Wenn die Cloud nicht kann

0:000:00

571225
Bild: ©Success Media/stock.adobe.com

Industrielle Feldbuszyklen liegen bei 0,5 bis 10 Millisekunden. Der Weg in die Cloud und zurück dauert selbst unter guten Bedingungen 50 bis 200 Millisekunden; bei vollständiger Cloud-Steuerung inklusive Routing und Verarbeitung werden 800 bis 2.400 Millisekunden dokumentiert. Wer Anomalien in einem laufenden Zerspanprozess in Echtzeit per KI erkennen will, stößt mit Cloud-Ansätzen strukturell oft an Grenzen. Nicht wegen fehlender Bandbreite, sondern wegen physikalisch unvereinbarer Zeitfenster. Denn für reaktive Anomalieerkennung sind Latenzen unter 100 Millisekunden erforderlich. Edge Computing, also KI-Inferenz direkt auf einem industriellen Rechner im Shopfloor, erreicht 15 bis 45 Millisekunden. Das löst das erste Problem.

Dilemma Datensouveränität

Ein weiteres Problem liegt bei der Datensouveränität etwa beim Modelltraining. Ein belastbares Anomalieerkennungsmodell braucht Tausende annotierte Fehlerereignisse: Vibrationssignale kurz vor dem Lagerausfall, Stromsignale eines stumpfen Fräswerkzeugs, Temperaturgradienten vor dem Spindelversagen. Ein einzelner Betrieb sammelt solche Ereignisse in Jahren nicht in ausreichender Zahl. Klassisches KI-Training in der Cloud setzt voraus, dass alle Rohdaten zentral zusammenfließen. Unternehmen wollen ihre Prozessgeheimnisse aber nicht an Dritte herausgeben.

Hier unterstützt Federated Learning. Dabei trainiert jedes Unternehmen sein Modell lokal auf eigenen Edge-Geräten. Nur die Modellgewichte fließen an einen Aggregationsserver. Nach aktuellem Stand der Technik ist unter diesen Architekturbedingungen kein Rückschluss auf Rohdaten vorgesehen. Zehn Betriebe mit je 50 Fehlerereignissen produzieren gemeinsam eine Datenbasis, die keiner allein hätte. Es gibt auch Szenarien, in denen Daten und Services geteilt werden sollen, aber nicht in vollem Umfang und mit allen Partnern. Hier kommen dezentrale Datenräume ins Spiel. Genau an diesem Spannungsfeld zwischen Datensouveränität und geteilten Ressourcen setzen nun die Edge-Forschungsprojekte an.

Easy: KI-Plattform für den Mittelstand

Im Projekt Easy haben die Beteiligten eine Plattform entwickelt, über die KI-Aufgaben flexibel an der Edge oder in der Cloud ausgeführt werden können. Die Rechenlast verschiebt sich automatisch: Das System balanciert lokale und globale Kapazitäten dynamisch und bedarfsgerecht. Die Basis sind überwiegend Open-Source-Komponenten, die die eigene IT betreiben kann, ohne zwingend auf externe Dienstleister angewiesen zu sein.

Use Case aus der Zerspanung

Am Use Case Werkzeugverschleiß wird das Prinzip deutlich. Bohr- und Fräswerkzeuge gehen häufig nach festen Intervallen in den Tausch, obwohl ihre Standzeit noch nicht erreicht ist. Das Easy-System erkennt per Anomaliedetektion aus Vibrations- und Stromsignalen, wann ein Werkzeug tatsächlich an seine Grenzen kommt. Mehrere Betriebe trainieren gemeinsam ein besseres KI-Modell, ohne Prozessdaten zu teilen. Parallel läuft auf dem Maschinen-Controller eine Service-Indicator-App für Lagerschäden: Sie signalisiert Wartungsbedarf dreistufig, von ‚OK‘ über ‚consider service‘ bis ‚urgent replacement‘.

Edna: CO2-Bilanz von der Anlage bis zum Trailer

Im Projekt Edna wurde am Beispiel der LKW-Aufliegerproduktion von Krone, einem Hersteller von Landmaschinen und Nutzfahrzeugen, gezeigt, wie sich Energie- und CO2-Kennzahlen mit Edge Computing durchgängig erfassen lassen. Von der Schweißstation bis in die Zuliefer-Logistik. Die technische Basis ist eine ereignisbasierte IoT-Broker-Architektur, über die Sensordaten in Echtzeit erfasst und vorverarbeitet werden können. Statt proprietärer Software wird eine Open-Source-Eigenentwicklung genutzt; Krone setzt das Ergebnis bereits produktiv ein, die Veröffentlichung eines Architecture Blueprint für die gesamte Branche ist geplant.

In einem ersten Use Case optimiert Edna automatisierte Schweißprozesse, bei denen auch Lagerungs- und Handlingvorgänge erhebliche Ressourcen verbrauchen. Dafür nutzten die Beteiligten einen IoT-Broker und kombinierten den Einsatz von Edge- und Cloud-Computing gezielt mit KI-Methoden und digitalen Zwillingen. Die Werte laufen in ein Sustainability-Dashboard ein, dessen Open-Source-Code ebenfalls öffentlich auf GitHub abrufbar ist. Im zweiten Use Case schätzt ein KI-Algorithmus die Masse von Trailergespannen mit Ladung und berechnet daraus CO2-Emissionen im Straßengüterverkehr. Ein dritter Use Case erprobt einen Ansatz, der den vollständigen CO2-Fußabdruck eines Sattelaufliegers aus tatsächlichen Prozessdaten in Produktion und Logistik zwischen den Werken berechnet.

Escom: Datensouveränität im Shopfloor

Im Projekt Escom geht es darum, Komponentenhersteller und Maschinenanwender über einen gemeinsamen, sicheren Edge-Cloud-Datenraum zu verbinden. Da viele Betriebe ihre vertraulichen Maschinendaten lokal auswerten, erreichen Informationen z.B. aus Kugelgewindetrieben oder Motorspindeln die Komponentenhersteller aber oft nur in Ausschnitten. Damit bleiben Potenziale für präzise Zustandsdiagnosen und datenbasierte Services ungenutzt.

Escom bindet deshalb Edge-fähige Komponenten an ein Gaia-X-konformes Daten- und Serviceökosystem an. Mikroelektronik und Sensorik in Kugelgewindetrieben und Motorspindeln erfassen Zustands- und Prozessdaten, die zunächst auf Edge-Geräten oder in Embedded-Systemen vorverarbeitet werden. Über Verwaltungsschalen können berechtigte Akteure auf KI-gestützte Services zugreifen, die etwa Verschleiß bewerten, Restlaufzeiten abschätzen oder Optimierungsvorschläge für konkrete Prozesse liefern. Maschinenanwender erhalten so Zustandsreports und Empfehlungen für Austausch und Prozessanpassung, während ein Rechtemanagement steuert, welche Daten in den gemeinsamen Datenraum gelangen und wer welche Services nutzen darf.

Drei Projekte, ein Prinzip

Alle Projekte folgen demselben Prinzip: Training und Inferenz dort, wo Daten entstehen. Nur Ergebnisse übermitteln, keine Rohdaten. Datensouveränität über offene Standards absichern.



  • FlexPro forscht an Industrie 5.0

    FlexPro forscht an Industrie 5.0

    Wissensbasierte Produktionsplanung FlexPro forscht an Industrie 5.0 Im Herbst 2021 ist das Industrie 5.0-Forschungsprojekt FlexPro gestartet. Nun legen die Projektpartner erste Erkenntnisse vor.

    mehr lesen: FlexPro forscht an Industrie 5.0

  • Warum stockt die digitale Transformation

    Warum stockt die digitale Transformation

    In der neuen Expertise des Forschungsbeirats der Plattform Industrie 4.0 untersuchen die beiden Fraunhofer-Institute IAO und IPA die Gründe, warum die digitale Transformation in Unternehmen oftmals nur langsam vorankommt. Die…

    mehr lesen: Warum stockt die digitale Transformation

  • Dominik Bösl wird zweiter Geschäftsführer von Micropsi Industries

    Dominik Bösl wird zweiter Geschäftsführer von Micropsi Industries

    Dominik Bösl zukünftig als Geschäftsführer, gemeinsam mit Gründer Ronnie Vuine, das Berliner Robotik-Startups Micropsi Industries.

    mehr lesen: Dominik Bösl wird zweiter Geschäftsführer von Micropsi Industries

  • Japan weltweit größter Hersteller von Industrierobotern

    Japan weltweit größter Hersteller von Industrierobotern

    45 Prozent des weltweiten Roboterangebots kommt aus Japan. Wie die International Federation of Robotics mitteilt, wurden im Jahr 2020 136.069 Industrieroboter von dort aus exportiert.

    mehr lesen: Japan weltweit größter Hersteller von Industrierobotern

  • Intel investiert in europäische Chip-Fertigung

    Intel investiert in europäische Chip-Fertigung

    Intel investiert 17 Mrd.€ in zwei neue Halbleiterfabriken in Magdeburg. Insgesamt sollen der in den nächsten zehn Jahren bis zu 80Mrd.€ in die europäische Chip-Herstellung fließen.

    mehr lesen: Intel investiert in europäische Chip-Fertigung

  • QSolid entwickelt ersten deutschen Quantencomputer

    QSolid entwickelt ersten deutschen Quantencomputer

    25 Forschungseinrichtungen, Unternehmen und Start-ups aus ganz Deutschland tun sich im im Projekt QSolid zusammen, an dessen Ende ein in Deutschland hergestellter Quantencomputer stehen soll.

    mehr lesen: QSolid entwickelt ersten deutschen Quantencomputer

  • Hohe Energiepreise belasten Unternehmen

    Hohe Energiepreise belasten Unternehmen

    Der Krieg in der Ukraine wirkt sich negativ auf deutsche Unternehmen aus. Laut einer Befragung des Instituts der deutschen Wirtschaft (IW) sorgen vor allem hohe Energiepreise und fehlende Gaslieferungen für…

    mehr lesen: Hohe Energiepreise belasten Unternehmen

  • Maschinenbauer spüren die Auswirkungen des Krieges

    Maschinenbauer spüren die Auswirkungen des Krieges

    Der Krieg in der Ukraine wirkt sich auf die Maschinen- und Anlagenbauer aus. Laut Blitz-Umfrage des VDMA sehen 85 Prozent der Firmen den Krieg als gravierendes oder merkliches Risiko für…

    mehr lesen: Maschinenbauer spüren die Auswirkungen des Krieges

  • Omron ernennt CEO für EMEA-Region

    Omron ernennt CEO für EMEA-Region

    Fernando Colas soll bei Omron den Bereich Industrieautomation in der EMEA-Region leiten. Er löst damit Seigo Kinugawa ab.

    mehr lesen: Omron ernennt CEO für EMEA-Region

  • Immer mehr ICS-Schwachstellen werden offengelegt

    Immer mehr ICS-Schwachstellen werden offengelegt

    In ihrem ICS Risk & Vulnerability Report melden die Security-Spezialisten von Claroty, dass immer mehr Schwachstellen von industriellen Kontrollsysteme offengelegt werden. Laut Studienautoren sei dies ein Zeichen dafür, dass das…

    mehr lesen: Immer mehr ICS-Schwachstellen werden offengelegt

  • Splunk ernennt Gary Steele zum CEO

    Splunk ernennt Gary Steele zum CEO

    Seit November vergangenen Jahres fungiert Graham Smith als Interims-CEO bei Splunk. Ab April soll nun Gary Steele die Geschicke des Datenanalyse-Spezialisten leiten.

    mehr lesen: Splunk ernennt Gary Steele zum CEO

  • Omikron lässt Homeoffice-Anteil nicht ansteigen

    Omikron lässt Homeoffice-Anteil nicht ansteigen

    Zum Höhepunkt der Omikron-Welle im Februar ist der Homeoffice-Anteil im Vergleich zum Januar annähernd gleich geblieben und blieb nach Angaben des Ifo Instituts rund drei Prozentpunkte unter dem Höchstwert aus…

    mehr lesen: Omikron lässt Homeoffice-Anteil nicht ansteigen