KI-gestützte Prozessmodelle für energieeffiziente und resiliente Gießereien

Energieintensive Gießereiprozesse stehen unter Druck: Energiepreise schwanken, erneuerbare Energien sind nicht jederzeit gleich verfügbar, und zugleich steigen die Anforderungen an Transparenz, Nachhaltigkeit und Datenaustausch in der Lieferkette.

ReGAIN greift genau diese Lage auf. Im Projekt geht es darum, Prozess-, Energie- und Qualitätsdaten über Unternehmensgrenzen hinweg standardisiert und sicher nutzbar zu machen. So sollen Energie- und Ressourceneffizienzpotenziale besser sichtbar werden und sich belastbarer in die Produktionssteuerung einbeziehen lassen.

Das Fraunhofer IFF entwickelt und erprobt dafür KI-Prozessmodelle für kleine und mittlere Gießereien und bindet diese an eine GAIA-X-konforme Dateninfrastruktur an.
 

Gießereien unter Druck: Warum Energieeffizienz und Resilienz wichtiger werden

Viele Gießereien müssen heute mehrere Ziele gleichzeitig beherrschen: stabile Qualität, wirtschaftliche Produktion, geringeren Energieeinsatz und mehr Reaktionsfähigkeit auf veränderte Rahmenbedingungen. Genau hier setzt ReGAIN an. Das Projekt verfolgt die digitale Vernetzung von Gießereiproduktionssystemen auf CATENA-X-Basis, damit Prozesse, Energieflüsse und Qualitätsdaten transparenter und übergreifend nutzbar werden. Diese Transparenz ist eine Voraussetzung, um Energieflexibilität aufzubauen, CO₂-Reduktionspotenziale systematisch zu bewerten und Produktionssysteme resilienter zu machen.

ReGAIN entwickelt KI-Prozessmodelle für nachhaltige Gießereiprozesse

Ziel von ReGAIN ist die Entwicklung und Erprobung übertragbarer KI-Prozessmodelle für kleine und mittlere Gießereien. Die Modelle sollen Energieverbrauch, Prozessparameter und Qualitätskennzahlen zusammenführen und damit eine fundiertere Bewertung energieflexibler und qualitätsorientierter Zielgrößen ermöglichen. Zugleich soll der unternehmensübergreifende Datenaustausch so gestaltet werden, dass ein integriertes Wertschöpfungsnetzwerk mit standardisierten Datenmodellen entstehen kann.

Fraunhofer IFF entwickelt KI-Prozessmodelle und Datenanbindung für Gießereien

Das Fraunhofer IFF bearbeitet im Projekt das Teilvorhaben »KI-Produktmodelle für kleine und mittlere Gießereien mit Anbindung an eine GAIA-X Plattform«. Im Mittelpunkt stehen die Spezifikation, Entwicklung und Erprobung von KI-Prozessmodellen, die qualitätsorientierte und energieflexible Zielgrößen adressieren. Ergänzend dazu wird eine modellbasierte Energiesimulation der Prozesskette aufgebaut, um Energiebedarfe und Flexibilitätspotenziale analysieren zu können. Ein weiterer Fokus liegt darauf, wie sich solche Modelle auf veränderte Prozesse, Sensoren oder andere Anwendungsfälle übertragen und im laufenden Betrieb anpassen lassen.

Konkrete Anwendungsbeispiele aus der Produktion

• Qualitätsprüfung von Gussteilen: KI-basierte Röntgen- und Oberflächenanalyse soll Fehler detaillierter klassifizieren und lokalisieren.
• Bewertung des Energieeinsatzes entlang der Prozesskette: Eine modellbasierte Energiesimulation soll Transparenz über Energieverbrauch und mögliches Flexibilitätspotenzial schaffen.
• Datenbasierte Optimierung mehrerer Zielgrößen: Qualitätskennzahlen, Prozessparameter und Energieaspekte werden gemeinsam betrachtet statt getrennt ausgewertet.
• Übertragbarkeit auf veränderte Produktionsbedingungen: Die Modelle sollen nicht nur für einen festen Aufbau gelten, sondern auch bei geänderten Sensoren, Prozessen oder Datensätzen weiterentwickelt werden können.
• Unternehmensübergreifender Datenaustausch: Die Anbindung an eine GAIA-X-konforme Infrastruktur soll helfen, Daten aus verschiedenen Stationen und Partnerkontexten standardisiert nutzbar zu machen.

Erwartete Ergebnisse im Projekt ReGAIN

ReGAIN will Grundlagen für besser nutzbare Produktionsdaten, KI-gestützte Auswertungen und mehr Energieflexibilität in Gießereien schaffen. Erwartbar sind dabei vor allem:

• übertragbare KI-Prozessmodelle für kleine und mittlere Gießereien
• eine Anbindung an eine GAIA-X-konforme Dateninfrastruktur
• modellbasierte Energiesimulationen zur Analyse von Energie- und Ressourceneffizienz
• Ansätze, um Qualitäts- und Nachhaltigkeitsziele in der Produktion gemeinsam zu betrachten

Für Unternehmen ist daran vor allem interessant, dass sich auf dieser Basis künftige Projekte zur datenbasierten Prozessverbesserung, zur Bewertung von Energieverbräuchen und zur Nutzung interoperabler Datenräume anstoßen lassen.

Meilensteine und Aktuelles

Das Kick-off-Meeting zum Projektstart fand am 20. und 21. November 2023 bei bdguss in Düsseldorf statt. Die Vertretungen aller Projektpartner stimmten die Ziele, Rollen, Arbeitspakete und den Zeitplan ab. Zudem konkretisierten sie erste Anwendungsfälle zu KI‑Prozessmodellen, Energiedaten und Datenräumen. Damit wurden die organisatorischen und inhaltlichen Grundlagen für die gemeinsame Umsetzung und die Pilotierung in den beteiligten Gießereien geschaffen. 

Im Projekt wurde ein erster Catena‑X‑basierter Datenraum auf Basis der Eclipse Dataspace Components aufgebaut und im Zusammenspiel von LMZS/TU Braunschweig und G.A. Röders im Realbetrieb erprobt (automatisierter Austausch von Spektralanalysedaten bei voller Datensouveränität). Für den CO₂-Fußabdruck und die Energiedaten wurden standardisierte Datenmodelle definiert, ein EDC-Demonstrator für Energiedaten und das Energieflexibilitätsmodul in der Elbfabrik umgesetzt sowie ein kostengünstiges Integrationskonzept für Konnektoren bei weiteren Gießereipartnern vorbereitet.