Das HyMAS Projekt – Stahlplanung neu gedacht
Im Verbundprojekt HyMAS bringen vier Partner aus dem Berliner Wirtschaftsraum ihre Expertise in den Bereichen Informationstechnik, Produktionsmanagement, Datenanalytik und Metallherstellung zusammen, um ein hybrides Multi-Agenten-System für die selbststeuernde Stahlproduktion (HyMAS) zu entwickeln. Kernbestandteil des Systems sind autonome Softwareagenten, die selbstständig, kollaborativ und automatisch Produktionspläne erstellen, deren Realisierung überwachen und bei Bedarf dynamisch anpassen. Dadurch können wesentliche Verbesserungen in den Dimensionen Produktivität, Energieeffizienz und Termintreue erreicht werden.
Architektur des Multi-Agenten-Systems
Um den Anforderungen an Planungsgüte, Reaktionsfähigkeit und Transparenz gerecht zu werden, werden die Agenten in eine modulare, mehrschichtige Architektur eingebettet und über eine vorhandene Industrie 4.0 Software-Plattform an die übrige cyber-physischen Produktionsumgebung angeschlossen. Ein besonderes Merkmal der angestrebten Architektur ist die Unterstützung hybrider Planungsmodi. Neben integrierten optimierenden Planungsverfahren kommen auch dezentrale verhandlungsbasierte zum Einsatz. Das System ist eigenständig in der Lage – bedarfsgerecht – die jeweils passendste Konfiguration zu identifizieren und einzustellen. Zur Bereitstellung der Nutzerschnittstelle kommen Methoden der Datenanalytik zum Einsatz. Damit sollen menschliche Expert*innen befähigt werden, Planungs- und Steuerungsentscheidungen des hochautomatisierten Produktionsmanagementsystems (PMS) zu analysieren und diese zielgerichtet zu beeinflussen.
Anwendungsfälle und Potential
Die HyMAS-Software wurde entwickelt, um auf verschiedene Ereignisse im Zusammenhang mit Qualität, Prozessen und Märkten reagieren zu können. Beispielsweise kann bei einem Maschinenausfall die Umplanung der Materialien auf andere parallele Anlagen des Prozessschritts erfolgen. Falls ein Material aufgrund eines Defekts ausfällt, kann die Sequenz der Materialien auf einer Anlage repariert werden. Wenn die Zwischenlagerbestände ein Höchst- oder Mindestniveau erreichen, können die Durchsätze der angrenzenden Anlagen durch Anpassungen von Prozessparametern wie Geschwindigkeiten und Temperaturen oder durch die bevorzugte Produktion bestimmter Materialien erhöht oder gesenkt werden.
Eilaufträge können über mehrere Produktionsstufen hinweg geplant werden, um Auswirkungen auf die bestehende Sequenz zu minimieren und eine hohe Termintreue zu gewährleisten. Um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen, ist HyMAS in der Lage, Lösungen für Störungen oder Änderungen bereits vorausschauend zu erzeugen, bevor diese überhaupt auftreten. Darüber hinaus können durch Parallelisierung schnell mehrere alternative Lösungsvorschläge generiert werden, die von Planern anhand von KPIs verglichen werden können, um anhand von Wissen und Erfahrung eine geeignete Lösung auszuwählen.
Erste Untersuchungen zur Anwendung von HyMAS in der Testumgebung einer virtuellen Fabrik haben gezeigt, dass der Ansatz ein Potential von 18% Effizienzsteigerung und 8% Reduzierung von Verzögerungen bietet. Im Vergleich zur manuellen Anpassung der Planung konnten Anpassungen mit HyMAS deutlich schneller durchgeführt werden. Dies unterstreicht das große Potenzial von HyMAS und schafft eine Grundlage für die Integration in die industrielle Anwendung.
Das Projekt wurde von Anfang 2021 bis Mitte 2023 durchgeführt.
HyMAS wird kofinanziert durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE).