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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 stahlmarkt 12.2017
Digitale Transformation K 17 ganz neue Möglichkeiten der Optimierung der Produktion. »Digitalisierung ist eine notwendige Voraussetzung zur Realisierung von Industrie-4.0-Anwendungen in der Produktion. Die Idee von Industrie 4.0 geht aber weit über eine reine Digitalisierung hinaus«, so Peters. Zurzeit überträgt man den Grundgedanken von Industrie 4.0 auf den Bereich der Stahlproduktion. Es wird nach Anwendungsfällen gesucht, in denen signifikante Optimierungen der Produktion zu erwarten sind, z. B. im Hinblick auf »Selbstorganisation der Produktion«, »das intelligente Coil«, »automatische Qualitätsbewertung« oder »Flexible Qualitätslenkung«. Dazu müsse die Forschungsförderung in Deutschland weiter unterstützt werden, so Peters. Sie konzentriere sich in den Gebieten Industrie 4.0 und Big Data noch zu sehr auf die Grundlagenforschung und zu wenig auf die angewandte Forschung. Letztere sei aber Voraussetzung zur industriellen Nutzung dieser Technologien im Sinne von Innovation. » Die Stahlindustrie ist unter den Prozessindustrien einer der Vorreiter von Industrie 4.0 und Big Data. Prof. Dr. Harald Peters, Geschäftsführer, technisch-wissenschaftlicher Bereich, VDEh-Betriebsforschungsinstitut GmbH » Big Data: Es geht unter anderem auch darum, verborgene Zusammenhänge mathematisch aufzudecken. Prof. Dr. Dierk Raabe, Direktor des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung GmbH Stahlindustrie als Enabler der Digitalisierung Unter dem Dach des Düsseldorfer Stahl-Zentrums finden sich mehrere technisch-wissenschaftliche Organisationen, die sich der Forschung verschrieben haben, erläuterte Dr. Peter Dahlmann, geschäftsführendes Vorstandsmitglied des Stahlinstituts VDEh. Da - zu gehören die VDEh-Gesellschaft zur Förderung der Eisenforschung mbH, das VDEh- Betriebsforschungsinstitut, das Max-Planck- Institut für Eisenforschung GmbH und die Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V. »Die Stahlindustrie trägt in besonderem Maße zum Wissenstransfer im deutschen Wertschöpfungsnetz bei«, sagte Dr. Dahlmann und verwies auf die kürzlich veröffentlichte Studie der IW Consult GmbH, herausgegeben von der Wirtschaftsvereinigung Stahl, siehe auch »stahlmarkt 9.2017«, » Die Stahlindustrie eröffnet ihren Kunden in vielen Feldern Digitalisierungspotenziale. Dr. Peter Dahlmann, geschäftsführendes Vorstandsmitglied des Stahlinstituts VDEh S. 18 ff. Auch werde die Stahlindustrie noch bedeutender im Wertschöpfungsnetz Stahl, weil sie in vielen Feldern ihren Kunden Digitalisierungspotenziale eröffnet. WS (sm 171205700) stahlmarkt 12.2017
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