Das digitale Technikum: Ein Paradigmenwechsel im Scale-up-Engineering

Inhalte 

1.  Neue Wege in der Prozesstechnik: Simulieren statt testen 

2. GIG Karasek IIoT-Plattform: Der Datenhub des digitalen Technikums 

3. Das GIG Karasek Technikum als Trainingsumgebung für KI-Modelle

4. Das digitale Technikum: Die Vorteile einer lernfähigen Plattform 

5. Datenaggregation als Wettbewerbsvorteil in der Industrie 

6. Fazit: Das digitale Technikum – Scale-up neu gedacht

1. Neue Wege in der Prozesstechnik: Simulieren statt testen 

Klassische Versuchsreihen im GIG Karasek Technikum erfordern ausreichende Mengen an Testmaterial, um valide Ergebnisse zu erzielen. In der Praxis stehen jedoch oft nur begrenzte Materialressourcen zur Verfügung, insbesondere bei Forschungs- und Entwicklungsprojekten. Hinzu kommen Herausforderungen durch Eigenschaften der Testmedien, wie Gefährlichkeit oder lange Durchlaufzeiten, die die Anzahl der möglichen Versuche und damit die Datenbasis stark einschränken.

Hier kommt die Vision des digitalen Technikums ins Spiel: Mithilfe historischer Betriebs- und Mediendaten sowie fortschrittlicher Simulationstechniken, gestützt durch Künstliche Intelligenz (KI) und Machine Learning (ML), werden präzise Prognosen und realistische Offline-Simulationen erzeugt, die umfangreiche Versuchsaufbauten zunehmend überflüssig machen.

Das Ergebnis: Ein radikaler Wandel weg von ressourcenintensiven Experimenten hin zu datengetriebenen, digitalen Methoden, die den Weg für eine effizientere und flexiblere Prozesstechnik ebnen.

© GIG Karasek

„Die Verknüpfung von KI und maschinellem Lernen zur intelligenten Analyse bereits vorhandener Daten eröffnet das Potenzial, physische Testreihen durch hochpräzise Simulationen zu ersetzen. Damit wird eine neue Ära der Prozesstechnik eingeleitet, die auf eine weitgehend digitale Transformation des Technikums abzielt und in vielen Fällen eine kontinuierliche Optimierung von Stoff- und Prozessverhalten ohne reale Testläufe ermöglicht.“

Andreas Schnitzhofer, Managing Director, GIG Karasek

2. GIG Karasek IIoT-Plattform: Der Datenhub des digitalen Technikums

Die IIoT-Plattform von GIG Karasek bildet das Herzstück des digitalen Technikums und ist direkt mit dem GIG Karasek Technikum vernetzt. Die Plattform fungiert als zentraler Datenhub, der sowohl die Daten aus den Versuchen des Technikums als auch historische und Echtzeit-Rückmeldungen von bestehenden Anlagen zusammenführt.

Basierend auf diesen umfangreichen Datenbeständen entwickelt GIG Karasek durch den Einsatz modernster KI- und ML-Technologien intelligente und lernfähige Modelle, die eine exakte Simulation der Versuchsergebnisse ermöglichen – ohne dass reale Medien durch die Anlage geleitet werden müssen.

Der Ressourcenaufwand wird minimiert, während gleichzeitig Algorithmen eine lernfähige Struktur schaffen und kontinuierlich neues Wissen aus eingehenden Daten generieren und integrieren. Das digitale Technikum leitet damit einen Paradigmenwechsel im Scale-up-Engineering ein und erlaubt künftig eine detailgenaue Nachbildung von Betriebszuständen einer Anlage im Offline-Modus.

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3. Das GIG Karasek Technikum als Trainingsumgebung für KI-Modelle

Das GIG Karasek Technikum bietet eine ideale Lernumgebung, um Algorithmen zu trainieren. Durch den Betrieb unter realistischen Bedingungen mit vielfältigen Problemstellungen entsteht eine wertvolle Datenbasis, die es ermöglicht, Algorithmen gezielt zu verbessern und die Zuverlässigkeit der Simulationen fortlaufend zu erhöhen.

Abbildung 1: Das Technikum bietet eine ideale Kombination aus realistischen Daten, kontrollierter Umgebung und einer Vielzahl von Szenarien, die für das Training und die Weiterentwicklung von ML-Algorithmen essenziell sind. © GIG Karasek

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4. Das digitale Technikum: Die Vorteile einer lernfähigen Plattform

Das digitale Technikum ist ein Pionierzentrum, das durch die Symbiose von ressourcenschonenden Prozessen, intelligenter Automatisierung und KI-gestützten Workflows eine effizientere und innovativere Form des Experimentierens und der Datenerfassung ermöglicht – und dabei Kunden umfassende Vorteile verschafft:

• Effizientere Planung: KI-basierte Simulationsmodelle optimieren Designprozesse bereits in der frühen Entwicklungsphase, wodurch Iterationsschleifen verkürzt und die Planungseffizienz erheblich gesteigert wird.
• Verkürzte Entwicklungszeiten: Digitale Modelle erlauben schnelle Tests und Anpassungen, wodurch sich Versuchs- und Vorentwicklungsphasen drastisch verkürzen und Unternehmen von einer schnelleren Marktreife ihrer Produkte profitieren.
• Beschleunigte Markteinführung: Optimierte Prozesse verkürzen die Time-to-Market, sodass Unternehmen rascher auf Marktanforderungen reagieren können.
• Kostensenkung: Der Bedarf an Testmaterialien und kostenintensiven physischen Tests wird deutlich verringert.
• Proaktive Anlagenintelligenz: KI-gestützte Analysen erkennen Fehler und Schwachstellen frühzeitig und ermöglichen ihre schnelle Behebung. Ausfallzeiten werden minimiert, Wartungskosten gesenkt und Betriebsabläufe durch proaktive Überwachung sowie präzise Vorhersagen optimiert.
• Maximale Sicherheit und Datenschutz: Die Plattform ist über ein zertifiziertes Edge-Gerät mit dem Prozessleitsystem des Kunden verbunden. Zertifikate sichern die Authentifizierung, Verschlüsselung und Datenintegrität. Die Kommunikation erfolgt über MQTT und TLS 1.3 (höchster Standard). Kunden behalten die Kontrolle über ihre Daten und Zugriffsrechte, während strikte Zugriffskontrollen unbefugten Zugang verhindern.

Trotz der wachsenden Bedeutung digitaler Technologien bleibt die menschliche Kreativität unverzichtbar. Visionäre Ideen, kreative Lösungsansätze und innovative Konzepte sind auch weiterhin dem menschlichen Einfallsreichtum vorbehalten. Mit KI-gestützten Simulationsmodellen können diese Ideen jedoch mit einer bislang nicht dagewesenen Effizienz verwirklicht werden.

Beispiel 1: Predictive Design und automatisierte Angebotserstellung

Das digitale Technikum stellt eine Zukunft in Aussicht, in der Routineprozesse weitgehend autonom ablaufen. Ein Beispiel für die Potenziale dieser Technologien ist die KI-gestützte automatisierte Angebotserstellung:

• Anfrageformular: Kunden geben physikalische Daten und Zielparameter ein.
• KI-gestützte Simulationen: Auf Basis dieser Informationen erstellen Simulationsmodelle u.a. präzise Vor-Berechnungen und Basis Daten für die weitere Planung.
• Predictive Design: Das daraus abgeleitete Design bildet die Basis für schnellere und genauere Angebote sowie ersten Planungsunterlagen.

Digitale Simulationsverfahren sparen nicht nur wertvolle Zeit und Materialien, sondern erhöhen auch die Flexibilität und Prozesseffizienz. Anlagenbauer wie GIG Karasek können so schneller auf Bedürfnisse des Marktes reagieren und Projekte schneller und gleichzeitig höherer Präzision umsetzen.

Beispiel 2: „Operating Assistant“ für Anlagenbetreiber

Dienstleistungen wie Predictive Maintenance, Condition Monitoring und Optimization-as-a-Service, die bisher eine manuelle Überwachung und detaillierte Analysen erforderten, stehen an der Schwelle zur Transformation.

Der Schlüssel dazu ist die Integration automatisierter Systemroutinen, die – analog zu Assistenzsystemen in der Automobiltechnik – eine reibungslose Prozessüberwachung im operativen Hintergrund ermöglichen.

Mittels fortschrittlicher maschineller Lernverfahren wird der „Operating Assistant“ in der Lage sein, Abweichungen frühzeitig zu erkennen und gezielte Handlungsempfehlungen zu geben, wie zum Beispiel:

• Proaktives Fehlermanagement: Frühzeitige Detektion von Fehlerquellen und Diskrepanzen durch KI-Modelle.
• Gezielte Handlungsvorschläge: Operatoren erhalten präzise Anleitungen und Lösungsstrategien zur Fehlerlokalisierung und
  -behebung.
• Lebenszyklusübergreifende Nutzung: Vom Anlagenbetrieb über Wartung bis hin zur Prozessoptimierung bleibt der „Operating Assistant“ ein zentraler Helfer.

Abbildung 2: Der Operating Assistant wird sich durch eine Kombination aus fortschrittlicher Technologie, intuitiver Bedienbarkeit und hohem Automatisierungsgrad auszeichnen. © Adobe Stock

5. Datenaggregation als Wettbewerbsvorteil in der Industrie

Die rasante Entwicklung der Künstlichen Intelligenz formt die Wettbewerbslandschaft neu – der Erfolg wird denjenigen gehören, die ihre Daten am schnellsten und effektivsten nutzen.

Für Anlagenbetreiber, die ihre Produktionsinfrastrukturen digitalisieren, eröffnet sich die Chance, an einer dynamisch wachsenden, intelligenten Datenbank teilzuhaben und daraus erhebliche Vorteile zu ziehen:

• Anonyme Datenaggregation: Die anonyme Aggregation und fortschrittliche Analyse der Betriebsdaten aller Kunden ermöglicht es GIG Karasek, das Spektrum und die Präzision seiner Dienstleistungen kontinuierlich zu erweitern und zu optimieren.
• Plattformentwicklung: Mit jedem neuen Datensatz wird die Plattform präziser, lernfähiger und leistungsstärker – ein Vorteil, der direkt an die Kunden weitergegeben wird.
• Branchenübergreifende Expertise: Die Integration von Daten aus unterschiedlichen Sektoren in die KI-Modelle ermöglicht es GIG Karasek, seinen Kunden robustere und innovativere Lösungen zu bieten, die über die Grenzen ihrer eigenen Branche hinausgehen.

Das Ergebnis: Ein dynamisches Ökosystem, in dem jeder Kunde von der kollektiven Intelligenz profitiert – schneller, präziser und effizienter als je zuvor.

Fazit: Das digitale Technikum – Scale-up neu gedacht

Das digitale Technikum von GIG Karasek markiert einen paradigmatischen Wandel, angetrieben durch die digitale Revolution in traditionellen Industriesektoren. Die Integration von KI, maschinellem Lernen und IIoT beschleunigt nicht nur die gesamte Wertschöpfungskette, sondern setzt auch neue Benchmarks in Bezug auf Effizienz, Präzision und Anpassungsfähigkeit.

Mit der digitalen Transformation überschreitet das Technikum die bisherigen Grenzen des Scale-up-Engineerings, indem künftig virtuelle Simulationen, schnelle Designerstellung und präzise Prozessoptimierungen möglich werden. Das Resultat: kürzere Entwicklungszyklen, reduzierte Kosten, gesteigerte Flexibilität und eine deutlich effizientere Skalierung von industriellen Prozessen und Anlagen.

Die Zukunft der prozesstechnologischen Landschaft wird daher von einer hochentwickelten Datenverarbeitungskapazität geprägt sein, mit GIG Karasek als Vorreiter und Wegbereiter dieser Entwicklungen.

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