Umgestaltung der Industrie mit KI-gestützter Qualitätskontrolle
Immer mehr Hersteller folgen den Grundsätzen der Industrie 4.0. Dabei kommen Probleme wie zu wenig Daten und Erkenntnisse zur Produktqualität, unzuverlässige Kontrollsysteme und mangelnder Datenaustausch entlang der Lieferkette auf. Diese Probleme sollten im Projekt InterQ angegangen werden, insbesondere in den Bereichen Luftfahrt, Windkraft und Automobilbranche, in denen die Produktqualität und -sicherheit kritisch sind und selbst kleine Mängel schwere Folgen haben können. „Das Hauptziel war eine fehlerfreie Fertigung durch Messung, Vorhersage und Kontrolle der Produkt- und Prozessqualität“, erklärt der Projektkoordinator von InterQ, Jose Luis Lanzagorta, Forscher für Produktionsprozesse am spanischen Technologiezentrum IDEKO. „Wir stärken gleichzeitig die Sicherheit, fördern Nachhaltigkeit durch weniger Abfall und Energieverbrauch und treiben den technologischen Fortschritt voran.“ Über InterQ kamen 25 Forschungseinrichtungen und Industriepartner aus 11 europäischen Ländern zusammen. Sie wollten Prozesse umgestalten und Innovation zur Produktionsqualität anregen, indem sie Werkzeuge auf Grundlage künstlicher Intelligenz (KI) einsetzen, sodass Hersteller auf aussagekräftige und zuverlässige Daten zugreifen können.
Maschinelle Intelligenz
Im Projekt wurde eine neue Generation digitaler Technologie und KI-gestützter Anwendungen eingesetzt, darunter: digitale Zwillinge, virtuelle Sensoren, KI-Entscheidungshilfen, Datenfusion und Distributed-Ledger-Technologie. Diese wurden in drei Bereichen eingesetzt: datengestützte Optimierung, KI-gestützte Inspektion und ein kollaboratives Qualitätsökosystem. Für den ersten Bereich wandelte das InterQ-Team Rohdaten in verwertbare Erkenntnisse um, zum Beispiel Vorhersagen zu Maschinenausfällen, Möglichkeiten zur Produktionsoptimierung und Gewährleistung der Produktqualität. Durch die KI waren keine zerstörenden Tests zur Qualitätsbewertung mehr notwendig. So konnten zerstörungsfreie Prüfverfahren wie Ultraschall, Wirbelstrom und Bildverarbeitungssysteme ergänzt und Zeit und Materialkosten eingespart werden. Schließlich baute das InterQ-Team einen vertrauenswürdigen Rahmen, um den Datenaustausch und die Qualitätssicherung entlang der Lieferkette zu erleichtern. Jeder Ansatz wurde an drei Pilotstandorten in der Luftfahrt, Windkraft und Automobilbranche getestet. Die Erfolge waren enorm. Im Bereich der Luftfahrt konnte mit den Werkzeugen von InterQ bei ITP Aero in Spanien verhindert werden, dass kritische und kostspielige Teile entsorgt werden müssen. Das führte zu Einsparungen von etwa 265 000 EUR (mit prognostizierten Einsparungen von 1,7 Mio. EUR über die nächsten vier Jahre). Im spanischen Zentrum für Windturbinenkonstruktionen Gamesa Gearbox konnte die Effizienz zerstörungsfreier Prüfungen um beachtliche 80 % gesteigert werden.
Fassbare Ergebnisse
Zum Projektende im Oktober 2023 hatte das InterQ-Team eine umfassende Softwaresuite zur Qualitätskontrolle entwickelt, die von den Herstellern individuell angepasst werden kann. Sie bietet Vorhersage-Instandhaltung, optimierte Produktionsprozesse und gesicherte Produktqualität durch verbesserte Prüfmethoden. Außerdem wurde ein Werkzeughalter mit Sensoren, der Oberflächenfehler bei der Bearbeitung erkennen kann, und ein optischer Sensor zur Oberflächenqualitätskontrolle entwickelt, der fertige Teile abtasten kann. Das sind zwei Beispiele für die fassbaren Projektergebnisse für Hersteller. Mit der Suite ist auch der Datenaustausch entlang der Lieferkette leichter, um die Zusammenarbeit und das Vertrauen zwischen Partnern zu stärken. „Was zunächst als gewaltige Herausforderung aussah, entwickelte sich zunehmend in fassbare und reale Lösungen“, berichtet Lanzagorta. „Und mit diesen wurden bedeutende Vorteile für wichtige Sektoren der europäischen Fertigung erreicht.“ Auch wissenschaftlich hatte InterQ Wirkung mit 17 Veröffentlichungen in führenden Fachzeitschriften und auf internationalen Konferenzen zum Thema. Die Industriepartner nahmen auch an mehr als 30 Veranstaltungen teil und stellten die Projektergebnisse vor.
Umwandlung der Fertigung
Durch weniger Mängel und Abfall und mehr Effizienz hat das InterQ-Team das Potenzial von KI nachgewiesen, die Fertigung grundlegend zu verändern und Wirtschaftswachstum anzuregen. Mit dem Wissensaufbau und -austausch und den Personalschulungen ging es im Projekt auch darum, neue Fertigungskompetenzen aufzubauen.
Schlüsselbegriffe
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