Sichere vernetzte Systeme – Wegbereiter für Industrie 4.0

21.6.2018

Das Monitoring von High-End Produktionsequipment ist ein zentraler Aspekt von Industrie 4.0. Im Rahmen des Münchner Leistungszentrums »Sichere vernetzte Systeme« arbeitet die Fraunhofer EMFT gemeinsam mit der Edwards GmbH sowie den Fraunhofer-Instituten ESK und AISEC daran, eine verbesserte Charakterisierung für die Zustandsüberwachung von Vakuumpumpen aufzubauen.

© Fraunhofer EMFT / Bernd Müller

Entwicklung von Algorithmen für »Predictive Maintenance and Process correlation« für Vakuumpumpen in der Halbleitertechnologie.

© Edwards Ltd. 2018

Edwards iXM1800 Vakuumpumpe.

Das Leistungszentrum »Sichere vernetzte Systeme« (SVS) bietet Partnerunternehmen in den Bereichen Industrie 4.0, vernetzte Mobilität und Smart Health / Home eine interdisziplinäre und anwendungsorientierte Umgebung für systematische Forschung. Edwards ist ein Partner im Bereich Industrie 4.0, ein führender Entwickler und Hersteller moderner Vakuumprodukte, Abgasreinigungslösungen und zugehöriger Mehrwertdienste. Mit dem Projekt »PAMP« (Predictive Advanced Maintenance for Pumps) ist das britische Unternehmen seit Ende 2017 eine strategische Partnerschaft mit dem SVS eingegangen. Konkret geht es in dem Vorhaben um die Zustandsüberwachung hochwertiger Vakuumpumpen, die in der Halbleiterproduktion im Verbund mit Prozessanlagen zum Einsatz kommen. Die Digitalisierung in der Produktion ermöglicht den Schritt von der »Preventive zur Predictive Maintenance«.

Reinraum der Fraunhofer EMFT als Testumgebung

Ein Schwerpunkt der Arbeiten liegt darauf, den Zusammenhang zwischen Prozessabläufen und Pumpenverhalten zu untersuchen. Die 200-mm-CMOS-Halbleiterlinie an der Fraunhofer EMFT bietet in Verbindung mit dem langjährig gewachsenen Wissen der Mitarbeitenden in der Prozessentwicklung und Halbleiterfertigung das optimale Umfeld für das Monitoring des Equipments in Verbindung mit den Vakuumpumpen und der Analyse von Korrelationen. Darauf aufbauend kann die Performance und Lebensdauer der Komponenten verbessert werden. Die Experten des Fraunhofer ESK und AISEC werden im Projekt sichere und flexible Kommunikationslösungen für vernetzte Fabriken entwickeln. Geplant ist etwa ein Sensor-Setup an der Reinraumumgebung der Fraunhofer EMFT, mit dem Daten aus unterschiedlichen Positionen innerhalb der Infrastruktur erfasst werden können, sowie die Vorbereitung eines angebundenen Sensorknoten-Netzwerks, einschließlich einer sicheren Internet of Things (IoT)-Infrastruktur. Um Anomalien in den Sensordaten zu erkennen und die Performance der Pumpen zu optimieren, wollen die Projektpartner zudem neuartige Machine Learning-Techniken einsetzen.

Sichere Verbindung ermöglicht standortübergreifende Kommunikation

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Verwendung sicherer, hochzuverlässiger drahtloser Kommunikation zwischen Geräten unter Berücksichtigung von Faktoren wie Energieverbrauch, Datendurchsatz, Datenvolumen und den spezifischen Anforderungen in einer Halbleiterfertigungsumgebung. Dabei muss eine sichere Verbindung implementiert werden, um Daten, maschinelle Lernmodelle und Gerätestatus in Echtzeit zwischen sicheren Standorten auszutauschen: vor Ort in der Fraunhofer EMFT CMOS-Linie, remote in der Cloud oder in der Unternehmenszentrale von Edwards. Dieses Vorgehen vereinfacht neben der Reduktion der Antwortzeiten beim Service auch die Entwicklung und den Einsatz analytischer Modelle. Ziel ist es, eine neue Referenzarchitektur bereitzustellen, die im Einklang mit den Anforderungen der Industrie 4.0 steht und zugleich auf die einzigartigen IP-Belange der Halbleiterhersteller zugeschnitten ist.