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.



  • Digitalisierungsziele werden oft noch nicht erreicht

    Digitalisierungsziele werden oft noch nicht erreicht

    Laut einer Studie von Tata Communications hat die große Mehrheit der 750 befragten Unternehmen ihre Digital-First-Ziele noch nicht erreicht. Dabei werden die Unternehmen in drei Reifegrad-Kategorien eingeteilt.

    mehr lesen: Digitalisierungsziele werden oft noch nicht erreicht

  • Der Fokus liegt auf der Elektromobilität

    Der Fokus liegt auf der Elektromobilität

    Eine gemeinsame Studie von VDA und Deloitte zeigt, dass Automobilzulieferer sich mitten in der Transformation befinden, aktuell jedoch noch 85 Prozent des Umsatzes aus der Verbrennertechnologie generiert wird. Dabei geht…

    mehr lesen: Der Fokus liegt auf der Elektromobilität

  • Förderung für den Messeauftritt

    Förderung für den Messeauftritt

    Kleine und mittlere Unternehmen können für Ihren Auftritt bei bestimmten Messen eine Förderung des BMWi in Anspruch nehmen. Auf bis zu 12.000€ kann sich der Förderbetrag belaufen.

    mehr lesen: Förderung für den Messeauftritt

  • Wenn Cyberangriffe schiefgehen

    Wenn Cyberangriffe schiefgehen

    Ransomware hat sich zu einem kriminellen Geschäft mit hohen Um- und Einsätzen entwickelt. Doch nicht jeder Angriff verläuft wie geplant. Der Security-Anbieter Sophos zählt einige Pannen auf.

    mehr lesen: Wenn Cyberangriffe schiefgehen

  • Universal Robots erzielt +75 Prozent

    Universal Robots erzielt +75 Prozent

    Nach einem großen Umsatzplus im zweiten Quartal rechnet Universal Robots auch im 3. Quartal mit einem zweistelligen Umsatzwachstum.

    mehr lesen: Universal Robots erzielt +75 Prozent

  • Internationale Lieferketten bleiben bestehen

    Internationale Lieferketten bleiben bestehen

    Deutsche Unternehmen halten an ihren international aufgestellten Lieferketten fest — trotz der Probleme während der Pandemie. Dabei setzen Großunternehmen auf mehr Zulieferer, kleinere und mittlere Unternehmen auf mehr Lagerhaltung, so…

    mehr lesen: Internationale Lieferketten bleiben bestehen

  • German Edge Cloud und Schuler kooperieren

    German Edge Cloud und Schuler kooperieren

    German Edge Cloud kooperiert mit dem Anlagenbauer Schuler. Im Zuge der Kooperation bietet Schuler innerhalb seiner Digital Suite eine Track- und Trace-Lösung für Presswerke an, die auf der Technologie der…

    mehr lesen: German Edge Cloud und Schuler kooperieren

  • Bechtle übernimmt Cadmes

    Bechtle übernimmt Cadmes

    Bechtle baut die Präsenz in den Niederlanden und Belgien aus. Das Unternehmen hat den CAD/CAM/PLM-Spezialisten Cadmes übernommen.

    mehr lesen: Bechtle übernimmt Cadmes

  • Wechsel in der Leitung bei ABB Elektrifizierung in Deutschland

    Wechsel in der Leitung bei ABB Elektrifizierung in Deutschland

    Torsten Nolting (Bild) übernimmt am 1. August die Leitung der Business Area Elektrifizierung in Deutschland. Er folgt damit auf Uwe Laudenklos, der am 1. April des Jahres zum Lead Business…

    mehr lesen: Wechsel in der Leitung bei ABB Elektrifizierung in Deutschland

  • Siemens erzielt Auftrags- und Umsatzplus

    Siemens erzielt Auftrags- und Umsatzplus

    Mit einem Auftrags- und Umsatzplus hat Siemens das dritte Quartal abgeschlossen. Der Ausblick für das aktuelle Geschäftsjahr wurde zudem angehoben.

    mehr lesen: Siemens erzielt Auftrags- und Umsatzplus

  • Hoher Schaden für die deutsche Wirtschaft

    Hoher Schaden für die deutsche Wirtschaft

    Ein Schaden in Höhe von 223Mrd.€ entsteht der deutschen Wirtschaft jährlich durch Diebstahl, Spionage und Sabotage. Allein Ransomware-Angriffe nahmen im Vergleich zu den Jahren 2018/2019 um 358 Prozent zu.

    mehr lesen: Hoher Schaden für die deutsche Wirtschaft

  • Wieder mehr persönlicher Kundenkontakt in der Industrie

    Wieder mehr persönlicher Kundenkontakt in der Industrie

    Im Zuge der Pandemie setzten viele Unternehmen auf digitale Kommunikation. Laut einer Umfrage des Finanzdienstleisters CBAF treffen vier von fünf Industrieunternehmen ihre Kunden wieder persönlich. Probleme haben die Befragten derzeit…

    mehr lesen: Wieder mehr persönlicher Kundenkontakt in der Industrie