Industrie 4.0 auf der Hannover Messe 2019 Das kann die Künstliche Intelligenz

Die Digitalisierung schreitet in vielen Unternehmen voran. Das Konzept Industrie 4.0 ist in einigen Unternehmen schon konkret in Anwendungen umgesetzt worden. Der nächste Schritt wird das maschinelle Lernen sein, das die automatisierte Produktion unterstützt. Die dazu notwendige Künstliche Intelligenz ist bereits verfügbar, wie einige Anwendungen in diesem Jahr auf der Hannover Messe zeigen. Der Mensch hat zukünftig die Aufgabe, kreativ zu sein.

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Die Künstliche Intelligenz dringt immer stärker in das industrielle Umfeld ein. Beispiele dazu werden auf der Hannover Messe 2019 zu sehen sein.
Die Künstliche Intelligenz dringt immer stärker in das industrielle Umfeld ein. Beispiele dazu werden auf der Hannover Messe 2019 zu sehen sein.
(Bild: ©phonlamaiphoto - stock.adobe.com)

Um das Konzept Industrie 4.0 vollkommen verwirklichen zu können, und zur Weiterentwicklung des Datensammelns über Big Data und verschiedener Analytics-Funktionen, ist eine gewisse Intelligenz in den Maschinen und Geräten notwendig, auch um damit Produktionsprozesse automatisiert weiter zu verbessern. Denn aus den historischen Daten lassen sich oft weitere Automatisierungspotenziale herausarbeiten. Die smarte Produktion wird so zum Schlüssel für Industrie 4.0.

Unzureichende Datensicherheit, fehlender Industriestandard und keine durchgängige Wertschöpfungskette geben Unternehmen neben fehlendem Mitarbeiterwissen als Haupthindernisse auf dem Weg zu Industrie 4.0 an.
Unzureichende Datensicherheit, fehlender Industriestandard und keine durchgängige Wertschöpfungskette geben Unternehmen neben fehlendem Mitarbeiterwissen als Haupthindernisse auf dem Weg zu Industrie 4.0 an.
(Bild: RS Components)

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Die KI und ihre Einsatzfälle in der Industrie

Christian Lorentz, Senior Product Marketing Manager bei Netapp, sagt: „Die möglichst vollständige Digitalisierung der Wertschöpfungskette steht für die produzierende Industrie schon seit längerem ganz oben auf der Agenda. Eine selbstorganisierte und selbstständig lernende Produktionshalle ist die erklärte Zielvorstellung für die Industrie 4.0 – und immer neue Technologieinnovationen rücken sie in greifbare Nähe.“

Christian Lorentz, Senior Product Marketing Manager bei Netapp: „Die möglichst vollständige Digitalisierung der Wertschöpfungskette steht für die produzierende Industrie schon seit Längerem ganz oben auf der Agenda. Eine selbstorganisierte und selbstständig lernende Produktionshalle ist die erklärte Zielvorstellung für Industrie 4.0 – und immer neue Technologieinnovationen rücken sie in greifbare Nähe.“
Christian Lorentz, Senior Product Marketing Manager bei Netapp: „Die möglichst vollständige Digitalisierung der Wertschöpfungskette steht für die produzierende Industrie schon seit Längerem ganz oben auf der Agenda. Eine selbstorganisierte und selbstständig lernende Produktionshalle ist die erklärte Zielvorstellung für Industrie 4.0 – und immer neue Technologieinnovationen rücken sie in greifbare Nähe.“
(Bild: Netapp)

Eine Studie des Berliner Instituts für Innovation und Technik (iit) im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) zeige, dass die Künstliche Intelligenz (KI) ein enormes Potenzial für die künftige Wertschöpfung in der produzierenden Industrie aufweist. Danach solle der Einsatz von KI der Branche in Deutschland innerhalb der nächsten fünf Jahre eine zusätzliche Wertschöpfung von rund 31,8 Mrd. Euro bescheren. Damit wäre KI für gut ein Drittel des erwarteten Gesamtwachstums verantwortlich. Dabei gelten laut Studie die KI-Anwendungen Predictive Analytics, Robotik sowie intelligente Assistenzsysteme, Automatisierung und Sensorik zu den vielversprechendsten.

Derzeit produzieren nur 5 % aller deutschen Industrieunternehmen komplett digital vernetzt. Jedes fünfte Unternehmen hat dies zumindest teilweise umgesetzt.
Derzeit produzieren nur 5 % aller deutschen Industrieunternehmen komplett digital vernetzt. Jedes fünfte Unternehmen hat dies zumindest teilweise umgesetzt.
(Bild: RS Components)

KI schrittweise ausbauen

Predictive Maintenance war für viele Industrieunternehmen der Einstieg in die smarte Produktion, doch mittlerweile tritt dort die Automatisierung und die Effizienz in den Fokus des Interesses. Das zeigt eine Umfrage des Datenmanagementspezialisten Netapp unter 120 deutschen IT-Experten aus den Branchen Gesundheit, Fahrzeugbau, Finanzwesen und Fertigung. Aus ihr geht hervor, dass KI in der produzierenden Industrie aktuell vor allem für die Automatisierung sich wiederholender Fertigungsprozesse (Robotic Process Automation, RPA) und für das Supply-Chain- und Lagermanagement eingesetzt wird. Das gaben 66,7 % beziehungsweise 60 % der Befragten aus der Branche an. Dabei stehen viele Unternehmen gerade erst am Anfang ihrer KI-Strategie: 46,7 % der Entscheider in der produzierenden Industrie befanden sich zum Zeitpunkt der Umfrage im ersten Jahr des aktiven Einsatzes von KI. Andere Branchen wie der Finanzsektor sind dort (noch) einen Schritt voraus. Allerdings kann die Fertigungsindustrie eine besonders hohe Erfolgsquote bei KI-Projekten vorweisen – die Bedeutung von KI für die Zukunft hat man dort also erkannt.

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Einige Vorbehalte bestehen immer noch

Doch noch immer befürchten Unternehmen bei einer ganzheitlichen Digitalisierung aller Produktionsprozesse hohe Kosten – gerade, weil damit auch eine Modernisierung veralteter IT-Infrastrukturen verbunden wäre. Die Dauer einer solchen Umsetzung trägt auch zum zögerlichen Verhalten bei. Und wie bei allen datengetriebenen Prozessen steht die Frage des Datenschutzes im Raum, die nach Inkrafttreten der DSGVO eine noch höhere Bedeutung als bisher einnimmt.

Mittel- bis langfristig ist der Aufbau eines eigenen KI-Teams aber laut Netapp durchaus empfehlenswert, gerade um den internen Wissensaustausch anzuregen und die Integration neuer Mitarbeiter zu erleichtern.

Künstliche Intelligenz hilft bei Bioniklösungen

Das Automatisierungsunternehmen Festo, das die Natur als Vorbild nimmt, um bestimmte bionische Lösungen vorzustellen, nutzt dazu bei vielen Anwendungsfällen die Künstliche Intelligenz.

Ziel ist es mit Hilfe der Bionik, neue Technologien aufzuspüren und in die industrielle Automation umzusetzen.

Ein Beispiel ist die menschliche Hand mit ihrer einzigartigen Kombination aus Kraft, Geschicklichkeit und Feinmotorik ein wahres Wunderwerkzeug der Natur. Festo zeigt dazu auf der Hannover Messe 2019 die pneumatische Roboterhand Bionicsofthand.

Die Bionicsofthand kann einen zwölfseitigen Würfel so drehen, dass am Ende eine vorher festgelegte Seite nach oben zeigt.
Die Bionicsofthand kann einen zwölfseitigen Würfel so drehen, dass am Ende eine vorher festgelegte Seite nach oben zeigt.
(Bild: 2019 Ruediger J. Vogel/Festo)

Kombiniert mit dem Bionicsoftarm, einem pneumatischen Leichtbauroboter, sollen sich die Future Concepts für die Mensch-Roboter-Kollaboration eignen.

Damit die Bionicsofthand sicher und direkt mit dem Menschen interagieren kann, wird sie pneumatisch betrieben. Ihre Finger bestehen aus flexiblen Balgstrukturen mit Luftkammern. Umschlossen sind die Bälge in den Fingern von einem 3D-Textilmantel, der sowohl aus elastischen als auch hoch festen Fäden gestrickt ist. Dadurch sei sie leicht, nachgiebig, anpassungsfähig und sensibel, aber dennoch in der Lage, starke Kräfte auszuüben.

Künstliche Intelligenz hilft der Maschine beim Lernen

Die Lernmethoden von Maschinen sind mit denen des Menschen vergleichbar: ob positiv oder negativ – sie benötigen eine Rückmeldung auf ihre Aktionen, um diese einordnen zu können und daraus zu lernen. Bei der Bionicsofthand kommt die Methode des Reinforcement Learning zum Einsatz, also dem Lernen durch Bestärken. Das bedeutet: Statt einer konkreten Handlung, die sie nachahmen muss, bekommt die Hand lediglich ein Ziel vorgegeben. Dieses versucht sie durch Ausprobieren (Trial-and-Error) zu erreichen. Anhand des erhaltenen Feedbacks optimiert sie nach und nach ihre Aktionen, bis sie schließlich die gestellte Aufgabe erfolgreich löst.

Konkret soll die Bionicsofthand einen zwölfseitigen Würfel so drehen, dass am Ende eine vorher festgelegte Seite nach oben zeigt. Das Einlernen der dazu nötigen Bewegungsstrategie geschieht in einer virtuellen Umgebung anhand eines digitalen Zwillings, der mithilfe der Daten einer Tiefenkamera und den Algorithmen der Künstlichen Intelligenz erstellt wird.

Proportionale Piezoventile für eine präzise Regelung

Mit dem Roboterarm können in Zukunft Mensch und Maschine gleichzeitig dasselbe Werkstück bearbeiten, ohne dass sie voneinander abgeschirmt werden müssen. Der Arm ist eine kompakte Weiterentwicklung des Bionicmotionrobot von Festo, dessen Anwendungsspektrum deutlich erweitert wurde. Möglich macht das sein modularer Aufbau: Er lässt sich bis zu sieben pneumatischen Balgsegmenten und Drehantrieben kombinieren. Der Wegfall aufwendiger Sicherheitseinrichtungen wie Käfige oder Lichtschranken verkürzt die Umbauzeiten und ermöglicht so einen flexiblen Einsatz – ganz im Sinne einer wandlungsfähigen und wirtschaftlichen Fertigung.

Unterwasserroboter mit einzigartigem Flossenantrieb

Ein weiteres Beispiel von Festo ist der Meeresstrudelwurm Bionicfinwave, der sich durch Flossenbewegung bewegt. Die Undulation drückt das Wasser nach hinten, wodurch ein Vorwärtsschub entsteht. Mit diesem Prinzip manövriert sich der Bionicfinwave auf der Hannover Messe – die von der Deutschen Messe AG ausgerichtet wird – vorwärts oder rückwärts durch ein Rohrsystem aus Acrylglas.

Mithilfe künstlicher Intelligenz manövriert sich der Unterwasserroboter selbstständig durch ein Rohrsystem aus Acrylglas.
Mithilfe künstlicher Intelligenz manövriert sich der Unterwasserroboter selbstständig durch ein Rohrsystem aus Acrylglas.
(Bild: 2018 Ruediger J. Vogel/Festo)

Seine beiden Seitenflossen sind komplett aus Silikon gegossen und kommen ohne Verstrebungen oder andere Stützelemente aus. Die zur Fortbewegung notwendigen Kurbelwellen inklusive der Gelenke und des Pleuels aus Kunststoff sind in einem Stück im 3D-Druckverfahren gefertigt. Auch die restlichen Körperelemente des Bionicfinwave sind im 3D-Verfahren gedruckt. Mit ihren Hohlräumen fungieren sie als Auftriebskörper. Gleichzeitig ist dort auf engstem Raum die gesamte Steuerungs- und Regelungstechnik wasserdicht und sicher verbaut und aufeinander abgestimmt.

KI erweitert Kompetenzen im Maschinenbau

Viel schneller als bei anderen neuen IT-Technologien oder Trends der vergangenen Jahre haben Unternehmen des Maschinenbaus die Bedeutung von Machine Learning und Plattformökonomie erkannt. Nun stehen konkrete Anwendungsszenarien und deren Realisierung im Vordergrund. Daher rückt der VDMA Software und Digitalisierung diese Themen abermals auf der Hannover Messe 2019 in den Fokus seiner Aktivitäten.

Konkrete Anwendungsbeispiele sollen weitere Impulse geben

An der Entwicklung von Anwendungen auf Basis von Machine Learning wird in der Branche bereits intensiv gearbeitet, wie Umfragen des VDMA belegen. Dabei stehen sowohl Produkte und Dienstleistungen als auch die eigenen Prozesse im Fokus. Bis zum Jahr 2020 will fast jedes dritte Unternehmen Anwendungen zur Unterstützung und Verbesserung der eigenen Prozesse nutzen. Diese Möglichkeit zur Erweiterung der Kompetenz wird zukünftig auch beim Ausbau des eigenen Dienstleistungsangebotes eine maßgebliche Rolle spielen. Aktuell führt der VDMA Software und Digitalisierung eine Studie durch, die einen tiefergehenden Einblick in die Nutzung und zu bereits erzielten Erfolgen im Maschinenbau untersucht. Erste Ergebnisse werden zur Hannover Messe im April 2019 vorliegen.

Um verstärkt auch klein- und mittelständische Maschinenbauunternehmen schneller und intensiver mit dem Thema Machine Learning und den Möglichkeiten der Technologie vertraut zu machen, wird der VDMA-Expertenkreis „Machine Learning“ in diesem Jahr erfolgreiche Umsetzungsbeispiele in Form von Case Studies veröffentlichen. Darüber hinaus wird der VDMA Software und Digitalisierung zur Hannover Messe ein Kurzvideo mit einer Best Practice sowie einen Podcast zum Thema maschinelles Lernen veröffentlichen.

IoT-Plattformen schaffen Basis für digitale Ökosysteme

Auch bei der Beschaffung der Datenbasis für eine umfängliche Nutzung von Machine Learning-Algorithmen und der automatisierten Anwendung der Künstlichen Intelligenz spielen IoT-Plattformen eine wichtige Rolle. Darüber hinaus sind sie ein elementarer Baustein für die digitalen Ökosysteme der Zukunft. Noch stärker als bei Machine Learning zeigt sich derzeit ein sprunghafter Bedeutungszuwachs und verstärkter Einsatz von IoT-Plattformen bei mittleren und größeren Maschinen- und Anlagenbauern (über 40 %). Daher erarbeitet der VDMA-Expertenkreis Plattformökonomie zurzeit ein Whitepaper, das ebenfalls im April 2019 erscheinen soll. Auch Unternehmen mit weniger als 300 Mitarbeitern, die sich bisher noch nicht intensiv mit dem Thema auseinandergesetzt haben, können somit von den Erfahrungen anderer Unternehmen aus der Branche profitieren. In der Publikation werden vor allem die notwendigen unternehmenskulturellen Veränderungen sowie die Monetarisierung und Umsetzung im Partnernetzwerk dargestellt.

Kooperationen bauen Wissensnetzwerk auf und erweitern Kompetenzen

Die zunehmende Digitalisierung von Produkten und Prozessen und die wachsende Vielfalt an verwendeten Systemen und IT-Technologien wie auch Machine Learning und Plattformökonomie stellen die Branche jedoch vor große Herausforderungen. Für rund 80 % ist die Personalverfügbarkeit bei Projekten zur Digitalisierung der Produkte und Prozesse der größte Hemmschuh, wie der VDMA IT-Report zeigt. Um die notwendige Entwicklungsgeschwindigkeit zu erreichen und vom Technologiewissen anderer Unternehmen stärker zu profitieren, ist eine engere Zusammenarbeit mit Dienstleistungspartnern, IT-Unternehmen oder auch Maschinenbauern erforderlich. Die Hannover Messe bietet dafür den geeigneten Rahmen.

Kreativität ist der Schlüssel für unsere Zukunft

Nun, wenn die Künstliche Intelligenz in viele Bereich vordringt, wo bisher der Mensch die alleine Vormachtstellung hatte, was wird aus ihm? Eine Antwort darauf gibt Edbill Grote, CEO der HTV Halbleiter-Test-&-Vertriebs-GmbHHTV Halbleiter-Test-&-Vertriebs-GmbH in Bensheim: „Wir stehen heute vor nie dagewesenen Revolutionen, nämlich der Vermischung von Informationstechnologien und Biotechnologien. Algorithmen und künstliche Intelligenz werden Arbeitsplätze verändern und auch vernichten.“

Edbill Grote, CEO der HTV Halbleiter-Test-&-Vertriebs-GmbH in Bensheim: „Unsere Wirtschaft und unser Leben verändern sich minütlich. Heute können wir noch nicht mal erahnen, was morgen ist. Deshalb ist Kreativität unabdingbar für den Standort Deutschland. Sie ist überlebensnotwendig.“
Edbill Grote, CEO der HTV Halbleiter-Test-&-Vertriebs-GmbH in Bensheim: „Unsere Wirtschaft und unser Leben verändern sich minütlich. Heute können wir noch nicht mal erahnen, was morgen ist. Deshalb ist Kreativität unabdingbar für den Standort Deutschland. Sie ist überlebensnotwendig.“
(Bild: HTV)

Grote ist der festen Überzeugung, dass es ohne sofortiges Umdenken und kreative Ideen in absehbarer Zeit viele Firmen nicht mehr geben wird: „In den kommenden zehn Jahren werden ein Drittel aller Arbeitsplätze, vom Arzt bis zum Hilfsarbeiter, wegfallen. Menschen werden bedeutungsloser, weil ,Maschinelles Lernen‘ die Zukunft ist.“ Aus diesem Grund sei ein kreatives Unternehmertum die Voraussetzung für das Überleben der Unternehmen. „Wir müssen sofort anfangen, kreativ neue wirtschaftliche und gesellschaftliche Lösungen zu erfinden“, fordert Grote. „Es geht nicht darum Arbeitsplätze zu sichern, sondern die Existenz der Menschen zu sichern. Wir müssen darauf achten, dass nicht Algorithmen unseren freien Willen übernehmen und uns unsere Freiheit stehlen. – Menschliche Dummheit, unabhängig vom IQ, war schon immer die Ursache für Versagen und Niedergang“, ist Grote überzeugt.

Grote glaubt, dass wir schon in diesem Jahr einer Rezession entgegengehen, deshalb sei die richtige Strategie das Fundament des Unternehmenserfolges. Diese Strategie muss heute sehr dynamisch sein und ständig, ja täglich, überprüft werden. Bei neuen Erkenntnissen muss die festgelegte Strategie mutig schnell geändert werden! „Unsere Wirtschaft und unser Leben verändern sich minütlich. Heute können wir noch nicht mal erahnen, was morgen ist. Deshalb ist Kreativität unabdingbar für den Standort Deutschland. Sie ist überlebensnotwendig.“ Führungskräfte in Unternehmen haben die Verantwortung dafür, dass kreative Potenziale gefördert werden. Deshalb sei es erforderlich Kreativität und Innovation in der Strategie eines Unternehmens fest zu verankern, um erfolgreich zu sein und um sich von der Konkurrenz abzuheben. Die Mitarbeiter müssen die Möglichkeit bekommen, kreativ sein zu dürfen, ja die Mitarbeiter sollten sogar zu Kreativität aufgefordert werden. „Eine Firma kann sich dadurch einzigartig und unverwechselbar machen und immer einen Schritt weiter sein als andere“, sagt Grote.

Es genüge nicht nur innovativ zu sein, also Vorhandenes zu verbessern. Kreativ zu sein heiße, etwas noch nicht Dagewesenes neu zu erfinden. Das Neue muss aber auch von Menschen gebraucht werden, sonst ist es sinnlos.

Viele meinen, dass das zu tun was alle tun, gradlinig und konsequent, der richtige Weg sei zum Erfolg. Von diesem Gedanken müssen wir uns lösen. Um herausragenden Erfolg zu haben, sei dies genau der falsche Weg.

Thomas Alva Edison, der die Glühbirne angeblich erst nach mehr als 10.000 Fehlversuchen erfand, sagte: „Ich bin nicht gescheitert. Ich habe einfach 10.000 verschiedene Wege ausprobiert, die nicht funktioniert haben.“ Er hat also niemals aufgegeben, sondern immer wieder neue Wege versucht.

Die Chefetage muss den Willen zu Kreativität und Veränderung mittragen. Es sollte zur Unternehmensstrategie werden. Ohne dies ist vieles zum Scheitern verurteilt. Wer sich nicht ständig ändert, hat schon verloren. Egal was passiert, es gilt, immer sofort eine Lösung zu suchen.

Für fehlerloses Denken ist unser menschliches Gehirn nicht geeignet. Aber genau das ist gut für unser kreatives Denken. Weil wir nicht wie ein Computer funktionieren und uns manchmal irren, kommen wir auf neue Ideen.

– Kreativität ist der Schlüssel zu langfristigem und zukünftigem Erfolg. Vermutlich werden Roboter vorerst nicht die Kreativität von Menschen ersetzen können, denn Kreativität ist eine einzigartige menschliche Fähigkeit. Sie ist in uns allen vorhanden, wir müssen ihr nur freien Lauf lassen.

Grote glaubt: „Speziell in Deutschland werden Fehler oft hart bestraft. Genau so wird Kreativität verhindert. Wer keinen Mut zu Veränderungen hat, wird auch nichts verändern. Let’s do it. Lasst uns neue Ideen und Produkte erfinden!“

(ID:45779013)

Über den Autor

Dipl.-Ing. (FH) Reinhold Schäfer

Dipl.-Ing. (FH) Reinhold Schäfer

Redakteur, MM MaschinenMarkt