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.



  • Lückenloses Fahrzeug-Tracking

    Lückenloses Fahrzeug-Tracking

    Täglich werden Millionenwerte auf öffentlichen Straßen bewegt. Die scheinbar leichte Beute für Kriminelle zwingt Wert- und Geldtransportunternehmen, die Fahrzeuge entsprechend vor Raubüberfällen zu schützen.

    mehr lesen: Lückenloses Fahrzeug-Tracking

  • Produktionsplanung und -steuerung mit Obeya

    Produktionsplanung und -steuerung mit Obeya

    Für die Produktionsplanung und –steuerung wird in der Lern- und Musterfabrik am TZ PULS in Dingolfing jetzt mit einer Obeya-Kommunikationszentrale gearbeitet. Der große Raum, japanisch Obeya, kombiniert analoge Lean-Methoden mit…

    mehr lesen: Produktionsplanung und -steuerung mit Obeya

  • Datensicherung auf OT ausweiten

    Datensicherung auf OT ausweiten

    Waxar erinnerte am World Backup Day daran, dass regelmäßige Datensicherungen nicht nur für die IT, sondern auch für die OT eine wichtige Präventionsmaßnahme darstellen.

    mehr lesen: Datensicherung auf OT ausweiten

  • Additive Fertigung von keramischen Bauteilen

    Additive Fertigung von keramischen Bauteilen

    Die neue Richtlinie VDI 3405 Blatt 8.1 soll Grundlagen für 3D-Druckverfahren von keramischen Bauteilen vermitteln,

    mehr lesen: Additive Fertigung von keramischen Bauteilen

  • Nach Lockdown: Vorsicht beim Hochfahren von Anlagen

    Nach Lockdown: Vorsicht beim Hochfahren von Anlagen

    Weltweit wurden in Folge der Coronavirus-Pandemie Unternehmen auf der ganzen Welt vorübergehend geschlossen. Nach der Phase des Stillstands bereiten sich nun viele Firmen auf die Wiedereröffnung vor.

    mehr lesen: Nach Lockdown: Vorsicht beim Hochfahren von Anlagen

  • Wirtschaftsleistung sinkt weltweit

    Wirtschaftsleistung sinkt weltweit

    Das Coronavirus stürzt fast die ganze Welt in eine Rezession. Das geht aus der neuesten Umfrage des Ifo-Instituts hervor, an der 1.000 Experten in 110 Ländern teilgenommen haben. Demnach könnte…

    mehr lesen: Wirtschaftsleistung sinkt weltweit

  • Unternehmen oftmals unzufrieden mit der DSGVO

    Unternehmen oftmals unzufrieden mit der DSGVO

    Die Unternehmen der deutschen Informationswirtschaft sind oftmals unzufrieden mit der im Mai 2018 in Kraft getretenen EU-Datenschutz-Grundverordnung (DSGVO). Das zeigt eine Umfrage des ZEW. Demnach überwiegen in jedem zweiten Unternehmen…

    mehr lesen: Unternehmen oftmals unzufrieden mit der DSGVO

  • Crate.io und M&M Software kooperieren

    Crate.io und M&M Software kooperieren

    Crate.io und M&M wollen künftig als Technologiepartner für die IoT-Datenbank CrateDB zusammenarbeiten.

    mehr lesen: Crate.io und M&M Software kooperieren

  • Sick erreicht prognostizierte Ziele für 2019

    Sick erreicht prognostizierte Ziele für 2019

    Sick hat im Geschäftsjahr 2019 seinen Umsatz um 7% auf 1,7Mrd.€ erhöht. Der Auftragseingang lag bei 1,8Mrd.€ (2018: 1,7Mrd.€).

    mehr lesen: Sick erreicht prognostizierte Ziele für 2019

  • Eine App zur Bauteilerkennung

    Eine App zur Bauteilerkennung

    In der Bildverarbeitung kommt künstliche Intelligenz seit langem zum Einsatz. Neuronale Netze erkennen beispielsweise Objekte des alltäglichen Lebens mit einer höheren Genauigkeit wieder als der Mensch. Forscher des Fraunhofer-Instituts für…

    mehr lesen: Eine App zur Bauteilerkennung

  • VDI ZRE veröffentlicht neue Prozesskette und Ressourcencheck

    VDI ZRE veröffentlicht neue Prozesskette und Ressourcencheck

    Durch industrielle biotechnologischen Prozesse ist es möglich, Güter ressourcenschonender und nachhaltiger zu produzieren. Das VDI Zentrum Ressourceneffizienz (VDI ZRE) hat als Online-Tool einen Prozess visualisiert, mit dem sich biotechnologische Verfahren…

    mehr lesen: VDI ZRE veröffentlicht neue Prozesskette und Ressourcencheck

  • Worauf CIOs achten sollten

    Worauf CIOs achten sollten

    Nicht Wachstum, sondern die Sicherung der Unternehmenszukunft steht während der Corona-Pandemie im Fokus der Unternehmen. Das Beratungsunternehmen Gartner hat diesbezüglich acht Maßnahmen identifiziert, die CIOs ergreifen sollten.

    mehr lesen: Worauf CIOs achten sollten