EMILIE
Thema: Sichere und robuste Zustandsüberwachung und Prozess-Steuerung mittels intelligenter Edge-Elektronik
Laufzeit: 08/2022 bis 07/2025
Projektleitung: Prof. Dr. Richard Sethmann
Projektpartner:
- Real-Time Systems GmbH (Projektkoordination)
- Fraunhofer Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM)
- Gebr. Pfeiffer SE
- Magnetic Sense GmbH
- Mobotix AG Kamerahersteller
- Hochschule Bremen, Forschungsgruppe Rechnernetze und Informationssicherheit (FRI)
Projektbeschreibung:
Ziel in EMILIE ist die signifikante Verbesserung der Elektronik dezentraler, lokal an Industrieanlagen angebrachter Sensoren (hier magnetostriktive Sensoren, hochauflösende Kameras) und Edge-Gateways zur sichereren, KI-basierten Datenerfassung und Informationsverarbeitung. Die umzusetzenden technischen Maßnahmen, erzielen bei komplexen Produktionsprozessen (Zementmühlen der Gebr. Pfeiffer SE, weitere Industrieanlagen betreut durch den assoziierten Partner HIMA) messbare Verbesserungen im Durchsatz, Energieeffizienz und betrieblichem Verschleiß:
- Überwachung von Betriebszuständen mit ressourcenschonender prädiktiver Instandhaltung zur Minimierung geplanter und ungeplanter Ausfälle.
- Automatisierte, zustandsbasierte Prozesssteuerung des Betriebsmodus energieintensiver Anlagen in energieoptimierte bzw. effizientere Bereiche.
Fokus sind erweiterte Edge-Devices, deren Einsatz zur Zielerreichung benötigt werden:
- Skalierende, vertrauenswürdige, lokal verbleibende Datenhaltung durch intelligente Datenvorverarbeitung in induktiven Sensoren, Kameras und Edge-Gateways,
- Am Edge-Device implementierte KI-Verfahren, die echtzeitnah und nachvollziehbar Zustandsmuster identifizieren, die die Ereignisse erfasster Situationen ermitteln und bewerten bzw. die Prozesse innerhalb der Anlagen ressourcen- und energieeffizient steuern.
- Ressourceneffiziente, digitale Weitergabe von gesicherten Informationen und relevanten Historien zu erkannten Ereignissen ohne Übermittlung der Rohdaten.
Die Forschungsgruppe für Rechnernetze und Informationssicherheit (FRI) der Hochschule Bremen bringt hier ihre Expertise im Bereich der Informationssicherheit ein. Im Schwerpunkt erarbeitet die FRI innovative Konzepte, um die Vertrauenswürdigkeit zwischen Sensoren, Edge-Devices und der Cloudanbindung zu erhöhen. Dabei werden entlang der digitalen Wertschöpfungskette neben Knowhow-Transfer an die Projektpartner, sichere Architekturen für die industrienahe Umsetzung in die Praxis überführt.
Das Ergebnis ist das in EMILIE implementierte Referenzsystem. Bestehend aus Kamerasystem, magnetostriktiven Sensoren, Edge-Gateways, sowie in der Systemsoftware implementierte KI-Verfahren zum Edge-Computing, ermöglicht dies eine lokale, über die Anlagen verteilte Zustandsüberwachung, prädiktive Instandhaltung und Prozesssteuerungen durch KI-basiertes Edge-Computing und deckt mit allen Bestandteilen die Wertschöpfungskette vollständig und herstellerübergreifend ab. Die Referenzimplementierung hebt den Technology Readyness Level angebotener Industrie-4.0-Lösungen und bietet marktbegleitenden Sensor- und Gateway-Herstellern verstärkte Umsätze durch Integrationsmöglichkeiten. Die Partner werden das entwickelte System auf weitere industrielle Anlagen, Prozesse und Mikrocontrolling-Plattformen skalieren. Die entwickelte Systemsoftware inkl. umgesetzten KI-Verfahren zur Datenverarbeitung werden neben wissenschaftlichen Fachartikeln als Software-Bibliothek zur Verfügung gestellt.
