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Smart Systems Hub: Mit einem interdisziplinären Team innerhalb von nur drei Monaten zur Pilotlösung

  • Smart Systems Hub: Mit einem interdisziplinären Team innerhalb von nur drei Monaten zur Pilotlösung
    Eine digitale Lösung für die Zustandskontrolle von Ventilen für die Reinstwasserversorgung in der Halbleiterindustrie ist das Ergebnis der Digital Product Factory Batch#2 im Smart Systems Hub (SSH).

Eine digitale Lösung für die Zustandskontrolle von Ventilen für die Reinstwasserversorgung in der Halbleiterindustrie ist das Ergebnis der Digital Product Factory Batch#2 im Smart Systems Hub (SSH). "Projektpartner waren die Unternehmen GLOBALFOUNDRIES Dresden, Infineon Dresden, Sensry, Coderitter und T-Systems Multimedia Solutions", berichtet Michael Kaiser, CEO im Smart Systems Hub.

 

Integration von neuen Technologien beschleunigen
Die Digital Product Factory ist ein dreimonatiges, moderiertes Co-Innovationsformat in einem geschützten Raum. Es soll die Integration von neuen Technologien beschleunigen. Wie effektiv das ist, dafür gibt dieses Projekt ein besonders gutes Beispiel, denn in der Batch#2 wurde eine komplette IoT-Lösung erarbeitet – von der Sensorik über die Datenvorverarbeitung in einer Edge-Computing-Hardware bis hin zur Darstellung in Cloud-Dashboards.

Projektpartner GLOBALFOUNDRIES ist ein US-amerikanischer Halbleiterhersteller mit weltweit über 16.000 Mitarbeitern. Das Unternehmen produziert Mikrochips im Auftrag von über 250 Kunden und betreibt dafür Werke in Dresden, den USA und Singapur. Die Fab in Dresden gilt als die größte und modernste in Europa. Dort wird 24/7 produziert. In der Fertigung durchläuft jeder Wafer mehr als tausend einzelne Arbeitsschritte, die aufeinander aufbauen.

Ausfallrisiko bei Reinstwasser-Ventilen
Aufgrund der hohen Nachfrage nach Chips läuft die Produktion in Dresden derzeit auf Volllast. Um Fertigungsunterbrechungen durch Ausfälle und Wartungen so gering wie möglich zu halten, legt das Unternehmen großen Wert auf Predictive Maintenance – die sogenannte vorausschauende Wartung. Das Team sucht kontinuierlich nach Verbesserungsmöglichkeiten bei Anlagenüberwachung und Ausfallvorhersage. Eine Lücke in dem ansonsten bereits relativ dichten Kontrollsystem störte die Experten: "Um die Wafer, auf denen die Chips gefertigt werden, von Chemikalienresten zu befreien, werden sie in speziellen Becken mit Reinstwasser gesäubert", erläutert Michael Wotzka, Facilities-Ingenieur bei Globalfoundries Dresden. Die Zu- und Ablaufventile zu diesen Becken wurden bisher von erfahrenen Mitarbeitern regelmäßig persönlich durch Sichtprüfung und ein ausgeklügeltes, dreistufiges Analyseverfahren vor Ort überwacht. Dennoch waren Ausfälle durch Defekte schwer vorhersagbar.

Um eine digitale Zustandsüberwachung der Reinstwasserventile zu ermöglichen, wurden im Rahmen der Digital Product Factory durch ein agiles Projektteam geeignete Sensoren ausgewählt, KI-Algorithmen zur Früherkennung von Schäden entwickelt und mittels einer flexiblen Cloud-Plattform, zur übersichtlichen Darstellung und Bewertung des Zustands der Ventile, realisiert. Ziel war es, dass notwendige Wartungen zukünftig rechtzeitig und ohne Produktionsausfall erfolgen können.

Digital Product Factory: Im Team erfolgreich zur Lösung

Bestandteile der Lösung ist zum einen die hochintegrierte Edge-Hardware des Sensorik-spezialisten Sensry. Damit werden Audio- und Vibrationsdaten in Echtzeit erfasst. "Das Besondere an dieser Plattform ist", so Wotzka, "dass sie auf unserer 22FDX-Technologie basiert und in unserer Dresdner Fab 1 gefertigt wird". Die damit gewonnen Daten werden durch KI-Algorithmen direkt am Entstehungsort vorverarbeitet, die gemeinsam mit den "Coderittern", einem Dresdner IoT-Startup, entwickelt wurden.

Dabei wurde erstmalig in der Digital Product Factory der konkrete Anwendungsfall in der Hardware Umgebung basierend auf der Universal Sensor Plattform "Ganymed" von Sensry umgesetzt. Die besondere Herausforderung dabei war die im Vergleich zur Cloud eher geringe Rechenpower der Edge-Hardware. In Zusammenarbeit mit Sensry, bekamen die Teams ein tiefes Verständnis für ein Zusammenspiel von Hard- und Software auf dem untersten Tech-Ebene.

Dies ermöglichte die Entwicklung und Implementierung eines sehr schlank programmierten Algorithmus, der perfekt in der Lage ist, Muster in den erfassten Sensordaten zu erkennen.

Die Übertragung der Daten in die Cloud und die übersichtliche Darstellung in Dashboards erfolgt dann mit der Plattform "Cloud Shopfloor Intelligence" von T-Systems MMS. Damit sind die Daten zum Zustand der Anlagen in Echtzeit und remote abrufbar und können in weitere Prozessschritte integriert werden.

"Eine weitere Herausforderung war die Entscheidung über die geeignete Sensorik", sagt Wotzka. Doch auch dafür fanden sich im Silicon Saxony auf kurzem Wege Partner: Das Team konnte auf einen Mikrofon-Sensor von Infineon zurückzugreifen. "Dieser erfasst akustische Daten, die sich in unserem Kontext optimal auswerten ließen", so Wotzka. "Ein zusätzlicher Beschleunigungs-sensor des Fraunhofer Instituts für Elektronische Nanosysteme (ENAS) erfasst Vibrationen.

Mit allen diesen Daten wurde der KI-Algorithmus entsprechend trainiert. Man sieht also schon, die Lösung ist echte Teamarbeit."

KI verhindert Stillstände
Dank der skalierbaren Edge-Computing- und Cloud-Lösung werden die gewonnenen Daten aus den hochkomplexen Prozessen ausgewertet und aufbereitet. Eine in das Edge Device eingebettete KI ermöglicht nun die Überwachung der Ventile rund um die Uhr; Ausfälle können so verhindert werden. "Durch die Darstellung der gewonnenen Daten über ein Dashboard arbeiten sowohl die Komponentenhersteller und Anlagenbauer als auch unsere internen Teams mit identischen Informationen", freut sich Wotzka. "Einer der größten Vorteile ist, dass die Analyse herstellerunabhängig funktioniert. Die Digital Product Factory – mit einem branchenüber-greifenden Expertenteam und dem Versprechen, nach nur drei Monaten ein Minimum Viable Product (MVP) in der Hand zu haben – war für uns der perfekte Weg zu einer schnellen Lösung." Alexander Kirstan, Facilities Manager bei GLOBALFOUNDRIES ergänzt:  "Wir sehen eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten zur Produktionsüberwachung an unserem Standort. Auch an unseren anderen Standorten in den USA und Singapur stößt da Projekt auf großes Interesse, so dass wir auch einen globalen Einsatz im Auge haben."

"Zu sehen, wie große industrielle Partner, Startups und mittelständische Unternehmen in dem von uns geschaffenen (Frei)Raum vertrauensvoll und zielorientiert in nur drei Monaten zu einem messbaren Ergebnis kommen, ist immer wieder beeindruckend", sagt Michael Kaiser. "Dass nach der Digital Product Factory nun alle Projektpartner ganz konkret mit dem Smart Maintenance-MVP weiterarbeiten, macht mich dabei besonders stolz", ergänzt Kaiser.

Silicon Saxony e.V., als Gesellschafter des Smart Systems Hub, sieht großes Potenzial für Co-Innovation im industriellen Hightech-Umfeld. Ziel ist es, die Mitglieder miteinander zu vernetzen, damit diese, zum gegenseitigen Vorteil, gemeinsame Projekte starten und neue Produkte und Dienstleistungen entwickeln. "Das Interesse an IoT-Lösungen nimmt stetig zu. Gleichzeitig schauen unsere Mitglieder, wie sie mit neuen Ansätzen ihre Produktionsprozesse weiter digitalisieren und optimieren können. Die exzellenten Co-Innovation-Formate des Smart Systems Hub sind ideal, um Angebot und Nachfrage zielgerichtet zusammenzubringen", sagt Frank Bösenberg, Geschäftsführer von Silicon Saxony e.V. "Als Nächstes werden wir gezielt Partner aus den europäischen Hightech-Clustern einbinden, mit deinen wir seit Jahren sehr gute Partnerschaften pflegen", sagt Bösenberg.

Kontakt

Michael Kaiser
Geschäftsführer der Smart Systems Hub GmbH
Postplatz 1
01067 Dresden
 
Tel.: +49 351 48 18 88 97
E-Mail: mk@smart-systems-hub.de
Internet: www.smart-systems-hub.de 

Über Smart Systems Hub
Der Smart Systems Hub Dresden ist Teil der deutschlandweiten und vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) initiierten Digital Hub Initiative (de:hub-Initiative). An insgesamt zwölf Standorten arbeiten aktuell klar fokussierte "Technologieleuchttürme" in den Innovationsfeldern der Gegenwart und nahen Zukunft.

Der Smart Systems Hub Dresden ist in Deutschland einer der zentralen Enabler des kommenden Zukunftsfeldes "Internet der Dinge" (Internet of Thing/IoT). Zusammen entwickeln, produzieren und vermarkten der Hub und seine Partner als ein One-Stop-Shop, der von intelligenten Bauteilen und Algorithmen bis zu smarten Maschinen und Anlagen die bestehenden bzw. die aktuell in der Entwicklung befindlichen Leistungen des Zukunftsfeldes "Smarte Systeme" zusammenführt.

Weiterführende Links

www.smart-systems-hub.de
https://de-hub.de

Foto: Smart Systems Hub