Unsere Schwerpunkte

Künstliche Intelligenz im Systementwurf des Automobils

Ein höherer Automatisierungsgrad bei der Produktionsplanung, eine automatisierte Qualitätsprüfung während eines Produktionsprozesses, zeitgenaue Planung der Wartung der Ressourcen – KI bietet viele Einsatzmöglichkeiten in der Produktion. Diesen Einsatzmöglichkeiten ist gemein, dass sie nicht mehr rein analytisch implementiert und daher nachvollziehbar sind. Ihr Verhaltensmodell wurde erlernt, was eine Kausalität der Zusammenhänge und eine formale mathematische Verifikation erschwert. Dies stellt Softwareunternehmen, wie auch OEM und Zulieferer, die als Inverkehrbringer der Softwarefunktionen agieren, vor große Herausforderungen bei der Validierung, Verifizierung und Zertifizierung der (Teil-) Systeme künstlicher Intelligenz.

Das Fraunhofer IPA arbeitet in enger Zusammenarbeit der unterschiedlichen Fachabteilungen an einer tiefen Integration des vorhandenen domänenspezifischen Fachwissens unterschiedlicher Forschungsbereich in die Verfahren der KI-basierten Datenverarbeitung. Diese Arbeiten erfolgen stets in Zusammenarbeit mit den Vertretern des Zentrums für Cyber-Cognitive Intelligence (CCI). Zu den Dienstleistungen zählen:

• Ersatzmodelle zur Repräsentation und Validierung neuronaler Netze 
• Verfahren der Erklärbarkeit von KI
• Formale Verifikation neuronaler Netze
• Bewertung der funktionalen Sicherheit von Software-Funktionen (ISO 26262) inkl. Berücksichtigung der SOTIF Normen (ISO/PAS 21448)

Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten liegt auf der Absicherung von Prädiktionsmodellen zur Vorhersage der Ausfallwahrscheinlichkeit und dem damit verbundenen proaktiven Austausch von Komponenten des Fahrzeugs zur Steigerung des Kundennutzens. Gängige Praxis in der Automobilindustrie ist es, ausfallende Bauteil an den Hersteller zurückzuspielen und über die Produktgewährleistung die Kosten des Rückrufs und Austauschs auf diesen abzuwickeln. Da bei, vom OEM implementierten Vorhersagemodellen die Gefahr einer falschen Interpretation von Daten mit nachfolgender Prädiktion eines Bauteilaustausches gegeben ist, hat das Thema Qualität und Zuverlässig der Prädiktionsmodelle einen enorm hohen Stellenwert.

Wirtschaftliche Produktion der Komponenten eines elektrischen Antriebsstrangs

Die fortschreitende Transformation automobiler Wertschöpfung von einer Produktion von Stückgütern eines Verbrenner-Antriebsstrangs trifft insbesondere die Automobil-zuliefererindustrie im Süd-Westen Deutschlands. In diesem Zentrum automobiler Wertschöpfung in Deutschland ist auch das Fraunhofer IPA zuhause, das sich daher fortschreitend den wachsenden Herausforderungen stellt. Viele Automobil-OEM und -Zulieferer beschäftigen sich bereits mit einem Wandel ihrer Produktpalette hinsichtlich neuen Produktfamilien und -komponenten des elektrischen Antriebsstrangs. Hierzu zählt insbesondere die Analyse bestehender Fertigungsprozesse und der individuelle Abgleich mit den fertigungstechnischen Herausforderungen neuer Produktfamilien elektronischer Fahrzeugarchitekturen.

Zu den Fokusthemen des Fraunhofer IPA gehören vordergründig Themen der Industrialisierung der Produktions- und Herstellverfahren elektrischer Energiespeicher- und Antriebssysteme sowie der Peripheriekomponenten. Diese sind in den Herausforderungen vielfältig und umfassen die folgenden Themenliste, die absichtlich nicht final abgeschlossen ist:

• Qualifizierung schnelllaufender Prozesse (Industrieautomation)
• Wertschöpfende Nutzung der Produktionsnebenzeiten während Handhabung, Materialanstellung und Fügen
• Nachverfolgbarkeit der Prozess- und Qualitätsdaten (Digitaler Zwilling)
• Handhabung komplexer Materialien insb. dünner, flächiger Membranmaterialien (Brennstoffzelle) und Kabel (Wickeln, Clipsen, Kontaktieren, …)

Alle Projekte und Dienstleistungen versuchen in diesem Zusammenhang die übergreifende Kompetenz des Fraunhofer IPA über mehr als 15 Abteilungen auf Ihre Produkte anzuwenden. Sollten Sie genauere Informationen zum Leistungsangebot benötigen, so finden Sie dieses in der übergreifenden Auflistung.

Weiterhin betrachten mehrere Forschergruppen das Thema neuer Produktionssysteme ohne Band und Takt unter der Berücksichtigung aktueller Entwicklungen einer steigenden Produktvielfalt (Varianz) und sinkenden Losgrößen in der Automobilindustrie. Aktuelle Projekte behandeln dabei das Thema der Weiterentwicklung der Matrixproduktion hinsichtlich Datenmehrwertdiensten, Produktions- und Logistiksteuerung sowie der schnellen Inbetriebnahme von automatisierten Betriebsstätten. Hinzu kommen Aspekte der mehrwertgenerierenden Produktdatenmehrwertdienste, die neben Geschäftsmodellinnovationen ein Schwerpunkt der Arbeiten am Fraunhofer IPA darstellen.

Vernetzte Produktion

Vernetzte, digitale Produktionsarchitekturen bieten über alle Phasen des Lebenszyklusmanagements eines Produktionssystems (PS-LCM) Mehrwerte gegenüber konventionellen Produktionssystementwürfen. Hierzu gehören Aspekte der Beschleunigung der Inbetriebnahme der Komponenten, der Qualifizierung der Prozesse, der Selbstoptimierung im laufenden Betrieb sowie der vereinfachten Planung und Steuerung der in Abhängigkeit stehenden Systemkomponenten. Neben der datentechnischen Vernetzung der Komponenten (Dateninteroperabilität) spielen hier insbesondere die zugehörigen Unternehmensprozesse eine gewichtige Rolle.

Das Fraunhofer IPA unterstützt sie dabei in verschiedenen Themenfelder der Systemintegration, -architektur und -orchestrierung:

• IoT-Plattformen und Deploymentprozesse
• Semantische Modellierung von Produktionskomponenten (Verwaltungsschale)
• Identifikation, Entwicklung und Inbetriebnahme datengetriebener Mehrwertdienste der Produktion
• Datensouveränität und Zusammenarbeitsmodelle in einer integrierenden Produkt- und Produktionsarchitektur

Eine vollständige Vernetzung der Produktionsmittel mit Produktionsressourcen und Produktströmen erlaubt die Integration neuer, komplexerer Produktionssysteme, die eine schlanke, bedarfsgerechte Produktion stets am optimalen Betriebspunkt ermöglicht. Die Herausforderung wird aufgrund der weiter zuErste Arbeiten hierzu finden sich in den nachfolgenden Themen wieder:

• Matrixproduktion
• KI-basierte Auftragsplanung und -steuerung
• Fluide Fahrzeugproduktion der Zukunft - ARENA2036 

Das Nebenprodukt einer durchgängig, vernetzten Produktion im Zusammenspiel mit einer durchgehenden Modellierung der Kette an Ende-zu-Ende-Prozessen (E2E) erlaubt die Identifikation und Konsolidierung der vorhandenen Unternehmensprozesse. In einem ersten Ansatz sollen diese je Unternehmen umfassend analysiert, harmonisiert und standardisiert werden. Idealerweise folgt diesen Schritten eine Automatisierung der E2E-Prozesse, die freie Kapazitäten manueller Ressourcen zur Problembehebung schafft. 

Diese prozessuale Herangehensweise folgt dem Leitspruch „Automating the Automation “. Hervorzuheben sind dabei die skizzierten Einsparpotentiale, die sich über fast alle direkten und indirekten Bereiche der Produktion ergeben.

Übersichtsbild der Themen der Planung

Weiterhin betrachten mehrere Forschergruppen das Thema neuer Produktionssysteme ohne Band und Takt unter der Berücksichtigung aktueller Entwicklungen einer steigenden Produktvielfalt (Varianz) und sinkenden Losgrößen in der Automobilindustrie. Aktuelle Projekte behandeln dabei das Thema der Weiterentwicklung der Matrixproduktion hinsichtlich Datenmehrwertdiensten, Produktions- und Logistiksteuerung sowie der schnellen Inbetriebnahme von automatisierten Betriebsstätten. Hinzu kommen Aspekte der mehrwertgenerierenden Produktdatenmehrwertdienste, die neben Geschäftsmodellinnovationen ein Schwerpunkt der Arbeiten am Fraunhofer IPA darstellen.