Siemens Gamesa verkürzt die Markteinführungszeit für Windkraft
Effizienzsteigerung in der Rotorblattfertigung durch Computer Vision in Microsoft Azure
Außenlagerbereich der Rotorblattfabrik für Windkraftanlagen

Siemens Gamesa Renewable Energy baut Windkraftanlagen, die saubere Energie für Millionen Menschen weltweit erzeugen.

Durch eine Steigerung seiner Kapazitäten will das Unternehmen die Energiewende vorantreiben. In der Vergangenheit verlangsamten jedoch Fehler in manuellen Prozessen die Rotorblattfertigung.

Um die Produktion zu beschleunigen, ging Siemens Gamesa eine Partnerschaft mit IBM Consulting® ein. Gemeinsam wurde eine Lösung für maschinelles Lernen (ML) in Microsoft Azure entwickelt, bei der ein Lasergitter mit höchster Präzision die genaue Platzierung jeder Glasfaserschicht anzeigt.

Die neue Lösung basiert auf verschiedensten Technologien wie Computer Vision, ML, Edge-Computing und dem Internet der Dinge (IoT). Experten von IBM Consulting arbeiteten mit dem unternehmenseigenen Digital Ventures Lab (DVL) zusammen, damit Siemens Gamesa seine Ideen zügig vom Entwurf in die Fertigung überführen konnte.

Schnellerer ROI

 

Vollständige Amortisierung voraussichtlich innerhalb von 2,5 Jahren

Alle Beteiligten arbeiteten eng zusammen, um die Lösung an einem realen Rotorblatt zu testen – und IBM nahm sogar kurzfristige Codeänderungen vor. Das Projekt war ein voller Erfolg und IBM erwies sich als perfekter Partner für Siemens Gamesa. Finn Mainstone Senior Product Manager Siemens Gamesa Renewable Energy, S.A.
Erneuerbare Energie für alle

Siemens Gamesa setzt seine Lösung für die datengesteuerte Fertigung inzwischen in einer seiner Produktionslinien im dänischen Aalborg ein, in der Techniker Rotorblätter aus Glasfaser herstellen.

Finn Mainstone, Senior Product Manager bei Siemens Gamesa, erklärt: „Jedes Rotorblatt wird von unseren Ingenieuren individuell nach exakten Spezifikationen konstruiert. Fehler während des Fertigungsprozesses können daher komplexe Korrekturen nach sich ziehen, die kosten- und zeitintensiv sind. Damit es nicht dazu kommt, wird unseren Teams auf jedem Blatt ein Lasergitter angezeigt, das sie auf die genaue Platzierung jeder Glasfaserschicht hinweist. Besonders wichtig ist, dass sie nun unmittelbar gewarnt werden können, wenn das System Fehler oder Abweichungen in der Blattoberfläche erkennt.“

Er erklärt weiter: „Dank der mit dem Internet der Dinge verbundenen Kameras in unserem Werk und kontinuierlichen dezentralen Analysen anhand von ML-Modellen, die vollständig von Microsoft Azure verwaltet werden, können unsere Techniker die einzelnen Schichten des Rotorblatts mit höherer Geschwindigkeit und Präzision platzieren. Auf diese Weise reduzieren wir zielstrebig die Rate an Fertigungsfehlern aufgrund von falsch platziertem Material, und sichern somit den reibungslosen Betrieb unserer Produktionslinien. Sobald wir die Lösung weltweit eingeführt haben, werden wir auch unsere bewährten Verfahren besser teilen können. Das wird die Lernkurve der Teams in unseren neu eröffneten Werken wie etwa in Le Havre, Frankreich, verkürzen. So können wir unseren Durchsatz steigern, mehr Kundenaufträge annehmen und weltweit mehr Menschen die Vorteile nachhaltiger Energie näherbringen.“

Wir rechnen mit einer Amortisationszeit von etwa zweieinhalb Jahren für unser auf Azure basierendes Fertigungssystem. Wir gehen außerdem davon aus, dass sich der geschäftliche Nutzen weiter verbessert, wenn wir zusätzliche Funktionen ergänzen, die weitere Sekundärvorteile ermöglichen. Kenneth Lee Kaser Senior Vice President of Operations – Offshore, Siemens Gamesa Renewable Energy, S.A.
Fehler bremsen die Produktivität aus

Das aerodynamische Profil von Rotorblättern ist entscheidend für die effiziente Energieerzeugung und der Bau jedes Blatts erfordert ein hohes Maß an Fachwissen. „Unsere Rotorblätter für die neueste Windkraftanlage SG 14-222DD sind 108 Meter lang, werden aber fast vollständig manuell gefertigt“, so Mainstone. „Weil jedes einzelne Blatt maßgearbeitet wird, sind unsere Mitarbeiter eher mit Handwerksmeistern in der Möbelfertigung als mit Fließbandarbeitern zu vergleichen. Allerdings existiert wie in jedem manuellen Prozess stets ein Fehlerrisiko durch menschliches Versagen.“

Siemens Gamesa unterzieht die Rotorblätter einer strengen Qualitätssicherung. In den letzten Fertigungsstadien werden sie geprüft und etwaige Fehler behoben. Wurde beispielsweise eine Glasfaserschicht falsch platziert oder ein Fremdkörper eingeschlossen, wird der betroffene Abschnitt des Rotorblatts herausgetrennt und ersetzt – was selten vorkommt, aber sehr kostenintensiv ist.

„Jede Nacharbeit an einem Rotorblatt führt zu höheren Kosten und begrenzt die Stückzahl, die wir in einem bestimmten Zeitraum herstellen können“, führt Mainstone aus. „Dieser zusätzliche Druck auf unsere Margen und unseren Durchsatz stellt in einem Markt mit starker Konkurrenz eine schwierige Herausforderung dar. Die Nachfrage nach Windenergie wächst weltweit. Wir wussten, dass eine Steigerung unseres Durchsatzes uns erleichtern würde, diese neuen Chancen zu ergreifen und das Geschäft weiterzuentwickeln. Um unser Ziel zu erreichen, suchten wir nach einer Möglichkeit, die unseren Technikern schnelles und gleichzeitig hochpräzise Arbeiten ermöglichen sollte.”

IBM hat viel Zeit und erhebliche Ressourcen eingesetzt, um uns bei der genauen Ausarbeitung unserer Ideen zu unterstützen. Dieser Prozess war äußerst wertvoll, als es darum ging, das optimale Design und die optimale Konfiguration für die neue Lösung zu ermitteln. Finn Mainstone Senior Product Manager Siemens Gamesa Renewable Energy, S.A.
Einbeziehung von Branchenexperten

Um neue digitale Möglichkeiten zu entwickeln, die zu einer höheren Standardisierung und Effizienz seiner weltweiten Aktivitäten führen, hat Siemens Gamesa ein internes Team aus Transformationsspezialisten zusammengestellt: das Digital Ventures Lab (DVL). Eines der ersten Projekte des DVL war ein Qualitätskontrollsystem, das den Teams mithilfe eines Lasergitters die genaue Platzierung von Glasfaserschichten während der Fertigung anzeigt. Das System konnte jedoch keine Fehler im Fertigungsprozess erkennen und erforderte erhebliche und fortlaufende manuelle Eingriffe.

Mainstone erinnert sich: „Wir waren zuversichtlich, dass wir uns mit den visuellen Markierungen für unsere Teams auf dem richtigen Weg befanden. Zudem sahen wir ein großes Verbesserungspotenzial für unsere Prozesse darin, das Qualitätskontrollsystem durch eine intelligente Automatisierung zu ergänzen.“

Melanie Beck, Senior Managing Consultant und Project Lead bei IBM, fährt fort: „Das Team von Siemens Gamesa verfolgte ein ehrgeiziges Konzept: die Anbringung einer Reihe von Kameras über den einzelnen Fertigungsstationen, die die Platzierung jeder Schicht in Echtzeit mithilfe von Computer Vision und ML-Modellen überprüfen.“

Mit seiner hohen Kompetenz im Bereich maschinelles Lernen und seinen zuverlässigen Cloud-Engineering-Verfahren unterstützte IBM uns bei der Entwicklung einer Lösung, die alle unsere Anforderungen erfüllt. Finn Mainstone Senior Product Manager Siemens Gamesa Renewable Energy, S.A.

Das DVL erstellte ein detailliertes Schema der angestrebten Lösung und suchte einen Partner für die Realisierung dieser Vision. „Im Laufe eines anspruchsvollen Ausschreibungsprozesses blieb IBM Consulting stets deutlich in Führung“, so Mainstone. „In intensiven, einmonatigen Gesprächen entwickelte IBM ein überzeugendes Angebot, das unseren Anforderungen vollständig entsprach und von fachkundigen, engagierten Mitarbeitern mit viel Know-how in der Thematik betreut wurde.“

Er fährt fort: „IBM hat viel Zeit und erhebliche Ressourcen eingesetzt, um uns bei der genauen Ausarbeitung unserer Ideen zu unterstützen. Dieser Prozess war äußerst wertvoll, als es darum ging, das optimale Design und die optimale Konfiguration für die neue Lösung zu ermitteln. So mussten wir z. B. entscheiden, ob wir eine kleine Anzahl sehr teurer, hochauflösender Kameras oder eine große Anzahl billigerer Kameras mit niedrigerer Auflösung einsetzen wollten. IBM half uns, die Vor- und Nachteile der verschiedenen Hardware- und Softwareoptionen zu analysieren und einen passenden Ansatz gemäß unserer Anforderungen zu entwickeln.“

Obwohl es nicht Bestandteil des Vertrags war, ging IBM sogar noch einen Schritt weiter und half uns bei der Konfiguration der dezentralen Computersysteme in unserem Werk. Und als COVID-19 aufkam, stellte IBM Consulting seine Methodik für IBM Garage in kürzester Zeit auf die Remote-Arbeit um. Dadurch gelang es uns, den Zeitplan einzuhalten. Finn Mainstone Senior Product Manager Siemens Gamesa Renewable Energy, S.A.
Bereitstellung von Echtzeit-Feedback

Dank IBM Consulting und der Zusammenarbeit mit dem DVL konnte Siemens Gamesa das Projekt in eng getakteten, iterativen Entwicklungszyklen vorantreiben. Unterstützt durch die IBM Garage™ Methodik verdichteten die beiden Teams ein umfangreiches Pensum komplexer Arbeit auf eine sehr kurze Zeitspanne. Innerhalb weniger Monate ging Siemens Gamesa von der Konzeptionsphase zur Prototypherstellung und zum Einsatz eines Minimum Viable Product (MVP) in seinem Werk in Aalborg über.

„In unserer Ausschreibung definierten wir sehr genaue Anforderungen, wie etwa die Möglichkeit, mit minimaler Latenz die weißen Ränder von Glasfaserschichten auf einem weißen, 97 Meter langen Blatt zu erkennen“, erläutert Mainstone. Mit seiner hohen Kompetenz im Bereich maschinelles Lernen und seinen zuverlässigen Cloud-Engineering-Verfahren unterstützte IBM uns bei der Entwicklung einer Lösung, die alle unsere Anforderungen erfüllt. Obwohl es nicht Bestandteil des Vertrags war, ging IBM sogar noch einen Schritt weiter und half uns bei der Konfiguration der dezentralen Computersysteme in unserem Werk. Und als COVID-19 aufkam, passte IBM Consulting seine Methodik für IBM Garage in kürzester Zeit an Fernarbeit an. Dadurch gelang es uns, den Zeitplan einzuhalten.“

Durch die Videoverarbeitung auf der Microsoft Azure IoT Edge-Plattform kann das Unternehmen fortgeschrittene ML-Modelle in Echtzeit auf große Mengen unstrukturierter Daten anwenden und den Teams im Werk mithilfe seines Lasergittersystems Feedback geben. Da die neue Lösung auf Microsoft Azure aufbaut, hat Siemens Gamesa die Gewissheit, dass diese geschäftskritische digitale Dienstleistung dank robuster hochverfügbarer Cloudkapazitäten einen nahtlosen Betrieb rund um die Uhr gewährleistet, der den anspruchsvollen IT-Unternehmensstandards von Siemens Gamesa entspricht.

„Siemens Gamesa verwendet in vielen Unternehmensteilen weitgehend Microsoft-Lösungen. Es war daher ganz natürlich, dass die Wahl für dieses Projekt auf Microsoft Azure fiel“, merkt Mainstone an. „Wir waren von Anfang an von dem Wissen und der Fachkenntnis des IBM Consulting-Teams hinsichtlich der Microsoft Azure-Plattform beeindruckt. IBM brachte die nötigen Fähigkeiten und Erfahrungen mit, sodass wir das volle Potenzial von Microsoft Azure nutzen konnten, einschließlich Komponenten wie Microsoft Azure Machine Learning, Microsoft Azure DevOps und Microsoft Azure IoT Edge.“

Wir waren von Anfang an von dem Wissen und der Fachkenntnis des IBM Consulting-Teams hinsichtlich der Microsoft Azure-Plattform beeindruckt. IBM brachte die nötigen Fähigkeiten und Erfahrungen mit, sodass wir das volle Potenzial von Microsoft Azure nutzen konnten. Finn Mainstone Senior Product Manager Siemens Gamesa Renewable Energy, S.A.
Schnelleres Hochfahren des Betriebs in neuen Werken

Die neue Lösung ist äußerst vielseitig und macht es Siemens Gamesa leicht, neue Funktionalitäten hinzuzufügen. „Wir haben vor Kurzem die von IBM erstellten ML-Modelle durch ein Modell ergänzt, das wir selbst entwickelt haben,“ so Mainstone. „Diese neue Funktionalität dient der Erkennung von Fremdkörpern wie Werkzeugen und Rückständen in der Gussform und zur proaktiven Warnung unserer Teams, damit solche Fremdkörper entfernt werden können. So können wir teure Reparaturarbeiten in nachgeschalteten Prozessabschnitten vermeiden.“

Aufbauend auf dem großen Erfolg seines Pilotprojekts für eine Produktionslinie in Aalborg plant Siemens Gamesa eine unternehmensweite Einführung der neuen Fertigungslösung.

Beck erklärt weiter: „Da Siemens Gamesa seine Lösung im Kern auf Microsoft Azure aufgebaut und bewährte Verfahren von IBM Consulting AI@Scale angewendet hat, ist die Skalierung sehr unkompliziert und kosteneffizient. Sobald die Einführung abgeschlossen ist, wird Siemens Gamesa nach unserer Vorhersage die Qualität und die Einheitlichkeit seiner Herstellungsprozesse erheblich verbessern und dabei Kosten senken und die Margen sichern.“

In der nächsten Phase des Projekts wird Siemens Gamesa die Lösung auf alle seine Produktionslinien in Aalborg sowie auf seine Werke in Le Havre in Frankreich, und in Hull in Großbritannien ausweiten. Mit Blick auf die weitere Zukunft erwägt das Unternehmen, die Lösung in allen seinen Werken weltweit einzuführen.

„Wir rechnen mit einer Amortisationszeit von etwa zweieinhalb Jahren für unser auf Azure basierendes Fertigungssystem“, so Kenneth Lee Kaser, Senior Vice President von Operations – Offshore bei Siemens Gamesa. „Wir gehen außerdem davon aus, dass sich der geschäftliche Nutzen weiter verbessert, wenn wir zusätzliche Funktionen ergänzen, die weitere Sekundärvorteile ermöglichen.“

„Ein solches System zur Unterstützung der Entscheidungsfindung wird sich bei der Eröffnung neuer Werke als sehr vorteilhaft erweisen, da es den Zeitaufwand für die Schulung neuer Fertigungsteams verringert und die Markteinführungszeit verkürzt“, bemerkt Mainstone abschließend. „IBM Consulting ist einer unserer verlässlichsten Partner. Siemens Gamesa ist bereit, Kunden auf aller Welt die nächste Generation nachhaltiger Energielösungen zu liefern. Wir freuen uns auf die Zusammenarbeit mit IBM bei der unternehmensweiten Einführung unserer Fertigungslösung.“

Logo von Siemens Gamesa
Über Siemens Gamesa Renewable Energy, S.A.

Siemens Gamesa (Link befindet sich außerhalb von ibm.com) ist ein weltweit führendes Technologieunternehmen auf dem Gebiet erneuerbarer Energien. Das Unternehmen hat sich auf die Entwicklung, Fertigung, Installation und Wartung von Windkraftanlagen spezialisiert und unterstützt seit den 1980er-Jahren die weltweite Energiewende. Als zentraler Akteur und innovativer Pionier nachhaltiger Energie hat Siemens Gamesa bislang mehr als 107 Gigawatt Erzeugungskapazität in 75 Ländern installiert.

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Hergestellt in den Vereinigten Staaten von Amerika, Mai 2021.

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