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.



  • Was bedeuten Low Code und No Code für ERP-Systeme?

    Was bedeuten Low Code und No Code für ERP-Systeme?

    Diskussionspapier des Bitkom Was bedeuten Low Code und No Code für ERP-Systeme? Mit Low Code bzw. No Code können auch Nicht-ITler Anwendungen aus vorgefertigten Bausteinen erstellen. Die Auswirkungen des Ansatzes…

    mehr lesen: Was bedeuten Low Code und No Code für ERP-Systeme?

  • Positives Signal, doch es bleiben Fragen

    Positives Signal, doch es bleiben Fragen

    DSAG-Statement zur geplanten Stärkung des SAP-ERP-Geschäfts Positives Signal, doch es bleiben Fragen Im Rahmen der Bilanzpressekonferenz hat SAP mitgeteilt, das Enterprise-Resource-Planning (ERP)-Geschäft stärken und Einschnitte in Programmen für Vertrieb und…

    mehr lesen: Positives Signal, doch es bleiben Fragen

  • Neuer Deutschlandchef bei HPE

    Neuer Deutschlandchef bei HPE

    Marc Fischer folgt auf Johannes Koch Neuer Deutschlandchef bei HPE Hewlett Packard Enterprise hat Marc Fischer zum Deutschland-Chef ernannt. Sein Vorgänger Johannes Koch übernimmt die Leitung für die Region Zentraleuropa.

    mehr lesen: Neuer Deutschlandchef bei HPE

  • Geschäftslage der Autoindustrie bessert sich

    Geschäftslage der Autoindustrie bessert sich

    Erwartungen wieder positiv Geschäftslage der Autoindustrie bessert sich Die deutsche Autoindustrie ist laut einer Ifo Befragung zuversichtlicher gestimmt als noch zuletzt. So sind auch die Erwartungen erstmals seit fünf Monaten…

    mehr lesen: Geschäftslage der Autoindustrie bessert sich

  • MPDV steigert Umsatz um 16 Prozent

    MPDV steigert Umsatz um 16 Prozent

    Positive Entwicklung MPDV steigert Umsatz um 16 Prozent Mit einem zweistelligen Umsatzplus hat die MPDV-Gruppe das vergangene Geschäftsjahr abgeschlossen.

    mehr lesen: MPDV steigert Umsatz um 16 Prozent

  • Kumavision übernimmt Henrichsen4msd

    Kumavision übernimmt Henrichsen4msd

    Zum Jahreswechsel hat Kumavision Henrichsen4msd übernommen. Die Lösungen des DMS-Spezialisten sollen das eigene Portfolio ergänzen.

    mehr lesen: Kumavision übernimmt Henrichsen4msd

  • Philippine de T’Serclaes wird Chief Sustainability Officer

    Philippine de T’Serclaes wird Chief Sustainability Officer

    Nachhaltigkeitsstrategie Philippine de T’Serclaes wird Chief Sustainability Officer Dassault Systèmes beruft Philippine de T’Serclaes zum Chief Sustainability Officer. Mit diesem Schritt will das Unternehmen seine Nachhaltigkeitsstrategie stärken.

    mehr lesen: Philippine de T’Serclaes wird Chief Sustainability Officer

  • ZEW-Konjunkturerwartungen für Eurozone im Dezember verbessert

    ZEW-Konjunkturerwartungen für Eurozone im Dezember verbessert

    Entspanntere Energiemärkte beflügeln Konjunktur ZEW-Konjunkturerwartungen für Eurozone im Dezember verbessert Im Dezember 2022 haben sich die ZEW-Konjunkturerwartungen für Deutschland und die Eurozone verbessert. Fachleute aus dem Finanzmarkt gehen von einem…

    mehr lesen: ZEW-Konjunkturerwartungen für Eurozone im Dezember verbessert

  • Bechtle beruft CTO

    Bechtle beruft CTO

    Plattformstrategie im C-Level verankert Bechtle beruft CTO Dirk Müller-Niessner (Bild) hat zum 1. Januar 2023 die neu geschaffene Position des CTO besetzt. Damit will das Systemhaus die Verantwortung für seine…

    mehr lesen: Bechtle beruft CTO

  • 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