Null-Fehler-Produktion 06.04.2021, 07:00 Uhr

Künstliche Intelligenz detektiert frühzeitig Anomalien im Fertigungsprozess

Bosch setzt ab sofort auf Zukunftstechnologien, um die eigenen Produktionsprozesse zu optimieren: Noch im Jahr 2021 wird eine eigenentwickelte KI-Lösung global in rund 50 Werken eingeführt, die Antriebstechnik für Fahrzeuge herstellen.

KI-Team am Bosch-Werk in Stuttgart-Feuerbach: Zur Unterstützung der fortschrittlichen Entwicklungen wurden bereits 2017 die „Bosch Center for Artificial Intelligence“ (BCAI)  ins Leben gerufen. Foto: Robert Bosch GmbH

KI-Team am Bosch-Werk in Stuttgart-Feuerbach: Zur Unterstützung der fortschrittlichen Entwicklungen wurden bereits 2017 die „Bosch Center for Artificial Intelligence“ (BCAI) ins Leben gerufen.

Foto: Robert Bosch GmbH

Demnächst sollen dann laut Plan über 800 Fertigungslinien des international führenden Technologie- und Dienstleistungsunternehmen an die moderne, in einem Tochterunternehmen generierte KI-Lösung angebunden werden. Bosch gilt als universeller Partner bei Antriebssystemen für optimierte Verbrennungsmotoren, beispielsweise mit Einspritzsystemen oder Motorsteuerungen, sowie für elektrifizierte Mobilität. Dr. Michael Bolle, CDO (Chief Digital Officer) und CTO (Chief Technology Officer) in Personalunion bei Bosch in Stuttgart, sagte dazu anlässlich einer digitalen Pressekonferenz im Frühjahr 2021: „Durch den Einsatz von Künstlicher Intelligenz werden Fabriken effizienter, produktiver, umweltfreundlicher – und die Produkte noch besser. Unsere neue KI-Lösung wird in den Werken für Kosteneinsparungen in Millionenhöhe sorgen.“ Strategisches Ziel sind Lösungen und Produkte für das vernetzte Leben, die entweder über künstliche Intelligenz (KI) verfügen oder mit ihrer Hilfe entwickelt sowie hergestellt werden.

Die Bosch-Gruppe beschäftigt insgesamt weltweit rund 394 500 Mitarbeitende (Stand: 31.12.2020) und erwirtschaftete im Geschäftsjahr 2020 einen Umsatz von über 70 Milliarden Euro. Die Aktivitäten gliedern sich in die vier Unternehmensbereiche „Mobility Solutions“, „Industrial Technology“, „Consumer Goods“ sowie „Energy and Building Technology“. Als führender Anbieter im Internet der Dinge (IoT) bietet das Unternehmen innovative Lösungen für Smart Home, Industrie 4.0 und Connected Mobility.

Forschungsthema KI hat hohe Priorität

Grundlage für die fortschrittlichen Entwicklungen ist das Thema KI, für das die Stuttgarter 2017 die „Bosch Center for Artificial Intelligence“ (BCAI) ins Leben gerufen haben. BCAI-Standorte gibt es in Deutschland (Renningen), Indien, den USA, Israel und China. Weltweit beschäftigen sich rund 270 Mitarbeiter in über 185 Projekten mit diesem Thema. Experten für KI, Naturwissenschaftler sowie Ingenieure arbeiten in den Centern daran, Produkte und Dienstleistungen des Mutterkonzerns mithilfe von KI, Machine Learning und Artificial Intelligence voranzutreiben. Dabei sollen Maschinen in die Lage versetzt werden, komplexe Zusammenhänge in einem System zu erkennen, die der Mensch nicht mehr überblicken kann.

KI simuliert intelligentes Verhaltens auf Basis vorgegebener oder erlernter Muster. Ein KI-System erkennt seine Umgebung, beispielsweise mithilfe von Kameras und Sensoren. In diesen Kontextinformationen deckt es Zusammenhänge auf und leitet dann Handlungen daraus ab. Dies lässt sich im Automobilbau (Stichwort: Autonomes Fahren“) ebenso nutzen wie im Maschinen- und Anlagenbau. In der Industrie können beispielsweise kollaborative Roboter neue Aufgaben, die sie im Team mit Menschen erledigen sollen, rasch aus Beispieldaten maschinell erlernen. Regelmäßig tauschen sich KI-Experten und Forscher aus der Szene auf der von Bosch veranstalteten „AI CON“-Konferenz aus, die im März 2021, diesmal als digitales Event, mit großem Zuspruch stattfand.

Unschlagbar schnell, unvergleichlich „intelligent“

KI erfasst und verarbeitet Terabyte an Daten sekundenschnell – und erledigt diese Aufgabe präziser als die Augen und Ohren des Menschen sowie schneller als der Verstand. Sie unterstützt den Menschen dabei, komplexe Zusammenhänge auf einen Blick zu erschließen und Maßnahmen einzuleiten.

Künstliche Intelligenz unterstützt beispielsweise den Mitarbeiter in der Fertigung dabei, komplexe Zusammenhänge rasch zu erschließen und passende Maßnahmen einzuleiten.

Foto: Robert Bosch GmbH

Das BCAI hat ein KI-basiertes System entwickelt, das Anomalien und Störungen im Fertigungsprozess frühzeitig erkennt, den Ausschuss zuverlässig reduziert und die Produktqualität erhöht. Die entwickelte Lösung kommt bereits in Pilotwerken mit Erfolg zum Einsatz. An diesen ausgewählten Standorten ließen sich pro Jahr zwischen einer und zwei Millionen Euro einsparen. Zum Beispiel konnten im Hildesheimer Werk, das heute als Leitwerk für E-Maschinen gilt, Störungen in den Prozessabläufen identifiziert und ausgeräumt werden. Die Taktzeiten der Linien sanken so um rund 15 Prozent.

Den „KI-Effekt“ bestätigen auch wissenschaftliche Studien: Von einem flächendeckenden Einsatz von KI in Deutschland profitieren vor allem Bestrebungen zur Umsetzung von Industrie 4.0. Verteilt auf die unterschiedlichen Branchen, stecke mit über 50 Prozent (182 Milliarden Euro) das größte Kosteneinsparpotenzial in einer von KI-unterstützten Produktion (Quelle: Verband der Internetwirtschaft e.V. und Arthur D. Little, 2019).

KI-System nach Testphase vor weltweiter Einführung in den Bosch-Werken

Bei Bosch wird die vom BCAI entwickelte KI-Lösung 2021 zunächst in rund 50 Werken der Antriebssparte weltweit „ausgerollt“ und an über 800 Fertigungslinien angebunden. Täglich sollen dann über eine Milliarde Datennachrichten in der Analyse-Plattform gespeichert werden. Anschließend plant Bosch, die KI-Lösung unternehmensweit in seinen rund 240 Werken einzusetzen. Zudem fließen die gewonnenen Erfahrungen und das Technologie-Know-how in die Entwicklung neuer KI-Techniken für die Fertigung ein.

Pilotanwender der neuen KI-Analyse-Plattform ist die Antriebssparte des Unternehmensbereichs Mobility Solutions. In den nächsten Jahren sollen hier rund 500 Millionen Euro in die Digitalisierung und Vernetzung der Werke investiert werden. Die voraussichtliche Ersparnis wird laut Plan doppelt so hoch sein: rund eine Milliarde Euro bis 2025.

Sowohl die Produktion als auch das Produkt optimieren

In Zusammenarbeit zwischen dem BCAI und den Werken des Geschäftsbereichs ist eine universelle KI-Lösung für die Fertigung entstanden, die mithilfe des „Nexeed“-MES (Manufacturing Execution System) von Bosch Connected Industry die Messwerte aus unterschiedlichen Quellen automatisiert sammelt, aufbereitet und nahezu in Echtzeit analysiert. Sensordaten von Maschinen dienen als Grundlage, um etwa Schwankungen in unterschiedlichsten Fertigungsverfahren zu ermitteln. Die Industrie-4.0-Software Nexeed „übersetzt“ und visualisiert die Daten und Codes, die KI gibt eine Handlungsempfehlung ab, der Mitarbeiter entscheidet letztendlich. Genutzt werden dafür vor allem „Dashboards“, die individuell konfiguriert sind und auf lokale Anwendungsfälle und die entsprechende KI-Analyse zugeschnitten werden. So sind potenzielle Ursachen von Fehlern leichter zu finden.

Auch selbstanpassende Prozesse für Maschinen und Montagelinien lassen sich integrieren. Weicht beispielsweise ein Bohrloch von der definierten Platzierung ab, leitet die KI selbstständig die notwendigen Schritte ein. Unterstützt wird sie mitunter durch Kameras, die entlang von Fertigungslinien den Produktionsprozess aufzeichnen. Anhand von Mustern lassen sich Abweichungen identifizieren und Maßnahmen umgehend ergreifen. Darüber hinaus sind in einzelnen Fällen Feld- und Kundendaten mit der Plattform verknüpft. So wird noch besser verständlich, wie sich Produkte im Einsatz verhalten, um Mängel rechtzeitig festzustellen und drohende Fehler vorherzusagen.

Auch selbstanpassende Prozesse für Maschinen und Montagelinien lassen sich mit KI integrieren – unterstützt durch Kameras, die entlang von Fertigungslinien den Produktionsprozess aufzeichnen. Anhand von Mustern werden Abweichungen identifiziert.

Foto: Martin Stollberg / Jan Potente

Als Vorreiter Chancen für die Fertigung erschließen

Die Einsicht in der Industrie ist nach den Resultaten diverser Studien zwar vorhanden, dennoch lässt die Umsetzung auf sich warten: Mehr als jedes zweite deutsche Unternehmen (58 Prozent) sieht in Künstlicher Intelligenz disruptives Potenzial. Aber nur jedes siebte Unternehmen (14 Prozent) nutzt aktuell KI für Industrie 4.0 (Umfrage des Verbands Bitkom, 2020). Dass sich eine klare Mehrheit der Deutschen (60 Prozent) einen vermehrten Einsatz von industrieller KI, etwa bei der Herstellung von Autos oder Flugzeugen, wünscht, ist ein Kernergebnis des „Bosch KI-Zukunftskompass“. Die im November 2020 vorgestellte Studie zeigt: Mehr als zwei Drittel der Befragten befürworten KI-basierte Lösungen bei der Diagnose von Maschinenfehlern sowie in anderen High-Tech-Bereichen. Die Stuttgarter setzen bereits umfassend auf Künstliche Intelligenz. Neben den Projekten in eigenen Werken werden KI-basierte Lösungen auch auf den Markt gebracht. Zu den Anwendungen in der Fertigung zählen die automatisierte optische Inspektion von Werkstücken, Software für eine intelligente Produktionssteuerung und ein „ausgeklügeltes“ Energiemanagement. Auf der digitalen Hannover Messe 2021 (12. – 16. April) stellt Bosch KI-Lösungen für die Produktion vor.

Künstliche Intelligenz ist in der Unternehmensstrategie fest verankert

Für das Technologieunternehmen ist Künstliche Intelligenz eine Schlüsseltechnologie. Ab 2025 sollen alle Produkte der Gruppe über KI verfügen oder mit ihrer Hilfe entwickelt beziehungsweise hergestellt werden. Dazu wird in „kluge Köpfe“, eine adäquate Infrastruktur und passende Rahmenbedingungen investiert – wie mit den zuvor beschriebenen BCAI. Bereits im dritten Jahr nach seiner Gründung hat dieses einen ROI (Return on Investment) realisiert und liefert mit Projekten einen Ergebnisbeitrag von rund 300 Millionen Euro. Dabei geht es vor allem um industrielle KI, also die Verbindung von Künstlicher Intelligenz und physischer Welt. Die Voraussetzungen sind mit der bestehenden Infrastruktur bestens vorhanden: „Wir fertigen in unseren Werken die unterschiedlichsten Produkte – von Kühlschränken, Elektrowerkzeugen über Antriebsstränge und Assistenzsysteme für die Automobilindustrie bis hin zur Automatisierungstechnik für den Einsatz in Fabriken. Dieses Wissen kombinieren wir jetzt mit KI-Algorithmen“, erklärt Bolle abschließend.

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Von Birgit Etmanski / Bosch

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