[vc_row][vc_column][vc_custom_heading text=“Schnittstellen für eine menschenzentrierte Produktionsarbeit“ font_container=“tag:h2|font_size:38|text_align:left|color:%23e30613″ use_theme_fonts=“yes“ css=“.vc_custom_1537171888359{margin-top: -25px !important;}“][vc_custom_heading text=“Künstliche Intelligenz in der Smarten Fabrik“ font_container=“tag:h2|font_size:22|text_align:left|color:%23f07d00″ use_theme_fonts=“yes“][vc_column_text]Martin Ruskowski, Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz [/vc_column_text][vc_custom_heading text=“Kurz und bündig:“ font_container=“tag:h3|font_size:17|text_align:left|color:%23ffffff“ use_theme_fonts=“yes“ css=“.vc_custom_1519747666609{padding-left: 15px !important;background-color: #f07d00 !important;}“][vc_column_text css=“.vc_custom_1537171973731{border-top-width: 1px !important;border-right-width: 1px !important;border-bottom-width: 1px !important;border-left-width: 1px !important;padding-top: 10px !important;padding-right: 10px !important;padding-bottom: 10px !important;padding-left: 10px !important;background-color: #eaeaea !important;border-left-color: #aaaaaa !important;border-left-style: solid !important;border-right-color: #aaaaaa !important;border-right-style: solid !important;border-top-color: #aaaaaa !important;border-top-style: solid !important;border-bottom-color: #aaaaaa !important;border-bottom-style: solid !important;border-radius: 1px !important;}“]Produktion wird immer ein komplexes System bleiben. Zur Herstellung von Waren müssen Rohstoffe beschafft werden, zahlreiche Fertigungsschritte auf komplexen Maschinen müssen durchlaufen und Teile zu kundenindividuellen Produkten montiert werden. Ziel von Industrie 4.0 ist die Lean Automation. In flexiblen, intelligent gesteuerten Fabriken geht es um die effiziente Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine.[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row][vc_row css=“.vc_custom_1519752670572{margin-top: -10px !important;}“][vc_column][vc_column_text]Seit der Einführung des Begriffes der Industrie 4.0 auf der Hannover Messe 2011 werden viele Dinge damit assoziiert. Nicht alles davon ist neu und vieles verfehlt sogar den eigentlichen Hintergrund. Der Begriff der Industrie 4.0 entstand aus der Idee der vernetzten Fabrik cyberphysischer Systeme. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Kommunikation zwischen Maschinen und Rechnersystemen und den daraus folgenden neuen Möglichkeiten. Somit wird schnell klar, dass es hierbei nicht um weitere Automatisierungstechnik geht. Ziel ist vielmehr die Verbesserung und Flexibilisierung der Informationsströme und Abläufe innerhalb der Produktion.[/vc_column_text][ult_dualbutton btn_hover_style=“Style 2″ btn_border_style=“solid“ btn_color_border=“#ffffff“ btn_border_size=“2″ btn_alignment=“left“ dual_resp=“off“ button1_text=“Einzelheft kaufen“ icon_link=“url:https%3A%2F%2Fwww.aws-institut.de%2Fim-io%2Fproduct%2Fkuenstliche-intelligenz|||“ btn1_background_color=“#f07d00″ btn1_bghovercolor=“#e30613″ icon=“Defaults-book“ icon_size=“22″ icon_color=“#ffffff“ icon_hover_color=“#f07d00″ button2_text=“Jetzt abonnieren“ btn_icon_link=“url:https%3A%2F%2Fwww.aws-institut.de%2Fim-io%2Fabo%2F|||“ btn2_background_color=“#f07d00″ btn2_bghovercolor=“#e30613″ btn_icon=“Defaults-chevron-right“ btn_icon_size=“22″ btn_icon_color=“#ffffff“ btn_iconhover_color=“#f07d00″ divider_text=“oder“ divider_text_color=“#f07d00″ divider_bg_color=“#ffffff“ btn1_text_color=“#ffffff“ btn1_text_hovercolor=“#ffffff“ btn2_text_color=“#ffffff“ btn2_text_hovercolor=“#ffffff“ title_font_size=“desktop:20px;“ btn_border_radius=“3″ title_line_ht=“desktop:22px;“ btn_width=“280″][/vc_column][/vc_row][vc_row][vc_column][vc_column_text]Flexibilität und Kommunikation benötigen jedoch eine gewisse Form von Autonomie und Intelligenz – die smarte Maschine. Bereits an dieser Stelle ist deshalb der Einsatz von Methoden der künstlichen Intelligenz sinnvoll – denn trotz aller unterstützenden Rechnersysteme ist die Produktionsplanung bislang noch eine Domäne des Menschen. Nur seine Kreativität und sein vorausschauendes Denken können heute den Anforderungen an die Produktion gerade im mittelständischen Bereich gerecht werden.

Produktion ist und bleibt auch in Zukunft ein komplexes System. Zur Herstellung von Waren müssen Rohstoffe und Halbzeuge beschafft werden. Zahlreiche Fertigungsschritte auf komplexen Maschinen müssen durchlaufen und die vorproduzierten Teile zu kundenindividuellen Produkten montiert werden. Der Versuch, diese Abläufe in einem zentralen IT-System abzubilden ist in der CIM-Ära bereits einmal gescheitert. Stattdessen konnten erst die Methoden der Lean Production den gewünschten Produktivitätsschub bringen. Im Zentrum der Lean Production steht jedoch der Mensch. Ihre Methoden stammen aus dem prädigitalen Zeitalter und wurden seinerzeit als klarer Kontrapunkt zu CIM betrachtet.

Im Zuge der Digitalisierung des Alltags stehen nun wiederum die manuellen Lean Methoden im Fokus. Ziel von Industrie 4.0 ist deshalb die Erweiterung von Lean auf die Automatisierung – wir sprechen in diesem Zusammenhang deshalb auch von Lean Automation. Zwei Prinzipien stehen dabei im Zentrum der Betrachtung: Die vertikale und die horizontale Integration. Während die vertikale Integration die Überwindung von Kommunikationsbarrieren zwischen zentralen IT-Systemen (den „oberen Schichten“ der IT) und Arbeitsplätzen sowie Maschinen (den „unteren Schichten“ der IT auf dem Shopfloor) als Ziel hat, betrachtet die horizontale Integration die Vernetzung der einzelnen Stationen entlang der Wertschöpfungskette.

Man erkennt damit, dass bei der vertikalen Integration die Produktionsgüter selbst im Zentrum stehen. Es geht hierbei um neue, vereinheitlichte Schnittstellen zwischen den Steuerungssystemen und der IT. Kernthemen sind OPC UA als standardisiertes Protokoll und Informationsmodell sowie Edge Computing als Adapterschicht. Edge Computing erfüllt dabei zwei wesentliche Aufgaben. Einerseits wird eine Gateway Funktion abgebildet, um die meist unsicheren Kommunikationsprotokolle der Steuerungstechnik vor Zugriffen aus dem offenen IT-Netz zu schützen. Andererseits erfolgt an dieser Stelle eine Übersetzung proprietärer Protokolle in die standardisierten Protokolle, die im IT-Netz verwendet werden können.

Man sollte sich nicht der Illusion hingeben, dass Edge Computing in der Produktion grundsätzlich eine neue Erfindung sei. Auch in der Vergangenheit wurden bereits PC-basierte Rechnersysteme als Adapter zwischen Steuerungen und IT eingesetzt. Neu sind vor allem zwei Dinge: der aus der Mobilfunktechnik übernommene Begriff sowie die Verwendung offener und standardisierter Protokolle. Hilfreich ist dabei auch die heutige Verfügbarkeit kleiner und kostengünstiger Rechner, die als Edge Device zum Einsatz kommen.[/vc_column_text][vc_single_image image=“7269″ img_size=“large“ add_caption=“yes“ alignment=“center“][vc_column_text]Darüber hinaus bieten Edge Devices die Möglichkeit, das Prinzip der smarten Maschine auch in existierenden Produktionsumgebungen zu etablieren. Klassisch werden Maschinen meist durch Steuer und Statussignale angesteuert. In diesem Sinne existiert nur ein geringer Fortschritt gegenüber der Ansteuerung durch Drucktaster und Statuslampen. In gewisser Weise werden diese Bedienelemente sozusagen auf elektronischem Weg betätigt. Ein übergeordnetes System benötigt dazu – genau wie ein Maschinenbediener – recht präzises Wissen über die innere Funktion der Maschine. Von einer smarten Maschine erwarten wir jedoch ein Verhalten, welches die interne Komplexität der Abläufe versteckt. Alle Funktionen sollen durch intelligente Abläufe gekapselt werden. Vorbild ist hierbei der Gedanke der Microservices aus der Informatik. Ein Problem – hier die Produktion eines Bauteils – wird in einzelne, unabhängige Schritte zerlegt. Jeder Produktionsschritt wird einer Maschine oder einem Arbeitsplatz zugeordnet, sodass dieser autonom in der Lage ist, diesen einen Arbeitsschritt auszuführen. Das Wissen über die genaue Ausführung des Produktionsschrittes muss nur dem Arbeitsplatz bekannt sein. Während moderne Steuerungen diese Kapselung durch entsprechende Werkzeuge direkt anbieten, können existierende Maschinen durch Edge Devices in diese Richtung aufgerüstet werden.[/vc_column_text][vc_single_image image=“7274″ img_size=“large“ add_caption=“yes“ alignment=“center“][vc_column_text]Darüber hinaus bieten Edge Devices die Möglichkeit, das Prinzip der smarten Maschine auch in existierenden Produktionsumgebungen zu etablieren. Klassisch werden Maschinen meist durch Steuer und Statussignale angesteuert. In diesem Sinne existiert nur ein geringer Fortschritt gegenüber der Ansteuerung durch Drucktaster und Statuslampen. In gewisser Weise werden diese Bedienelemente sozusagen auf elektronischem Weg betätigt. Ein übergeordnetes System benötigt dazu – genau wie ein Maschinenbediener – recht präzises Wissen über die innere Funktion der Maschine. Von einer smarten Maschine erwarten wir jedoch ein Verhalten, welches die interne Komplexität der Abläufe versteckt. Alle Funktionen sollen durch intelligente Abläufe gekapselt werden. Vorbild ist hierbei der Gedanke der Microservices aus der Informatik. Ein Problem – hier die Produktion eines Bauteils – wird in einzelne, unabhängige Schritte zerlegt. Jeder Produktionsschritt wird einer Maschine oder einem Arbeitsplatz zugeordnet, sodass dieser autonom in der Lage ist, diesen einen Arbeitsschritt auszuführen. Das Wissen über die genaue Ausführung des Produktionsschrittes muss nur dem Arbeitsplatz bekannt sein. Während moderne Steuerungen diese Kapselung durch entsprechende Werkzeuge direkt anbieten, können existierende Maschinen durch Edge Devices in diese Richtung aufgerüstet werden.

Es entsteht so ein intelligentes Multi-Agentensystem aus unabhängigen Produktionsschritten. Es wird klar, dass eine feste Verdrahtung dieser Agenten dem Konzept einer flexiblen Produktion widerspricht und an der möglichen Komplexität scheitert. An dieser Stelle kommt die horizontale Integration zum Tragen. Das Produkt steht hierbei im Mittelpunkt und wird ebenfalls intelligent. Entweder durch einen integrierten Speicher oder aber durch eine Repräsentanz – seinen digitalen Zwilling – kommuniziert das Produkt mit den involvierten Arbeitsplätzen und transportiert alle relevanten Informationen entlang seines Weges durch die Produktion.

Dieser Ansatz bringt einen weiteren Gewinn mit sich, denn bei der flexiblen Produktion nimmt die Logistik einen noch größeren Stellenwert ein als bisher. Da das intelligente Produkt das Problem löst, woher die Maschine ihre Anweisungen zu den auszuführenden Funktionen bekommt, reduziert sich das eigentliche Problem der Produktionsplanung zu einer reinen Logistikaufgabe. Daher verschmelzen künftig die bisher getrennten Systeme von Lagerlogistik, Produktionslogistik (wie Milkrun und autonome Transportsysteme) sowie Produktionssteuerung zu einem einheitlichen System.

Wir erkennen hier das Konzept eines MES-Systems der Zukunft, in dem die einzelnen Produktionsschritte zukünftig gemeinsam mit Lagerware kommissioniert werden. Die in der Logistik bereits etablierte ereignisbasierte Steuerung der Materialflüsse und die durch den Onlinehandel getriebenen Fortschritte können auch die Produktion auf neue Ebenen der Effizienz heben.

Ein wesentliches Element stellt in diesen flexiblen, intelligent gesteuerten Fabriken die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine dar. Zwar wird die Automatisierung auch künftig weiter voranschreiten, jedoch ist bereits heute eher der Mangel an qualifizierten Arbeitskräften denn der Aspekt der Kosteneinsparung maßgeblicher Treiber für weitere Automatisierung.

Das Potenzial der menschlichen Arbeitskraft wird häufig unterschätzt – und häufig nicht ausreichend genutzt, da Menschen heute viele unproduktive Schritte ausführen, die durch eine intelligente und integrierte Produktionsplanung besser umgesetzt werden können. Der Fokus sollte dementsprechend mehr darauf liegen, die Abläufe zu digitalisieren anstatt nur zu automatisieren. Auch vor diesem Hintergrund sind Roboter kein Thema der Industrie 4.0, sondern ein Werkzeug der klassischen Automatisierung.[/vc_column_text][vc_single_image image=“7279″ img_size=“large“ add_caption=“yes“ alignment=“center“][vc_column_text]Die Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine wird jedoch elementar und gerade hier bieten die Methoden der künstlichen Intelligenz neuartige Möglichkeiten. In der Vergangenheit mussten Menschen sich immer an technisch orientierte Benutzerschnittstellen anpassen. Moderne, KI-basierte Benutzerschnittstellen ermöglichen hingegen eine an den Menschen angepasste, natürliche Arbeitsweise. Auch in diesem Feld ist die Logistik Vorreiter. Sprachbasierte Kommunikation, Datenbrillen mit Augmented-Reality-Funktionen, intelligente Handschuhe mit integriertem optischen Scanner und Gestenerkennung sind dort keine Zukunftsmusik, sondern bereits Stand der Technik. Wir werden in den nächsten Jahren vermehrt den Einzug dieser Schnittstellen auch an Arbeitsplätzen in der Produktion sehen. Es handelt sich somit bei künstlicher Intelligenz immer um Werkzeuge, die den Menschen ergänzen und nicht den Menschen ersetzen. Denn auch in Zukunft steht der Mensch weiter im Mittelpunkt der Produktion.[/vc_column_text][/vc_column][/vc_row]