Ferdinand-Steinbeis-Institut und STACKIT realisieren AIoT-Projekt
AIoT-Lab-Team findet jede undichte Stelle
Das AIoT-Lab ist eine Forschungsgruppe des Ferdinand-Steinbeis-Instituts und ermöglicht es, AIoT-fähige Geschäftsideen zu validieren. AIoT steht für Artificial Intelligence of Things und wird besonders in der Industrie künftig eine tragende Rolle spielen. Im Rahmen des AIoT-Labs wird unter anderem zu industriellen Use Cases geforscht. STACKIT und das Ferdinand-Steinbeis-Institut haben sich zum Thema Detektion von Leckagen in pneumatischen Systemen in einem Cloud-basierten Projekt zusammengetan. In erster Linie geht es darum, undichte Stellen in Schläuchen und Rohren zu lokalisieren.
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Bei einer Leckage bzw. einem Leck handelt es sich um eine undichte Stelle in einem System, die z. B. durch ein Loch in einem Schlauch ausgelöst wird. Dies führt dazu, dass Fluide, Gase und Feststoffe unerwünscht und unbemerkt ein- und austreten und vom menschlichen Gehör kaum erfasst werden können. Zur Detektion von Leckagen dienen derzeit hauptsächlich Ultraschall-Sensoren, die trotz hohem Aufwand beim Auffinden dieser Leckagen nur mäßig erfolgreich sind.
Mögliche Anwendungsfelder, die von Leckagen betroffen sein können:
Kaffeerösterei
Autowaschanlage
Produktionsbetrieb
Abfüllanlage
Leckagen finden sich in vielen Bereichen der Industrie. Neben Kaffeeröstereien, Autowaschanlagen oder Produktionsbetrieben können auch Abfüllanlagen davon betroffen sein. Die Anwendungsfelder haben eines gemeinsam: Die Reduktion von Druckverlusten spart nicht nur Energie und Kosten, sondern leistet auch einen Beitrag zur CO2-Minderung.
Zahlen zu Leckagen in Deutschland pro Jahr:
Mehr als 62.000 Druckluftanlagen
Über 16 Mrd. kWh Verbrauch aller Druckluftanlagen
Bis zu 30% Druckluftverlust der meisten Anlagen*
ca. 5,14 Mrd. € Einsparpotenzial aller Druckluftanlagen*
*nach Forschungen des Ferdinand-Steinbeis-Instituts
Komplexes Problem einfach veranschaulicht
Das AIoT-Lab des Ferdinand-Steinbeis-Instituts stellte sich der Herausforderung, Leckagen in pneumatischen Systemen zuverlässig zu ermitteln. Mittels eines Ultraschall-Mikrofons und einer KI-Lösung werden die Leckagen-Daten erfasst, analysiert, klassifiziert und anschließend in der Cloud gespeichert.
Um die Leckagen-Problematik einfach zu veranschaulichen, nutzt das Ferdinand-Steinbeis-Institut den maßstabsgetreuen Aufbau eines Flaschenfüllsystems aus LEGO®-Steinen im Kofferformat.
Dieser Koffer dient Trainings- und Vorführzwecken bei interessierten Industrie-Unternehmen. Partner für das erste Pilotprojekt sind neben STACKIT Mader, TÜV Süd und Bosch. Letztere haben die Sensorik für die Leckagen-Erkennung geliefert.
Vorteile des Leckagen-Modells
des AIoT-Labs
In der bisherigen Zusammenarbeit haben sich zahlreiche nennenswerte Vorteile der Leckagen-Lösung herauskristallisiert. Besonders die Kooperation von STACKIT und dem Ferdinand-Steinbeis-Institut prägte den Erfolg des Projekts. Die STACKIT Cloud als EU-sichere, souveräne und vor allem regionale Cloud-Lösung ist die verlässliche Basis für dieses Erfolgsmodell. Dadurch wird eine DSGVO-konforme Datenverarbeitung und -speicherung global möglich. Darüber hinaus profitieren Nutzer von vielen weiteren Vorteilen:
| 1. Einfaches Integrieren des Modells in vorhandene Instandhaltungsmaßnahmen |
| 2. Digitales Komplettpaket inklusive Push-Nachricht zu Leckagen-Daten |
| 3. Priorisieren relevanter und weniger relevanter Leckagen |
Diese Vorteile steigern die Energie- und Kosteneffizienz bzw. reduzieren die Ausfallzeiten der Geräte durch Zustandsüberwachung und vorausschauende Wartung signifikant.
So funktioniert die Leckagen-Detektion in Verbindung mit der STACKIT Cloud
Vereinfachte Darstellung der Funktionsweise des Leckagen-Modells
1. Prüfung des pneumatischen Systems
Zu Beginn steht das pneumatische System, bei dem mit Hilfe eines Ultraschall-Mikrofons die Geräusche von Leckagen aufgenommen und in Echtzeit an einen zentralen Empfänger, den Edge Node (Raspberry-Pi), weitergeleitet werden.
2. Einsatz der KI
Grundlage des Modells bildet eine künstliche Intelligenz (KI, intelligenter Deep-Learning-Algorithmus), die nach einem audiobasierten Luftleckagen-Datensatz modelliert wurde. Sie wird auf dem Edge Node eingesetzt. Die KI extrahiert und klassifiziert nach der Prüfung die relevantesten Merkmale der gewonnen Daten und lernt kontinuierlich. Die gesammelten Leckagen-Daten werden direkt an die STACKIT Cloud weitergeleitet.
3. Datentransfer zur STACKIT Cloud
In der Cloud können die Daten extrahiert und die jeweiligen Lecks erkannt sowie klassifiziert werden. Aktuell werden die Leckagen-Daten von vier verschiedenen Standorten weltweit erfasst und von der KI kontinuierlich weiter optimiert.
4. Visualisierung der Ergebnisse
Die Leckagen-Ergebnisse werden vom AIoT-Lab über die Plattform Grafana visualisiert, und die Servicearbeiten können beginnen. So kann das pneumatische System auch vorausschauend gewartet werden.
Sie verwenden ein pneumatisches System und möchten die Lösung vor Ort testen?
Im Pilotprojekt zwischen dem Ferdinand-Steinbeis-Institut und STACKIT wurden zahlreiche Leckagen-Daten gesammelt. So wurde die KI weiter trainiert. Um die Vorhersagen zu möglichen Leckagen zu präzisieren, sucht das AIoT-Lab Unternehmen wie Sie!
Dann sind es nur vier Schritte zur Analyse Ihres pneumatischen Systems:
- Kontaktaufnahme mit AIoT-Lab-Team:
Herr Dr. Dominik Morar vom Ferdinand-Steinbeis-Institut freut sich, einen Termin zur Teilnahme an der Analyse mit Ihnen zu vereinbaren. Für weitere Fragen rund um das Projekt steht er gerne zur Verfügung.
- Auswahl der Unternehmen:
Nach festgelegten Kriterien des Ferdinand-Steinbeis-Instituts werden die Unternehmen ausgewählt, die am Leckagen-Test teilnehmen.
- Besuch vor Ort:
Das AIoT-Lab-Expertenteam besucht Sie mit 2–3 Personen für 90 Minuten und sammelt alle notwendigen Daten für die Analyse Ihres pneumatischen Systems. Gespeichert werden Ihre Daten in der EU-sicheren STACKIT Cloud. Im Rahmen der Vor-Ort-Analyse erhalten Sie außerdem Einblicke in die Funktionsweise der Steinbeis-Lösung zur Leckagen-Detektion. - Ihr Abschlussbericht:
Sie erhalten einen ausführlichen Abschlussbericht mit Auswertungen sowie Empfehlungen zur Leckagen-Reduktion in Ihrem Unternehmensumfeld.
Sie möchten ein anderes Cloud-Projekt realisieren und haben eine Frage zur STACKIT Cloud?
Nehmen Sie gerne Kontakt mit den Kollegen aus unserem STACKIT Vertriebsteam auf.
Hintergrund AIoT-Lab und
Ferdinand-Steinbeis-Institut
Das AIoT-Lab des Ferdinand-Steinbeis-Instituts wurde 2021 am Bildungscampus in Heilbronn gegründet und unterstützt die Validierung AIoT-fähiger Geschäftsideen.
Im Lab werden intelligente vernetzte Produkte und Lösungen entwickelt, um zu demonstrieren, wie praktische Lösungen durch AIoT in der realen Welt bewältigt werden können. Ziel ist es, die vielen komplexen Anforderungen von AIoT-Projekten zu reduzieren, um sie leichter und schneller umzusetzen. Die für die Leckagen-Detektion entwickelte AIoT-Plattform soll erste Erfahrungen in diesem Bereich sammeln. Durch das Wiederverwenden von Modellen bzw. Algorithmen sollen künftige AIoT-Projekte besser und schneller zu bewältigen sein. Weitere Plattformen sind geplant. Mehr Informationen zum Ferdinand-Steinbeis-Institut und dem AIoT-Lab finden Sie unter: https://ferdinand-steinbeis-institut.de/aiotlab/
Referenzen aus anderen Branchen
