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Der Betriebsleiter 11-12/2019

Der Betriebsleiter 11-12/2019

FERTIGUNGSTECHNIK

FERTIGUNGSTECHNIK Hybrides Entscheidungssystem Qualität der Fertigungsplanung mit KI deutlich erhöhen Autor: Dipl.-Ing. Gerd Rücker, Vertriebsleiter, becos GmbH, Stuttgart Die Anforderungen an eine flexible und effiziente Produktion steigen stetig. Vorlaufzeiten verringern sich. Schichtleiter und Fertigungsplaner müssen in immer kürzeren Zeiträumen Entscheidungen treffen. Schon heute kann dies nur durch IT-Systeme gewährleistet werden. Doch kein Planungssystem kommt ohne manuelle Eingriffe aus und noch fehlt es den Systemen an der Fähigkeit, aus den Eingriffen des Anwenders zu lernen. Künstliche Intelligenz soll dies ändern. Die Ursachen für die steigenden Ansprüche an Flexibilität und Effizienz in der Produktion liegen zum einen in der Individualisierung der Kundenwünsche. Sie führt zu einer erhöhten Produktvarianz. Zum anderen sorgen steigende Rohstoffkosten und der zunehmende Wettbewerbsdruck dafür, dass produzierende Unternehmen eine möglichst hohe Auslastung der Maschinen erreichen und Ausschüsse reduzieren müssen. Die Produktion wandelt sich von einer regelbasiert gesteuerten, sequenziellen Fertigung an klassischen Monolinien zu einer dynamischen Fertigung mit zahlreichen Produktvarianten bis hinunter zur Losgröße 1. Trotz weitgehender Automatisierung können die Anforderungen einer dynamischen Multivariantenproduktion nicht erfüllt werden und ERP- sowie MES-Systeme sind in der Produktion unverzichtbar. Diese Systeme decken jedoch die Produktion nicht vollständig digital ab. Kann zum Beispiel ein Fertigungsauftrag alternativ auf mehreren Maschinen eingeplant werden, muss sich der Planer entscheiden, welche er auswählt. Das System entwickelt auf Basis der vorhandenen Daten einen Fertigungsplan, in den der Fertigungsplaner eingreift, weil er Informationen zum Beispiel zu Alternativmaschinen, zum verfügbaren Personal oder zu Rüstzeiten hat, die nicht im System vorliegen. Mit der Zeit entwickelt der Planer Präferenzen, sogenanntes implizites Wissen, über das nur er verfügt, das aber nicht im Planungssystem vorhanden ist. Manuelle Eingriffe bei steigender Komplexität Auch wenn ERP- und MES-Lösungen die Prozessintegration entlang von Wertschöpfungsketten und Fertigungsprozessen immer weiter vorantreiben und versuchen, das implizite Wissen zu verringern, stoßen klassische Planungssysteme an ihre Grenzen. Die hohe Dynamik der Echtzeitanforderungen sowie die Notwendigkeit, unterschiedliche Optimierungsaspekte einer Multivariantenfertigung zu berücksichtigen, sind der Grund. Die erforderlichen manuellen 18 Der Betriebsleiter 11-12/2019

FERTIGUNGSTECHNIK Änderungen innerhalb der Fertigungsplanung werden außerhalb des Systems vorgenommen und haben so keinen Einfluss auf die zukünftige Planung durch das System. Praktisch gesprochen: Entscheidet der Planer, einen Auftrag aus diversen Gründen von Maschine 1 auf Maschine 2 zu legen, so muss er diese Änderung jedes Mal vornehmen, wenn bei zukünftigen Aufträgen die gleichen Gründe auftreten. Klassische Analysemethoden erkennen zwar durch die Auswertung historischer Daten die Änderung, nicht aber die Gründe für diese Entscheidung. Die einzige Alternative für den Planer ist der Eingriff ins Planungssystem. In einem hybriden Entscheidungssystem ergänzt die KI die Tätigkeiten und die Verantwortung des Planers Da ERP- und MES-Lösungen aber mit steigender Datenmenge und zunehmender Integration in weitere Unternehmensbereiche immer komplexer werden, kann der Planer diese Komplexität nur mit sehr hohem Aufwand nachvollziehen, manuelle Eingriffe in den Fertigungsplan werden immer schwieriger. An dieser Stelle kommt die KI bzw. maschinelles Lernen ins Spiel. KI ergänzt den Planer und ersetzt ihn nicht Wie sähe eine assistenzbasierte Fertigungsplanung und -steuerung auf KI-Basis aus? Vereinfacht gesagt lernt die KI aufgrund der Eingriffe durch den Planer, welche Änderungen dieser in Zukunft vornehmen wird. Die KI unterbreitet ihm entsprechende Vorschläge für die Planung bzw. Steuerung, die der Planer akzeptieren oder verändern kann. Die Entscheidung des Planers, den Vorschlag zu Planer und System kommunizieren per Chat Bot Eine möglichst genaue Feinplanung sorgt für einen reibungslosen Ablauf in der Fertigung. Aus diesem Grund hat sich der MES-Experte becos auf die Weiterentwicklung seiner Produktionsplanung innerhalb des MES konzentriert und dies Schritt für Schritt intelligenter gemacht. Das Ergebnis ist „Minerva“, das jüngste Kind der becos-EPS-Familie. Minerva ermöglicht eine moderne Kommunikation zwischen Verantwortlichen und Planungstool. Die Steuerung des Tools erfolgt mittels ChatBot. Hier schreibt der Planer seine Anforderungen hinein und das System antwortet ihm. „Minerva“ basiert auf mathematischen Algorithmen und berechnet in kurzer Zeit unterschiedlichste Handlungsalternativen für die jeweilige Planungsaufgabe und bewertet diese im Hinblick auf ihre jeweiligen Auswirkungen für betroffene KPIs. Der Planer kann auf dieser Grundlage eine deutlich verbesserte Entscheidung treffen, für welche Alternative er sich entscheidet. Die Nutzung von „Minerva“ ist einfach. Der Planer kommuniziert in seiner Sprache in einem Chat. „Minerva“ wandelt diese Anforderungen in zu berechnende Aufgaben um, ermittelt mögliche Alternativen, schlägt diese vor und ermittelt darüber hinaus noch deren Auswirkungen auf entsprechende KPIs. So ist auf einen Blick ersichtlich, welche Entscheidung welche Auswirkungen für den jeweiligen Fertigungsauftrag hat. „Minerva“, das jüngste Kind der becos-EPS-Familie. Minerva ermöglicht eine moderne Kommunikation zwischen Verantwortlichen und Planungstool akzeptieren oder zu ändern, geht wiederum in die Lernkurve der KI ein. Des Weiteren kann sie den Planer bei seiner Eingabe auf unplausible Konstellationen aufmerksam machen. Letztendlich ermöglicht sie eine situationsabhängige Planung und Steuerung, die präziser und verlässlicher ist als eine Entscheidung, die auf der Auswertung historischer Daten basiert. Die Entscheidungsvollmacht liegt weiterhin beim Planer. Mit Hilfe sogenannter Exception Rules kann er die KI übersteuern und überlässt die Entscheidung nicht dem System. In einem solchen hybriden Entscheidungssystem ergänzt die KI die Tätigkeiten und die Verantwortung des Planers. Sie reduziert den Aufwand für manuelle Eingriffe und das damit verbundene Risiko von Planungsfehlern. Nicht der Planer, sondern immer wiederkehrende Planungskorrekturen gehören in einer Produktion mit intelligenten Assistenzsystemen der Vergangenheit an. Da durch maschinelles Lernen das implizite Wissen sukzessive Teil des Systems wird, geht der Zugriff auf dieses Wissen nicht verloren, wenn der entsprechende Mitarbeiter ausfällt oder aus dem Unternehmen ausscheidet. Keine Zukunft ohne KI Der Einsatz von KI-Assistenzsystemen lohnt sich vor allem in Produktionen mit hoher Volatilität und dynamischem Marktumfeld. Ein Beispiel hierfür ist die Print-&-Packaging-Industrie, in der produzierende Unternehmen für viele Abnehmer sehr unterschiedliche Produkte fertigen. Die becos GmbH aus Stuttgart ist mit ihren MES- und IoT-Lösungen unter anderem in solchen Branchen aktiv und entwickelt KI-basierte Anwendungen für produzierende Unternehmen. In einem konkreten Einsatz einer assistenzbasierten Fertigungsplanung und -steuerung bei einem Verpackungshersteller erreichte becos bei einer automatischen Einplanungsquote von über 90 Prozent eine Planungszeitreduktion von bis zu 30 Prozent. Dieses Beispiel demonstriert das große Potenzial der Künstlichen Intelligenz, um die Planungsqualität in der Fertigung zu erhöhen. Unter den Bedingungen einer steigenden Fertigungsdynamik und eines zunehmenden Wettbewerbsdrucks ist der Einsatz KI-basierter Assistenzsysteme nicht nur eine Frage der Wirtschaftlichkeit, sondern auch der Zukunftsfähigkeit eines jeden produzierenden Unternehmens. www.becos.de Der Betriebsleiter 11-12/2019 19

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