Industrie 4.0 Innovations Award 2019

Mit Innovationen die Welt bewegen und gewinnen

Bereits zum vierten Mal wurde 2019 wieder der Industrie 4.0 Innovation Award von der
VDE VERLAG GmbH
ausgeschrieben und verliehen, dies geschieht in Zusammenarbeit mit dem ZVEI und in diesem Jahr zum ersten Mal dabei, dem Standardization Council 4.0.

Die Ausschreibung richtete sich an alle Unternehmen und Institutionen im In - und Ausland. Zur Teilnahme zugelassen waren Produkte und Innovationen, die einen gewinnbringenden bzw. unterstützenden Beitrag im Zusammenhang mit Industrie 4.0 leisten. Sie müssen verfügbar sein und einen nachweislichen Industrie-4.0-Bezug haben.

Die Gewinner 2019 sind:

Platz 1: Automated Machine Learning Tool, Weidmüller

Platz 2: "piaOptimum", PIA Automation

Platz 3: "zero DEFECTS", Pickert & Partner

 

Wir gratulieren den Gewinnern ganz herzlich! 

 

Die Bewerbungsphase für den nächsten Industrie 4.0 Innovation Award startet bereits zur Hannover Messe 2020. Wir freuen uns auf eine erneut rege Teilnahme! 

Platz 1: Automated Machine Learning Tool, Weidmüller

Kurze Produktbeschreibung:

Machine Learning (ML) eröffnet den Maschinenbauern/-betreibern neue Möglichkeiten, ihre Maschinendaten zu analysieren und die Erkenntnisse zu nutzten, um beispielsweise Maschinenausfälle zu vermeiden. Allerdings erfordert der Einsatz von ML heute Spezialwissen. Deswegen übernehmen die Datenanalyse vornehmlich Data Scientists. Ihr Expertenwissen ist notwendig, um die Methoden der des maschinellen Lernens auf die Daten anzuwenden und Modelle zu entwickeln. Die zentrale Frage lautet, wie die ML-Methoden in ihrer industriellen Anwendung für Applikationsexperten handhabbar gemacht werden können und die Anwendung von ML in der Industrie beschleunigt wird. Mit dem Automated-Machine-Learning-Tool (Auto-ML-Tool) können Domänenexperten ML-Modelle eigenständig erstellen – ohne spezielles Wissen im Bereich ML. Das Auto-ML-Produkt übernimmt die Funktion eines Data-Science-Assistenten und führt den Nutzer durch den Prozess der Modellbildung für Anomalieerkennung, Klassifikation und Prädiktion. Weitere Bestandteile des Produkts sind eine automatisch skalierende und plattformunabhängige Ausführungsumgebung für die Modelle, ein Modul zur Modelloptimierung während des Betriebs sowie ein Modelhub für Modellmanagement und -konfiguration. Im Wesentlichen geht es darum, dass der Nutzer sein Applikationswissen über das Maschinenverhalten einbringt und das Auto-ML-Tool im Hintergrund automatisiert die ML-Pipelines erzeugt, Modelle trainiert, optimiert und vergleicht. 

Kriterien aus Sicht des einreichenden Unternehmens, die das Produkt zu einer Industrie-4.0-Innovation machen:

Zum Lösen eines ML-Problems sind tausende Freiheitsgrade festzulegen. Durch die Verknüpfung von Domänenwissen mit dem Auto-ML-Ansatz wird der Lösungsraum geschickt durchlaufen. Applikationsexperten werden erstmals befähigt, eigenständig auf Basis von Zeitreihendaten ML-Modelle zu kreieren, wofür automatisch applikationsrelevante Feature und ML-Pipelines erzeugt werden. Durch die innovative Kombination von ML-Verfahren kann bereits mit wenigen Daten ein performantes Modell erzeugt werden.

Produktnutzen für den Kunden:

Domänenexperten können in 20 min eigenständig und nur auf Basis ihres Applikationswissens ML-Modelle mit einer hohen Güte erzeugen. Das spart teure Projekte und beschleunigt die Anwendung von ML in der Industrie. Zudem kann das vorhandene Maschinen- und Prozesswissen optimal genutzt werden. Neue Anwendungsfälle von ML können schnell verprobt sowie einfach in den Betrieb überführt, skaliert und kontinuierlich optimiert werden. Für den Betrieb erlaubt die automatisch skalierende Runtime eine ressourceneffiziente sowie plattformunabhängige Modellausführung. Mit der Modelloptimierung können die Domänenexperten die Modelle im Betrieb erweitern und damit die Modellperformance steigern. Die offene Systemarchitektur erlaubt es, im Produkt ständig die neuesten und leistungsfähigsten Open-Source-ML-Bibliotheken zu integrieren. 

Nachweis der Alleinstellungsmerkmale bzw. des Kundennutzens in der praktischen Anwendung?

Das Auto-ML-Produkt wird mit den Modulen zur Modellerzeugung, zum -betrieb und zur -optimierung bei Pilotkunden eingesetzt. Wir konnten nachweisen, dass Applikationsingenieure intuitiv mit dem Produkt arbeiten, kein Lernaufwand zur Nutzung und kein Expertenwissen im Bereich ML notwendig sind. Es ist bestätigt, dass die Modellgüte im Vergleich zu einer generischen Auto-ML-Lösung überlegen ist, was auf die Kombination von Auto-ML und Applikationswissen zurückzuführen ist. Die Zeit zum Erstellen von Modellen liegt im Durchschnitt zwischen 15 min und 60 min. Erste Modelle liegen bereits nach ca. 15 min vor, sodass die Nutzer eine schnelle Rückmeldung erhalten. Insgesamt treffen wir auf eine hohe Nutzerakzeptanz. Insbesondere die Möglichkeit, unkompliziert mit einem Modell zur Anomalieerkennung (ohne Label) zu starten und im Betrieb weiter zu optimieren trifft die Erwartungshaltung der Kunden. Selbst Maschinenbauer mit einem eigenem Data-Science- und Digitalisierungs-Team sowie führende Plattformanbieter bestätigen den gewählten Ansatz sowie die durchgängige Umsetzung. Insbesondere der Ansatz mit einem Auto-ML-Tool nicht die Data Scientists zu adressieren, um deren Arbeit zu vereinfachen, sondern bewusst die Applikationsexperten in den Fokus zu stellen, begeistert die Kunden und demokratisiert die Anwendung von ML in der Industrie.

Platz 2: "piaOptimum", PIA Automation

Kurze Produktbeschreibung:

"piaOptimum" ist eine Applikation, die Engpässe in komplex verketteten Montageanlagen ermittelt und dank Datentransparenz die schnelle und nachhaltige Optimierung der Produktionseffizienz ermöglicht. Dabei kann sowohl die Leistung von Einzelstationen und Linienabschnitten als auch der Gesamtanlage für die Optimierung in den Blick genommen werden.

"piaOptimum" lässt sich flexibel an alle Arten von Automatisierungsanlagen anschließen. Das Besondere an der Applikation ist zum einen die Kleinteiligkeit der Datenanalysen. Neben Taktzeitanalysen von einzelnen Stationen ist es auch möglich, bis zu jeder einzelnen Bewegung Teiltakte und Subbewegungen aufzuzeichnen und auszuwerten. Sämtliche Meldungen und Störungen werden miterfasst. So lassen sich Prozessergebnisse im Detail bewerten und Sequenzvergleiche erstellen. Mit "piaOptimum" ist mit wenigen Klicks ersichtlich, an welcher Station und bei welcher Teilbewegung sich etwas so verändert hat, dass es Auswirkungen auf die gesamte Ausbringung hat.

Der zweite entscheidende Vorteil gegenüber Wettbewerbsprodukten ist die unkomplizierte Konfiguration aller gewünschten Datenpunkte über die Weboberfläche der Software. Es sind dazu keinerlei Anpassungen im SPS-Programm nötig, sondern "piaOptimum" ermöglicht eine absolut flexible Datenanbindung mittels OPC UA. Flexibel sind auch die Möglichkeiten des Zugriffs: Die Daten können sowohl vor Ort als auch per Fernwartungszugriff durch einen Servicetechniker ausgewertet werden.

Kriterien aus Sicht des einreichenden Unternehmens, die das Produkt zu einer Industrie-4.0-Innovation machen:

PIA verwendet einerseits Technologien, die sich im industriellen Umfeld durchgesetzt haben, wie der Kommunikationsstandard OPC UA. Andererseits wird auf branchenübergreifende Lösungen zurückgegriffen, wie statistische Methoden, die bei Trendvorhersagen oder im Finanzsektor verwendet werden. Mit dem Einsatz dieser modernen Technologien und Methoden sollen neue Maßstäbe gesetzt werden; genauso wie mit der Kombination aus industriellem Maschinenbau und agiler Softwareentwicklung.

Produktnutzen für den Kunden:

Mit dem Tool können Kunden die OEE und Produktivität steigern – und das in konkreten Schritten, die über die Datenauswertung eingeleitet werden. "piaOptimum" liefert – nach der Identifikation von Optimierungspotenzialen – konkrete Handlungsempfehlungen, die dann vom Betreiber oder PIA-Techniker umgesetzt werden.

Die Funktionalität der Software ist umfangreich und ermöglicht für unterschiedliche Zielgruppen spezifische Daten und Auswertungen. Für die Fehlerbehebung und damit Prozessoptimierung steht eine Anlagen- Wissensdatenbank zur Verfügung, das heißt es lassen sich Bedienungsanleitungen zu einzelnen Stationen hinterlegen und eigene Einträge erstellen.

Der Einsatz von "piaOptimum" ist an einzelnen Stationen, Teilbereichen, der gesamten Anlage oder einem ganzen Produktionsstandort möglich. PIA bietet dabei umfassenden Service, vom Aufbau der Montagelinie über das Analyse-Softwarepaket bis hin zu Optimierungsdienstleistungen durch das PIA-Analyse-Team.

Nachweis der Alleinstellungsmerkmale bzw. des Kundennutzens in der praktischen Anwendung?

Das Produkt befindet sich bereits in der Pilotphase mit ausgewählten Kunden aus der Automobilbranche. Folgende Verbesserungen haben sich durch den Einsatz von "piaOptimum" gezeigt:

  • Taktzeit-Reduktion: ca. 10 %,
  • Stillstands-Reduktion: ca. 15 % und
  • Steigerung Prozessstabilität/Qualität: ca. 10 %.


Dadurch, dass man die Linienbetreiber schnell von den Optimierungspotenzialen überzeugen kann, und die technische Anbindung einfach umsetzbar ist, ist bereits ein großer Pool an weiteren Interessenten entstanden. Dieser erstreckt sich von den großen deutschen OEM bis hin zu renommierten Tier-1-Automobilzulieferern.

Platz 3: "zero DEFECTS", Pickert & Partner

Kurze Produktbeschreibung:

"ZERO defects" besteht aus plattformgestützten und cloudbasierten Apps. Diese bieten essenzielle Funktionen für Qualität, Produktion und Prozesse. Die Apps sichern nicht nur die Prozesse ab, sondern unterstützen die Anwender auch bei der Entscheidungsfindung und sind konzipiert für ein iteratives und agiles Vorgehensmodell.

  • Der Taskmanager ist ein voll integriertes Kommunikations- und Aufgabensystem,
  • mithilfe des Process Designers werden Prozesse um qualitätsrelevante Prozessparameter erweitert,
  • mit der Nutzung des Product Designers werden Produkte um qualitätsrelevante Produktmerkmale erweitert,
  • das Dashboard ist das zentrale Überwachungs- und Anzeigeinstrument, welches auf einen Blick alle wichtigen Informationen für die jeweilige Rolle bietet und
  • durch die Traceability werden alle relevanten Produktions- und Qualitätsdaten erfasst und eine lückenlose Rückverfolgbarkeit gewährleistet


"ZERO defects" ist auf eine leichte und intuitive Bedienung ausgelegt ("Mobile First"). Ohne Schulung und mit wenigen Klicken kann schnell und einfach alles Wichtige eingegeben werden – ohne benötigte Details zu vernachlässigen. Durch den modularen Aufbau sind die Anwendungen an jeden Bedarf anpassbar.

Kriterien aus Sicht des einreichenden Unternehmens, die das Produkt zu einer Industrie-4.0-Innovation machen:

"ZERO defects" ermöglicht die vollständige Digitalisierung aller Produktions-, Prozess- und Qualitätsdaten und schafft so einen digitalen Zwilling jedes einzelnen individuellen Produkts.

Der modulare Aufbau ermöglicht die einfache Integration mit anderen Apps und Anwendungen, die eine ganzheitliche Betrachtung des Fertigungsgeschehens ermöglicht sowie Kollaboration und Kommunikation aller Bereiche fördert.

Produktnutzen für den Kunden:

"ZERO defects" ermöglicht:

  • Predictive Quality durch Prozessabsicherung & Fehlerverhinderung,
  • Kostenreduktion durch frühere Fehlererkennung/Fehlerentdeckung,
  • Erfüllung der Dokumentations- und Nachweispflicht durch vollständige Digitalisierung aller Produktions-, Prozess- und Qualitätsdaten,
  • Förderung von Kollaboration und Kommunikation sowie
  • iteratives Vorgehensmodell zur schrittweisen Erarbeitung einer Null-Fehler-Produktion.

Nachweis der Alleinstellungsmerkmale bzw. des Kundennutzens in der praktischen Anwendung?

Können dieses Vorgehensmodell sowie die signifikante und messbare Reduzierung von Fehlern tatsächlich funktionieren?

Das Konzept und die Ergebnisse wurden in bisher fünf konkreten Kundenprojekten - teilweise mit Werken in der ganzen Welt - erfolgreich nachgewiesen. Die Kunden schätzen vor allem die Absicherung und Verschränkung der Prozesse, die 100%ige Rückverfolgbarkeit und Transparenz der Daten sowie die einfache und schnelle Umsetzung - ohne jahrelange IT-Projekte mit ungewissem Ausgang.

Ohne Programmierung und unter Verwendung standardisierter Funktionen und Kommunikation wurde jeweils alles so abgesichert, dass zum jeweiligen Zeitpunkt auf Basis des aktuellen Wissens kein Teil das Werk verlässt, das nicht fehlerfrei ist.