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Was Mitte des 20. Jahrhunderts durch die Erkenntnisse von Alan M. Turing und John McCarthy seinen Anfang nahm, hat mittlerweile einen festen Stellenwert in Alltag und Wirtschaft gefunden. Denn durch „lernfähige“ Maschinen und die Nutzung von Künstlicher Intelligenz (kurz KI, englisch "Artifical Intelligence" oder AI) sind den produzierenden Unternehmen und auch den Endverbrauchern heute ganz neue Möglichkeiten gegeben. Die Kooperation von Anwendern und KI-basierten Assistenzsystemen ist so weit fortgeschritten, dass sie in Automobil-, Smartphone- oder medizintechnischen Anwendungen bereits zum Standard gehört. Hierzu zählen beispielsweise Bereiche wie Sprach-, Fahr-, Kamera- oder Diagnostikassistenz.
Die rasante Entwicklung von Industrie 4.0 und Digitalisierung in der Produktion führte dazu, dass die KI mittlerweile auch im Bereich der Mess- und Prüftechnik nutzbar ist. Intelligente Software-Algorithmen explorieren die erhobenen Daten, um die komplexen Zusammenhänge herzustellen, Regelmäßigkeiten zu erkennen und daraus Prognosen für die Zukunft abzuleiten. Dadurch werden, beispielsweise in der automatisierten Produktion, Fehlerpotentiale und Kostentreiber erkannt, die Prozess-Effizienz erhöht und Voraussagen in Bezug auf Produkt- und Prüfqualität entwickelt.
Künstliche Intelligenz im Prüffeld
Um diese Schlüsseltechnologie auch für die Ergebnisse von Prüfsystemen der MCD Elektronik GmbH nutzen zu können, wurde ein Entwicklungsprojekt gestartet, welches nun in der Reifephase steckt. Die Echtzeit-Verarbeitung von großen Datenmengen im Prüffeld geschieht dabei durch die KI-Funktionen schneller und genauer, als dies durch einen menschlichen Anwender jemals möglich wäre. Zusätzlich werden eine permanente Zustandsüberwachung (engl. "Condition Monitoring" oder CM) der Messdaten von standardisierten Prüfanlagen und dadurch Erkenntnisse für eine vorausschauende Instandhaltung (engl. "Predictive Maintenance") geboten. Im Detail umfasst die MCD Entwicklung die Kernpunkte Trenderkennung durch Clustering, Prüfschritt-Abweichungen, Testablauf- und Parameteroptimierung, sowie Messsystemanalyse (MSA) und Statistikerstellung.
KI als Herzstück einer "Virtual Machine"
Die KI wurde innerhalb einer "Virtual Machine", kurz VM, entwickelt, wodurch sowohl der lokale Zugriff auf die MCD Server als auch die Nutzung einer vorhandenen Kunden-Cloud möglich ist. Der Upload der Daten erfolgt manuell über ein HTTPS-gesichertes Webinterface und kann von jedem beliebigen Gerät vorgenommen werden. Eine automatisierte Dateneinspeisung direkt vom Testsystem ist durch einen gesicherten Kommunikationstunnel per VPN ebenfalls möglich.
Die hinterlegten Datensets werden innerhalb der VM auf einer KI-Plattform algorithmisch analysiert. Mit der "Constant AI Analysis" werden Datensätze permanent aktualisiert und miteinander verglichen, um Muster in den Prüfergebnissen und somit zukünftige Problemstellungen zu erkennen. Vom Anwender individuell angeforderte "On Demand Calculations" geben beispielsweise Aufschluss über Anzahl und Größe von Messwerten, über arithmetische und geometrische Kennzahlen, empirische Varianzen, Mediane oder MSA-Daten. Je umfangreicher dabei die "eingelernten" Daten sind, umso genauer können Zeitpunkte von Grenzwert-Überschreitungen oder eine notwendig gewordene Prüfmittel-Kalibrierung vorausgesagt werden. Die Testablaufanalyse zeigt, welche Prüfschritte ungewöhnlich lange dauern, zu keinem Ergebnis führen oder ob der Ablauf zeittechnisch optimiert werden kann, um Stillstände zu reduzieren. Durch effiziente Nutzung von sogenannten Clusteranalysen (engl. "Clustering") lassen sich Abweichungen innerhalb von Testvorgängen mit Veränderungen der Testobjekte verbinden. So können beispielsweise abweichende Messwerte in unterschiedlichen Chargen erkannt werden. Auch der Einfluss von variierenden Umgebungstemperaturen auf denselben Prüfling kann Schwankungen und in der Folge Qualitätsmängel erzeugen, obwohl die Prüfergebnisse insgesamt positiv sind.
Menschlicher Anwender nicht zu ersetzen
MCD baut schlüsselfertige Testsysteme. Die Zusammenarbeit mit dem Auftraggeber beginnt mit der Erstellung von Pflichtenheft und FMEA / Risikoanalysen. Dreht es sich nicht gerade um den ersten Auftrag für MCD, werden die Ingenieure aus Birkenfeld oft schon früher eingeladen. Das Ziel ist, gemeinsam ein prüffreundliches Design zu entwickeln. Es folgt die Planung und Konstruktion des kompletten Systems. Auch MCD macht nicht alles selbst, sondern pflegt für bestimmte Aufgaben, wie die Mechanik, enge Partnerschaften mit eigenen Zulieferern. Schließlich geht es auch darum, die engen Termine in diesem Business einzuhalten. Einen großen Stellenwert hat die Entwicklung der Testsystemsoftware. MCD verfügt aus zahllosen Projekten über einen umfangreichen Bestand an erprobten Software-Tools. Selbstverständlich kümmert sich das Unternehmen auch um die Inbetriebnahme und die Schulung des Personals vor Ort. Und nach der Abnahme sorgt der MCD-Support für den reibungslosen Betrieb der Systeme.
Fragt man den Geschäftsführer Bruno Hörter nach den wesentlichen Veränderungen des letzten Jahrzehnts, kommt er ohne Umschweife auf folgende Punkte: "Die Testtiefe und die Variantenvielfalt nehmen zu. Die Dynamik der Entwicklungen ist atemberaubend, oft werden wir während der Implementierung mit Änderungswünschen konfrontiert. Hinzu kommt, dass die Auftraggeber oft selber noch nicht wissen, wohin die Reise für ein bestimmtes Produkt in der Zukunft gehen wird. Hier wird erwartet, dass wir als Zulieferer zukunftsgerecht mitdenken und entsprechende Vorschläge machen. Aber das ist für uns ja der Alltag".
Entwickeln unter Hochdruck
Die KI-generierten Analysen und Optimierungsvorschläge werden dann im Nachgang durch die Messtechnik-Spezialisten von MCD gemeinsam mit dem Kunden ausgewertet. "Auch wenn die Möglichkeiten der Künstlichen Intelligenz und des Maschinellen Lernens für die Messtechnik ganz neue Maßstäbe setzen, wird dies nur einen Teilbereich der MCD Dienstleistung darstellen", so MCD Entwicklungsleiter Gabor Tinneberg. "Denn wichtiger als das Analyse-Ergebnis ist die Umsetzung der Erkenntnisse im Prüffeld." Und diese Anpassungen von Prüfabläufen oder Grenzwerten sind nach wie vor anwendungs- und produktabhängig, weshalb selbst die klügste Intelligenz kaum das Know-How und die Erfahrung der Produktentwickler und Prüfsystem-Hersteller im Feld ersetzen kann.
Auf Entwicklungsprojekt folgt Dienstleistungspaket
Um den Kunden des Birkenfelder Unternehmens zukünftig die weitreichenden Vorteile der Künstlichen Intelligenz bieten zu können, ist das Angebot eines Dienstleistungspaketes geplant. Dass die Software sehr flexibel genutzt werden kann, bestätigte die Inhouse-Testphase bei MCD. Die modulare Nutzbarkeit der Algorithmen und die wahre Intelligenz des Systems sollte auf die Probe gestellt werden, deshalb wurde zum Beispiel die Projektplanung von MCD durch einen Prototyp der Künstlichen Intelligenz analysiert. Dabei "fütterten" die Entwickler die Datenbank mit realen Projektabläufen aus dem eigenen ERP-System, von der Projektanfrage über Angebotserstellung und Konstruktion bis hin zu Inbetriebnahme und Auslieferung.
"Durch die eingelernten Daten konnte der Auslieferungstermin von zwei neuen Projekten bis auf 48 Stunden genau vorhergesagt werden und es wurde sogar aufgezeigt, dass unsere Projektabläufe für die Zukunft an der ein oder anderen Stelle noch optimiert werden können. Unser Dienstleistungspaket wird solche Features allerdings nicht enthalten, da wir uns voll auf die Key Topics der Messdaten-Auswertung bei unseren Kunden fokussieren", so Tinneberg. Dennoch eine Win-Win-Situation für die MCD Elektronik GmbH, die damit einen weiteren Schritt in die technologische Zukunft macht. Und wie viel Potential diese Zukunft bereithält, erkannte schon KI-Pionier Alan M. Turing. Denn dessen wohl bekanntestes Zitat besagt, dass man zwar nur über eine kurze Distanz in die Zukunft blicken kann, aber dabei bereits eine Menge zu erkennen sei.
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MCD Elektronik GmbH
Hoheneichstr. 52 | 75217 Birkenfeld | Tel. 07231 78 405-61 | Fax 07231 78 405-10
Herr Tobias Stange, tobias.stangemcd-elektronik.SPAMPROTECTION.de
