Künstliche Intelligenz steuert Anlagen effizienter
Der Name der ITWM-Abteilung ist Programm: »Systemanalyse, Prognose und Regelung«. Die Forschenden aus Kaiserslautern entwickeln KI-gestützte Technologien für den Echtzeitanlagenbetrieb und Antriebstechnik. Im Fokus steht die Integration von Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) in signalverarbeitenden Analysen. So ermöglichen sie die sichere Überwachung von Betriebszuständen und die ressourcenschonende vorausschauende Instandhaltung der Anlagen.
Eine Software für die Künstliche Intelligenz im Schaltschrank
Industrieanlagen werden zur Steuerung und Überwachung mit einer Reihe von Sensoren überwacht, deren Daten oft zur Analyse in Cloudsystemen gespeichert werden. Informationssicherheitsbedenken oder die bei hohen Abtastraten anfallenden Datenmengen erfordern allerdings smartere Lösung an der Schnittstelle zwischen Schaltschrank und Intranet. Die Forschenden des Fraunhofer ITWM statten Edge-Geräte im Schaltschrank mit einer Software aus, die aus den Signalen aller Sensoren für den Prozess relevante Informationen erfasst und es z.B. einer Künstlichen Intelligenz ermöglicht zielgerichtete Warnungen oder Vorschläge zu erstellen. Die Software ist vom Messsystem unabhängig, damit Instandhaltungsanwendungen passgenau für jede Maschine bzw. Fertigungsstrecke implementiert werden können.
So können verschiedenste Sensoren verwendet werden, beispielsweise Beschleunigungs-, Abstands- und Stromsensoren oder auch Industriekameras. Einer der Sensoren, die das Fraunhofer ITWM mit langjähriger Erfahrung in Condition-Monitoring-Systemen verwendet ist ein magnetostriktiver Sensor zur berührungslosen Erfassung von Drehmomenten.
Projektbeispiel Zementmühlen: Weniger Schwingung, mehr Effizienz
Mit den Zementmühlen der Gebrüder Pfeiffer SE aus Kaiserslautern werden die intelligenten Edge-Geräte im realen Produktionsbetrieb getestet. »Beim Zerkleinern von Bauschutt wirken große Kräfte, die zum Aufschwingen der Mühlen führen und deren Verschleiß beschleunigen«, erklärt Dr. Benjamin Adrian, stellvertretender Leiter der Abteilung »Systemanalyse, Prognose und Regelung«. »Das können wir verhindern, indem wir mit einem digitalen Zwilling die Maschineneinstellungen optimieren und diese auf die realen Mühlen übertragen.«
Vortrag über Condition Monitorung: »Die Antriebswelle sieht alles«
Dr. Benjamin Adrian und sein Team vertreten das Fraunhofer ITWM in Stuttgart mit einem eigenen Messestand in der Innovation Area in Halle 2A, gemeinsam mit dem Kooperationspartner Magnetic Sense. Außerdem hält Adrian einen Vortrag mit dem Titel »Die Antriebswelle sieht alles! Condition Monitoring mit berührungsloser Drehsensorik«.
Zu hören ist er am 7. November um 15:30 Uhr im Fachforum (Standnummer. 2D21) in Halle C2.
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Künstliche Intelligenz unterstützt bei Verfolgung von Abrechnungsbetrug in der Pflege
Abrechnungsbetrug im Gesundheitswesen verursacht jährlich Schäden von mehreren Milliarden Euro. Durch die Digitalisierung von Prozessen ergeben sich neue Möglichkeiten, Betrug systematisch zu entdecken – sei es in der Pflege, in Krankenhäusern oder der öffentlichen Verwaltung. Im Projekt »PflegeForensik« entwickeln die Projektbeteiligten seit 2021 eine Softwarelösung, die mit Künstlicher Intelligenz (KI) bei den Ermittlungen unterstützt sowie bei Arbeiten, die früher rein manuell durchgeführt wurden.
Algorithmen auf der Suche nach Auffälligkeiten
Im Fokus des Projekts standen zunächst die Algorithmen zum automatischen Einlesen und intelligenten Auswerten der Papierberge. Denn fast jeder Pflegedienst hat seine eigenen, unterschiedlich aufgebauten Papierdokumente, die oft nur analog vorliegen und sogar handschriftliche Elemente beinhalten. Das automatisierte Prüfen hiervon stellte die Beteiligten vor eine echte Herausforderung. »Diese verschiedenen Dokumente werden manuell in Tabellen übertragen und geprüft. Das ist mühsame Fleißarbeit. Mit Bildverarbeitung beschleunigen wir diesen Prozess«, erklärt Dr. Henrike Stephani, stellvertretende Leiterin der Abteilung »Bildverarbeitung« am Fraunhofer ITWM. »Sowohl die Dokumentenstruktur lässt sich mit unseren Algorithmen erfassen als auch die Inhalte. Beispielsweise finden sie Unterschriften und ordnen sie den richtigen Personen zu.«
Gleichzeitig sind Touren- und Dienstpläne die Planungsbasis von Pflegediensten. Diese mit den Abrechnungsdaten zu vergleichen, kann Hinweise auf Betrugsfälle liefern.
»Eine Auffälligkeit besteht zum Beispiel darin, dass viele Leistungen abgerechnet werden, aber der Tourenplan nur einen kurzen Einsatz listet. Solche Besonderheiten müssen wir automatisiert finden«, ergänzt Dr. Elisabeth Leoff. Sie ist Projektleiterin und stellvertretende Leiterin der Abteilung »Finanzmathematik« beim Fraunhofer ITWM. »Unsere KI wird den Menschen im Prozess zukünftig natürlich nicht ersetzen, aber erheblich unterstützen«.
KI wird erst durch aufwändiges Training intelligent
Um diese Auffälligkeiten zu finden und digital auszuwerten, haben die Forschenden gemeinsam mit den Anwender:innen typische Ermittlungen in mathematische Modelle übersetzt. Hier hat das Team realistische Szenarien erstellt und die dazugehörigen Auswertungen durchgespielt.
Zum Trainieren der KI-Algorithmen wurde vom ITWM-Team und der Polizeidirektion Leipzig mit großem Aufwand Datenannotation betrieben. Das heißt: Mehrere hundert Dokumente sind zunächst anonymisiert, und dann mit Eigenschaften manuell markiert worden, um den Algorithmus intelligent zu gestalten. Auf Basis dessen wird programmiert und auch in Zukunft immer wieder mit Daten getestet und nachgebessert.
PflegeForensik-Demonstrator auf dem Prüfstand
»Unsere Ergebnisse zeigen gute Fortschritte auf dem Weg zu einer Software, die die Arbeit der Strafverfolgungsbehörden vereinfacht, aber auch von Versicherungen zur Prüfung der Abrechnungsunterlagen eingesetzt werden kann«, berichtet Leoff. »In der letzten Projektphase haben wir den Demonstrator weiter auf Echtdaten getestet.« Ende April 2023 fand dazu ein Workshop in Berlin statt. Die Teilnehmenden aus den Reihen der Strafverfolgungsbehörden, Justiz und Krankenkassen probierten den Software-Demonstrator direkt vor Ort aus.
»Das erfreuliche Ergebnis des interdisziplinären Forschungsprojektes zeigt sehr deutlich, dass die Strafverfolgung im Bereich des Abrechnungsbetrugs in der Pflegebranche beschleunigt und effektiver ausgestaltet werden kann. Die große Herausforderung besteht nun darin, die Ergebnisse dieses erfolgreichen Forschungsprojektes in die Praxis zu überführen«, so Generalstaatsanwalt Martin Uebele.
Das Projekt endet im Juni 2023. Im nächsten Schritt heißt es im Idealfall »vom Prototypen zur Produktivsoftware«, die möglichst einfach zu bedienen ist und gleichzeitig gerichtsfeste Ergebnisse liefert. Das Team ist zuversichtlich und freut sich auf die Kontaktaufnahme weiterer Projektpartner.
Weitere Online-Informationen
www.itwm.fraunhofer.de/pflegeforensik
Medien-Beiträge
In der laufenden TV-Berichterstattung ist u.a. ein Beitrag zum Projekt in folgenden MDR-Sendungen geplant:
- Sachsenspiegel 30.06.2023
- Kripo Live 02.07.2023
- Brisant 30.6.2023 und 02.07. 2023
Das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern zählt zu den größten Forschungsinstituten für angewandte Mathematik weltweit. Wir sehen unsere Aufgabe darin, die Mathematik als Schlüsseltechnologie weiterzuentwickeln und innovative Anstöße zu geben. Unser Fokus liegt auf der Umsetzung mathematischer Methoden und Technologie in Anwendungsprojekten und ihre Weiterentwicklung in Forschungsprojekten. Das enge Zusammenspiel mit Partnern aus der Wirtschaft garantiert die hohe Praxisnähe unserer Arbeit.
Deren integrale Bausteine sind Beratung, Umsetzung und Unterstützung bei der Anwendung von Hochleistungsrechnertechnologie und Bereitstellung maßgeschneiderter Software-Lösungen. Unsere verschiedenen Kompetenzen adressieren ein breites Kundenspektrum: Fahrzeugindustrie, Maschinenbau, chemische Industrie, Energie und Finanzwirtschaft. Dieses profitiert auch von unserer guten Vernetzung, beispielsweise im Leistungszentrum Simulations- und Software-basierte Innovation.
Über die Fraunhofer-Gesellschaft
Die Fraunhofer-Gesellschaft mit Sitz in Deutschland ist die weltweit führende Organisation für anwendungsorientierte Forschung. Mit ihrer Fokussierung auf zukunftsrelevante Schlüsseltechnologien sowie auf die Verwertung der Ergebnisse in Wirtschaft und Industrie spielt sie eine zentrale Rolle im Innovationsprozess. Als Wegweiser und Impulsgeber für innovative Entwicklungen und wissenschaftliche Exzellenz wirkt sie mit an der Gestaltung unserer Gesellschaft und unserer Zukunft. Die 1949 gegründete Organisation betreibt in Deutschland derzeit 76 Institute und Forschungseinrichtungen. Etwa 30 800 Mitarbeitende, überwiegend mit natur- oder ingenieurwissenschaftlicher Ausbildung, erarbeiten das jährliche Forschungsvolumen von rund 3,0 Mrd. €. Davon fallen 2,6 Mrd € auf den Bereich Vertragsforschung.
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»Offene Digitalisierungsallianz für die Pfalz« geht in die zweite Runde
Das Verbundprojekt OD Pfalz gestaltet interdisziplinär für Fachgebiete hoher wirtschaftlicher und gesellschaftlicher Relevanz die digitale Transformation und schafft damit eine ausgeprägte Innovationskultur. Das zentrale Ziel des Vorhabens: Die Digitalisierung in den Innovationsbereichen Bildung, Gesundheit, Fahrzeuge, Produkte sowie Kreativität und Kooperation zu unterstützen.
Kaiserslautern mobil machen
Auch das Fraunhofer ITWM ist in der zweiten Förderphase wieder mit dabei und kann spannende neue Pläne und Ideen vorweisen. »Wir sehen die Genehmigung des Folgeantrags als weitere Bestätigung unserer langjährigen und erfolgreichen Zusammenarbeit mit der Hochschule Kaiserslautern«, freut sich Dr. Klaus Dreßler, Leiter des Bereichs »Mathematik für die Fahrzeugentwicklung«. »Vor allem unser Technikum, in dem wir eng mit Anwendern zusammenarbeiten, ist hier ein entscheidender Erfolgsfaktor.«
Das Institut bringt Wissen und Erfahrung im Segment Verkehr und Mobilität ein: Die Forschenden erarbeiten nachhaltige Lösungen auf Basis digitaler Abbilder von Umwelt, Fahrzeugen und komplexen Abläufen. Die Expert:innen streben dabei die Optimierung von Verkehrssystemen, beispielsweise dem ÖPNV, sowie eine verbesserte Verteilung von Ladestationen für E-Autos an. Auch die Energieeffizienz der Fahrzeuge selbst fassen die Forschenden ins Auge. Spannende neue Verbesserungsmöglichkeiten erkennen die ITWM-Mitarbeitenden dabei in der Einbeziehung einer 5G-Infrastruktur.
Die konkreten Umsetzungsszenarien, darunter unter anderem die Verkehrsflussplanung sowie die Optimierung der ÖPNV-Netze in Kaiserslautern, werden bis zum Projektstart 2023 ermittelt und ausgewählt.
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