Null-Fehler-Toleranz

Wie Bosch Industrie 4.0 mit KI verknüpft

11.03.2021
Von 
Jürgen Hill ist Teamleiter Technologie. Thematisch ist der studierte Diplom-Journalist und Informatiker im Bereich Communications mit all seinen Facetten zuhause. 
Neben Siemens setzt auch die Bosch Gruppe in der Produktion voll auf die KI-Karte. Jüngstes Beispiel für die Nutzung künstlicher Intelligenz ist der geplante Rollout einer Null-Fehler-Produktion in 50 Werken.
Bosch setzt verstärkt auf künstliche Intelligenz in der Fertigung.
Bosch setzt verstärkt auf künstliche Intelligenz in der Fertigung.
Foto: Bosch

Allen Unkenrufen zum Trotz stehen die Deutschen dem Einsatz von KI in der Industrie durchaus positiv gegenüber: 60 Prozent wünschen laut dem "Bosch KI-Zukunftskompass" einen verstärkten Einsatz industrieller KI. 77 Prozent davon sehen vor allem die Fehlerdiagnose von Maschinen als das Einsatzgebiet für KI.

Zusätzlichen Schub für die Fabrik der Zukunft verspricht sich auch Bosch durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz. So soll KI künftig etwa dabei helfen, den Ausschuss in Fabriken zu reduzieren oder die Auslastung von Maschinen und Anlagen zu erhöhen. Hierzu wollen die Schwaben in ihren Werken Industrie 4.0 und KI-Lösungen verknüpfen. In den eigenen Werken getestet und validiert, will Bosch die Lösungen später auch extern anbieten. Das Portfolio könnte dann von Softwarepaketen für Produktion und Logistik über Robotik für Fertigung und Transport bis hin zu Assistenzsystemen für Mitarbeiter reichen.

Bosch will die Null-Fehler-Produktion

Ein Baustein für die Fabrik der Zukunft ist dabei ein KI-basiertes System, das Anomalien und Störungen im Fertigungsprozess frühzeitig erkennt, den Ausschuss zuverlässig reduziert und die Produktqualität erhöht. Das ehrgeizige Ziel dabei: Die Null-Fehler-Produktion. Entwickelt wurde es im Bosch Center for Artifical Intelligence (BCAI), dem Forschungs- und Entwicklungszentrum der Bosch Gruppe für künstliche Intelligenz. Laut Bosch hat das BCAI bereits im dritten Jahr nach seiner Gründung den ROI geschafft und liefert mit Projekten einen Ergebnisbeitrag von rund 300 Millionen Euro. Insgesamt zählt Bosch KI zu den Schlüsseltechnologien der Zukunft und plant, bis Ende 2022 rund 20.000 Mitarbeiter in Sachen KI fit zu machen.

Eine KI-basierte Lösung für die optische Fehlererkennung.
Eine KI-basierte Lösung für die optische Fehlererkennung.
Foto: Bosch

Das Unternehmen will die selbst entwickelte KI-Lösung noch 2021 in rund 50 Werken der Antriebssparte weltweit ausrollen und an über 800 Fertigungslinien anbinden. Täglich sollen dann über eine Milliarde Datennachrichten in der Analyse-Plattform gespeichert werden. Später soll die KI-Lösung weltweit in den rund 240 Werken der Gruppe eingesetzt werden. Erste Erfahrungen, die Bosch in Pilotwerken sammeln konnte, fielen positiv aus.

Und auch wirtschaftlich rechnete sich bislang der KI-Einsatz: Pro Jahr ließen sich zwischen einer und zwei Millionen Euro einsparen. Im Hildesheimer Werk wurden beispielsweise dank der KI Störungen in den Prozessabläufen identifiziert und beseitigt. Die Taktzeiten der Linien sanken so um rund 15 Prozent. "Durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz werden Fabriken effizienter, produktiver, umweltfreundlicher - und Produkte noch besser. Unsere neue KI-Lösung sorgt in Werken für Kosteneinsparungen in Millionenhöhe", unterstreicht Michael Bolle, CDO und CTO bei Bosch, die Bedeutung künstlicher Intelligenz.

Qualitätsverbesserung durch KI: Noch 2021 will Bosch sein System zur Null-Fehler-Produktion in 50 Werken ausrollen.
Qualitätsverbesserung durch KI: Noch 2021 will Bosch sein System zur Null-Fehler-Produktion in 50 Werken ausrollen.
Foto: Bosch

Die Null-Fehler-Produktions-Lösung sammelt automatisiert mithilfe des Nexeed Manufacturing Execution System (MES) von Bosch Connected Industry Messwerte aus unterschiedlichen Quellen, bereitet diese auf und analysiert sie nahezu in Echtzeit. Grundlage sind dabei Sensordaten von Maschinen, um etwa Schwankungen in unterschiedlichsten Fertigungsverfahren zu ermitteln. Die Industrie-4.0-Software Nexeed übersetzt und visualisiert die Daten und Codes, die KI gibt dann eine Handlungsempfehlung ab. Genutzt werden dafür vor allem "Dashboards", individuell konfiguriert und auf lokale Anwendungsfälle und die entsprechende KI-Analyse zugeschnitten.

Auswertung von Daten mithilfe künstlicher Intelligenz.
Auswertung von Daten mithilfe künstlicher Intelligenz.
Foto: Bosch

So sollen sich potenzielle Ursachen von Fehlern leichter finden lassen. Auch selbstanpassende Prozesse für Maschinen und Montagelinien lassen sich integrieren, heißt es bei Bosch. Weicht beispielsweise ein Bohrloch von der definierten Platzierung ab, leitet die künstliche Intelligenz selbstständig die notwendigen Schritte ein. Unterstützt wird die KI mitunter durch Kameras, die entlang der Fertigungslinien den Produktionsprozess aufzeichnen. Anhand von Mustern identifiziert die KI dann Abweichungen ergreifen. Darüber hinaus sind in einzelnen Fällen Feld- und Kundendaten mit der Plattform verknüpft.

Wie Fabrik der Zukunft bei Bosch geht

Die Null-Fehler-Produktion ist aber nur eines von vielen Beispielen bei Bosch, wo die Gruppe Industrie-4.0-Technologien mit künstlicher Intelligenz verknüpft, um komplexe Aufgaben zu lösen. So kommt KI beispielsweise bei der Planung von Produktionsprozessen in hochautomatisierten Chipfabriken wie dem Bosch-Halbleiterwerk in Reutlingen zum Einsatz, um die Wafer zeit- und kostensparend durch bis zu 1.000 Bearbeitungsschritte zu steuern. Damit konnte der Wafer-Durchsatz um fünf Prozent gesteigert werden - die Investition rechnete sich nach drei Monaten.

KI-Qualitätskontrolle in der ABS-Fertigung im Werk Immenstadt.
KI-Qualitätskontrolle in der ABS-Fertigung im Werk Immenstadt.
Foto: Bosch

Auch in der Qualitätskontrolle nutzt Bosch künstliche Intelligenz. Am Standort Immenstadt wissen die Montage-Mitarbeiter, dass das getestete Bauteil fehlerhaft ist, wenn im Prüfstand für ABS-Systeme der Bildschirm rot aufleuchtet. Das Ergebnis liefert ein selbstlernendes System, welches auf Basis gesammelter Daten Fehlermuster erkennt und so relevante von nicht-relevanten Fehlermeldungen unterscheidet. Dabei werden die Algorithmen durch ein wöchentliches Re-Training ständig verbessert.

Um Qualitätsverbesserung geht es auch im Bosch-Rexroth-Werk in Homburg. Werkzeugmaschinen bearbeiten dort Hydraulik-Ventilgehäuse für mobile Anwendungen wie Traktoren. Mittels Machine Learning lassen sich anhand der von Werkzeugmaschinen erfassten Daten echtzeitnahe Aussagen zur Qualität der Werkstücke treffen. Bei Bedarf können so die Fertigungsprozesse umgehend angepasst werden.

Machine Vision AI für die maschinelle optische Inspektion von Werkstücken.
Machine Vision AI für die maschinelle optische Inspektion von Werkstücken.
Foto: Bosch

Für die maschinelle optische Inspektion von Werkstücken entwickelte der Bosch Sondermaschinenbau mit "Machine Vision AI" eine eigene Applikationsplattform. Sie soll dabei helfen, schwer zu identifizierende Merkmale wie Kratzer und Ausbrüche in Oberflächen oder Defekte in Schweißnähten nachzuweisen. Derzeit wird die Technologie sukzessive in Bosch-Werken ausgerollt.

Bereits in Fabriken etabliert und am Markt verfügbar, ist der APAS inspector von Bosch Rexroth, ein Produktionsassistent zur automatischen optischen Inspektion. Über eine lernender Bildverarbeitungssoftware lässt sich das System "nachtrainieren", ohne dass umfangreiche Programmierkenntnisse der Mitarbeiter erforderlich sind.

Der APAS inspector von Bosch Rexroth ist ein Produktionsassistent zur automatischen optischen Inspektion.
Der APAS inspector von Bosch Rexroth ist ein Produktionsassistent zur automatischen optischen Inspektion.
Foto: Bosch

Ein anderer Bereich, indem Bosch ebenfalls auf KI setzt, ist die schonende Nutzung von Ressourcen. So sollen etwa intelligente Algorithmen kurzfristig Abweichungen im Energieverbrauch von Maschinen erkennen und mögliche Lastspitzen auffangen. Mit KI-Unterstützung will Bosch so den Kohlendioxidausstoß der Fabriken weiter reduzieren. Im Industrie-4.0-Leitwerk von Bosch in Homburg gelang beispielsweise binnen zwei Jahren eine Reduktion um gut zehn Prozent.