Sensor- und Datensysteme für Sicherheit, Nachhaltigkeit und Effizienz
»HyCont« steht für »Hybrid AI Methods for Industrial Process Control«. Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines übertragbaren Frameworks zur sicheren, adaptiven und wirtschaftlich optimierten Steuerung komplexer industrieller Produktionsprozesse mittels hybrider KI-Methoden.
Die Herausforderung
Steigende Energie- und Rohstoffkosten, hohe Qualitätsanforderungen sowie Fachkräftemangel erhöhen den Druck auf Unternehmen, Anlagen effizienter und weniger abhängig von individuellem Erfahrungswissen zu betreiben. Da kritische Prozessentscheidungen oft noch manuell oder über einfache Heuristiken erfolgen, entstehen häufig Qualitätsschwankungen, Ausschuss, hoher Energieverbrauch und ungeplante Stillstände.
Methodischer Ansatz
HyCont adressiert diese Herausforderungen durch die Kombination von modellprädiktiver Regelung (MPC), datengetriebenen Modellen und Reinforcement Learning (RL), um Prozesse über den Stand der Technik hinaus zu optimieren.
Die MPC bildet dabei den sicheren Kern, indem Sicherheits-, Qualitäts- und Prozessgrenzen explizit im Regelmodell berücksichtigt werden. Datengetriebene Modelle erfassen nichtlineare Zusammenhänge und Veränderungen im Prozessverhalten. Reinforcement Learning dient dabei nicht als unkontrollierte »Black Box«, sondern unterstützt die abgesicherte Anpassung von Modellen und Parametern bei Prozessdrift, Störungen oder wechselnden Materialeigenschaften.
Ziele und Vorteile
Die Methode wird prototypisch an einer Spritzgussanlage des Fraunhofer-Instituts für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB evaluiert. Durch die Verbindung von Prozessdaten, multimodaler Sensorik und Qualitätsrückführung wird eine robuste Closed-Loop-Regelung entwickelt. Angestrebt werden eine Reduktion von Ausschuss und Nacharbeit um ca. 5–15 %, Senkungen bei Energieverbrauch und Verschleiß um 5–10 % sowie weniger ungeplante Stillstände.
HyCont liefert eine modulare Toolchain inklusive Integrationsleitfäden für die Übertragung auf Branchen wie die Kunststoff-, Metall-, Chemie- oder Lebensmittelindustrie sowie die High-Tech-Fertigung.
Das Expertenteam
Das Konsortium vereint die Kompetenzen von Fraunhofer Austria, das Fraunhofer IOSB und das Fraunhofer IZFP: Fraunhofer Austria verantwortet die methodische Verbindung von Optimierung, Modellbildung und Reinforcement Learning. Das Fraunhofer IOSB steuert das industrielle KI-Engineering, die Automatisierung sowie die IT/OT-Integration und stellt die Pilotumgebung bereit. Das Fraunhofer IZFP ergänzt das Vorhaben durch Expertise in Sensorik, zerstörungsfreier Prüfung, Datenökosystemen und KI-basierter Qualitätsbewertung.