Informationsfusion in der Zustandsdiagnose und –prognose sowie Health Management Forschungsthema 3.2
Ein Smart Factory Grid ist ein modernes, servicebasiertes und dynamisch verteiltes Fertigungssystem. Es zeichnet sich durch hohe Flexibilität und Vernetzung aus und stellt eine zentrale Komponente der Industrie 4.0 dar. Innerhalb eines Smart Factory Grids interagieren modulare Produktionseinheiten, sogenannte Mobile Manufacturing Units, mithilfe heterogener Informationsquellen. Ziel ist die Optimierung von Instandhaltungs- und Fertigungsprozessen durch intelligente Diagnose und Prognose von Zuständen der Mobile Manufacturing Units.
Der Fokus in der Forschungseinheit „System Health“ am Institut für Technische Zuverlässigkeit und Prognostik (IZP) liegt auf der Entwicklung innovativer Methoden zur Zustandsdiagnose und -prognose, die eine präzise Einschätzung der aktuellen und zukünftigen Leistungsfähigkeit der Mobile Manufacturing Units ermöglichen. Dazu werden vielfältige Informationsquellen aus Sensorik, Simulationen und digitalen Modellen integriert. Ein zentraler Aspekt ist die Informationsfusion: Hierbei werden Daten unterschiedlicher Formate, Herkunft und Qualität kombiniert, um ein umfassendes Modell des Systemzustands zu generieren.
Mithilfe von Simulationen kann das Smart Factory Grid dargestellt werden und die Instandhaltung durch Optimierungsalgorithmen im Kontext Kosten, Aufträgen, Nachhaltigkeit, Produktivität und weiteren Metriken optimiert werden. Dies ist eine wichtige Schnittstelle zu anderen Forschungseinheiten.
Herausforderungen
Die Entwicklung eines Smart Factory Grids bringt spezifische Herausforderungen mit sich. Insbesondere die Heterogenität der Informationsquellen stellt ein zentrales Problem dar. Die Daten sind oft hochdimensional, unterschiedlich formatiert und variieren in ihrer Verfügbarkeit und Qualität. Dies erschwert die Kombination und Nutzung dieser Daten zur Zustandsdiagnose und -prognose erheblich.
Ein weiteres Hindernis ist das Fehlen einer umfassenden Methodik zur Informationsfusion. Während für einzelne Aspekte, wie die Verarbeitung heterogener Datenformate oder Transfer Learning, bereits erste Lösungen existieren, bleibt die systematische Integration dieser Ansätze eine offene Forschungsfrage. Hinzu kommt die begrenzte Menge an verfügbaren Daten, die den Einsatz datengetriebener Modelle einschränken.
Zusätzlich erfordert die flexible Anpassung von Betriebsstrategien eine Optimierung der Instandhaltungsplanung, welche aufgrund der Komplexität der Fertigung nicht mehr klassische Verfahren durchgeführt werden kann.
Forschungsansatz
Der Forschungsansatz zielt auf die Entwicklung einer ganzheitlichen Methodik zur Zustandsdiagnose und -prognose in einem Smart Factory Grid ab. Ein zentraler Schritt ist die Klassifikation der relevanten Informationsquellen, wie Sensor- und Betriebsdaten, Simulationsergebnisse oder physikalische Modelle. Darauf aufbauend werden problembezogene Methoden zur Informationsfusion erarbeitet. Ziel ist es, Daten unterschiedlicher Formate und Quellen konsistent zusammenzuführen und sowohl physikalische als auch datengetriebene Ansätze zu kombinieren.
Der Forschungsansatz zielt darauf ab, das Health Management in einem Smart Factory Grid als komplexes Optimierungsproblem zu adressieren. Hier wird die Einbindung einer Fertigungssimulation, die bislang in der Literatur fehlt, untersucht. Mit Predictive bis Prescriptive Maintenance soll die automatisierte Generierung von Instandhaltungsvorschlägen ermöglicht werden, um präzise und effiziente Entscheidungen für die Instandhaltung zu treffen.
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