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20 Jahre lange sind die Anlagen zur Glasproduktion der schwäbischen Firma Grenzebach ohne Unterbrechung im Einsatz. Grund ist die Produktionslinie, deren Anfang ein Hochofen zur Glasschmelze bildet und der nie abgeschaltet wird. Fortwährend entsteht Glas und durchläuft einen manuell gesteuerten Abkühlprozess, der viel Erfahrung benötigt. Die Anlage für diesen Produktionsschritt, den sogenannten Kühlkanal, optimieren Forschende des KI-Produktionsnetzwerks am Lehrstuhl für Produktionsinformatik an der Universität Augsburg. In Zusammenarbeit mit der Forschungs- und Entwicklungsabteilung von Grenzebach sollen dadurch Ressourcen geschont werden.
„Wenn durch einen Fehler bei der Einstellung des Kühlkanals Glas von schlechter Qualität entsteht, verarbeiten die Hersteller es zu Scherben und schmelzen diese erneut ein. Allerdings ist das nur zu einem gewissen Grad möglich und die bei der Herstellung eingesetzte Energie ist verloren“, erklärt Tom Röger, der bei Grenzebach in Hamlar die Abteilung „Data Sciences“ aufbaut und das Projekt betreut. Pro Stunde Produktionsausfall würden geschätzt bis zu 50 Tonnen Glas vernichtet werden. Dies würde 107.000 Kilowattstunden für die Rückführung in den Prozess benötigen.
Das entspräche dem Jahresverbrauch von 46,5 deutschen Haushalten. „Das möchten wir ändern, unsere Anlagen mittels KI optimieren beziehungsweise die Bedienung erleichtern. Hierfür benötigten wir zusätzliche Expertise, der Lehrstuhl für Produktionsinformatik der Universität Augsburg hat sich als vertrauensvoller Partner angeboten“, erläutert Röger die Projekthintergründe.
Zurzeit erstellen die Forschungspartner einen digitalen Zwilling des Kühlkanals. „Ein digitaler Zwilling ist ein digitales Abbild eines physischen Bauteils, eines Prozesses oder einer Anlage. Durch die Nutzung von Echtzeitdaten aus dem Produktionssystem bildet er eins zu eins die Wirklichkeit ab und an ihm simulieren wir den Abkühlprozess sowie den Kühlkanal,“ erklärt Prof. Dr.-Ing. Johannes Schilp, Leiter des Lehrstuhls für Produktionsinformatik und universitätsseitig verantwortlich für das Projekt.
„Künstliche Intelligenz sorgt für die nötige Geschwindigkeit: Die Simulation soll in Echtzeit laufen, wohingegen die Rechenleistung ohne KI Tage in Anspruch nehmen würde“, ergänzt Ludwig Vogt, Projektmitarbeiter.
Der Digitale Zwilling löse ein spezifisches Problem des Glasanlagenbaus: „Der unseren Anlagen im Betrieb vorgeschaltete Hochofen läuft ohne Unterbrechung, da ein Abschalten das Glas noch im Ofen erstarren lassen würde und das Aufheizen bis zur Glasschmelze viel Energie benötigt. Unsere Industriepartner können zu Testzwecken also nicht einfach die Produktion stoppen“, sagt Röger.
Ziel des Projekts ist es, aufbauend auf dem digitalen Zwilling ein vollautomatisiertes System zur Steuerung des Kühlkanals zu entwickeln. „Wenn der Kühlvorgang, beispielsweise bei einer neuen Produktionscharge mit anderen Glasdicken, angepasst werden muss, soll der digitale Zwilling die idealen Temperaturzonen berechnen.“, skizziert Johannes Schilp.
Neben der Energie- und Ressourcenersparnis soll auch Zeit gewonnen werden. Je nach Erfahrung der Mitarbeitenden dauern Änderungen der Produktion derzeit zwischen einer halben und vier Stunden. Dies soll um bis zu 50 Prozent verringert werden.
In den folgenden beiden Projektjahren soll nun der Prototyp aufgebaut werden. „In unserer gemeinsamen Forschungskooperation können wir damit aufzeigen, wie durch Digitalisierung und KI erhebliche Effizienzsteigerungen im Betrieb von Produktionsanlagen erreicht werden können“, erklärt Johannes Schilp abschließend.
