stahlmarkt 12.2017 (Dezember)

16 K Digitale Transformation
Big Data und Industrie 4.0
in der Materialforschung
Forschung und Industrie müssen gemeinsam am Standort Deutschland
ihre Chancen nutzen
Düsseldorf. »Die effiziente Nutzung großer Datenmengen im Bereich der Materialforschung ist eine große und
nachhaltige Zukunftschance«, sagte Prof. Dr. Dierk Raabe, Direktor des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung,
auf einer Pressekonferenz im Herbst. Dass Grundlagenforschung und Industrie sehr eng miteinander kooperieren
und gemeinsam davon profitieren könnten, betonten auch Prof. Dr. Harald Peters, technisch-wissenschaftlicher
Geschäftsführer des VDEh-Betriebsforschungsinstituts, und Dr. Peter Dahlmann, geschäftsführendes Vorstandsmitglied
des Stahlinstituts VDEh. Mehr Unterstützung durch die Politik und Forschungsförderung, gerade auch in
der angewandten Forschung, sind erforderlich.
Durch den sehr hohen Automatisierungsgrad
in der Wertschöpfungskette fallen
in der Industrie in Mitteleuropa, teils
auch in den USA, schon seit langer Zeit sehr
große Datenmengen über die maschinell
beobachteten und kontrollierten Herstellungsverfahren
an. Konkret sind dies beispielsweise
die Aufnahme von Kräften, Temperaturen,
Geschwindigkeiten, chemischen
Zusammensetzungen etc. in der Herstellkette
praktisch aller Materialien.
Deutschland zählt zu den Weltmarktführern
im Maschinenbau, z. B. wenn es um die
Prozesssteuerung geht. Die Erhebung großer
Datenmengen in diesem Bereich ist hierzulande
schon seit Jahrzehnten gang und
gäbe. Allerdings werden diese bisher meist
nur unzulänglich und nur durch einfache
statistische Verfahren in Bezug auf ganz
bestimmte Kundenwünsche und Qualitätsanforderungen
genutzt.
In großen Datenmengen steckt
Wissen und Know-how
Die Wissenschaft großer Datenmengen geht
nun allerdings viel weiter und strebt an, mit
solchen Informationen nicht nur hochdimensionale,
statistische Korrelationen für
Interpolationen bestimmter Materialeigenschaften
oder effizienter Prozessverfahren
durchzuführen, sondern durch maschinelles
Lernen auch eine entsprechende Extraktion
und Modellreduktion treffen zu können.
Spannend kann es werden, wenn interessante
Datenmengen jetzt genauer ausgewertet
werden können, die eben nicht in
bisherige Modelle passen, aber vielleicht
gerade dadurch Anstoß für eine neue Produktidee
geben. »Es geht auch darum, verborgene
Zusammenhänge mathematisch
aufzudecken«, so Raabe.
Die in der Industrie verfügbaren großen
Datenmengen können nun mit modernsten
Methoden des maschinellen Lernens und
mit physikalisch-chemisch geleiteten Mo -
dell- Zusammenhängen verknüpft werden.
So gelangt man zu einem Digitalen Zwilling
von modernen Materialien, deren Eigenschaften
und deren optimaler Herstellungsverfahren.
»Deutschland ist eines der am stärksten
industrialisierten und automatisierten Länder
der Welt und wir haben hier einige der
höchst zitierten Wissenschaftler, wenn es
um die mathematischen Methoden geht«,
unterstrich Raabe. Diese beiden Stärken
müsse man zusammenbringen, um diese
»niedrig hängenden Früchte zeitnah zu ernten«.
Big Data und Industrie 4.0:
Chancen für die Stahlproduktion
Obwohl in der Stahlproduktion eine sehr
große Anzahl an Daten anfällt, erfüllen diese
bezüglich der Datenmenge nicht unbedingt
die Kriterien der Definition von Big
Data, insbesondere im Vergleich zu anderen
Anwendungsfeldern, z. B. der Telekommunikation.
Bezüglich aller anderen Kriterien,
wie notwendige Geschwindigkeit bei der
Verarbeitung, Vielfalt der zu verarbeitenden
Daten sowie Ansprüche an Datenzuverlässigkeit
sind die Kriterien aber mehr als erfüllt
und die Anwendung von Big-Data-Technologien
bietet in der Stahlproduktion da -
her ein sehr großes Potenzial. Themen wie
»Ursachen-Wirkungs-Analyse von Qualitätsschwankungen
mittels Big-Data-Analytics«
oder »Online-Vorhersage von Produkteigenschaften«
sind im VDEh-Betriebsforschungsinstitut
bereits seit Längerem in der Entwicklung
bzw. Anwendung, erläuterte Prof. Dr.
Harald Peters.
In puncto Industrie 4.0 werden im Bereich
der angewandten Forschung bereits seit
über 10 Jahren FuE-Projekte bearbeitet und
Lösungen entwickelt, die der heutigen Definition
von Industrie 4.0 entsprechen. Schon
bevor der Begriff »Industrie 4.0« aufkam,
wurden bereits Lösungen für dringende Fragestellungen
der Produktion nach dieser
Grundidee entwickelt und in die Praxis um -
gesetzt.
Die Stahlindustrie stellt aufgrund der Länge
und Komplexität der Produktion enorm
hohe Anforderungen an Industrie-4.0-Lösungen
in der Produktion – dazu zählen z. B.
die Materialverfolgung vom Schüttgut über
flüssige bis feste Zwischenprodukte, die
komplexe Logistik, außerdem sehr unterschiedliche
Charakteristiken der beteiligten
Prozesse usw. Zugleich eröffnen sich auch
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