Mit 3D-SmartInspect in die digitale ZfP-Welt

Augmented-Reality-System zur manuellen Prüfung von Bauteilen oder großen Oberflächen

Die Zukunft der Zerstörungsfreien Prüfung im Kontext von Industrie 4.0

Kognitive Sensorsysteme, Machine Learning-Konzepte und intelligentes Monitoring erschließen neue Märkte und erweitern die Bandbreite der Potenziale für die Zerstörungsfreie Prüfung. Ein Interview mit Prof. Dr.-Ing. Randolf Hanke, Institutsleiter am Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP und stellvertretender Institutsleiter am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS/EZRT, über die Auswirkungen und Chancen der Digitalisierung in der Zerstörungsfreien Prüfung.

Herr Prof. Hanke, was verstehen Sie unter Zerstörungsfreier Prüfung?

Unter Zerstörungsfreier Prüfung oder kurz ZfP verstand man vor einigen Jahren die Untersuchung von Bauteilen und Produkten auf Qualitätsmängel, ohne diese zerlegen oder zerstören zu müssen. Das gilt zwar auch heute noch, aber ganz so einfach kann man sich die Erklärung nicht mehr machen.

Was hat sich geändert?

Die heutige Sicht auf die ZfP ist sicher unvollständig und eingeschränkt, was einerseits die Lösung von ZfP-Problemen, aber insbesondere auch die Bandbreite der Potenziale für ZfP-Methoden angeht. Stellen Sie sich etwa vor, Sie bekommen eine geschäftliche Einladung zum Oktoberfest. Im Anzug können Sie nicht hingehen – Sie brauchen eine Lederhose. Sie bestellen sich im Internet eine Hose, ziehen sie an und geben ein gutes Bild ab. Am Abend ziehen Sie die Hose wieder aus und hängen Sie für 364 Tage in den Schrank. Naja, da kommt der ein oder andere schon auf die Idee, die Hose an den Verkäufer zurückzuschicken. Und schon sind wir beim zerstörungsfreien »Über«prüfen. Als Verkäufer müssen Sie ermitteln, in welchem Zustand sich die Ware befindet und ob Sie diese noch weiterverkaufen können. Diese Art von Prüfaufgabe lässt sich mit intelligenten, zerstörungsfreien Sensorsystemen lösen. Das ist ein riesiger Markt für Sensoren, aber kein Mensch käme auf die Idee, das als klassische Zerstörungsfreie Prüfung zu bezeichnen.

Sie sehen also künftig neue Märkte für die Zerstörungsfreie Prüfung?

Absolut! Hierfür muss man sich nur den Lebenszyklus von Produkten ansehen: Ein Produkt hat eine Zeit vor und eine Zeit nach seiner Herstellung. Es beginnt alles mit dem Rohmaterial und endet irgendwann mit dem Recycling bzw. der Wiederverwertung des Produkts. Zwischendrin durchläuft es eine Reihe von Wertschöpfungsphasen, unter anderem eben auch Handel, Transport bzw. E-Commerce. Man muss sich also überlegen: Wo sind weitere Kunden und potenzielle Nutzer von ZfP-Technologien und insbesondere, welche Fragestellungen haben diese Kunden und welche Lösungen können wir anbieten? Die sind definitiv nicht nur im Bereich der Produktion zu finden.

Was denken Sie, was Kunden wollen?

In erster Linie muss man sich nur fragen: Was will der Kunde nicht? Ich traue mich mit ziemlich hoher Sicherheit zu behaupten, dass Kunden gar kein großes Interesse an Prüfsystemen (im klassischen Sinne) haben. Der Kunde benötigt eine Lösung, die ihm einen Mehrwert bietet, die intelligent ist und ihm hilft, seine Prozesse zu optimieren – also zum Beispiel denkende, kognitive Sensoren, die geschickt die richtigen Daten messen und so auswerten, dass mit den gewonnenen Informationen die richtigen Entscheidungen initiiert werden können. Dieses Prinzip gilt für jede Branche, jeden Prozess und jede erdenkliche Aufgabenstellung. Ein gutes Beispiel hierfür ist unsere Kooperation mit dem Start-up Mifitto: Die Aufgabenstellung war, möglichst effizient und wirtschaftlich für zigtausende unterschiedliche Paar Schuhe die Innenform digital zu extrahieren, um Online-Käufer bei der Auswahl der richtigen Größe beraten zu können. Durch präzise Hochgeschwindigkeits-Computertomographiedaten konnten wir die benötigte Information liefern und darüber hinaus noch einen weiteren erheblichen Mehrwert schaffen: Durch hochgenaue Röntgendaten im Zusammenspiel mit intelligenter Software ist Mifitto jetzt zusätzlich in der Lage, Käufer neben der reinen Größe auch hinsichtlich der optimalen Passform zu beraten.

Was verstehen Sie unter einer geschickten Auswertung?

Das sogenannte intelligente Monitoring ist hierbei ein Schlüsselbegriff. Es geht in Zukunft nicht mehr ausschließlich darum, eine Gut-Schlecht-Entscheidung zu treffen. Vielmehr sollte man dem Kunden ein Monitoringsystem an die Hand geben, das ihm zeigt, wie er seine Prozesse optimieren kann. Unter Prozess verstehe ich nicht nur den klassischen Produktionsprozess. Werkstoffentwicklungs-, Konstruktions-, Wartungs- und Recyclingprozesse fallen ebenfalls darunter. Damit verschiebt sich der Fokus unserer Forschungsbemühungen. Wir werden künftig nicht nur prüfen, sondern auch sortieren, charakterisieren, überwachen oder überprüfen und orientieren uns dabei am Menschen, der seine Sensordaten simultan im Gehirn verarbeitet und dabei entweder Informationen extrahiert und/oder sein Sensorsystem anpasst. Wir werden also kognitive und auto-adaptive Sensorsysteme entwickeln, die zukünftig selber entscheiden, was sie wann, wo und wie messen, prüfen, charakterisieren usw.

Wie würden Sie das Zerstörungsfreie Monitoring im Kontext der Industrie 4.0 einordnen?

Heute versucht man, aus riesigen Datenmengen mittels lernender Algorithmen diejenigen Informationen zu extrahieren, mit denen man etwas bewirken, also Prozesse besser verstehen, beobachten oder optimieren kann. Wenn man heute aber über Big Data redet, versteht man dabei fast ausschließlich Fabrikdaten, Logistikdaten, Kostendaten, Maschinendaten und so weiter. Was im Zusammenhang mit Big Data bislang kaum berücksichtigt wird, sind die sogenannten Smart Materials Data. Wir werden künftig Materialien und Produkte in der kompletten Wertschöpfungskette, also im kompletten Kreislauf vom Rohmaterial über die Verwendung bis hin zum Recycling in seiner Veränderung monitoren – überall da, wo Mensch, Maschine oder Umwelt das Material, den Werkstoff oder das Produkt in irgendeiner Art verändern. Und wir werden nicht einfach wahl- oder lückenlos Materialdaten messen, sondern nur noch die relevanten Daten erfassen. Und was relevante oder smarte Daten sind, wird das intelligente Mess-System, das kognitive Sensorsystem selber entscheiden.

In Zukunft kann ich mir folgendes Szenario gut vorstellen: Der Kunde bekommt ein intelligentes Monitoring-System ausgeliefert – nennen wir es Black Box. Er muss über keinerlei ZfP-Know-how verfügen. In dieser Black Box befinden sich korrespondierende Roboter, die Zugriff auf unterschiedliche Sensorsysteme haben und dann selbst entscheiden, welchen Sensor sie nutzen, um eine definierte Aufgabe zu lösen.

Das hört sich visionär an. Halten Sie es für realistisch, dass solche Systeme bald Realität werden?

Auf jeden Fall! Der Mensch funktioniert im Wesentlichen sehr ähnlich: Wir haben einen Körper, in dem unterschiedliche Sensorsysteme angelegt sind, und ein Gehirn, das diese sowohl steuert als auch deren Daten zu Informationen weiterverarbeitet. Wenn ein Mensch eine Aufgabe bekommt, bearbeitet er diese mit einer gewissen Aufmerksamkeit. In dem Moment, in dem er bemerkt, dass etwas nicht stimmt, wird er aufmerksamer. Er schaltet dann weitere Sinne hinzu, versucht genauer hinzusehen oder hinzuhören. Man prüft also auch als Mensch immer unterschiedlich oder adaptiv. Man prüft intelligent. Das muss in Zukunft auch in der Zerstörungsfreien Prüfung der Anspruch sein.