Big Data – AI – Vorausschauende Wartung. Die Industrie knüpft hohe Erwartungen an die Zukunftstechnologien. Eine Zentralschweizer Initiative unter der Leitung des CSEM, Alpnach, hat in Zusammenarbeit mit den Firmen Arovis, KNF Flodos, maxon, Schurter AG und Elekon AG eine Software entwickelt, die Anlagen überwacht und kritische Auffälligkeiten früh erkennt. Mit dabei ist auch die Fledermaus.

So unterschiedlich die Produkte und Dienstleistungen der Zentralschweizer Firmen maxon motor ag, Schurter AG, KNF Flodos AG, AUROVIS AG oder Elekon AG auch sind: Bei all diesen innovativen und dynamischen Unternehmen entlang der Wertschöpfungskette spielen Automatisierung und Produktionsprozesse am «Standort Schweiz» eine wichtige Rolle. Zusammen mit dem CSEM in Alpnach suchten sie Antworten auf die Frage, wie die Zuverlässigkeit in der Produktion weiter verbessert werden kann. Die Firmen stellten verschiedene Module wie Roboterarm, Förderband, Pumpen, Motoren und Steuerung zur Verfügung. So wurde im CSEM als Musteranlage eine vollautomatische «Pick-and-Place Robotikplattform» errichtet. An ihr wurden die Algorithmen kontinuierlich weiter verbessert. Sie sind nun Kern einer präzisen, automatischen Software, bereit zum Einsatz an realen Systemen.

Software liegt nun vor

Nach mehr als zwei Jahren gemeinsamer Arbeit liegt nun eine hochpräzise, einfach zu bedienende Software vor, die Anlagen überwacht und kritische Auffälligkeiten früh erkennt.

Dabei werden zunächst Anlagedaten genutzt, die schon verfügbar sind. Die Daten stammen von vorhandenen Messsystemen wie Kameras, Steuerungen, Temperatur- und Drucksensoren. Anhand dieser Datenbasis wurden die maschinellen Lernalgorithmen mit künstlicher Intelligenz darauf trainiert, ungewöhnliches und potenziell gefährliches Verhalten der Maschinen zu erkennen. CSEM nutzte hier sein Know-how – insbesondere die Plattform CSEM ViSARD –, um die vorhandenen Daten zu analysieren und eine flexible Softwarelösung zu entwickeln. Für den Einsatz bei einer neuen Produktionslinie beim Kunden benötigt man nun nur noch wenige Stunden an Datenakquisition, in denen die Maschine einwandfrei läuft. «Je länger die Maschine produziert und je mehr Daten man hat, desto besser funktioniert die ganze Algorithmik», erklärt Mario Russi, R&D Engineer Robotics & Machine Learning am CSEM.

Von der Fledermaus inspiriert

Damit aber nicht genug: Nicht immer ist es möglich oder zulässig, die bestehende Sensorik zur Sammlung der Anlagenparameter zu nutzen. Um auch für solche Systeme eine performante Lösung zu erhalten, hat sich ein spezieller Sensor als sehr effizient erwiesen: ein von der Fledermaus inspirierter Schallsensor. Solche Sensoren werden eigentlich in der Umgebung von Windkraftanlagen eingesetzt. Sie ‘hören’ die Ultraschallsignale der Fledermäuse. Wenn sich die Tiere der Anlage nähern, werden Audioaufnahmen ausgelöst, die zur Erstellung von Abschaltalgorithmen benutzt werden.

Die von der Luzerner Elekon AG gelieferten Mikrofone können Frequenzen bis zu 150 kHz aufnehmen – im Gegensatz zum Menschen, welcher Schall bis etwa 20kHz hören kann. Bei der Testanlage am CSEM gelang es mit dem Fledermaussensor - ohne die Nutzung weiterer Signale - bis zu 80% aller Störungen zu erkennen. «Geräusche enthalten eine grosse Menge an Informationen. So wie ein Automechaniker den Motorgeräuschen anhört, in welchem Zustand ein Wagen ist, kann uns die Analyse der Geräusche, die von Industriemaschinen ausgehen, Aufschluss über zahlreiche Fehlfunktionen wie Leckagen, Lagerprobleme oder sogar Kamerafehlfunktionen geben», sagt Mario Russi. «Die Mikrofonmethode ist eine ideale Ergänzung, sie ist sehr einfach einzurichten und kann zusätzlich mit anderen Sensoren eingesetzt werden.»

Für die Projektpartner besteht der nächste Schritt darin, die Software und die Algorithmen im Feld einzusetzen. «Im Zeitalter von Industrie 4.0 setzt sich dieses Vorgehen immer mehr durch, denn es wird die Zuverlässigkeit der gesamten Produktionslinie deutlich verbessern und dadurch eine hohe Wettbewerbsfähigkeit sicherstellen.»

CSEM S.A.

CSEM ist der Partner für Technologietransfer in der Schweiz. Unterstützt unter anderem durch die sechs Zentralschweizer Kantone entwickeln über 550 Köpfe Lösungen für kleine und grosse Unternehmen. Über 50 Personen sind für CSEM vor Ort in Alpnach (OW). (pd./red.)