysiert werden. Die Anwender können selbst entscheiden, für welche Services sie Inhouse-Lösungen wählen oder allgemein zugängliche Plattformen nutzen.

Ansprechpartner

Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI)

Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Maaß

01.04.2020-31.03.2023