Auf dem Weg zur autonomen Produktion

Künstliche Intelligenz kann als neue Steuerungsebene zunehmend den Anlagen-Bediener ersetzen. Der nächste Quantensprung in der Prozessleittechnik besteht darin, die Anzahl der Bedienereingriffe auf null zu reduzieren. Dieses Ziel bedeutet nichts anderes, als die autonome Anlage zu schaffen. Über den Weg dorthin, Herausforderungen und technologische Lösungen berichtet Dr.-Ing. Sven Lohmann, Automation Solution Architect, Emerson Automation Solutions, Langenfeld, auf dem VDI-Kongress AUTOMATION 2019.

Mit Blick auf das Ziel einer autonomen Produktion lassen sich nach Lohmanns Worten zwei Trends identifizieren: „Trotz des immer höheren Automatisierungsgrades werden zum einen die Prozesse komplexer und zum anderen muss eine zunehmend überwältigende Datenmenge berücksichtigt werden. Beide Trends machen es schwieriger, dieses Ziel zu erreichen.“ Künstliche Intelligenz werde oft als das fehlende Stück angesehen – eine Steuerungsebene, die den Bediener ersetzt. „KI wird oft als Synonym für Regressionsmodelle und maschinelles Lernen verwendet. Die Erwartungen sind groß, ebenso wie die möglichen Enttäuschungen“, so Lohmann weiter.

Maschinen-Kognition als Voraussetzung für autonome Anlagen

Tatsächlich gehe es bei Künstlicher Intelligenz nicht mehr nur um tiefes Lernen oder adaptive Modelle, sondern vielmehr um die Nachahmung von menschlicher Kognition, die beispielsweise auf Expertenwissen basiert. Die Maschinen-Kognition ist deterministisch, getestet, validiert und bewährt, basierend auf der langjährigen Erfahrung von Integration Objects. „Die Erfassung und algorithmische Bereitstellung des Wissens ist ein Schlüsselfaktor für autonome Anlagen. Der Einsatz von Expertenwissen online ist so, als ob Sie den erfahrensten und kenntnisreichsten Mitarbeiter einsetzten, der den Betrieb rund um die Uhr mit der Reaktionszeit eines Computers betreut, ohne müde oder krank zu werden, ohne Urlaub zu machen, oder jemals in Rente zu gehen“, bringt Lohmann die Anforderungen auf den Punkt. Es geht dabei um das „Goldwissen“, das entscheidend für reibungslose Abläufe in der Eigenproduktion ist.

Modelle für Vorhersage und Optimierung des Anlagenbetriebs

Schon heute gibt es Lösungen wie etwa KnowledgeNet (KNet), mit denen sich das Wissen erfassen lässt, das in Form von Expertenregeln und FMEAs (Failure Modes and Effects Analysis) beschrieben wird. Daraus lassen sich direkt ausführbare Anwendungen umsetzen. „Machine Learning and Advanced Modeling and Analytics, die in KNet zur Verfügung stehen, ermöglichen es, ein tieferes Verständnis der Prozesse zu entwickeln und Modelle für die Vorhersage und Optimierung einzusetzen“, beschreibt Lohmann die Vorteile: Die Kombination beider Ansätze biete somit ein leistungsfähiges Hybridmodell. Der selbstlernende Algorithmus im Sinne von Deep Learning biete somit viele Chancen auf dem Weg zur autonomen Produktion. In Baumstrukturen wird das wertvolle Wissen gesammelt – und anschließend durch die Maschine nutzbar gemacht.

Durch die Anwendung der Analytik ist KNet in der Lage, abnormales Prozessverhalten zu erkennen und Gegenmaßnahmen einzuleiten. Dies macht die Lösung zu einer geeigneten Steuerungsebene oberhalb der heutigen grundlegenden und fortgeschrittenen Funktionen von verteilten Prozessleitsystemen, um die Anzahl der notwendigen Bedienereingriffe zu reduzieren. Das System wurde unter anderem bereits am Standort Abqaiq von Saudi Aramco zur Optimierung des Energieverbrauchs mit großem Erfolg eingesetzt. Jetzt hat ein Projekt begonnen, um den "Regelkreis zu schließen" – eine höhere Steuerungsebene trifft automatisiert Entscheidungen, ohne dass ein Bediener eingreifen muss.

Der Weg zur komplett autonomen Produktion ist damit für Lohmann klar vorgezeichnet. „Ich gehe davon aus, dass wir in einem Horizont von etwa fünf Jahren erste Implementierungen sehen werden.“

Autor dieses Artikels

Dr.-Ing. Sven Lohmann ist Automation Solution Architect bei Emerson Automation Solutions aus Langenfeld. Am 02.-03.07.2019 ist er Referent auf dem VDI-Kongress AUTOMATION 2019 in Baden-Baden.

Weitere Konferenzen

Darüber hinaus führt am 23.-214.10.1029 die VDI-Konferenz „Künstliche Intelligenz“ in die Grundlagen der Künstlichen Intelligenz (KI) ein und gibt Ihnen einen Überblick über den Status-quo der Entwicklungen. Beispiele ind Best Practice Beispiele zeigen Teilnehmern exemplarisch auf, wie sie KI gewinnbringend für ihre Firmen nutzbar machen können.

Das Thema KI wird ebenfalls von zentraler Bedeutung auf dem VDI-Event Robotik für die Smart Factory 2019 am 02.-03.12.2019 in Baden-Baden.