Review: Digital Product Factory #2
- On 16. März 2021
Predictive Maintenance für die Halbleiterproduktion
Zustandsüberwachung und vorausschauende Wartung von Reinstwasserventilen
GLOBALFOUNDRIES ist ein US-amerikanischer Halbleiterproduzent mit weltweit mehr als 16.000 Mitarbeitern und über 250 Kunden aus den Bereichen Automobil- und Fertigungsindustrie, Computer, Mobilfunk und Unterhaltungselektronik.
Am Dresdner Standort des Unternehmens, der als das größte und modernste Halbleiterwerk Europas gilt, werden in einem diffizilen Prozess von über 1000 einzelnen Arbeitsschritten, Mikrochips gefertigt. Diese Arbeitsschritte sowie die gesamte Anlage werden streng überwacht, um Ausfälle oder Qualitätsschwankungen zu vermeiden. Eine besondere Herausforderung sind dabei die Regelventile für Reinstwasser. Defekte an diesen Ventilen sind bislang nicht vorhersehbar, was zu Behinderungen des Produktionsablaufes und in der Folge zu hohen Kosten führen kann.
Die Challenge
Unsere Aufgabe war es, in einem 3-monatigen, methodisch geführten Co-Innovationsprozess einen Lösungsansatz für die kontinuierliche Überwachung der Reinstwasser-Ventile und die vorausschauende Wartung dieser Ventile zu entwickeln.
Die Lösung im Überblick
Wie Egde Computing und die sensorgestützte Überwachung von Ventilen die unterbrechungsfreie Produktion sicherstellen
AUFGABE
Die Überwachung von produktionskritischen Reinstwasserventilen – bisher durch Mitarbeiter vor Ort und in einem komplexen Analyseverfahren umgesetzt – soll durch eine geeignete, KI-basierte Sensorlösung ersetzt werden. Ziel ist es, mögliche Ausfälle frühzeitig erkennen und Wartungsprozesse besser planen zu können.
UMSETZUNG
Spezielle Sensoren liefern akustischen Daten, die mittels einer KI und Machine-Learning-Algorithmen direkt am Sensor ausgewertet werden. Die Weiterleitung der Daten in die Cloud und die übersichtliche Darstellung in Dashboards erfolgt mit der Plattform „Cloud Shopfloor Intelligence“.
ERGEBNIS
Dank der skalierbaren Edge-Computing-Lösung werden beginnende Defekte erstmalig frühzeitig erkannt. Wartungsmaßnahmen können nun effektiv geplant werden. Die Überwachung der Ventile ist auch bei einem kurzen Aussetzen der WLAN-Verbindung in Echtzeit möglich und wird mittels eines übersichtlichen Dashboards visualisiert.
„
Es wurde ein Komplettsystem aus Hardware und Software geschaffen, welches das Problem anschaulich löst und die Basis für zukünftige Erweiterungen bildet.
Axel Preusse | GF Fellow | GLOBALFOUNDRIES
NUTZEN IM ÜBERBLICK
→ Ausfallsicherheit der Produktionsanlagen wird gewährleistet
→ Zeit- & Personalaufwand im Wartungsprozess wird verringert
→ das datengestützte Zustands-Monitoring ist in Echtzeit möglich
→ Wartungsprozesse können bedarfsorientiert und kosteneffizient geplant werden
Deep Dive
Die Lösung im Detail
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Anforderung
Vorausschauende Wartung von Reinstwasserventilen
In der sehr komplexen und hochtechnisierten Fertigung von GLOBALFOUNDRIES werden die Wafer, auf denen später die Chips gefertigt werden, in Reinstwasserbecken von Chemikalienresten befreit. Der Zu- und Ablauf zu diesen Becken wird über Ventile geregelt. Bisher müssen die Ventile vor Ort durch das Wartungspersonal auf Schäden überprüft werden. Hierfür existiert ein umfangreiches und kontinuierliches System zur Risikobewertung, aus dem sich eine engmaschige Wartungsroutine, ein Alarmsystem im Schadenfall sowie ein komplexes Analysevorgehen ableiten. Trotz allem sind Defekte schwer vorhersagbar und im Schadensfall kann es zu erheblichen Einschränkungen der Produktion, die wiederum hohe Kosten verursachen können, kommen.
Mehr zu den Herausforderungen im Wartungsprozess erfahren Sie im Interview mit Facilities Ingenieur bei Globalfoundries Dresden Michael Wotzka.
Herangehensweise
Edge Computing und sensorbasierte Datenauswertung
Um den Zustand der Ventile direkt vor Ort akustisch überwachen zu können, kam die hochintegrierte Edge-Hardware des Sensorikspezialisten „Sensry“ zum Einsatz. Die damit gewonnen Daten wurden durch Machine-Learning-Algorithmen vorverarbeitet, die gemeinsam mit den „Coderittern“, einem Dresdner IoT-Startup, entwickelt wurden. Die Übertragung der Daten in die Cloud und die übersichtliche Darstellung in Dashboards erfolgte mit der Plattform „Cloud Shopfloor Intelligence“ der T-Systems MMS. Damit sind die Daten zum Zustand der Anlagen in Echtzeit und remote abrufbar und können in weitere Prozessschritte integriert werden.
Durch die Edge-Lösung sinkt das Datenaufkommen in der Cloud und die Auswertung funktioniert auch, wenn kurzzeitig kein Internet erreichbar ist. Damit wird eine hohe Robustheit des Systems geschaffen.
So geht es weiter: Das Startup Coderitter macht die Lösung zu einem Produkt.
Nutzen
Übersichtliche Darstellung und verlässliche Vorhersage von Ausfällen
Mit der sensordaten-basierten, selbstlernenden IoT-Lösung erfolgt die Überwachung der Reinstwasserventile digital und in Echtzeit auf übersichtlichen Dashboards. Dank des entwickelten KI-Modells können Aussagen über den “Gesundheitszusstand” des Ventils gemacht und bereits vor dem Ausfall oder Defekt entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden. Sowohl die Komponentenhersteller oder Anlagenbauer als auch die internen Teams können jetzt mit identischen Informationen arbeiten. Einer der größten Vorteile ist auch, dass die Analyse herstellerunabhängig funktioniert und damit keine Insellösung ist.
Insgesamt ist die Lösung hochflexibel, skalierbar und ermöglicht die einfache Integration in weitere Anwendungen und Geschäftsprozesse.
Das sagt Partner T-Systems zum Ergebnis
2,2 Mrd USD*
Die Größe des globalen Markts für Ventilsteuerungen wird für 2020 auf 1,8 Mrd. USD geschätzt und soll bis 2025 2,2 Mrd. USD erreichen. Das entspricht einer Wachstumsrate (CAGR) von 3,7%
* Quelle: verifiedmarketresearch.com
Co-Innovation im geschützten Raum
Die Digital Product Factory:
Konkrete Ergebnisse nach nur 3 Monaten
Bei der Digital Product Factory handelt es sich um ein 3-monatiges, moderiertes Co-Innovationsformat im geschützten Raum. Mit Blick auf einen beschleunigten Go-to-Market ist das Ziel die Entwicklung eines Minimum Viable Product (MVP) bzw. einer marktfähigen 80%-Lösung.
Die Besonderheit liegt neben der Geschwindigkeit in der Einbeziehung relevanter Partner und zukunftsweisender Technologien.
Auch für diese Digital Product Factory #2 wurde ein individuelles Team aus branchenübergreifenden Experten zusammengestellt.
Partner der 2. Digital Product Factory
Innovation durch Kooperation
Für die Lösung haben wir Spezialisten zusammengebracht, die die Kernkompetenzen Edge-AI & Embedded-AI, Sensorik, Cloud, Hard- & Software-Development, UI/UX-Design sowie die notwendige Industrie-Expertise vereinen. Dabei waren neben Challenge-Owner GLOBALFOUNDRIES auch namhafte Industriepartner wie Infineon und T-Systems MMS, Startups und Studenten in den Entwicklungsprozess involviert.
Als Product-Owner und Methodenexperten haben wir durch den gesamten Innovationsprozess geführt und den entsprechenden [Frei]Raum zur Verfügung gestellt.
Mit T-Systems MMS und dem Smart Systems Hub hatten wir ein Team zur Verfügung, welches ein sehr breites Skillset eingebracht hat, das in dieser speziellen Form intern nicht vorhanden ist. Das Team arbeitete mit hoher Eigenmotivation an dem Projekt.
Dr. Axel Preusse | Fellow Process Engineer | GLOBALFOUNDRIES
Die Digital Product Factory hat uns ermöglicht, unsere Lösung Cloud Shopfloor Intelligence deutlich schneller auf den Markt zu bringen. Gerade im industriellen Internet der Dinge zahlt sich unternehmensübergreifende Zusammenarbeit aus: Die Kombination aus erfahrenen Spezialisten und Start-Ups, einer gemeinsamen Kundenherausforderung und einer stringenten Methodik des Smart Systems Hub ist für IoT-Innovationen unschlagbar!
Christoph Kögler | Head of IoT & Cloud Solutions | T-Systems Multimedia Solutions GmbH
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. Dass nach der Digital Product Factory #2 nun alle Projektpartner ganz konkret mit dem Smart Maintenance-MVP weiterarbeiten, macht mich dabei besonders stolz.
Michael Kaiser | CEO | Smart Systems Hub
Der agile Projektmanagement Ansatz der Digital Product Factory ist darauf ausgerichtet, eine physisch erfahrbare Lösung für eine konkrete Problemstellung innerhalb kürzester Zeit zu schaffen. Der Bau eines „echten“, wenn auch noch nicht perfekten Demonstrators hat eine viel höhere Lösungsqualität als jede noch so perfekte Simulation.
Alexander Kirstan | SR Sect MGR Facilities | GLOBALFOUNDRIES
Die Digital Product Factory ist das ideale Testfeld, um in einem definierten Szenario die Leistungsfähigkeit unserer Hardware Lösungen zu demonstrieren. Ich bin beeindruckt von der schnellen Umsetzung und der Organisation des Projektes durch den Smart System Hub.
Mario Grafe | Engineering Manager Hardware/Software | Sensry GmbH
Wir konnten uns in der Digital Product Factory einer technisch höchst anspruchsvollen Herausforderung stellen, unter der Benutzung von teilweise noch nicht auf dem Markt eingeführten Technologien. Wir haben wichtige Geschäftsbeziehungen aufgebaut, gehen aktuell in unsere erste Finanzierungsrunde und entwickeln die Lösung zu einem ersten, eigenen Produkt weiter.
René Gastmeier | CEO | Coderitter GmbH
My internship experience in DPF was interesting and enlightening. Although the pandemic hit and the physical meeting had to change to online, everything still went as planned and I definitely gained more experience in conducting research and presenting my results to others. The working environment in DPF was also great. There is always someone that cares about your work and people are always ready to help each other, which encourages learning and growth.
Jingyan Xiedu | Student der TU Dresden | SW-Developer, Fokus: AI
Öffentliche Ergebnispräsentation
Wie Edge Computing die vorausschauende Wartung von Ventilen ermöglicht
Webseminar und Q&A zu den Ergebnissen der 2. Digital Product Factory
Zukunft gestalten
Ihr Schnellstart mit dem Smart Systems Hub
Hans Klingstedt
Senior Project Manager Business Development & Co-InnovationSie wollen ebenfalls eine IoT-Lösung von unseren Expertenteams entwicklen lassen?
Ich bin für Sie da und finde auch für Ihre Herausforderung den richtigen Ansatz
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Wir sind immer auf der Suche nach interessanten Inhalten aus den Bereichen (I)IoT, KI, Software, Hardware und konnektivität sowie den IoT-Anwenderbranchen. Gern veröffentlichen wir auch Ihren Gastbeitrag in unserem Blog.
Julia Nitzschner
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