Aus der Branche

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.

Veränderte Kundenerwartungen stellen Hersteller aus der Textilbranche vor neue Herausforderungen. Wie Produkte innovativ, smart, nachhaltig und ressourcenschonend hergestellt werden können, zeigten jetzt Studierende des Fachbereichs Textil- und Bekleidungstechnik der Hochschule Niederrhein. Sie hatten zuvor in 16 interdisziplinären, teils internationalen Projektteams unter industrienahen Bedingungen gearbeitet.

„Die Studierenden sammeln in dieser besonderen Lehrveranstaltung durch die praktische und eigenständig organisierte Arbeit mit Problemstellungen realer Auftraggeber aus der Industrie wertvolle Projekterfahrung“, erklärte Prof. Dr. Kerstin Zöll vom Projekte-Steuerkreis. Am Ende wählte dieser das Siegerteam: acht Studierende, die für Vowalon Beschichtungs GmbH einen Kinderrucksack aus Kunstleder mit Lichteffekten entwickelt haben.

„Leider ist die häufigste Todesursache im Kindesalter noch immer der Unfall im Straßenverkehr. Wir möchten mit einem spielerischen Produkt zu einer besseren Sicherheit für Kinder beitragen“, sagte Camille Schwarz aus dem Team. Damit Kinder den Rucksack gerne nutzen, wurde er als kleines Monster mit dem Namen Lumi konzipiert. Lumi ist ein Freund und Beschützer für die Kinder. Seine Augen strahlen durch LEDs und seine Zähne leuchten dank reflektierender Materialien. Zusätzlich realisierten die Studierenden Werbefotos und ein Infovideo für die Vermarktung.

Ebenfalls smart und funktional ist das von anderen Studierenden entwickelte textile Exponat für den MINT-Truck der Dr. Hans-Riegel Stiftung Bonn. Ein weiteres Themengebiet waren Online-Shop-Konzepte. So erarbeitete ein Team ein Modell, mit dem das Unternehmen Walther Faltsysteme auch private Endkunden erreichen kann.

Ein großes Thema sind nachhaltige und ressourcenschonend hergestellte Produkte. Für Epson Deutschland entwickelte ein Team Produkte, die die Möglichkeiten des Digitaldrucks veranschaulichen.

Für den Verein Femnet e.V. entwarfen Studierende ein Planspiel zum Thema Sharing Economy. Und für Kelheim Fibres erarbeitete ein Team Produkte, in denen statt Plastik Viskose verarbeitet wird.

Für OEKO-TEX Service aus Zürich entwickelten Studierende eine Unisex-Kollektion aus zertifizierten Materialien, die „modisch, absolut produkt-wandelbar und so funktional, dass sie Jahreszeite-übergreifend tragbar ist“, wie Generalsekretär Georg Dieners sagte, der bei der Präsentation dabei war und selbst an der Hochschule Niederrhein studiert hat.

Am 30. Juni 2017 fand die jährliche Mitgliederversammlung der Industrievereinigung Chemiefaser e. V. (IVC) statt, auf der die offiziellen Daten über das abgelaufene Geschäftsjahr sowie Ausblicke auf das laufende Jahr bekannt gegeben wurden. Turnusgemäß erfolgte die Neuwahl des Vorsitzenden und des stellvertretenden Vorsitzenden der IVC. Sowohl der bisherige Vorsitzende, Herr Stefan Braun von der Dralon GmbH (Dormagen), als auch sein bisheriger Stellvertreter, Herr Klaus Holz von der Trevira GmbH (Bobingen), wurden in ihrem Amt für die nächsten drei Jahre bestätigt. Die Position des Schatzmeisters der IVC, die Herr Dr. Till Boldt von der ENKA International GmbH & Co. KG (Wuppertal) innehat, stand in diesem Jahr nicht zur Neuwahl an.
Die Nachfrage an Fasern befindet sich weltweit im stetigen Wachstum, mit dem nach wie vor nur Chemiefasern Schritt halten können. Global konnte der gestiegenen Nachfrage mit einer Erhöhung der Chemiefaserproduktion um + 6,6 % entsprochen werden, zu der die synthetischen (Polyacrylnitril, Polyamid, Polyester etc.) und cellulosischen Chemiefasern (Viskose, Modal, Lyocell etc.) gleichermaßen beitrugen. Die Baumwollproduktion zeigte nur einen vernachlässigbaren Zuwachs, die Wollproduktion stagnierte im Vergleich zum Vorjahr. Auch in Deutschland stieg die Nachfrage an Fasern um + 1,3 %, wobei die Anwendungen im technischen Bereich mit + 3,5 % Zuwachs deutlich zulegten. Das Segment der Heimtextilien stabilisierte sich mit + 1,4 %, wohingegen die Verarbeitung von Fasern für Bekleidung mit – 4,1 % rückläufig war. Prozentual ging letztgenannter Rückgang vor allem zu Lasten der Baumwollverarbeitung, wohingegen sich Wolle als Rohstoff für Bekleidung einer deutlich gestiegenen Beliebtheit erfreute. Chemiefasern haben ihren Platz in spezialisierten Bekleidungsbereichen gefunden und wurden von diesem Trend kaum tangiert. Bei technischen Anwendungen konnten Chemiefasern ihre Position entgegen einer „gefühlten“ öffentlichen Einschätzung wieder ausbauen, obwohl vielfach nach Alternativen zu Chemiefasern in diesem Anwendungsgebiet gesucht wird.