Wenn die Cloud nicht kann

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.



  • Keine FMB in diesem Jahr

    Keine FMB in diesem Jahr

    Vom 4. bis zum 6. November sollte in Bad Salzuflen die FMB – Zuliefermesse für den Maschinenbau über die Bühne gehen. Durch die aktuelle Pandemie-Lage haben die Veranstalter die Messe…

    mehr lesen: Keine FMB in diesem Jahr

  • Arbeitsmarktbarometer im Oktober stabil

    Arbeitsmarktbarometer im Oktober stabil

    Mit einem leichten Anstieg um 0,1 Punkte gegenüber dem Vormonat zeigt sich das IAB-Arbeitsmarktbarometer im Oktober stabil.

    mehr lesen: Arbeitsmarktbarometer im Oktober stabil

  • Verkaufszahlen von Servicerobotern steigen weltweit um 32 Prozent

    Verkaufszahlen von Servicerobotern steigen weltweit um 32 Prozent

    Der Markt für Serviceroboter erfährt durch die Covid-19-Pandemie einen Schub. So prognostiziert die International Fedaration of Robotics, dass sich der Umsatz mit in diesem Bereich bis 2022 mehr als verdoppeln…

    mehr lesen: Verkaufszahlen von Servicerobotern steigen weltweit um 32 Prozent

  • Deutsche Wirtschaft wieder etwas skeptischer

    Deutsche Wirtschaft wieder etwas skeptischer

    Erstmals nach fünf Anstiegen in Folge ist der Ifo-Geschäftsklima-Index im Oktober wieder gesunken. Im Verarbeitenden Gewerbe liegt der Geschäftsklimaindikator allerdings erstmals seit Juni 2019 wieder im positiven Bereich.

    mehr lesen: Deutsche Wirtschaft wieder etwas skeptischer

  • Kontron-Standorte gründen europäischen EMS/ODM-Verbund

    Kontron-Standorte gründen europäischen EMS/ODM-Verbund

    Die europäischen Produktionsstandorte des Embedded-Spezialisten Kontron sollen zu einem EMS/ODM-Verbund zusammengeschlossen werden.

    mehr lesen: Kontron-Standorte gründen europäischen EMS/ODM-Verbund

  • Partnerschaft zwischen Siemens und Log.Go.Motion

    Partnerschaft zwischen Siemens und Log.Go.Motion

    Im Rahmen einer Partnerschaft vertreibt Siemens zukünftig die Lösung Moby.Check des Digitalisierungsspezialisten Log.Go.Motion.

    mehr lesen: Partnerschaft zwischen Siemens und Log.Go.Motion

  • SAP legt Quartalszahlen vor und passt Jahresziele an

    SAP legt Quartalszahlen vor und passt Jahresziele an

    Der Softwarekonzern SAP hat seine Zahlen für das dritte Quartal 2020 veröffentlicht. Demnach erzielte der Softwarekonzern weniger Umsatz als noch im Vorjahresquartal. Das Cloudgeschäft legte hingegen zu.

    mehr lesen: SAP legt Quartalszahlen vor und passt Jahresziele an

  • Dr. Marianne Janik übernimmt bei Microsoft Deutschland

    Dr. Marianne Janik übernimmt bei Microsoft Deutschland

    Zum 1. November wird Dr. Marianne Janik die Leitung von Microsoft Deutschland von Sabine Bendiek übernehmen, die zu SAP wechseln wird.

    mehr lesen: Dr. Marianne Janik übernimmt bei Microsoft Deutschland

  • Fraunhofer-Außenstelle in Schweinfurt eröffnet

    Fraunhofer-Außenstelle in Schweinfurt eröffnet

    Unter der Überschrift ‘KI-noW‘ (Künstliche Intelligenz (KI) für eine nachhaltig optimierte Wertschöpfung) wollen Forscher des Fraunhofer IPA neueste Erkenntnisse der angewandten Forschung in die industrielle Praxis überführen. Zur Veranschaulichung zeigt…

    mehr lesen: Fraunhofer-Außenstelle in Schweinfurt eröffnet

  • Lagebericht der IT-Sicherheit

    Lagebericht der IT-Sicherheit

    Das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) hat Mitte Oktober seinen Bericht zur Lage der IT-Sicherheit in Deutschland 2020 veröffentlicht. Dazu erklärt Susanne Dehmel, Mitglied der Bitkom-Geschäftsleitung: „Zu Beginn…

    mehr lesen: Lagebericht der IT-Sicherheit

  • Cognizant erweitert IoT-Portfolio

    Cognizant erweitert IoT-Portfolio

    Mit der Übernahme des IoT-Spezialisten Bright Wolf, will der IT-Dienstleister Cognizant seine Expertise im Bereich Internet of Things erweitern.

    mehr lesen: Cognizant erweitert IoT-Portfolio

  • Schutz von Workstations

    Schutz von Workstations

    Stormshield erweitert seine Produktpalette mit Endpoint Security Evolution. Dabei handelt es sich um eine Lösung zum Schutz von Workstations, die speziell auf aktuelle Cybersicherheitsprobleme zugeschnitten ist.

    mehr lesen: Schutz von Workstations