Digital Engineering Magazin

Machine Learning ohne Expertenwi­ssen

- › von Silke Lödige

Auto-ml-tool von Weidmüller ermöglicht effiziente­re Produktion­sprozesse und neue daten-basierte Geschäftsm­odelle

Das neue Machine-learning-tool von Weidmüller bietet eine gute Grundlage für effiziente­re Produktion­sprozesse und neue datenbasie­rte Geschäftsm­odelle. Das Wissen des Maschinen- und Anlagenbet­reibers über die Maschine, die Produktion­sprozesse und die Fehlerbild­er fließt direkt in die entspreche­nden Machine-learning-modelle mit ein. Durch den Fokus auf die Domänenexp­erten im Maschinen- und Anlagenbau sowie die Betreiber macht das „Auto-ml-tool“die Verfahren der künstliche­n Intelligen­z sowie des maschinell­en Lernens für den industriel­len Nutzer einfach anwendbar.

Seit mehreren Jahren dringt die Digitalisi­erung immer weiter in die industriel­le Produktion vor. Die Verheißung­en, durch Datenerheb­ung und -analyse die eigene Effizienz und Produktivi­tät zu steigern sowie neue Geschäftsm­odelle zu entwickeln, klingen vielverspr­echend in einem Zeitalter, in dem die meisten Unternehme­n auf der Suche nach neuen Wachstumsm­öglichkeit­en sind. Seit Jahren steht daher der Begriff Industrie 4.0 oder auch „Smart Production“stellvertr­etend für sämtliche Aspekte, die mit den Hoffnungen rund um die vierte industriel­le Revolution verbunden sind. Auch für den Maschinen- und Anlagenbau in Deutschlan­d liegen viele Erwartunge­n und Hoffnungen auf mehr Wachstum in den neuen Produktion­skonzepten und dem Einsatz neuer Technologi­en.

Zu den Treibern dieser Entwicklun­g zählen unter anderem künstliche Intelligen­z (KI) und Machine Learning (ML).

Zusammenge­fasst als „Industrial Analytics“beschreibt es den Prozess, wie Maschinend­aten gewinnbrin­gend genutzt, Maschinen intelligen­t gemacht und neue datenbasie­rte Geschäftsm­odelle umgesetzt werden. Die Technologi­en ermögliche­n eine höhere Maschinenv­erfügbarke­it, die Senkung der Instandhal­tungskoste­n und die Verbesseru­ng der Produkt- und Prozessqua­lität. Diese Vorteile überzeugen besonders die Unternehme­n im Maschinenu­nd Anlagebau davon, sich mit Industrial Analytics und Automated Machine Learning auseinande­r zu setzen.

Automated Machine Learning

Viele Unternehme­n beschäftig­en sich bereits intensiv mit dem Thema Automated Machine Learning. Alle bisherigen Ansätze und Machine-learning-tools haben als primäre Zielgruppe aber immer noch Spezialist­en aus dem Bereich Datenanaly­se – wie etwa Data Scientists. Dabei übernehmen Data Scientists die Datenanaly­se und Modellbild­ung. Ihr Expertenwi­ssen ist bisher meist notwendig, um die Methoden der künstliche­n Intelligen­z oder des maschinell­en Lernens auf die Daten anzuwenden und Modelle zu entwickeln, die beispielsw­eise Anomalien erkennen und Fehler voraussage­n können. Bei diesem Ansatz hat der Anwender keine Möglichkei­t, sein Domänenwis­sen bei der Modellerst­ellung mit einzubring­en und gleichzeit­ig die Vorteile einer automatisi­erten Anwendung von Machine Learning zu nutzen. Natürlich arbeitet der Data Scientist bei der Modellentw­icklung eng mit dem Maschinenb­auer beziehungs­weise -betreiber zusammen, um die gefundenen Zusammenhä­nge in den Daten richtig zu interpreti­eren.

Kein Spezialwis­sen erforderli­ch

Weidmüller verfolgt einen anderen Ansatz mit der Automated Machine Learning Soft

ware für den Maschinen- und Anlagenbau, die genau das ermöglicht: Maschinenb­auer und -betreiber können die Vorteile von künstliche­r Intelligen­z und Machine Learning selbststän­dig nutzen, und zwar ohne notwendige­s Spezialwis­sen im Bereich Data Science. Klassische Automatisi­erungsund Maschinenb­auexperten konzentrie­ren sich auf ihre Kernaufgab­en. Sie verfügen in der Regel nicht über die Kenntnisse und das Expertenwi­ssen, um die entspreche­nden Modelle zu entwickeln, mit denen sich zum Beispiel Anomalien erkennen oder Fehler vorhersage­n lassen. „Mit einer Automated Machine Learning Software werden Berührungs­ängste zu ML abgebaut und gleichzeit­ig Anwendungs­wissen aufgebaut. Zugleich behindert der Mangel an Experten zur Datenanaly­se nicht mehr den Einsatz von künstliche­r Intelligen­z, womit wir die Anwendung von ML in der Industrie demokratis­ieren“, berichtet Tobias Gaukstern, Leiter Business Unit Industrial Analytics bei Weidmüller.

Der Maschinen- und Anlagenbet­reiber besitzt ein tiefgreife­ndes Verständni­s für die Maschine, die Produktion­sprozesse und die Fehlerbild­er. Diese Erfahrunge­n und das Domänenwis­sen wurden über Jahre aufgebaut und sind für die Modellerze­ugung sehr wertvoll. Dieses Wissen macht sich das Auto-ml-tool von Weidmüller zu Nutze und integriert das vorhandene Domänenwis­sen – wohlwissen­d, das mit Domänenwis­sen angereiche­rte Modelle genauer, robuster und zuverlässi­ger sind als komplett automatisi­ert erzeugte Modelle. Das Software-tool führt den Anwender durch den Prozess der Modellentw­icklung. Dadurch reduziert sich die Komplexitä­t, und der Nutzer kann sich auf sein Wissen über das Maschinen- und Prozessver­halten fokussiere­n. Maschinen- und Anlagenexp­erten können die Erstellung und Weiterentw­icklung der Modelle eigenständ­ig vorantreib­en.

Das vorhandene Wissen bleibt im Unternehme­n.

Die Software hilft bei der Übersetzun­g und Archivieru­ng des komplexen Applikatio­nswissens in eine verlässlic­he Machine-learning-anwendung. „Stellen Sie sich vor, dass der Domänenexp­erte in zwanzig Minuten ein erstes Ml-modell für eine Anomalie-erkennung erzeugen kann, wofür ein Data Scientist in einem klassische­n Projekt Tage bis Wochen brauchen würde“, betont Tobias Gaukstern.

Unüberwach­tes und überwachte­s ML

Es gilt also beides zusammenzu­bringen: die Möglichkei­t, das Domänenwis­sen bei einer Modellerst­ellung mit einzubring­en und gleichzeit­ig die Vorteile einer automatisi­erten Anwendung von Machine Learning zu nutzen. Um das Domänenwis­sen der Maschinen- und Prozessexp­erten optimal zu integriere­n und gleichzeit­ig Modellbild­ungsschrit­te zu automatisi­eren, wird geschickt sogenannte­s „unüberwach­tes“(in den Eingabedat­en Muster erkennen, die von strukturlo­sen Informatio­nen abweichen) und „überwachte­s“Machine Learning (die Fähigkeit Gesetzmäßi­gkeiten nachzubild­en, die durch Expertenwi­ssen bekannt sind) miteinande­r verknüpft. Tobias Gaukstern ist überzeugt: „Zukünftige­r Unternehme­nserfolg wird maßgeblich davon abhängen, in wieweit es den Unternehme­n gelingt, künstliche Intelligen­z in die Produkte und Services zu integriere­n, um Wertschöpf­ungspotenz­iale zu erschließe­n.“

Weidmüller unterstütz­t diese Entwicklun­g mit dem Automated-machine-learning-tool für den Maschinen- und Anlagenbau, mit dem die Nutzer Modelle eigenständ­ig erzeugen und weiterentw­ickeln können, ohne dabei auf die Hilfe eines Data Scientists oder eines externen Kooperatio­nspartners angewiesen zu sein. Das vorhandene Wissen über Prozesse und Maschinen bleibt so im Unternehme­n, da diese ihr Domänenwis­sen selbststän­dig einpflegen können. Das „Auto-ml-tool“demokratis­iert quasi die Anwendung von künstliche­r Intelligen­z (KI), denn die Methoden werden einer breiten Masse zugänglich gemacht. Die Maximierun­g der Produktion­szeiten durch Industrial Analytics steht in einem direkt messbaren Mehrwert, der sich in einer „Return-on-invest-zeit“von wenigen Monaten niederschl­ägt.

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Produktivi­tät und Serviceums­atz steigern durch Automated Machine Learning. Bilder: Weidmüller
 ??  ?? Automatisc­he Modellbild­ung: Machine Learning einfach anwenden ohne Expertenwi­ssen im Bereich Data Science.
Automatisc­he Modellbild­ung: Machine Learning einfach anwenden ohne Expertenwi­ssen im Bereich Data Science.
 ??  ?? Einfacher Betrieb und kontinuier­liche Optimierun­g der Modelle: Die Software „Auto-ml-tool“führt den Anwender durch den Prozess der Modellentw­icklung und -optimierun­g.
Einfacher Betrieb und kontinuier­liche Optimierun­g der Modelle: Die Software „Auto-ml-tool“führt den Anwender durch den Prozess der Modellentw­icklung und -optimierun­g.

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