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.



  • 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

  • Schutz industrieller Netzwerke und Automatisierungssysteme

    Schutz industrieller Netzwerke und Automatisierungssysteme

    Die Siemens-Netzwerkkomponenten der Scalance-SC-600-Familie zielen auf den Schutz von industriellen Netzwerken und Automatisierungssystemen durch die Segmentierung des Netzwerkes und sichere Kommunikationskanäle ab. Mit dem neuen Modell Scalance SC622-2C präsentiert der…

    mehr lesen: Schutz industrieller Netzwerke und Automatisierungssysteme

  • Stabilisierung, aber noch kein Ende der Krise

    Stabilisierung, aber noch kein Ende der Krise

    In vielen Ländern Europas scheint sich der Arbeitsmarkt zu stabilisieren. Darauf deuten die Zahlen des Europäischen Arbeitsmarktbarometers hin, das nun erstmals veröffentlicht wurde.

    mehr lesen: Stabilisierung, aber noch kein Ende der Krise

  • GBTEC und Proalpha arbeiten zusammen

    GBTEC und Proalpha arbeiten zusammen

    GBTEC und Proalpha haben angekündigt, zukünftig in den Bereichen Process Mining und Business Intelligence zusammenzuarbeiten. Kunden sollen so einen Mehrwert bei der digitalen Transformation erhalten.

    mehr lesen: GBTEC und Proalpha arbeiten zusammen

  • Mehr Schadprogramme, mehr Digitalisierung

    Mehr Schadprogramme, mehr Digitalisierung

    Mehr als eine Milliarde Schadprogramme verzeichnet das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik im aktuellen Lagebericht. Und auch die Corona-Pandemie wirkt sich auf die aktuelle Sicherheitslage aus.

    mehr lesen: Mehr Schadprogramme, mehr Digitalisierung

  • Zwischen digitaler Transformation und steigender Komplexität

    Zwischen digitaler Transformation und steigender Komplexität

    CIOs setzen auf Automatisierung und KI, um wachsende Kluft zwischen begrenzten IT-Ressourcen und steigender Cloud-Komplexität zu überbrücken. Dies geht aus einer Studie von Dynatrace hervor.

    mehr lesen: Zwischen digitaler Transformation und steigender Komplexität

  • Aktuelle Lage verbessert, Erwartungen gehen zurück

    Aktuelle Lage verbessert, Erwartungen gehen zurück

    Die Erwartungen an die wirtschaftliche Entwicklung gehen laut aktueller ZEW-Zahlen im Oktober zurück. Die Einschätzung der aktuellen konjunkturellen Lage hat sich jedoch erneut verbessert.

    mehr lesen: Aktuelle Lage verbessert, Erwartungen gehen zurück

  • Neues Trio an der MPDV-Spitze

    Neues Trio an der MPDV-Spitze

    Die MPDV hat seit Oktober drei neue Geschäftsführer. Nathalie Kletti, Thorsten Strebel und Jürgen Petzel stehen an der Spitze des Unternehmens.

    mehr lesen: Neues Trio an der MPDV-Spitze