Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung eines assoziativen und modellbasierten Assistenzsystems zur kooperativen Störungsanalyse und Fehlerbehebung am Beispiel Metallschutzgasschweißen

Die zunehmende Digitalisierung der Fertigung in Deutschland führt in vielen Branchen dazu, dass auf der einen Seite Produktionsanlagen immer intelligenter und flexibler werden auf der anderen Seite aber das Bedienpersonal mit der steigenden Komplexität im Störfall überfordert ist. Die große Zahl von Prozessdaten und fehlendes oder nicht dokumentiertes Erfahrungswissen verschlechtern die Situation noch, sodass die Stillstandszeiten der Anlagen und damit verbunden die Produktionskosten steigen.

Um hier Abhilfe zu schaffen ist das Ziel des Projektes die Entwicklung eines neuartigen Assistenzsystems, das die kooperative Behebung von Störungen in Fertigungsprozessen auf der Basis von Prozessdaten und Erfahrungswissen ermöglicht. Das System soll zum einen das Bedienpersonal unter Einbezug von Daten aus dem Produktionsprozess bei der Fehlerbestimmung unterstützen und Handlungsanweisungen ausgeben. Zum anderen soll bei einer eventuell erforderlichen Ferndiagnose durch einen qualifizierten Servicetechniker, sei es, weil der Bediener vor Ort keinen Fehler identifizieren konnte oder die Abhilfemaßnahmen nicht ohne externe Unterstützung durchführbar sind, die Kommunikation von Bediener und Servicetechniker zur Störungsdiagnose und Fehlerbehebung über das Assistenzsystem unterstützt werden.

Außerdem soll das System offen gegenüber Erweiterungen sein. Das Assistenzsystem soll als Software-Demonstrator umgesetzt und beispielshaft für MSG-Prozesse mit Expertenwissen gefüllt und evaluiert werden.

Der Einsatz eines solchen Assistenzsystems kommt vor allem KMU aus den Bereichen Fertigung und Maschinenbau zugute. Fertigungsunternehmen profitieren davon, dass im Fall einer Störung bereits vor Ort Abhilfe geschafft werden kann und somit eine hohe Anlagen- und Maschinenverfügbarkeit gewährleistet wird.

Anlagenhersteller und Serviceanbieter habe durch das System die Möglichkeit, Störursachen in kürzerer Zeit und mit geringerem Aufwand zu beheben und Reparatureinsätzen gezielt zu planen.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde ein assoziatives modellbasiertes Störungsassistenzsystem zur Unterstützung von Anlagenbedienern bei der Fehlerbehebung in der schweißtechnischen Produktion entwickelt. Hierzu wurden auf Basis von Prozessdatenanalyse charakteristische Merkmale der untersuchten elektrischen Signalverläufe extrahiert und kategorisiert, so dass in einem nächsten Schritt eine Kategorisierung von Störursachen erfolgen konnte. Anschließend wurde ein Meta-Datenmodell entwickelt, über das charakteristische Prozesskenngrößen an das Assistenzsystem übertragen werden konnten und so auswertbar gemacht wurden. Über die Entwicklung eines gekoppelten Assistenzsystems wurde die Struktur für eine Demonstratoranwendung geschaffen, die den Einsatz physisch getrennter Systeme zur Speicherung der Wissensdatenbank, der Aufnahme und Auswertung von Prozessdaten sowie der Benutzereingabe erlaubt und so den Beispielfall einer Fernwartungssituation darstellt.

In das entwickelte Konzept wurde in einem weiteren Schritt initiales Schweißprozesswissen sowie Fehlermodelle für die Schweißprozessdatenauswertung implementiert, um anschließend eine Validierung des entwickelten Systems vornehmen zu können. Hierzu wurde eine typische Anlagenkonfiguration für die automatisierte schweißtechnische Produktion ausgewählt und anhand eines typischen Beispielbauteils validiert.

Auf Basis der Arbeiten in dem Projekt steht KMU eine leistungsfähige Plattform zur Integration in reale Produktionsumgebungen zur Verfügung. Die Entwicklung eines Systems für reale Anwendungsfälle ist aufgrund der im Projekt geleisteten Methodenvalidierung nun gut realisierbar. Zudem können bereits zum jetzigen Zeitpunkt die Hersteller von schweißtechnischen Überwachungssystemen sowie die Hersteller von Schweißstromquellen die gewonnenen Erkenntnisse direkt für die Weiterentwicklung ihrer Produkte einsetzen.