Digitale Vernetzung

Big Data trifft Industrie 4.0

Die digitale Vernetzung beschert eine nie dagewesene Fülle an Daten, die den Zustand von Maschinen und Anlagen beschreiben. Um auf deren Basis Prozess- und Produktivitäts­optimierungen zu erreichen, bedarf es intelligenter Verarbeitung und Analyse.

Lego-Modell, Bildquelle: Empolis

Auf der Cebit 2014 hatte der Software-Anbieter Empolis das Thema „Complex Event Processing“ (CEP) anhand der Miniaturversion einer industriellen Anlage aus Lego demonstriert, bei der gezielt Fehler provoziert werden konnten.

Im Zuge dieser Entwicklung wird dem „Complex Event Processing“ (CEP) eine wichtige Rolle zuteil. Letztlich handelt es sich dabei um einen Sammelbegriff für Methoden, Techniken und Werkzeuge, um Ereignisse in Echtzeit zu verarbeiten. Ziel des CEP ist es, aus diesen Ereignissen wertvolles Wissen in Form von sogenannten komplexen Ereignissen abzuleiten, d.h. Situationen, die sich nur als Kombination mehrerer Ereignisse erkennen lassen. Für diese Vorgehensweise gibt es eine Vielzahl von Einsatzgebieten. Beispielsweise ermitteln Casinos auf Basis von CEP, ob ein professioneller Falschspieler am Werke ist, indem Verhaltensmuster analysiert werden, die auf Betrug hindeuten. Auch bei der Echtzeitanalyse komplexer Finanztransaktionen oder zur Überwachung seismischer und kosmischer Aktivitäten zur Erkennung drohender Umweltrisiken kommt CEP zum Einsatz.

Im Zuge von Industrie 4.0 erkennen immer mehr Unternehmen das Potential von CEP, um auch die Lebenszeit und Produktivität ihres Maschinenparks zu optimieren. Analysten prognostizieren entsprechenden Industrie-Anwendungen ein beträchtliches Marktpotential. Allerdings müssen diese Systeme in der Lage sein, eine immense Menge einströmender Daten hinsichtlich unterschiedlichster Kriterien fortwährend zu analysieren, also Big-Data-fähig sein.

Im Kontext von Industrie 4.0 zielt das Complex Event Processing darauf ab, aus einer Vielzahl von einzelnen Sensorsignalen sinnvolle Zusammenhänge zu extrahieren und daraus wiederum höherwertige Informationen in Form von Symptomen und Fehlerbildern zu ermitteln. Heute setzen große produzierende Unternehmen – insbesondere in der Automobil-, Pharma- und Chemieindustrie – CEP-Systeme zur Echtzeitüberwachung ihrer Anlagen ein. So nutzt ein Automobilhersteller in sämtlichen Fertigungsbereichen konsequent CEP. Hierbei geht es um thermografische Untersuchungen oder Schwingungsanalysen. Durch die Analyse der generierten Daten können die Prozesse so optimiert werden, dass sich Ausschuss, Produktionsausfälle und Stillstandzeiten minimieren lassen.

Ein wichtiger Trend ist die Eigenwartung. Drehmaschinen messen ihre Bearbeitungsläufe während der Bearbeitung von Werkstücken selbstständig auf Basis von CEP. Anhand einer Frequenzanalyse lässt sich dann entscheiden, ob ein Werkzeug demnächst brechen und ein Werkzeugwechsel notwendig wird.

Unterschiedliche Varianten

Oft sind Experten und Techniker in der Lage, Zusammenhänge in Form von Regeln zu beschreiben. Ein erwartetes Verhalten eines Systems kann darin bestehen, dass Schalter aktiviert werden, was innerhalb einer Zeitspanne zum Öffnen und Schließen von Ventilen führen soll – eine derartige Abfolge kann präzise beschrieben und auch mit zeitlichen Rahmenbedingungen versehen werden, so dass eine Regel aktiviert wird, sobald eine Folge von Ereignissen anzeigt, dass eben dieses erwartete Verhalten nicht eingetreten ist.

Neben dem regelbasierten CEP spielt heutzutage auch das fallbasierte CEP eine bedeutende Rolle. Hierbei kommt die Technologie des fallbasierten Schließens (engl. Case-Based Reasoning, CBR) zum Tragen. Für die Diagnose komplexer Anlagen lässt sich dies entsprechend nutzen, indem aus einer Vielzahl an Sensordaten eine Art „Signatur“ des derzeitigen Zustands der Maschine abgeleitet wird, welche dann wiederum mit einer Vielzahl an Referenzfällen aus historischen Daten abgeglichen wird. Somit können kritische Situationen frühzeitig detektiert werden, so dass eine genauere Betrachtung der Situation eingeleitet werden kann, auch wenn der kausale Zusammenhang zunächst noch unbekannt ist. Insbesondere kann eine permanente Überwachung von technischen Anlagen realisiert werden, indem kontinuierlich der Systemzustand erfasst und mit Referenzfällen verglichen wird.

Manchmal lässt sich nicht ad hoc anhand einer Menge von Signalen entscheiden, ob ein Fehlverhalten vorliegt. Vielmehr ist in solchen Situationen in gewisser Weise ein definierter Prozess notwendig, in dessen Folge weitere Daten erhoben, Messwerte geprüft und Zusammenhänge abgeleitet werden. Ein Beispiel hierzu ist das Hochfahren einer Anlage. Während dieser Phase verhält sich die Anlage anders als im Normalbetrieb. Erst am Ende dieses Prozesses ist dann eine Klassifikation als Fehlverhalten und daraus abgeleitet eine Entscheidung über das weitere Vorgehen möglich. In solchen Situationen kommen Entscheidungsbäume zum Einsatz. Typischerweise aber nicht isoliert, sondern sie steuern das Zusammenspiel anderer Verfahren. Sie sorgen dafür, dass bei Bedarf weitere Daten analysiert werden, erfassen Zusatzinformationen bei Drittsystemen oder interagieren mit dem Benutzer.

CEP-Technologien werden in der Praxis meist zu umfassenden, hochskalierbaren Serviceplattformen ergänzt. Dabei erlauben intelligente Suchmodule die Nutzung von Servicedokumentationen, über Schnittstellen werden andere Systeme und Datenquellen angebunden, Cloud-Lösungen für den Kundenservice dienen als Interaktionsplattform, so dass eine integrierte Serviceplattform entsteht. Durch die Generierung umfassender Produktions- und Service-Informationen erhalten Unternehmen ein mächtiges Werkzeug an die Hand – nicht nur um die Prozesse innerhalb ihres Maschinenparks zu optimieren, sondern auch um ihren Service nachhaltig zu verbessern. Ergibt beispielsweise bei einem Anbieter von Heizungsanlagen eine Analyse, dass Kunden mit einer bestimmten Konfiguration besonders viel Energie sparen, lässt sich dies leicht an die übrigen Kunden aktiv kommunizieren – mit einem entsprechenden Effekt auf die Kundenzufriedenheit. Solche umfassenden Plattformen sind bereits heute erfolgreich im Einsatz und dürften in den nächsten Jahren deutlichen Auftrieb erhalten.

Bildquelle: Empolis

©2020Alle Rechte bei MEDIENHAUS Verlag GmbH

Unsere Website verwendet Cookies, um Ihnen den bestmöglichen Service zu bieten. Durch die weitere Nutzung der Seite stimmen Sie der Verwendung zu. Weitere Infos finden Sie in unserer Datenschutzerklärung.

ok