Edge Cloud Continuum for Production (ECC4P): individuelle, modulare Prozessüberwachung und -automation

Die intelligente Nutzung von Prozessdaten bietet enormes Potenzial zur Optimierung der industriellen Fertigung, z. B. durch das automatisierte Erkennen und Aussortieren von Ausschussteilen oder Anpassen von Bearbeitungsparametern zur Steigerung der Produktivität und Werkstückqualität. Die Herausforderung besteht jedoch darin, die Daten prozessparallel zu erfassen, zu verarbeiten und Handlungsentscheidungen daraus abzuleiten.

Mit dem »Edge Cloud Continuum for Production« (ECC4P) entwickelte der Fraunhofer Cluster CCIT unter der Leitung des Fraunhofer IWU erstmals genau hierfür eine ganzheitliche, skalierbare Monitoring-Lösung – speziell zugeschnitten auf die Zerspanung und Umformung. ECC4P unterstützt somit fertigende Unternehmen dabei, ihre Produktionsprozesse zu überwachen, zu dokumentieren und zu automatisieren.

Prozessparallele Datenakquise und Auswertung 

Ein zentrales Element des ECC4P ist die Akquise hochfrequenter Messdaten aus den Maschinen sowie zusätzlichen Sensoren. Hierfür stehen u. a. die innovativen Sensorsysteme smartGRIND, smartTOOL und smartNOTCH zur Verfügung. Diese können mithilfe eines Gateways über verschiedene standardisierte Protokolle direkt mit der Maschinensteuerung oder mit Auswertesystemen kommunizieren. 

Auf diese Weise werden die Sensorsystemdaten gemeinsam mit den Maschinendaten an einen Edge IPC direkt an der Maschine übergeben. Hier finden die prozessparallele Verarbeitung, Synchronisierung und Auswertung der Daten statt. Letzteres wird durch KI-Modelle realisiert, die individuell an den jeweiligen Bearbeitungsprozess angepasst werden. Je nach Anwendungsfall kann so bspw. eine Detektion von Prozessanomalien, Bauteilausschuss oder Werkzeugverschleiß umgesetzt werden. Die Auswerteergebnisse können an die Maschinensteuerung zurückgegeben werden, um eine automatisierte Reaktion auf produktionskritische Szenarien einzuleiten.

Datenaggregation in der Edge und KI-Training in der Cloud 

Falls die Prozessdaten und Analyseergebnisse einer Weiterverwendung zugeführt werden sollen, so stellt das ECC4P hierfür eine Edge-Datenhaltungslösung mit LinkedFactory-Architektur zur Verfügung. Kontinuierlich werden dort alle Daten aggregiert und strukturiert. Ein zugehöriges Dashboard ermöglicht deren Abrufen und Visualisierung. Zudem stehen die Daten von hier aus sowohl einer potenziellen unternehmenseigenen Server- oder Cloud-Instanz als auch der ECC4P-Cloud zur Verfügung. 

Jegliche Daten bleiben zu jeder Zeit unter der Kontrolle des Dateneigentümers. Es kann allerdings ein Datenaustausch zwischen ECC4P-Edge und -Cloud initiiert werden, falls für die Prozessüberwachung neue KI-Modelle benötigt werden. Dann können ganz flexibel mithilfe einer grafischen Benutzeroberfläche Messdatensätze der Cloud-Seite freigegeben werden, wo dann das teils rechenintensive (Nach-) Trainieren der KI-Modelle erfolgt. Im Anschluss stehen die neuen Auswertemodelle wieder der Edge-Seite zur Verfügung und können unmittelbar genutzt werden.