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 Künstliche Intelligenz für Maschinen hilft Mensch und Umwelt (c) SKZ
Vliesstoff-Kompaktanlage (DILO) zur Herstellung von Nadel-Vliesen aus Sonderfasern.
23.06.2021

Künstliche Intelligenz für Maschinen hilft Mensch und Umwelt

Der Maschinenbau ist eine Stärke der deutschen Industrie. In Leitbranchen, deren Produkte in einem globalisierten Umfeld starker Konkurrenz ausgesetzt sind, kann der Einsatz Künstlicher Intelligenz (KI) dazu beitragen, Industriekapazitäten und Knowhow in Deutschland zu halten, im Maschinenbau und nachgelagerten Branchen. Doch erst durch praxisnahe Anwendung in der Industrie kann KI seine Stärken für Unternehmen voll entfalten. Wie das mit dem Beitrag angewandter Forschung geht, zeigen Textilindustrie und -maschinenbau ebenso wie die Kunststoffbranche.

Mit der Corona-Krise sind Vliesstoffe über die Fachwelt hinaus bekannt geworden, denn sie bilden das Ausgangsmaterial für Schutzmasken. Die aufgetretenen Engpässe am Markt 2020 zeigten, wie stark Deutschland hier von Lieferungen aus dem Ausland abhängig ist. Zugleich ist Deutschland in anderen Vliesstoff-Segmenten und bei Maschinen für die Vliesstoffherstellung eine wichtige Größe auf den Weltmärkten. Damit das so bleibt, arbeitet die Branche an Innovationen. Ein zentraler Baustein dafür: Die Nutzung Künstlicher Intelligenz (KI).

Das Auge auf der lernenden Maschine

Der Maschinenbau ist eine Stärke der deutschen Industrie. In Leitbranchen, deren Produkte in einem globalisierten Umfeld starker Konkurrenz ausgesetzt sind, kann der Einsatz Künstlicher Intelligenz (KI) dazu beitragen, Industriekapazitäten und Knowhow in Deutschland zu halten, im Maschinenbau und nachgelagerten Branchen. Doch erst durch praxisnahe Anwendung in der Industrie kann KI seine Stärken für Unternehmen voll entfalten. Wie das mit dem Beitrag angewandter Forschung geht, zeigen Textilindustrie und -maschinenbau ebenso wie die Kunststoffbranche.

Mit der Corona-Krise sind Vliesstoffe über die Fachwelt hinaus bekannt geworden, denn sie bilden das Ausgangsmaterial für Schutzmasken. Die aufgetretenen Engpässe am Markt 2020 zeigten, wie stark Deutschland hier von Lieferungen aus dem Ausland abhängig ist. Zugleich ist Deutschland in anderen Vliesstoff-Segmenten und bei Maschinen für die Vliesstoffherstellung eine wichtige Größe auf den Weltmärkten. Damit das so bleibt, arbeitet die Branche an Innovationen. Ein zentraler Baustein dafür: Die Nutzung Künstlicher Intelligenz (KI).

Das Auge auf der lernenden Maschine

Am ITA Augsburg hat man dafür Grundlagen in einem Projekt gelegt, auf denen sich nun aufbauen lässt. Die Vision: Die Maschine zur Vliesstoffproduktion passt die Parameter entsprechend den Erfordernissen im laufenden Betrieb autonom an. Etwaig auftretende Fehler werden von der Maschine selbstständig diagnostiziert, die Drehzahlen entsprechend angepasst. „Wir haben im Projekt EasyVlies gezeigt, wie sich mit der Nutzung von Algorithmen für die Vliesstoffproduktion Material- und Energiekosten einsparen lassen. Zusammen mit Partnern aus der Industrie haben wir erreicht, dass die Maschine zentrale Parameter wie Drehzahlen und Abstände, von denen eine große Kombinationsmenge für das Erreichen der gewünschten Produktqualität notwendig sind, durch das entwickelte KI-Modell vorhergesagt werden. „Die Abstände der bis zu 40 Arbeitselemente in der Maschine bestimmen dabei in Kombination mit den Drehzahlen der beteiligten Walzen die Öffnung der Faserflocken bis zur Einzelfaser und die Bildung des Vlieses“, erläutert ITA-Augsburg Geschäftsführer Prof. Stefan Schlichter. Die naturwissenschaftlichen Zusammenhänge und Wechselwirkungen zwischen den Drehzahlen und den Qualitätsparametern der Vliesstoffproduktion sind nicht eindeutig bekannt. Gerade deshalb kann KI hier seine Vorteile ausspielen. „Denn Künstliche Intelligenz kann auch diffuse Zusammenhänge modellieren und simulieren“, betont Schlichter. Die Algorithmen dafür hat Maschinenbauingenieur Dr. Frederik Cloppenburg aus dem Aachener ITA-Stammhaus entwickelt, 280 Versuche wurden im Zusammenspiel mit der KI-Entwicklung durchgeführt.

In der unternehmerischen Praxis lernen die Algorithmen nun hinzu. Das zeigt  bei einem Vliesstoffbetrieb der Fahrzeugbranche bereits erste Erfolge in der betrieblichen Praxis. Im nächsten Schritt arbeiten die ITA-Forschenden daran, Messtechnik wie Kamerasysteme und strahlungsbasierte Messsysteme für die Gleichmäßigkeit des Vliesstoffs in die Maschinen zu integrieren. Ziel: Fehler so prognostizieren, dass sie gar nicht erst auftreten. Das Aufkommen an Vliesstoff-Ausschuss soll so um 30 bis 50 Prozent sinken. Angesichts von bislang jährlich allein in Deutschland anfallender Ausschussware im Wert von 150 Mio. Euro, das entspricht 10 Prozent des Branchenumsatzes, ein erheblicher Anreiz. „Die hoch qualifizierten Facharbeiter beaufsichtigen sozusagen die lernende Maschine“, erklärt Schlichter.

Industrie 4.0 wird in der Kunststoffbranche künftig auch benötigt, um das Ziel höherer Recyclingquoten zu erreichen. Denn eine weniger einheitliche Rohstoffbasis macht lernende Maschinen noch wertvoller. Das ist auch Ausgangspunkt des vom Bundesforschungsministerium (BMBF) geförderten Verbundprojekts CYCLOPS des Kunststoff-Zentrums (SKZ) und namhaften Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft. Durch den Einsatz von KI sollen Materialströme automatisiert klassifiziert werden, damit sie sich optimal verwenden lassen. „Die Maschinen sollen künftig eigenständig erkennen, in welche Anwendungen produzierte Materialien eines bestimmten Typs gehen können“ erläutert SKZ-Gruppenleiter Digitalisierung, Christoph Kugler. Ein Faktor: Die Fließfähigkeit des Kunststoffs, seine Viskosität. Je kürzer die Polymerketten des Materials, desto größer, vereinfacht gesagt, ihre Fließfähigkeit. Für diese Fließfähigkeit spielt andererseits auch das Druckniveau in der Maschine eine Rolle. Hier kommt wiederum die KI ins Spiel: „Durch Künstliche Intelligenz können Materialeigenschaften und selbst lernende Maschinensteuerungen sehr gut ineinanderwirken, so unsere Erwartung“, erklärt Kugler. Grundlage für die angewandte Forschung im Projekt CYCLOPS sind sowohl Prozessdaten aus den Maschinen, welche die Materialqualität beschreiben können, als auch Daten entlang des Lebenswegs von Material und Produkt. Im Rahmen des Projektes werden damit die Transparenz und die Informationsdichte erhöht, welche nach wie vor einige der größten Hemmnisse der Kreislaufwirtschaft sind.

Neue Expertisefelder wie Erklärbare KI erschlossen

Das SKZ baut mit dem Projekt auf KI-Expertise auf, die über abgeschlossene und noch laufende Projekte erarbeitet wurde. In der Vergangenheit lag der Schwerpunkt in der Entwicklung sogenannter Softsensoren aus Prozessdaten zur Berechnung komplexer Qualitätskennwerte wie z.B. Viskosität oder Vernetzungsgrad des Kunststoffs. Durch die Weiterentwicklung der Technologie werden neue Expertisefelder erschlossen, so z.B. Optimierung der Prozessmodellierung durch KI, Prognose von Materialverhalten unter Last oder auch erklärbare KI (XAI), sie beschreibt den Weg, auf dem Algorithmen zu ihren Ergebnissen gelangen. In den letzten Jahren wurde ebenfalls der Einsatz von digitalen Technologien und KI im Kontext der Kreislaufwirtschaft am SKZ forciert, so in den noch jeweils bis ins nächste Jahr hinein laufenden Projekten Di-Plast und DiLinK. Während Di-Plast ein EU-Projekt ist, wird DiLink ebenfalls vom BMBF gefördert. Mit dem FIR e.V. ist ein weiteres Institut der Zuse-Gemeinschaft im DiLink-Projektkonsortium vertreten, mit dem Fokus auf dem Thema Geschäftsmodelle. Denn diese verändern sich durch das Vordringen der KI in immer mehr Aspekten des Maschinenbaus.

RINCO ULTRASONICS eröffnet Niederlassung in Mexiko (c) Rinco Ultrasonics AG
„In Querétaro, etwa 200 km nordwestlich von Mexiko-City, verfügt RINCO ULTRASONICS in der neuen Niederlassung über ein anwendungstechnisches Versuchslabor. Die Wege zu Kunden und Partnern in Zentralamerika verkürzen sich dadurch zukünftig drastisch.“ Serge Patamia, Geschäftsführer
19.05.2021

Rinco Ultrasonics AG eröffnet Niederlassung in Mexiko

Mit einer eigenen Niederlassung in Mexiko verstärkt RINCO ULTRASONICS seine Marktpräsenz in Zentralamerika, einem wichtigen Markt für die Automobilzulieferindustrie.

Mit der Gründung der elften Niederlassung weltweit und der ersten in Zentralamerika unterstreicht RINCO ULTRASONICS die Wichtigkeit des zentralamerikanischen Marktes. „Die Automobilzuliefererindustrie ist einer der stärksten Industriezweige in Mexiko und einer der wichtigsten Märkte für die RINCO. Deshalb werden wir mit der Niederlassung in Querétaro, 200 km von Mexiko-Stadt, die Wege zu unseren Kunden und Partnern verkürzen“, erläutert Serge Patamia, Geschäftsführer der RINCO ULTRASONICS. „Wir genießen vor Ort ein hohes Vertrauen bei unseren Kunden und Partnern, das wir mit diesem Schritt weiter stärken. Die Investition unterstreicht unser Engagement im zentralamerikanischen Markt.“

Country Manager Mexiko wird José Armando Vázquez, der als Persönlichkeit mit viel Leidenschaft und Fachkompetenz diese Funktion ausfüllt. Vazquez ist in der Automobilindustrie groß geworden und kennt sich mit den Bedürfnissen und Anforderungen der Zuliefererindustrie und der Kunststoffbranche bestens aus.

Mit einer eigenen Niederlassung in Mexiko verstärkt RINCO ULTRASONICS seine Marktpräsenz in Zentralamerika, einem wichtigen Markt für die Automobilzulieferindustrie.

Mit der Gründung der elften Niederlassung weltweit und der ersten in Zentralamerika unterstreicht RINCO ULTRASONICS die Wichtigkeit des zentralamerikanischen Marktes. „Die Automobilzuliefererindustrie ist einer der stärksten Industriezweige in Mexiko und einer der wichtigsten Märkte für die RINCO. Deshalb werden wir mit der Niederlassung in Querétaro, 200 km von Mexiko-Stadt, die Wege zu unseren Kunden und Partnern verkürzen“, erläutert Serge Patamia, Geschäftsführer der RINCO ULTRASONICS. „Wir genießen vor Ort ein hohes Vertrauen bei unseren Kunden und Partnern, das wir mit diesem Schritt weiter stärken. Die Investition unterstreicht unser Engagement im zentralamerikanischen Markt.“

Country Manager Mexiko wird José Armando Vázquez, der als Persönlichkeit mit viel Leidenschaft und Fachkompetenz diese Funktion ausfüllt. Vazquez ist in der Automobilindustrie groß geworden und kennt sich mit den Bedürfnissen und Anforderungen der Zuliefererindustrie und der Kunststoffbranche bestens aus.

Kunden und Interessenten aus Mexiko haben nun vor Ort in José Armando Vázquez einen Ansprechpartner, der mit RINCO ULTRASONICS MEXICO in Querétaro für schweizerische Perfektion steht. Neben dem Vertrieb hält RINCO in Mexiko auch einige technische Dienste wie beispielsweise ein anwendungstechnisches Versuchslabor sowie diverse Serviceeinrichtungen vor, die partnerschaftliche Entwicklungen und neue Projekte ermöglichen.

„Unser Ziel ist, die Anwender unserer Ultraschalltechnologie zu begeistern und Ihnen einen spürbaren Mehrwert zu bieten, so dass durch unsere Lösungen – wie beispielsweise den Ultraschall-Generator AGM Pro – Zeit und Material eingespart werden kann“, formuliert Serge Patamia, was Kunden in Zentralamerika erwarten dürfen.

TU Ilmenau und TITK Rudolstadt schaffen gemeinsame Professur für Kunststofftechnik © TU Ilmenau/Michael Reichel
Ernennung von Florian Puch zum Universitätsprofessor an der TU Ilmenau (v.l.n.r.: Benjamin Redlingshöfer, Direktor TITK Rudolstadt, Prof. Florian Puch, Prof. Kai-Uwe Sattler, Präsident TU Ilmenau)
01.03.2021

TU Ilmenau und TITK Rudolstadt schaffen gemeinsame Professur für Kunststofftechnik

Ab 1. März 2021 ist Dr.-Ing. Florian Puch Universitätsprofessor an der Technischen Universität Ilmenau und Leiter des Fachgebiets Kunststofftechnik. Gleichzeitig wird er neuer wissenschaftlicher Leiter am Thüringischen Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung (TITK) in Rudolstadt, einem An-Institut der TU Ilmenau. Im Mittelpunkt seiner neuen Tätigkeit in Forschung und Lehre steht die Funktionalisierung von Kunststoffen und die Konzeption und Realisation neuartiger Maschinensysteme für die Kunststoffverarbeitung. Im Thüringer Innovationszentrum Mobilität (ThIMo), das an der TU Ilmenau ansässig ist, wird er den Kompetenzschwerpunkt „Kunststofftechnik und Leichtbau“ verantworten. Dabei stehen Technologien zur Herstellung und zum Recycling von faserverstärkten Kunststoffen für die Automobilindustrie im Fokus.

Ab 1. März 2021 ist Dr.-Ing. Florian Puch Universitätsprofessor an der Technischen Universität Ilmenau und Leiter des Fachgebiets Kunststofftechnik. Gleichzeitig wird er neuer wissenschaftlicher Leiter am Thüringischen Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung (TITK) in Rudolstadt, einem An-Institut der TU Ilmenau. Im Mittelpunkt seiner neuen Tätigkeit in Forschung und Lehre steht die Funktionalisierung von Kunststoffen und die Konzeption und Realisation neuartiger Maschinensysteme für die Kunststoffverarbeitung. Im Thüringer Innovationszentrum Mobilität (ThIMo), das an der TU Ilmenau ansässig ist, wird er den Kompetenzschwerpunkt „Kunststofftechnik und Leichtbau“ verantworten. Dabei stehen Technologien zur Herstellung und zum Recycling von faserverstärkten Kunststoffen für die Automobilindustrie im Fokus.

Seine wissenschaftliche Karriere begann Florian Puch am Institut für Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen. Dort leitete er die Arbeitsgruppe Compoundierung und promovierte 2015 zum Thema „Herstellung und Eigenschaften von Kohlenstoffnanoröhrchen-Polyamid-6-Kompositen“. Anschließend war Prof. Puch bei der BASF SE in Ludwigshafen zunächst in der globalen Forschung tätig, bevor er im Geschäftsbereich Bauchemie Funktionen in der Technologie und im Marketing wahrnahm. Zuletzt arbeitete er als Global Launch Manager für die MBCC Group in Mannheim, einem aus der BASF ausgegründeten Anbieter bauchemischer Produkte und Lösungen. Der Fachwelt ist Florian Puch durch mehr als 50 Publikationen, Fachvorträge auf nationalen und internationalen Konferenzen sowie Patentanmeldungen bekannt.

Als Professor für Kunststofftechnik arbeitet Florian Puch künftig viel an der Schnittstelle zwischen TU Ilmenau und TITK Rudolstadt. Beide Einrichtungen wirken seit Jahren eng zusammen. Während die Universität Grundlagenforschung in den Werkstoff- und Materialwissenschaften betreibt, überführt das TITK, eines der führenden privaten Materialforschungsinstitute auf dem Gebiet der polymeren Funktions- und Konstruktionswerkstoffe, innovative Entwicklungen in Wirtschaft und Industrie. Diese Verbindung war es auch, die den 38-Jährigen mit bewogen hat, aus Stuttgart nach Thüringen zu ziehen: „Die Grundlagenforschung an der TU Ilmenau und die wirtschaftsnahe Forschung am TITK Rudolstadt ergänzen sich hervorragend, um die gesamte Innovationskette für die Kunststoffbranche in Thüringen und darüber hinaus durchgängig abzubilden“.

Der Dekan der Fakultät Maschinenbau, Prof. Thomas Fröhlich, ist glücklich über die Verstärkung des Wissenschaftlerteams, das sich mit den maschinenbaulichen Aspekten der Kunststofftechnik befasst – entlang der gesamten Wertschöpfung vom Werkstoff über die Be- und Verarbeitung bis zur Anwendung: „Mit Florian Puch gewinnen wir eine herausragende Persönlichkeit, die die Kunststofftechnik für unsere Fakultät in der Gesamtbreite vertreten kann und somit die Themen der Kunststoffbearbeitung und des Leichtbaus in Forschung und Lehre hervorragend besetzen wird.“

Am TITK Rudolstadt übernimmt Prof. Florian Puch die neu geschaffene Stelle des wissenschaftlichen Leiters. Ziel ist es, so noch besser zu ganzheitlichen Lösungen für Kunden und Partner zu kommen: „Als größte wirtschaftsnahe, nicht grundfinanzierte Forschungseinrichtung Thüringens agieren wir eng am Bedarf der Industrie und fokussieren auf den Transfer von Forschungsergebnissen“, sagt TITK-Direktor Benjamin Redlingshöfer. „Wir streben danach, sie rasch in markttaugliche Anwendungen von hohem Innovationsgehalt zu überführen. Auf diese Weise verhelfen wir unseren Kunden und Auftraggebern aus der mittelständischen Wirtschaft zu einem Innovationsvorsprung.“