Regler KI-gestützt parametrieren

Alles im grünen Bereich

Die Parametrierung von Anlagen ist zeitintensiv und erfordert Fachwissen – und findet demnach nur statt, wenn es nicht anders geht. Doch Datenanalyse und Algorithmen können künftig helfen, Produktionsanlagen und eingesetzten Ressourcen stets das Bestmögliche zu entlocken.

Struktur des Regelkreises 4.0. (Bild: T&G Automation GmbH)

Die unterschiedlichen Regler in Produktionsanlagen sind dezentral in den SPS-Steuerungen oder in Scada-Systemen implementiert. Da sich die Bedingungen in der Produktion fortwährend verändern und die Anpassung der dezentralen Regler aufwendig ist, arbeiten viele dieser Regler nicht optimal. Das führt zu Ausschuss in der Produktion, vorzeitigen Defekten der Produktionssysteme und erhöhtem Energieverbrauch. Neue Konzepte sind gefragt, welche die Dynamik der Produktion und ihres Umfeldes berücksichtigen können, ohne Eingriffe von Experten vorauszusetzen. Diese Konzepte behandelt der Artikel mit dem Begriff Regelung 4.0.

Prognosen in Regelung einbinden

Eine Methode, um den genannten Anforderungen an die Regelung gerecht zu werden, ist die Integration aktueller und historischer Daten aus der Produktion. Mit künstlicher Intelligenz verarbeitet, können diese Daten Aufschluss über die künftige Entwicklung der Produktion geben. Werden die Vorhersagen in die Echtzeitregelung der Produktion eingebunden, können Anlagenbetreiber mit einem deutlich besser ausgeregeltem Gesamtsystem rechnen. Dieser Eingriff in den Produktionsvorgang, basierend auf der Datenanalyse, ist komplex. Einem Stufenmodell von Gartner zufolge, im Bild vereinfacht dargestellt, stellt das Ableiten von Aktionen aus Daten die komplexeste Stufe der Datenanalyse dar. Sie bietet aber auch das größte Einsparpotential. Für diesen Schritt müssen die unteren Stufen des Modells bereits umgesetzt sein, also das Erfassen von Ereignissen sowie die Diagnose und Vorhersage von Ereignissen.

ANZEIGE

MES-Integrator und 360-Grad-Partner für optimierte Fertigung

Das Manufacturing Execution System (MES) HYDRA optimiert Produktionsprozesse für Fertigungsunternehmen, um Wettbewerbsvorteile zu erzielen.‣ weiterlesen

Steuerungszwillinge erstellen

Um dieses Niveau zu erreichen, fordert die Industrie Entwicklungswerkzeuge für ihre Ingenieure. Diese sollen entlang des gesamten Prozesses unterstützen, von der Datenaufnahme bis hin zur Modellentwicklung für die Regelung der Produktionsanlage. Die erstellten Modelle sind als digitaler Zwilling der Regelung zu verstehen, der in der Literatur auch als Steuerungszwilling bezeichnet wird. Daneben müssen die Werkzeuge die Ausführung dieser Modelle in Echtzeit und die Integration in die Produktion ermöglichen. Die Skalierbarkeit der Lösung ist ein entscheidender Punkt, da das ganze Potenzial der Methode erst durch eine tiefe Integration in die Regelung erreicht wird. Hierbei sollen die Werkzeuge eine inkrementelle Modernisierung der Regelung ermöglichen. Dabei fangen Projektverantwortliche meist mit den Regelkreisen mit dem größten Einsparpotenzial an, bevor sie weitere Anlagen einbinden. Neben der Parametrierung bestehender Regelkreise kann es wirtschaftlicher sein, statt der Parameter der Regelkreise die Sollwertvorgabe für diese Regelkreise zur Verfügung zu stellen, was als Kaskadenregelung bekannt ist.

Für Anwender ohne IT-Spezialwissen

Viele Softwarewerkzeuge können den hier geschilderten Prozess der Datenanalyse nicht vollständig unterstützen. Zudem brauchen Anwender zur Bedienung solcher Systeme häufig fundierte Kenntnisse der Datenanalyse, an denen es in vielen Produktionsunternehmen mangelt. In der Praxis verantwortet die Produktionsoptimierung sehr oft der Prozessverantwortliche oder die Energiebeauftragte. Um auf breiter Basis einsatzfähig zu sein, muss Optimierungsoftware zu den Bedürfnissen dieser Anwender passen.

Parametrierung kostet Zeit

Nach wie vor nutzt die Industrie meist PI- und PID-Regler, die durch Versuche am System parametriert werden. Die Initialwerte für den Versuch werden hier durch definierte Testfälle, wie der Aufnahme der Sprungantwort bestimmt. Da der Test des Reglers in kritischen Situationen am realen System nicht möglich ist, werden mathematische Modelle des Systems entwickelt, die sich in Simulationsumgebungen ausführen lassen. Da diese Parametrierungen viel Zeit kosten und Fachwissen voraussetzen, werden Regler überarbeitet, wenn es unausweichlich ist. Der Anstieg von Energiepreisen und Ausschuss in der Produktion sind typische Gründe, eine Parametrierung zu überarbeiten.

ANZEIGE

Breitbandausbau: Smartes Update für die Industrie

Der deutsche Glasfaserausbau treibt die Industrie der Zukunft voran. Mit vernetzten Maschinen im Internet der Dinge laufen Prozesse effizient und automatisiert ab.‣ weiterlesen

Automatisch geregelte Systeme

Um die manuelle Regler-Parametrierung zu automatisieren, lässt sich der Regelkreis durch Werkzeuge der Datenanalyse und künstlichen Intelligenz erweitern. So können Störgrößen berücksichtigt werden, die bei der manuellen Einstellung unberücksichtigt bleiben. Die anfallenden Daten können überdies im Produktionsmanagement-Systems genutzt werden. Damit lassen sich geregelte Systeme ständig im Wunschbereich halten, unabhängig von dynamischen Einflüssen wie die Qualität des verarbeiteten Rohstoffes, den Umweltbedingungen, der Produktionsauslastung und Wartungsaktivitäten.

Stufenmodell der Datenanalyse basierend auf Gartner. (Bild: T&G Automation GmbH)

Das könnte Sie auch interessieren:

Basis für produktlebenslange Optimierungen
Der virtuelle Zwilling und der digitale Produktpass

Viele Produzenten werden in den nächsten Jahren Energie-Labels und digitale Produktpässe einrichten müssen. Auch die Energiepreise treiben nachhaltigere Prozesse voran. Der digitale Zwilling rückt als Datenmodell in den Fokus. ‣ weiterlesen

Studie untersucht Industriesektoren in China
Industrie 4.0 hat weder positiven noch negativen Einfluss auf Energieverbrauch

Stimmt es, dass die Industrie 4.0 die Energieeffizienz verbessert und damit die Energieintensität in der Industrie verringert? Ein Team des Forschungsinstituts für Nachhaltigkeit (RIFS) hat zehn Sektoren der industriellen Fertigung Chinas zwischen 2006 und 2019 daraufhin analysiert. Das Fazit der Studie: Die Digitalisierung scheint nicht automatisch Energiesparpotenziale in der fertigenden Industrie zu entfalten. ‣ weiterlesen

Neue Funktionen von Guided Selling bis Case Management
SAP-Cloudsoftware für Service und Vertrieb mit 2023er-Update

Vertrieb und Service sollen bestehende Kunden an das Unternehmen binden und neue gewinnen. Mit der Version V2 hat SAP seine dabei unterstützende CRM-Software erweitert. Der Anbieter verspricht unter anderem höhere Effizienz und intuitivere Bedienung. ‣ weiterlesen

Large Language Models in Business-Software
Generative KI in ERP- und CRM-Systemen

Viele Unternehmen integrieren derzeit künstliche Intelligenz (KI) in ihre Geschäftsprozesse. Insbesondere generative KI-Systeme, die eigene Inhalte erstellen können, bieten großes Potenzial. Zum Beispiel bei der Automatisierung von Routineaufgaben. ‣ weiterlesen

Plus 74 Prozent in 10 Jahren
Industrie steigert Investitionen in Klimaschutz

Etwas mehr als 4Mrd.€ hat die deutsche Industrie im Jahr 2021 im Bereich Klimaschutz investiert. Wie das Statistische Bundesamt mitteilt, floss etwa die Hälfte dieser Investitionen in die Nutzung erneuerbarer Energien. ‣ weiterlesen

Krisenfest mit solider ERP-Software
Krisenfest mit solider ERP-Software

Der Druck auf Produktionsbetriebe bleibt hoch. Neben gesetzlichen Forderungen kommen Anzeichen einer Rezession bis hin zu Absatzsorgen hinzu. Viele Lieferketten stehen weiter unter Druck und Energie- sowie Rohstoffpreise werden zunehmend schwer zu kalkulieren. Hinzu kommt oft die Unsicherheit, welche Schritte der digitalen Transformation in dieser Lage schnelle Ergebnisse hervorbringen. Dabei sind jene Unternehmen klar im Vorteil, bei denen eine performante ERP-Software die nötigen Weichenstellungen schnell und effektiv unterstützt. ‣ weiterlesen

Applikationszentrum Bahngeführte Roboterbearbeitung
Fraunhofer-Forscher bringen Robotern hochpräzises Arbeiten bei

Roboter sind im Vergleich zu Bearbeitungszentren preiswert in der Anschaffung und flexibel in mehreren Bewegungsachsen programmierbar. Kommt es auf besondere Genauigkeit beim Zerspanen, Fügen oder Umformen an, müssen sie jedoch oft passen. Die Forscher des neu geschaffenen Applikationszentrums Bahngeführte Roboterbearbeitung am Fraunhofer IWU wollen dies ändern. ‣ weiterlesen

Digitalgestützte Zusammenarbeit
ERP-Prozesse und Projektarbeit eng verzahnt

Wie wichtig ein ERP-Datum auch ist – Hinweise auf den nächsten Prozessschritt finden sich darin selten. Die Mitarbeitenden der verschiedenen Abteilungen müssen die Projekte über andere Kommunikationswege voranbringen. Martin Gáyer von AMS.Solution schildert, wie der ERP-integrierte AMS.Taskmanager dazu Menschen innerhalb und außerhalb eines Unternehmens zusammenbringen kann.
‣ weiterlesen

Daten und Prozesse auf künstliche Intelligenz vorbereiten
ERP-Arbeitsplatz für die KI einrichten

Prozessautomatisierung, Anomalieerkennung, Lageroptimierung – im ERP-Kontext gibt es viele Einsatzmöglichkeiten für KI. Mit den neuen Fähigkeiten der Large Language Models wie GPT könnten sich bald sogar ganze Prozessketten durch künstliche Intelligenz unterstützen lassen. Doch dafür müssen Unternehmen ihre Daten vorbereiten und ihre Prozesse klar definiert im ERP-System verankern. ‣ weiterlesen

CO2-Fußabdruck und Ökobilanz verbessern
ERP-Software mit integriertem Nachhaltigkeitsmanagement

Die EU Taxonomy definiert erstmals auf europäischer Ebene, was unter einer nachhaltigen Wirtschaft zu verstehen ist. In Deutschland trat kürzlich das Lieferkettensorgfaltspflichtengesetz in Kraft – und die Anforderungen nach transparenten Nachhaltigkeitsinformationen werden ebenfalls steigen. Unternehmen kommen am Thema Nachhaltigkeit nicht vorbei. Wer anfallende Aufgaben effektiv und effizient lösen will, könnte auf ein ERP-System mit integriertem Energiemanagementsystem setzen. ‣ weiterlesen

Ingenieurmonitor
Engpässe bei Ingenieurberufen in Energie- und Elektrotechnik

„In den kommenden Jahren wird durch Demografie, Digitalisierung und Klimaschutz der Bedarf an Beschäftigten in Ingenieur- und Informatikberufen deutlich zunehmen“, sagt VDI-Arbeitsmarktexperte Ingo Rauhut. Der Ingenieurmonitor für das zweite Quartal 2023 zeigt einen starken Engpass bei den Ingenieurberufen Energie- und Elektrotechnik.‣ weiterlesen