Mit Causal AI gegen Qualitätsverlust in der Fertigung

0:000:00

Elektronikfertigung, Siemens Erlangen.
Elektronikfertigung, Siemens Erlangen. – Bild: Siemens

Im Gegensatz zu vielen traditionellen Machine Learning-Methoden geht Causal AI über einfache Korrelationen hinaus. Sie ermöglicht die Analyse komplexer, oft nichtlinearer Zusammenhänge in hochdimensionalen Daten, wie sie in modernen Produktionsumgebungen üblich sind. Anstatt nur vorherzusagen, wann ein Fehler auftreten könnte, soll sie auch die Gründe offenlegen. So können Anwender selbst in großen und komplexen Produktionsumgebungen versteckte Ursache-Wirkungs-Beziehungen zwischen Prozessparametern und Qualitätsmerkmalen identifizieren. Mit Causal AI sollen Unternehmen ihre Fertigungsprozesse so tiefgreifend verstehen und optimieren können, wie nie zuvor.

KI-gestützte Root Cause Analysis (RCA)

Das Ziel jeder RCA ist es, den ursächlichen Mechanismus hinter einer Veränderung von einem erwünschten zu einem unerwünschten Zustand zu ermitteln, um zu verhindern, dass ein Problem erneut auftritt, das etwa zu Stillstandzeiten der Anlagen und Qualitätsmängel bei den hergestellten Produkten führte. Zudem wollen Produzenten unbekannte Wirkzusammenhänge erkennen, um diese später für die Optimierung der Produktionsanlagen und -prozesse zu nutzen.

Beispiel Autobau

In einer modernen Produktionsanlage eines Automobilzulieferers, die über ein integriertes Produktverfolgungssystem im Sinn von Track and Trace verfügt, sind solche Systeme typischerweise in Scada- oder MES-Anwendungen eingebunden. Diese Systeme nutzen eine umfassende Prozessdatenbank (Historian), die viele Beobachtungsdaten bereitstellt. In einem realen Fall sah sich ein Hersteller von Zylinderkopfhauben mit dem Problem konfrontiert, das die Qualität der Zylinderkopfhauben messbar abnahm – insbesondere wiesen sie Mängel in der Dichtigkeit auf. Um die Ursachen für dieses Problem zu ermitteln, richtete das Unternehmen den Fokus auf die vorhandenen Produktionsdaten. Die Firma entschied sich für den Einsatz der Xplain Data Causal AI-Methode, um die Lösung für das Problem zu finden. Diese Methode besteht aus folgenden Komponenten:

ObjectAnalytics: Datenüberführung in ein objektzentriertes Format. Das zu analysierende Root-Objekt war das produzierte Teil, also die Zylinderkopfhaube. Die ObjectAnalytics Datenbank ermöglicht eine lückenlose Analyse aller Daten entlang der Produktionslinie. Der ObjectExlorer arbeitet entlang der Objekthierarchie, zur effizienten Vor- und Nachbereitung der Causal-AI-Modelle. Der CausalDiscoverer hat die Aufgabe, die Faktoren aufzuspüren, die tatsächlich kausalen Einfluss auf einen Effekt haben, in diesem Fall die ‚Not OK‘-Rate. Schließlich kommt der Causal DiscoveryBot zum Einsatz, ein autonomer AI-Agent, der kontinuierlich kausale KI-Scans der Produktionsdaten durchführt und aufkommende Fehlerursachen an das QM-Team meldet.

Überraschende Erkenntnisse der Causal AI-Algorithmen

Es stellte sich heraus, dass die Dichtheitsprüfung im Fertigungsprozess maßgeblich von der Bauteiltemperatur nach dem Waschen abhängt. Eine zu lange Wartezeit vor der Prüfung führte zu Temperaturschwankungen, die häufig fehlerhafte, falsch-negative Prüfergebnisse erzeugten. Diese Teile wurden dann ausgeschleust und unnötig kostspielig manuell nachbearbeitet. Auch Qualitätsunterschiede bei den Gussnestern der Rohteile wurden aufgedeckt. Durch organisatorische Maßnahmen wurde der Effekt abgestellt, der durch die Wartezeit vor der Dichtheitsprüfung auftrat und das fehlerhafte Gussnest ersetzt. Diese und weitere Anpassungen senkten die Fehlerquote in der Produktion von über zehn Prozent auf etwa 1,6 Prozent. Aufgrund der Anlagenkomplexität ließen sich die Einflussfaktor zuvor nur schwer prüfen.

Voraussetzungen, Implementierung und Rollout

Die Implementierung von Causal AI-Methoden ist in allen Produktionslinien mit diskreter Fertigung möglich, das heißt, wenn die produzierten Teile individuell nachverfolgbar sind. Eine Ausweitung dieser Verfahren auf Zulieferbetriebe ist ebenfalls realisierbar. Die Einführung der KI-Tools in eine Produktionsumgebung beginnt typischerweise mit einem Proof-of-Concept-Projekt, dessen Dauer – abhängig von der Datenbereitschaft – in der Regel drei bis sechs Monate beträgt. Das System kann sowohl On-Premise (Linux, Windows) als auch in der Cloud (AWS, Azure etc.) implementiert werden. Nach erfolgreichem Abschluss des PoC ist der Betrieb des Systems ohne ein dediziertes Data-Science-Team beim Produktionsbetrieb möglich.

Herausforderungen in der Fertigung

Die größte Herausforderung beim Einsatz der Tools ist die lückenlose Verarbeitung der enormen Datenmengen moderner Produktionsanlagen. Genau dazu wurde ObjectAnalytics entwickelt – ein patentiertes, objektzentriertes Datensystem, das eine Analyse des produzierten Teils ermöglicht. Es bildet die Grundlage für eine performante Deep Search nach kausalen Faktoren in komplexen Produktionsdaten – und soll Feature Engineering überflüssig machen.

Zusammenfassung

Der Einsatz dieser KI-Tools in der Fertigung soll nicht nur die Entscheidungsfindung verbessern, sondern auch die Kultur der kontinuierlichen Verbesserung. Das Verständnis der zugrundeliegenden Kausalzusammenhänge ermöglicht es den Herstellern, sich an veränderte Bedingungen anzupassen und ihre Prozesse fortlaufend und effizient zu optimieren. Und die Technologie ist im Aufwind. Im Rockwell Smart Manufacturing Report 2024 gaben 1.500 Entscheidungsträger aus 17 der wichtigsten Fertigungsländer an, dass Causal AI einer der wichtigsten Investitionsschwerpunkte in den nächsten zwölf Monaten sein werde.



  • Preiserwartungen gehen leicht zurück

    Preiserwartungen gehen leicht zurück

    Vor allem in der Industrie und angrenzenden Dienstleistungen wollen weniger Unternehmen ihre Preise erhöhen, hat das IFO-Institut für August 2024 errechnet. Anders sieht es für Verbraucher und Bauträger aus. Hier…

    mehr lesen: Preiserwartungen gehen leicht zurück

  • Manning leitet VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemie

    Manning leitet VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemie

    Vivian Manning vertritt seit dem 1. August die Interessen der VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemie.

    mehr lesen: Manning leitet VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemie

  • Wie sieht die Zukunft der IT/OT-Konvergenz aus?

    Wie sieht die Zukunft der IT/OT-Konvergenz aus?

    Der IT/OT Convergence Summit 2024 findet am 18. und 19. September in Darmstadt statt. Veranstalter Aonic lädt ein, sich über die Verknüpfung der digitalen Welt der IT mit der realen…

    mehr lesen: Wie sieht die Zukunft der IT/OT-Konvergenz aus?

  • Eine der größten Aufdach-Solaranlagen Bayerns

    Eine der größten Aufdach-Solaranlagen Bayerns

    Der Folienhersteller Allvac hat seine Produktion modernisiert und setzt dabei nicht nur auf neue Technik, sondern auch auf regenerative Energie. Dafür hat die Firma in Waltenhofen in Bayern über zehn…

    mehr lesen: Eine der größten Aufdach-Solaranlagen Bayerns

  • IT-Modernisierungsstau bei Warehouse Operations

    IT-Modernisierungsstau bei Warehouse Operations

    Manhattan Associates und Vanson Bourne haben in Deutschland 200 Lieferketten-Spezialisten zum Stand ihrer Warehouse Operations befragt. Dabei kam heraus, dass sich die Branche mit vielen Belastungen und Unsicherheitsfaktoren konfrontiert sieht.…

    mehr lesen: IT-Modernisierungsstau bei Warehouse Operations

  • Elke Anderl verantwortet T-Systems-Vertrieb

    Elke Anderl verantwortet T-Systems-Vertrieb

    T-Systems hat mit Elke Anderl eine neue Vertriebs- und Marketingchefin. Sie übernimmt das Amt zum 1. September von Urs M. Krämer.

    mehr lesen: Elke Anderl verantwortet T-Systems-Vertrieb

  • Maschinenexporte: Schwaches erstes Halbjahr

    Maschinenexporte: Schwaches erstes Halbjahr

    Die Maschinen- und Anlagenbaufirmen aus Deutschland mussten im ersten Halbjahr 2024 deutliche Einbußen auf den Auslandsmärkten hinnehmen.

    mehr lesen: Maschinenexporte: Schwaches erstes Halbjahr

  • Vinci Energies trifft Übernahmevereinbarung mit der Fernao-Gruppe

    Vinci Energies trifft Übernahmevereinbarung mit der Fernao-Gruppe

    Vinci Energies hat eine Vereinbarung zur Übernahme der Fernao-Gruppe, einem Anbieter von Cybersecurity-Dienstleistungen in Deutschland und der Schweiz, unterzeichnet.

    mehr lesen: Vinci Energies trifft Übernahmevereinbarung mit der Fernao-Gruppe

  • Europas Open-Source-Community trifft sich in Mainz

    Europas Open-Source-Community trifft sich in Mainz

    Ab sofort ist die Anmeldung für die Open Community Experience (OCX 2024) möglich. Die Konferenz in Mainz richtet sich an verschiedene Open-Source-Communities, u.a. aus den Bereichen Automotive & Mobilität, Cloud…

    mehr lesen: Europas Open-Source-Community trifft sich in Mainz

  • Deutsche Unternehmen handeln bei SAP wenig strategisch

    Deutsche Unternehmen handeln bei SAP wenig strategisch

    Der aufgeschobene Umstieg auf SAP S/4 Hana und die Zurückhaltung bei Innovationen prägen das Handeln vieler Unternehmen, so eine Studie des Marktforschungsunternehmens ISG.

    mehr lesen: Deutsche Unternehmen handeln bei SAP wenig strategisch

  • Gaia-X Roadshow kommt nach Dortmund

    Gaia-X Roadshow kommt nach Dortmund

    Um Datenräume in der Logistik geht es im Rahmen der Gaia-X Roadshow, die am 17. September Station in Dortmund macht.

    mehr lesen: Gaia-X Roadshow kommt nach Dortmund

  • Bain analysiert den Markt für generative KI

    Bain analysiert den Markt für generative KI

    Auch abseits der großen KI-Modelle tut sich viel auf dem Markt für generative künstliche Intelligenz. Was? Das hat die Unternehmensberatung Bain & Company untersucht und Anbieter unter die Lupe genommen.

    mehr lesen: Bain analysiert den Markt für generative KI