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Das Automated Machine Learning Tool von Weidmüller.

Bild: Weidmüller

Automated Machine Learning Tool Demokratisierung von maschinellem Lernen in der Industrie

04.02.2020

Seit mehreren Jahren dringt die Digitalisierung immer weiter in die industrielle Produktion vor. Durch Datenerhebung und -analyse die eigene Effizienz und Produktivität zu steigern sowie neue datenbasierte Geschäftsmodelle zu entwickeln, klingt vielversprechend. Vor allem für die vielen Unternehmen die auf der Suche nach neuen Wachstumsmöglichkeiten sind. Ein Bereich, mit enormen Potenzial ist Künstliche Intelligenz (KI) beziehungsweise Machine Learning (ML). Hierfür hat Weidmüller das Automated Machine Learning Tool entwickelt, der erste Software-Service, der Domänenexperten in die Lage versetzt, eigenständig ML-Modelle zu erzeugen – ohne selbst Data Scientist zu sein und spezielles Wissen im Bereich KI und ML zu haben.

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Industrial Analytics-Lösungen zur Realisierung von Predictive Maintenance finden zunehmend Verbreitung. Um die Werte aus den Maschinendaten zu extrahieren, werden diese mit Hilfe von Machine Learning analysiert und entsprechende Modelle entwickelt. Machine Learning Modelle (ML-Modelle) werden heute in der Regel von Data Scientists kreiert. Ihr Expertenwissen im Bereich Künstlicher Intelligenz, Machine Learning, Statistik und Mathematik ist notwendig, um performante ML-Modelle zu erstellen. Dieser zum Teil kreative Prozess der Modellbildung und -validierung ist komplex, zeitaufwändig sowie kostenintensiv und nur durch eine kleine Gruppe von Experten leistbar.

Tools beschleunigen Entwicklung

Es gibt erste Software-Werkezeuge, um Teile des Modellbildungsprozesses zu automatisieren und den Data Scientists so einen erheblichen Teil ihrer Arbeit abzunehmen. Diese Automated Machine Learning Tools beschleunigen die Entwicklung von ML-Modellen erheblich. Zur Anwendung ist allerdings tiefgreifendes Wissen im Bereich Data Science notwendig. Darüber hinaus muss der Data Scientist immer noch mit dem Applikationsexperten sprechen, um die gefundenen Zusammenhänge in den Daten ingenieurmäßig, bezüglich des Maschinenverhaltens oder des Produktionsprozesses, zu interpretieren.

Eigenständig ML-Modelle erstellen

Die Idee von Weidmüller ist ein völlig neuer Ansatz bei der Realisierung einer Automated Machine Learning Software für den Maschinen- und Anlagenbau. Die Domänenexperten werden damit befähigt, auf Basis ihres Applikationswissens, eigenständig ML-Modelle zu erzeugen. Das Auto-ML-Tool besteht aus vier Modulen zur Modellbildung, -ausführung, -optimierung und zum Management der Modelle über ihren Lebenszyklus. Mit dem Modul zur Modellbildung können ML-Modelle zur Anomalieerkennung, Klassifikation und Fehlervorhersage erzeugt werden. Dabei wird der Nutzer durch den Modelbildungsprozess geführt, so dass er gezielt sein Applikationswissen einbringen kann. Auf Basis dieses Wissens werden automatisch alternative ML-Modelle erzeugt, optimiert, validiert und miteinander vergleichen. Am Ende des Modellbildungsprozesses kann der Nutzer das für seine Applikation am besten passende Modell nach bestimmten Kriterien wie Modellgüte oder Ausführungszeit auswählen, exportieren und speichern oder in die automatisch generierbare Ausführungsumgebung überführen.

Die Ausführungsumgebung dient zum Betrieb der ML-Modelle in der Cloud oder in einer On-Premise-Anwendung. Sie ist plattformunabhängig und skaliert automatisch gemäß der Anzahl der auszuführenden Modelle. Darüber hinaus stellt die Ausführungsumgebung die Modellergebnisse verständlich dar, so dass der Nutzer konkrete Handlungen, zum Beispiel zur Fehlervermeidung, umsetzten kann. Das Modul zur Optimierung der ML-Modelle im Betrieb ermöglicht es dem Anwender die Modelle kontinuierlich zu verbessern. Neue Betriebssituationen einer Maschine oder neue Ereignisse können den Modellen mit wenigen Klicks hinzugefügt werden, wodurch sich die Leistungsfähigkeit der Modelle über ihren Lebenszyklus steigern lässt. Mit dem vierten Modul werden die ML-Modelle über ihren Lebenszyklus verwaltet. Enthalten sind unter anderem Funktionen zur Versionierung, Wiederherstellung und Modellüberwachung.

Modellgüte signifikant erhöhen

Das Automated Machine Learning Tool von Weidmüller ist der erste Software-Service, der Domänenexperten in die Lage versetzt, eigenständig ML-Modelle zu erzeugen – ohne selbst Data Scientist zu sein und ohne spezielles Wissen im Bereich KI und ML zu haben. Dabei kann laut Weidmüller ein erstes Modell bereits in 20 Minuten generiert werden, wobei die erzeugten Modelle denen einer vollständig automatisierten Lösung sowie klassischen Condition-Monitoring-Lösungen überlegen sind. In ersten Pilotprojekten wurde nachgewiesen, dass das Einbringen des Applikationswissens die Modellgüte signifikant erhöht. Das Auto-ML-Tool generiert sogar ML-Modelle, die dem von einem Data Scientist kreierten Modell überlegen sind. Möglich wird dies durch die Kombination des Auto-ML-Ansatzes mit dem Domänenwissen.

Erfahrungen der Pilotanwender

Die Rückmeldung der ersten Pilotanwender bei Maschinenbauern und -betreibern ist, dass der Auto-ML-Service in seiner Funktionsweise und in der Nutzerführung die Bedürfnisse der Anwender erfüllt. Darüber hinaus wird die intuitive und einfache Anwendung von Machine Learning betont. Durch diese User Experience gelingt es die Datenanalyse- und Modellbildungsschritte begreifbar zu machen und eine Akzeptanz von KI und ML zu schaffen. Dazu wird der Nutzer während des Modellbildungsprozesses so mit Informationen versorgt, dass sein Wissen Einfluss auf die Modellgüte hat.

Potenziale erschließen

Mit den vier Software-Modulen ist das Automated-Machine-Learning-Tool vollständig durchgängig. Von der Modellerstellung, über den Betrieb bis hin zur Möglichkeit der selbstständigen Weiterentwicklung, bietet die Software eine Ende-zu-Ende-Lösung. Dies stellt sicher, dass die einmal erzeugten Modelle auch tatsächlich in den Betrieb überführt und langfristig angewendet werden. Dass heute nur circa 60 Prozent der initial erzeugten Modelle in die Produktivumgebung überführt und betrieben werden, zeigt das große Potenzial, dass mit dem Automated Machine Learning Tool erschlossen werden kann.

Ziel ist es, mit dem Auto-ML-Service die Anwendung von Machine Learning für die Industrie zu Demokratisieren. Auch deshalb hat der Auto-ML-Service als Nutzergruppe die Domänenexperten im Fokus. Im Vergleich zur Anzahl der verfügbaren Data Scientists gibt es zahlreiche Domänenexperten, so dass die Durchdringung von industriellen Anwendungen mit KI und ML beschleunigt wird.

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