Ad hoc – Arbeitsgruppe „Künstliche Intelligenz in der PAT“, AG KIPAT

post by Matthias Rädle
Das Schlagwort künstliche Intelligenz ist inzwischen in aller Munde und ist auch für den Arbeitskreis Prozessanalytik ein hochaktuelles Thema. Wie schon auf unserer Homepage und in unserem LinkedIn-Account dargestellt, haben wir in letzter Zeit mehrere Arbeitsgruppen gegründet, die sich mit speziellen Themen aus dem Gesamtumfeld der PAT befassen. Eine dieser Arbeitsgruppen ist die AG KIPAT, die sich mit der künstlichen Intelligenz in der Prozessanalysentechnik befasst. Augenblicklich wirken in der Arbeitsgruppe mit: Maik Müller, Eva Krolitzky, Felix Schlecht, Tobias Schenk und Matthias Rädle. Unterstützt werden wir fachlich noch aus CeMOS von Prof. Oliver Wasenmüller, Felix Wühler und Pooja Kumari. Die Arbeitsgruppe trifft sich regelmäßig zunächst vierzehntägig.
Wir wollen erarbeiten, welche Methoden der KI sich ganz speziell in der PAT anwenden lassen. Dabei wollen wir nicht neue mathematische Algorithmen entwickeln, sondern eine möglichst einfache und breite Anwendungsbasis der KI in der PAT finden. Dies bedeutet, dass wir versuchen, einen einfachen Weg aufzuzeigen, wie möglichst mit kostenlosen Bibliotheken ein auch für den digitalen Laien verständliches Vorgehen erarbeitet werden kann und neue Applikationen ermöglicht werden. Ein Schwerpunkt der Diskussion liegt darin, zu identifizieren, in welchen Feldern und mit welchen Anwendungen die KI in der PAT Fuß fassen kann. Durchforstet man hier die Literatur, findet man als hauptsächliche Anwendungen Gesichtserkennung, Fingerabdrücke und andere populäre Beispiele. Aus Verfahrenstechnik und Prozessanalysentechnik findet sich kaum etwas. Diese Lücke wollen wir füllen.
Die Beteiligten der AG kommen aus unterschiedlichen Industrien und Hochschulen, teilweise sind sie noch im Studium oder haben nach einem Industrieaufenthalt wieder ein Studium aufgenommen. Damit sichern wir den Blick aus allen Richtungen. Wir schauen auf die Möglichkeiten in der akademischen Welt, sichten wissenschaftliche Literatur, zeigen uns aber auch interessiert an pragmatischen Lösungen für die täglichen Probleme im Industrieeinsatz. Aktuell wird ein Thesenpapier erstellt, welches die ersten Ergebnisse zusammenfasst. Die Anwendungen in der PAT sind natürlich in einer der ersten Prioritäten mit Bildanalyse verknüpft. Sowohl die KI als auch insbesondere KI in Verbindung mit preiswerten Kameras und hochrobusten, aber preiswerten Mikrocomputern ermöglichen Systemlösungen, die es vor wenigen Jahren noch nicht gab. Es ist nun möglich und preislich erschwinglich, z. B. etliche Webcams zusammenzuschalten und damit dreidimensionale und bewegte Vorgänge zu erfassen, und instantan, also über Edge Computing oder auch über cloudbasiertes Computing auszuwerten und in Form einfacher Ergebnisse weiterzugeben.
Die Diskutanten sind der Meinung, dass wir in naher Zukunft eigentlich hoch komplexe Geräte deshalb extrem preiswert zur Verfügung haben werden, weil die Universalität der Einsetzbarkeit von Standardelektronik/Optik eine Stückzahl von vielen Millionen in der Produktion ermöglicht. Zu Preisen von 2022 kostet die Hardware für eine Kamera mit z.B. 8 Mio. Bildpunkten mit Objektiv und zugehörigem Computer weniger als 100 €. Damit lassen sich Anwendungen realisieren, die es u. a. ermöglichen, auch Messgeräte, die aktuell nicht an Prozessleitsysteme angekoppelt sind, nachträglich auszurüsten. Auch wenn eine solche Vorgehensweise wie von hinten durch die Brust ins Auge erscheint, könnte eine Webcam mit gesicherter Funkanbindung einfachste Messaufgaben wie die Ventilstellung oder das Auslesen eines Schwebekörper-Durchflussmessers oder das Ablesen eines Manometers billiger realisieren als klassische Möglichkeiten des Legens einer Datenverbindung über Leitungen und Auflegen der Signale auf SPS oder PLS. Ganz im Sinne eines SMART Monitoring.
Die KI-Möglichkeiten in der PAT sind jedoch noch deutlich vielfältiger. Wir gehen davon aus, dass wir mit den Fluktuationen zeitlich hoch aufgelöster Sensorsignale, wie z. B. von optischen Rückstreusensoren, Scannern oder Zeilenkameras in der Lage sein werden, die Möglichkeiten der Prozessüberwachung gegenüber dem aktuellen Stand der Technik erheblich zu ergänzen.
Auch aus volkswirtschaftlicher Perspektive sehen wir die Aufgabe der KIPAT darin, Produktionen so weit automatisierbar zu gestalten, dass die Herstellkosten sehr viel stärker von Abschreibung auf Investitions- als von Lohn-/Stückkosten geprägt sind. Gelingt dies, so ist die natürliche Folge ein Zurückholen vieler Produktionen aus Drittweltländern nach Zentraleuropa, z. B. Deutschland. [Anmerkung: Ist dieser Satz nicht zu politisch? Alternative: Gelingt dies, so wird lokale Produktion wieder wettbewerbsfähiger.] Die Weiterentwicklung der Computertechnologie macht die Anwendung der KI in der PAT zu einem Thema, dessen Ende nicht absehbar ist. Wir halten es deshalb für richtig, sich hier und jetzt in einer AK PAT-Arbeitsgruppe damit zu beschäftigen.
Gerne laden wir, die aktuellen Teilnehmer der Arbeitsgruppe, weitere Interessenten ein, sich unseren Arbeiten anzuschließen. Dies kann als permanentes Mitglied in der Arbeitsgruppe sein oder auch als Gast mit einem speziellen Themenvorschlag, der jedoch vor der entsprechenden Sitzung angekündigt werden sollte. Wir freuen uns auf Eure Beteiligung.



Over the course of three days, 222 participants from all over Europe discussed the newest developments in process analytics and control technology, focusing on three different overarching topics: “Process Analysis in Real-World Manufacturing”, “From Data to Process Monitoring, Control and Optimization” and “Novel PAT and Instrumental Technologies”.






Der Donnerstag startete, nach Begrüßung durch den Vorstandsvorsitzenden Maik Müller von der tec5 AG, mit einem entspannten Quick Lunch und Gesprächen über die aktuelle Corona-Situation, die natürlich alle beschäftigte. Matthias Rädle hatte für den Konferenzraum einen ProxiCube mitgebracht, der die Luftqualität anhand der CO2– und Aerosolkonzentration misst und optische Signale gibt, sobald die Luft im Konferenzraum zu schlecht wurde, sodass die Fenster zum Lüften geöffnet wurden. Nach ausgelassenen Diskussionen über das Messprinzip (da kommen die PATler:innen in uns durch) und die Sinnhaftigkeit dahinter begann die eigentliche Sitzung des erweiterten Vorstands.
Es wurde eifrig aus den einzelnen Arbeitsgruppen berichtet; besonderer Fokus wurde hierbei auf die vor kurzem stattgefundene EuroPACT2021, die Außendarstellung des AK PAT sowie die Mitgliedergewinnung gelegt. Es wurde festgehalten, dass der AK aktiver auf der Plattform LinkedIn in Interaktion mit den Mitgliedern gehen möchte, um präsente, akute Themen und Fragestellungen im AK besser aufgreifen zu können.
Ich glaube, das ist ein klasse Forum im deutschsprachigen Raum, gerade mit dieser Idee des Trialogs. Davon bin ich sehr begeistert. Hochspezifische technologische Anwendungen für herausfordernde Fragestellungen – das geht nur zusammen mit einem Geräteentwickler. Aus meiner Sicht gibt es bei den großen Unternehmen der Prozessindustrie eine gar nicht mehr so starke F&E-Aktivität in Richtung Messtechnik-Entwicklung. Hier müssen Messtechnik-Spezialisten Hand in Hand mit Anwendern arbeiten und darüber hinaus akademischen Input hinzuziehen. Meiner Meinung nach geht das nur mithilfe des Trialogs. Ich finde es eben richtig klasse, dass dies im AK PAT auch genauso aufgesetzt ist, mit der Vorstellung, dass alle drei gleichberechtigt miteinander reden. In manch anderen Communities gibt es so ein bisschen den Tenor, dass Gerätehersteller dort ihre Produkte ausstellen dürfen, aber sonst nicht so viel zur Interaktion beitragen. Mir gefällt es im AK PAT sehr gut, dass die Herstellerseite direkt eingebunden ist.
n meinem jetzigen Job gefällt mir vor allen der Praxisbezug zu den Anwendern von Prozessanalytik. In meiner Zeit bei Merck in Darmstadt habe ich alle Sorgen und Nöte der Betriebe kennengelernt und Lösungsansätze gefunden. An der BAM arbeiten meine Kolleginnen und Kollegen daran, dass PAT für die Anwender einfacher, robuster und wirtschaftlicher wird. Was die Analysentechniken angeht, sind wir sehr breit aufgestellt, haben uns aber fokussiert, wie z. B. auf die Online-NMR-Spektroskopie, da sie nahezu kalibrierfrei arbeitet und linear ist. Auf dem Bild sieht man mich 2014 noch selbst am 500-MHz-Online-NMR-Spektrometer, unserem Referenzgerät.