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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)

Die Originalgrafik und weitere Grafiken zum Thema finden sie hier.

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.

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