TRUMPF en Fraunhofer IPA brengen Kunstmatige Intelligentie naar industriële rijpheid

Slimme Fabriek: TRUMPF en het Fraunhofer IPA zijn tot 2025 een onderzoekscoöperatie aangegaan om KI-oplossingen in de plaatbewerking rijp voor de industrie te maken. (Bron: Fraunhofer IPA, Rainer Bez)

Sorteringsgids: Een resultaat van de samenwerking is de Sorting Guide van TRUMPF, die met behulp van AI medewerkers ondersteunt bij het verwijderen van laser gesneden plaatonderdelen. (© TRUMPF)

Dr.-Ing. Thomas Schneider ist Geschäftsführer Entwicklung bei TRUMPF Werkzeugmaschinen. (© TRUMPF)

Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl is hoofd van het Fraunhofer IPA. (© Fraunhofer IPA)

TRUMPF en Fraunhofer IPA sluiten onderzoekscoöperatie tot 2025 af. Doel is om oplossingen te ontwikkelen voor de verbonden plaatbewerking met Kunstmatige Intelligentie.

Het hightechbedrijf TRUMPF en het Fraunhofer-instituut voor productie- en automatiseringstechniek IPA uit Stuttgart hebben tot 2025 een onderzoekscoöperatie afgesproken. Het doel is om oplossingen voor de verbonden productie met Kunstmatige Intelligentie (KI) klaar te maken voor industriële toepassing. Het subsidiebedrag voor het project bedraagt voor de komende vijf jaar ongeveer twee miljoen euro. In totaal zijn tien medewerkers van TRUMPF en het Fraunhofer IPA betrokken bij de projecten. »TRUMPF wil haar leidende positie op het gebied van KI in de plaatbewerking verder uitbreiden. Daarom investeren we nu al in toekomsttechnologieën die bedrijven grote efficiëntiewinsten opleveren en hun concurrentiekracht versterken«, zegt Thomas Schneider, managing director ontwikkeling bij TRUMPF Werkzeugmaschinen. TRUMPF en het Fraunhofer IPA werken al vijf jaar samen op het gebied van Smart Factory en willen de lopende projecten voortzetten binnen de nieuwe onderzoekscoöperatie. »Al jaren werken wij samen met TRUMPF aan het thema verbonden productie, omdat het bedrijf — net als wij — de ontwikkelingen rondom Industrie 4.0 als grote kans ziet. De komende jaren worden daarom zo spannend omdat ze alles zullen bepalen. We verwachten dat de COVID-19-pandemie hier als een katalysator zal werken: degenen die voorbereid zijn, zullen de kansen die zich daardoor voordoen, massaal benutten. Het zal nu dus ook blijken of wij ons met onze werkzaamheden in de gezamenlijke projecten goed hebben voorbereid op de toekomst«, zegt professor Thomas Bauernhansl, directeur van het Fraunhofer IPA.

Toekomstige projecten moeten KI verklaarbaar maken

In de komende vijf jaar willen TRUMPF en het Fraunhofer IPA onder andere oplossingen ontwikkelen voor een betere datakwaliteit in de productie. Want hoogwaardige data zijn de basis om met KI een efficiëntieverbetering te realiseren. In dit verband onderzoeken de partners vooral het thema »Verklaring van KI« (Engels: Explainable Artificial Intelligence, XAI). Het doel is om de werking van neurale netwerken inzichtelijk te maken. Voor de plaatbewerking zijn zulke resultaten van grote waarde. De uitkomsten van de data-analyse kunnen de kwaliteit van de productie verbeteren en kosten en tijd besparen.

Nieuwe oplossingen komen dicht bij marktintroductie

De samenwerking tussen TRUMPF en het Fraunhofer IPA op het gebied van digitale productie is al in 2015 gestart. De eerste resultaten staan nu op het punt om op de markt te komen. Hier hoort het assistentiesysteem »Sorting Guide« van TRUMPF bij, dat medewerkers ondersteunt bij het sorteren van laser-gesneden plaatonderdelen. De KI-oplossing herkent het verwijderproces en biedt de medewerker automatisch alle benodigde informatie voor de intralogistiek. Zo visualiseert het overzichtelijk bijpassende plaatonderdelen in verschillende kleuren, bijvoorbeeld op basis van de opdracht, de klant of de volgende bewerkingsstap. Op deze manier vervangt de oplossing begeleidende documenten, bespaart tijd en helpt fouten te voorkomen. Om op deze successen voort te bouwen, zetten de partners de strategische samenwerking voort.

Datakwaliteit voor productieplanning en -besturing in de plaatbewerking

Er bestaat een langdurige onderzoekscoöperatie tussen het Fraunhofer-instituut voor productie- en automatiseringstechniek IPA en TRUMPF Werkzeugmaschinen, die verschillende projecten over de toekomst van de plaatbewerking gezamenlijk behandelt. De samenwerking richt zich vooral op de klanten van TRUMPF: zij moeten door de resultaten hun dienstenaanbod verbeteren en zo hun klanten ondersteunen.

Klanteisen aan plaatbewerking

De klanten van plaatbewerkers stellen de volgende eisen: De plaatbewerking gebeurt vaak op maat en vaak als enkelstuks of kleine series. Aangezet door de onlinehandel uit de consumptie, verwachten de klanten korte levertijden en betrouwbare termijnen; velen vragen bovendien om expressopdrachten. Daarnaast is er sprake van hoge prijsdruk bij gelijke of verhoogde kwaliteitsnormen.

Uitdagingen bij productieplanning en -besturing voor plaatbewerkers

Een groot aantal kleine opdrachten met verschillende doorlooptijden moeten dus gepland worden qua timing (en prijs), en in de opdrachtuitvoering »in real-time« worden gemonitord en snel gestuurd. Dit geldt vooral voor expressopdrachten, die al afgesproken opdrachten niet mogen vertragen.

Datakwaliteit als enabler

Volledige, actuele en correcte bewegings- en stamgegevens vormen de basis voor effectieve productieplanning en -besturing (PPS). Deze kennis is al lang bekend. Maar in de praktijk blijft het verrassend moeilijk om een passende datakwaliteit te bereiken of te waarborgen: ontbrekende, onjuiste of te late feedback over de voortgang van opdrachten of de toestand van machines is nog steeds gebruikelijk.

Beoordeling van datakwaliteit

Om de beschikbare datakwaliteit objectief te beoordelen, ontwikkelde het project een beoordelingsmethode voor datakwaliteit en paste deze anoniem toe bij TRUMPF en haar klanten. Een illustratief voorbeeld is de zogenaamde »Sterrenhemelanalyse«. Deze vergelijkt datapaarsen van streef- en werkelijke waarden en visualiseert de resultaten. Zo toont de analyse van de bewerkingsduur op een machine:

- Uitzonderlijk opvallend: Streef- en werkelijke waarden wijken opvallend sterk van elkaar af (rode gebied). Deze processen zijn dus zeer onzeker: dit wijst ofwel op technische oorzaken zoals bewerkingen in het technologische grensgebied, of op het niet consequent naleven van organisatievoorschriften door medewerkers (nullen wijzen op een gezamenlijke bewerking en terugmelding van verschillende werkvolgordes, zodat voor de anderen geen werkelijke tijden worden gerapporteerd).
- Uitzonderlijk nauwkeurig: Langs de hoekhalvering (gele gebied) wijken streef- en werkelijke waarden opvallend weinig van elkaar af. Hier geldt: ofwel is de meetnauwkeurigheid te laag, ofwel hebben medewerkers de gegevens zo gemanipuleerd dat leidinggevenden zo min mogelijk vragen stellen.

Tracking-systemen ter verbetering van de datakwaliteit

In principe zijn organisatorische en technische maatregelen mogelijk. Om medewerkers te ontlasten van de vervelende en niet-waarde toevoegende routinematige terugmeldingen, zette het project de verdere implementatie van technische maatregelen voort. De implementatie van de visie van een grotendeels geautomatiseerde bewegingsgegevensverzameling vereist een geschikt tracking-systeem. Dit moet de opdracht op haar productiepad volgen en de benodigde informatie leveren. Het door TRUMPF ontwikkelde systeem Track & Trace volgt de productiestroom op opdrachtniveau, vervangt zo de handmatige invoer door de medewerker en verbetert de datakwaliteit aanzienlijk. Alleen zo'n aanpak vormt de basis voor een verbeterde PPS en wijst de weg naar een zelfsturende productie.