Neues Josef Ressel Zentrum für Zeitreihenbasierte Fehlervorhersage und -vermeidung an der FH JOANNEUM Kapfenberg

Das von der Christian Doppler Forschungsgesellschaft und dem Bundesministerium für Arbeit und Wirtschaft (BMAW) unterstützte Forschungszentrum wurde am 31. Jänner 2024 feierlich eröffnet. Unternehmenspartner sind AVL DiTEST und voestalpine Tubulars.

Das neue Josef Ressel Zentrum für Zeitreihenbasierte Fehlervorhersage und -vermeidung erarbeitet Methoden und Modelle, die auf Basis von Zeitreihendaten zukünftig auftretende Fehler in Produktionsprozessen vorhersagen. Dabei geht es um Fehler, die – wenn sie tatsächlich auftreten – unbemerkt zu einem totalen Produktionsausfall oder zu fehlerhaften Produkten aufgrund schadhafter Produktionsgeräte führen können. Der Eintritt dieser vorhergesagten Fehler lässt sich dann durch geeignete Gegenmaßnahmen wie präventive Wartung der Geräte beziehungsweise Adaptierung der Maschineneinstellungen verhindern. Die verwendeten Zeitreihendaten basieren auf zeitlich aufeinander folgenden Messwerten von Sensoren, die den Zustand der verschiedenen Maschinenkomponenten festhalten.

Arbeits- und Wirtschaftsministerium fördert das innovative Forschungsvorhaben

In Josef Ressel Zentren wird anwendungsorientierte Forschung auf hohem Niveau betrieben, hervorragende Forscher:innen kooperieren dazu mit innovativen Unternehmen. Für die Förderung dieser Zusammenarbeit gilt die Christian Doppler Forschungsgesellschaft international als Best-Practice-Beispiel. Josef Ressel Zentren werden vom Bundesministerium für Arbeit und Wirtschaft (BMAW) und den beteiligten Unternehmen gemeinsam finanziert. Martin Kocher, Bundesminister für Arbeit und Wirtschaft: „In der industriellen Produktion bereiten Maschinenausfälle große Sorgen. Dieses neue JR-Zentrum setzt auf KI, um mögliche Fehler zu erkennen bevor große Schäden entstehen, und um den optimalen Wartungszeitpunkt für Maschinen zu bestimmen. So können unnötige Kosten ebenso vermieden werden, wie Produktionsausfälle, davon profitieren alle Beteiligten sowie wie der Standort Österreich.“

Starke Unternehmenspartner aus der Steiermark mit an Bord

Vonseiten der Industrie fördern AVL DiTEST und voestalpine Tubulars das Forschungsvorhaben und stellen dem Josef Ressel Zentrum Daten und Know-how zur Gerätearchitektur und deren Anwendung zur Verfügung. Im Fokus der Untersuchungen stehen bei AVL DiTEST portable Messgeräte, welche die Partikelemission von Dieselfahrzeugen messen. Die Geräte werden von Prüforganisationen und Werkstätten eingesetzt. Bei voestalpine Tubulars geht es um den komplexen Prozess der Produktion von nahtlosen Stahlrohren.

Datenanalyse mittels Machine Learning und Künstlicher Intelligenz

Eine besondere Herausforderung für das Team des Josef Ressel Zentrums besteht darin, dass die in der Vergangenheit gemessenen Zeitreihendaten nicht mit vergangenen Ausfällen und deren technischen Ursachen verknüpft sind. Um dennoch bestmögliche Erkenntnisse zu gewinnen, wurde ein dreiphasiger Forschungsplan entworfen. Joachim Schauer, Leiter des Josef Ressel Zentrums für Zeitreihenbasierte Fehlervorhersage und -vermeidung und Professor am Institut Software Design und Security der FH JOANNEUM in Kapfenberg: „In Phase Eins des Forschungsvorhabens lassen wir Computer aus Daten lernen. Mit diesem ‚Machine Learning‘ stellen wir eine Verbindung zwischen bereitgestellten Daten und technischen Ursachen her. In Phase Zwei werden wir Modelle zur Fehlervorhersage entwickeln. Und in Phase Drei gilt es auf Basis von Künstlicher Intelligenz (KI) und klassischer Statistik interpretierbare Erklärungen für die Ergebnisse von Phase Zwei zu erhalten.“ Dabei werden große Datenmengen verarbeitet: Allein voestalpine Tubulars stellt dem Projektteam mehr als 500.000 hochaufgelöste Produktionsvorgänge für die Analyse zur Verfügung. AVL DiTEST liefert alle relevanten Parameter von 20.000 im Feld befindlichen Geräten. Ziel des Josef Ressel Zentrums ist es, am Ende der Projektlaufzeit im Jahr 2028 ein generalisiertes Modell zur Fehlervorhersage und -vermeidung entwickelt zu haben, das einsatzbereit und anwendbar ist. „Die Forschung des Josef Ressel Zentrums für Zeitreihenbasierte Fehlervorhersage und -vermeidung wird die Basis für weniger Ausfälle, Fehler und Kosten sowie für mehr Sicherheit, Effizienz und Zeitersparnis in industriellen Prozessketten schaffen“, sind die Unternehmenspartner überzeugt.

Weitere Statements

Barbara Eibinger-Miedl, Wissenschafts- und Forschungslandesrätin Land Steiermark: „Das neue Josef Ressel Zentrum an der FH JOANNEUM in Kapfenberg ist ein Vorzeigebeispiel für die hervorragende Zusammenarbeit von Wissenschaft und Wirtschaft in unserem Bundesland. Das Forschungsvorhaben zeigt auch, welche Chancen in der Digitalisierung und insbesondere in der Künstlichen Intelligenz noch schlummern und wie diese in Unternehmen genutzt werden können. Ich bin zuversichtlich, dass dieses neue Zentrum den exzellenten Ruf unseres Forschungsstandorts weiter steigern wird.“

Friedrich Kratzer, Bürgermeister Stadtgemeinde Kapfenberg: „Wir sind begeistert, dass Kapfenberg in Verbindung mit der FH JOANNEUM in der Forschung erneut tonangebend ist. Die Ergebnisse der Arbeit im Josef Ressel Forschungszentrum unterstreichen die Bedeutung von Präzision und Effizienz in der Industrie gepaart mit modernster KI-Technologie. Forschung auf höchster Ebene stärkt die High-Tech Unternehmen in der Region und zeichnet die globale Marktfähigkeit der Produkte aus.“

Corinna Engelhardt-Nowitzki und Martin Payer, Geschäftsführung FH JOANNEUM: „Ein Josef Ressel Zentrum ist eines der prestigeträchtigsten und wichtigsten Forschungsprogramme für österreichische Fachhochschulen. Wir sind sehr erfreut, dass wir nun das bereits vierte Josef Ressel Forschungsvorhaben an der FH JOANNEUM eröffnen dürfen. Das unterstreicht unsere Strategie, anwendungsorientierte Forschung & Entwicklung in enger Kooperation mit der steirischen Wirtschaft und der Industrie durchzuführen, um damit auch die praxisorientierte Lehre für die Studierenden zu unterstützen. Wir bedanken uns bei allen internen und externen Partnern, die dieses zukunftsweisende Projekt ermöglicht haben.“

Gerald Lackner, CEO, AVL DiTEST: „Forschung und Entwicklung sind Dreh- und Angelpunkt unseres Unternehmens. Damit gelingt es uns sowohl außerordentlichen wirtschaftlichen Erfolg zu erzielen als auch technologische Maßstäbe zu setzen. Fehlervorhersage für AVL DiTEST Produkte ist ein wesentliches Element unserer Digitalisierungsstrategie. Wir begleiten unsere Produkte von der Produktion über die Auslieferung, die Verwendung im Feld, Wartung und Kalibrierung, bis hin zum Recycling. So optimieren wir den nachhaltigen Betrieb unserer Produkte durch die Reduktion des Ressourcenverbrauchs und des Carbon-Footprints.“

Fotos von der Eröffnung gibt es auf www.fh-joanneum.at zum Download.