Ziel
Das Ziel des Forschungsvorhabens ist ein skalierbares KI-basiertes Assistenzsystem für Bedienende einer Papiermaschine. Dafür ist ein unternehmensübergreifender, skalierbarer Datenaustausch entlang der Wertschöpfungskette im Papier-Wertstoffkreislauf notwendig. Mit dessen Hilfe kann das Assistenzsystem an der Papiermaschine situativ auf unterschiedliche Altpapierqualitäten aus der Sortierung reagieren. Im Ergebnis steht die Digitalisierung des Wertstoffkreislaufes Papier, eine Erhöhung der Effizienz der Prozesse und ein signifikanter Beitrag zur Einsparung von Ressourcen. Die Nachhaltigkeit der deutschen Kreislaufwirtschaft Papier wird somit deutlich gestärkt.
Als Grundlage für dieses Projekt dient ein bereits funktionsfähiger Demonstrator eines KI-basierten Assistenzsystems für Maschinenbediener einer Papiermaschine. Bislang ist dieses System jedoch nicht skalierbar. Es ist ausgestattet mit einer KI-basierten Situationserkennung des Maschinenzustands sowie einer Inline-Prognose für die Festigkeit des produzierten Papiers. Auf Basis von Vergangenheitsdaten, einer Wissensdatenbank sowie dem aktuellen Maschinenzustand soll das Assistenzsystem Vorschläge für Verbesserungsmaßnahmen generieren. Diese Vorschläge können anschließend vom Bedienenden steuernd eingesetzt werden. Auf diese Weise kann der Maschinenbediener frühzeitig auf drohende Abweichungen bei den Eigenschaften des Fertigprodukts oder Störungen im Produktionsprozess reagieren. Das Assistenzsystem lernt durch die vom Bediener getroffene Auswahl und dem daraus resultierenden Einfluss auf die Prozesskenngrößen laufend dazu. Zur Realisierung sollen unternehmensübergreifend automatisiert Daten ausgetauscht werden. Um das Assistenzsystem für den industriellen Einsatz zu optimieren, muss eine einfache Implementierung des Systems auf verschiedenen Arten von Papiermaschinen möglich sein. Auf diese Weise soll es möglich sein, das System in einer Vielzahl von Papierfabriken einzusetzen.
Hintergrund
Die Grundstoff- bzw. Prozessindustrie in Deutschland fördert die Krisenstabilität des Landes und erlaubt umfassende Prozess- und Produktinnovationen entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Die Ressourcen- und Energieintensität dieser Industriezweige erfordert in den nächsten Jahren entscheidende Innovationssprünge, sowohl hinsichtlich des ökologischen Fußabdrucks als auch der Produktionseffizienz. Dabei hat Deutschlands Papierindustrie, als elementarer Teil der Grundstoff- und Prozessindustrie, mit der kontinuierlichen Steigerung der Altpapier-Einsatzquote in den letzten Jahren große Erfolge in der Nachhaltigkeit erzielt. Dennoch bleibt die Herstellung von Papier, mit Altpapier als wichtigstem Rohstoff, vor allem energetisch ein ressourcenintensiver Prozess. Dafür wurde im Jahr 2021 das Foschungsvorhaben ODiWiP und darauf aufbauend 2023 das Projekt KIBAPap initiiert.
Das Projekt ODiWiP wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) in der Maßnahme „Digital GreenTech Umwelttechnik trifft Digitalisierung“ des Aktionsplans „Natürlich.Digital.Nachhaltig“ gefördert.
Im Rahmen von ODIWiP wurde erfolgreich ein funktionsfähiger Demonstrator eines KI-basierten Assistenzsystems für die Bedienung einer Papiermaschine entwickelt und implementiert. Dieses Assistenzsystem bietet eine effiziente Möglichkeit, den Produktionsprozess zu überwachen, Qualitätsprobleme frühzeitig zu erkennen und zu beheben sowie die Entscheidungshoheit der Maschinenbedienenden zu bewahren. Die Selbstoptimierungsfunktion und die Möglichkeit zur Erweiterung des Fachwissens stellen sicher, dass das System kontinuierlich verbessert wird und den sich wandelnden Anforderungen gerecht wird. ODIWiP zeigt das Potenzial von KI in der Industrie und hebt die Bedeutung von Intelligenten Assistenzsystemen für die Steigerung der Effizienz und Qualität in komplexen Produktionsprozessen hervor. Die erfolgreiche Implementierung des Demonstrators eröffnet die Möglichkeit zur weiteren Entwicklung und Anpassung des Assistenzsystems. Es bleibt zu erwarten, dass diese Technologie in der Papierherstellungsindustrie und darüber hinaus eine immer wichtigere Rolle spielen wird, um die Produktionsprozesse zu optimieren und die Qualität der Endprodukte zu sichern.
An diesem Punkt soll nun das Forschungsprojekt KIBAPap „KI-basiertes Bedienerassistenzsystem im Wertstoffkreislauf Papier“ ansetzen und den bereits funktionsfähigen Demonstrator weiterentwickeln und skalierbar gestalten. Das Verbundprojekt KIBAPap wird gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz im Rahmen der Richtlinie zur Förderung der Nutzung und des Baus von Demonstrationsanlagen für die industrielle Bioökonomie. Das Projekt startete im Juli 2023 mit einer Projektlaufzeit von drei Jahren. Insgesamt sind acht Partner an diesem Verbundprojekt beteiligt.
Lehrstuhl für International Production Engineering and Management
Universität Siegen
Department Maschinenbau
Siegener Straße 152
D-57223 Kreuztal
Email: sekretariat.ipem@uni-siegen.de
