08.07.2021

Insbesondere kleine und mittelständische Unternehmen, kurz KMU, tun sich oftmals schwer, ihre Prozesse zu digitalisieren und so Energiepotenziale vollständig auszuschöpfen. Das Forschungsprojekt ecoKI soll hier weiterhelfen: Über eine Plattform können KMU zukünftig auf die breite Expertise verschiedener Forschungseinrichtungen zurückgreifen und dadurch Digitalisierungsziele schneller erreichen.

Neben konventionellen Forschungsansätzen spielen für die Klimaziele der Bundesregierung Digitalisierung und künstliche Intelligenz, kurz KI, eine immer größere Rolle. Mithilfe digitalisierter, aufeinander abgestimmter und selbstlernender Prozesse können Industrieunternehmen zukünftig energieeffizienter sowie CO2-ärmer produzieren.

Logo der ecoKI-Plattform grün auf weißem Hintergrund
©ecoKI-Projektteam
Mit der richtigen Expertise wachsen können: Die ecoKI-Plattform unterstützt KMU mit dem nötigen Know-how, um Digitalisierungsziele schneller erreichen und so Energieeffizienzpotenziale vollständig ausschöpfen zu können. Im Logo von ecoKI vereinen sich alle drei Aspekte.

Mehr Energieeffizienz: ecoKI unterstützt KMU bei der Digitalisierung

Laut Bundesverband der mittelständischen Wirtschaft (BVMW) sind in Deutschland über 99 Prozent der Unternehmen kleine und mittelständische Unternehmen, viele davon inhabergeführt. So wie Großunternehmen stehen auch sie unter einem hohen Digitalisierungsdruck. Jedoch fällt es ihnen besonders schwer, ihre Produktionen zu digitalisieren und damit nachhaltig weiterzuentwickeln.  Neben dem gewinnbringenden Kerngeschäft fehlt es KMU oftmals an Expertise, Personal oder schlichtweg an Zeit.

Hier setzt das Forschungsprojekt ecoKI an: Darin entwickeln Forschende eine Plattform, die Unternehmen bei der Digitalisierung unterstützt. Die Plattform soll insbesondere erste Barrieren nehmen, die eine breite Anwendung künstlicher Intelligenz hemmen.

Wissen sammeln und Lösungsansätze teilen

Das Konsortium von ecoKI setzt sich aus dem Bremer Institut für Produktion und Logistik (BIBA), dem Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI), der Professur für Prozessleittechnik der Technischen Universität Dresden sowie dem Institut für Neuroinformatik der Ruhr-Universität Bochum zusammen.

Mit der Plattform sammeln sie gewonnene Erfahrungen aus bisherigen Forschungsprojekten und bringen diese in die Produktionen ein. In neuen Vorhaben können die KMU dann geeignete Lösungen umsetzen.

Obwohl die KMU in sehr unterschiedlichen Branchen aktiv sind — vom Messerproduzenten, dem Landmaschinenfabrikanten über pharmazeutische Hersteller bis zum Futtermittelproduzenten — hat sich herausgestellt, dass die Anwendungsfälle für KI oftmals ähnlich sind. Deshalb kann das generische Wissen von ecoKI auf diverse Szenarien angewendet und auf spezifische Anforderungen angepasst werden.

Die Plattform soll zukünftig eine breite Sammlung an Bausteinen — wie etwa Algorithmen und Methoden — bereitstellen. Damit können Unternehmen digitale Technologien viel schneller und einfacher im produktionsnahen Umfeld einsetzen und Effizienzpotenziale ausschöpfen.

Digitale Transformation ist für KMU herausfordernd

KMU besitzen auch in Nischen ein enormes Expertenwissen, das sich über Jahre hinweg empirisch aufgebaut und in der Praxis weiterentwickelt hat. Um jetzt Produktionen und Prozesse umfassend zu digitalisieren und KI erfolgreich einzusetzen, mangelt es ihnen meist an der erforderlichen Infrastruktur — wie etwa großen IT-Abteilungen — und an Zeit, Daten über einen längeren Zeitraum zu sammeln und zu analysieren.

KMU müssen in die Transformation investieren: finanziell, personell und zeitlich – während parallel der laufende Betrieb weitergehen muss. Inhaberinnen und Inhaber sowie Mitarbeitende sind deshalb oft verunsichert, diese Hürde zu nehmen. Die  ecoKI Plattform soll ihnen personell und mit dem nötigen Know-how unter die Arme greifen.

Komplexes System: Wie eine digitale Produktion funktioniert

Digitalisierung und künstliche Intelligenz können Prozesse und Anlagen optimal aufeinander abstimmen und so deren Energieeffizienz steigern. Dies funktioniert über Prozessdaten, physikalische Prozessmodelle sowie über ein ausgeklügeltes digitales Entscheidungssystem.

An Anlagen und im Produktionsumfeld sind meist Sensoren installiert, die verschiedenste Parameter wie etwa die Temperatur oder die Luftfeuchtigkeit messen. Eine Datensammlung sowie hinterlegte Datenmodelle bereiten diese Werte auf, ergänzen sie sinnvoll und erkennen mithilfe von KI entscheidende Zusammenhänge. So kann etwa die optimale Temperatur eines thermischen Prozesses jahreszeiten- oder gar tageszeitenbedingt schwanken. Ein einfaches Beispiel: Schwankt die Temperatur in einer Schokoladenproduktion, kann die Schokolade „anlaufen“ oder sich Tauwasser auf der Oberfläche bilden. Die Außentemperatur beeinflusst den Prozess und muss für eine optimale Fahrweise berücksichtigt werden. Das digitale Entscheidungssystem reagiert auf diese Schwankungen vorausschauend und regelt den Prozess automatisch. Auf diese Weise sollen Minderqualitäten gar nicht erst entstehen können und der Prozess besonders energieeffizient ohne jegliche Qualitätseinbuße ablaufen.

In der Praxis ist ein Produktionsprozess oft von sehr vielen Parametern abhängig. Diese Abhängigkeiten sind so komplex, dass die Wirkzusammenhänge zumeist nicht ersichtlich sind. Ohne KI ist es unmöglich, diese in der geforderten Taktzeit regelrelevant auszuwerten und zu berücksichtigen. KI kann somit sowohl Prozesse effizienter gestalten als auch die Produktqualität steigern.

©ecoKI-Projektteam
Lebensmittel, Tierfutter oder Abfallrecycling: ecoKI will zukünftig KMU unterschiedlichster Branchen bei der Digitalisierung unterstützen.

Neue Entwicklungen werden in Plattform zurückgespielt

Die Forschenden von ecoKI erwarten, dass das Know-how der Plattform auch zukünftig beträchtlich wachsen wird. So wollen sie die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten bei den KMU sowie sich ändernde Branchenanforderungen in ecoKI zurückspielen. Dies ermöglicht ihnen, die generischen Bausteine und Musterlösungen regelmäßig zu warten und stetig weiterzuentwickeln.

©ecoKI-Projektteam
Die Erfahrungen und das Wissen aus jedem Anwendungsfall werden in die ecoKI-Plattform zurückgespielt. So wächst ecoKI und kann mit neuer Expertise weitere KMU unterstützen.

Ziel ist es, einen stets aktuellen und praxisrelevanten Wissensstand über anlagen- und produktionstechnische Zusammenhänge zu gewährleisten. Damit kann ecoKI langfristig immer mehr KMU unterstützen.

Lücke zwischen Entwicklung und Anwendung schließen

Mit der  ecoKI Plattform wollen die Forschenden ein häufig auftretendes Problem lösen: Forschung findet vielfach im akademischen Bereich – an Universitäten oder Instituten – statt. Die darin entstandenen Lösungen sind meist noch nicht direkt in der Industrie umsetz- oder anwendbar. Ihr sogenannter Technology Readiness Level, kurz TRL, ist noch eher niedrig. Erst mit weiterer Forschungs- und Entwicklungsarbeit kann der Sprung zu einem höheren TRL und damit in die breite Anwendung geschafft werden. Diese Lücke soll die ecoKI Plattform schließen: Unternehmen können mit ihrer Hilfe neue Technologien und Methoden einfacher einsetzen und schneller an das eigene Produktionsumfeld anpassen. (ln)

Digitale Transformation: Von Erfahrungswerten zur messbar nachhaltigen Prozesssteuerung

Nach wie vor basieren viele Produktionsprozesse auf dem Expertenwissen einzelner Mitarbeitenden. Aus ihrer Erfahrung heraus haben sie ein Gefühl für den Prozess und können die Anlagen entsprechend der gewünschten Produktqualität oder einem relativ niedrigen Energieverbrauch steuern. Dieses Wissen ist jedoch nicht immer einheitlich und daher schwer messbar oder objektiv zu bewerten. Um einen störungsfreien Produktionsablauf sowie eine gleichbleibend hohe Qualität zu gewährleisten, werden die Prozesse zudem häufig mit Sicherheitsaufschlägen versehen. Zugunsten eines stabilen Prozesses leiden dann Energieverbrauch und Effizienz.

Die Digitalisierung von Produktionsprozessen soll dies zukünftig ändern: Sie ermöglicht es, Daten und Prozesse intelligent zu analysieren und zu steuern. Anlagen und Prozesse, die vollautomatisch und vor allem im optimalen Betriebsbereich arbeiten, sparen erhebliche Mengen Energie ein.

ecoKI - Entwicklung einer Forschungs- und Technologieplattform 'Steigerung der Energieeffizienz in der Produktion durch Digitalisierung und KI'

För­der­kenn­zei­chen: 03EN2047 A-D

Projektlaufzeit
01.12.2020 30.11.2024 Heute ab­ge­schlos­sen

The­men

Energiesparende Industrieverfahren - Digitalisierung, Künstliche Intelligenz und Datenverarbeitung

För­der­sum­me: rund 4,99 Millionen Euro

Logo von ecoKI: hellgrünes Bäumchen und Symbole der Datenvernetzung auf weißem Hintergrund
©ecoKI-Projektteam

ecoKI

Die ecoKI-Plattform hilft kleinen und mittleren Unternehmen zukünftig dabei, künstliche Intelligenz einzusetzen und die eigene Digitalisierung voranzutreiben. So können sie Energiepotenziale umfangreich ausschöpfen sowie Ressourcenverbrauch und Kosten  reduzieren. Die Plattform bietet dazu entsprechende Werkzeuge, umfangreiches Wissen und eine Infrastruktur zur Unterstützung.

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