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Forschungsprojekt ‚Kitos‘

Mit KI und TSN zur Industrie 4.0

Im Projekt ‘Kitos – Künstliche Intelligenz für TSN zur Optimierung und Störungserkennung‘ arbeiten Wissenschaftler und Ingenieure gemeinsam an Lösungen für ein dynamisches Netzwerkmanagement in der Industrie.


Im Projekt werden Konzepte für das Management TSN-basierter Netzwerke entwickelt – unterstützt durch künstliche Intelligenz (KI). Es sollen KI-Algorithmen entstehen, die Netzwerken die notwendige Dynamik und Zuverlässigkeit für Industrie 4.0-Szenarien geben und es den Anwendern erlauben, diese einfach und ohne tiefere Netzwerk- oder KI-Kenntnisse einsetzen zu können. Intelligente Werkzeuge sollen bei der Entscheidungsfindung unterstützen, erlauben eine effizientere Ressourcennutzung und ermöglichen performantere Konfigurationen. Für den aktiven Betrieb wird das Netzwerkmanagement mit KI-unterstützten Fehlererkennungs- und Adaptionsmechanismen gegen Ausfälle abgesichert.

Komplexe Aufgaben

Die Vernetzung von Maschinensteuerungen, Sensoren und Aktoren spielt in der Industrie eine tragende Rolle. Dabei gibt es zahlreiche echtzeitfähige und deterministische Kommunikationssysteme wie Profinet, EtherCAT oder Sercos, die inkompatibel zueinander sind. Zusätzlich unterscheiden sich die echtzeitfähigen Netzwerke der Feldebene von nicht echtzeitfähigen IT-Netzwerken. Diese verschiedenen Netzwerke miteinander zu verknüpfen ist sehr komplex und arbeitsintensiv.

Industrie 4.0 benötigt Unterstützung unterschiedlicher Anwendungsprofile im selben Netzwerk

Eine nachhaltige Steigerung von Effizienz und Flexibilität in der Produktion ist die Basis, um die Vision Industrie 4.0 weiter umzusetzen. Dazu müssen über dasselbe Netzwerk Anwendungen mit unterschiedlichen Anforderungen betrieben werden:

  • Anwendungen mit hohen Datenraten und niedriger Latenz (Verzögerung) wie Videoinspektion oder Augmented-Reality-Anwendungen zur Unterstützung von Wartungstechnikern.
  • Antriebs- und Robotersteuerungen mit extrem niedriger Latenz und hochgenauer Synchronität.

Bei der Umsetzung setzen die Konsortialpartner auf Time-Sensitive Networking (TSN). TSN ist ein Ethernet-basierter Standard, der sowohl eine geringe Übertragungslatenz als auch eine hohe Synchronität ermöglicht. Ein industrielles Anwendungsprofil für TSN wird gegenwärtig in der Norm IEEE/IEC 60802 erarbeitet. Eine manuelle Konfiguration ist zwar möglich, jedoch ist diese statisch und bisweilen sehr komplex. Die Initialkonfiguration sowie die Reaktion auf veränderte Kommunikationsanforderungen, die Optimierung von TSN Netzwerken im Betrieb und die Vermeidung von Störungen erfordern ein weitreichendes Netzwerk-Know-how, das oft nicht zur Verfügung steht. In Kitos sollen KI-Technologien, wie selbstlernende Verfahren, die sich stetig weiterentwickeln, genutzt und zur Konfiguration und Optimierung eines modernen Kommunikationsnetzes eingesetzt werden. Dadurch soll zum Beispiel ein besserer Schutz gegen Ausfälle erreicht oder auftretende Probleme bei Überlastungen gelöst werden.


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