Expertenumfrage: Die Rolle von KI in der Fabrikautomatisierung

Fabrikautomatisierung: Nicht nur KI ist ein wichtiges Tool im Zukunftsbaukasten der Automatisierungstechnik – aber es ist eines, das aktuell besonders im Fokus ist.

Unsere Fragen an die Experten

1. Mit der SPS findet nun endlich wieder eine Präsenzmesse für die Automatisierung statt. Welche Trends sehen Sie in der Fabrikauto­matisierung mit Blick auf die Produktion im Vorfeld des Branchentreffs?
2. Welche Vorteile ergeben sich aus einer zunehmenden Digitalisierung der Produktion für die Anwender?
3. Welche Rolle spielt die künstliche Intelligenz (KI) im Fertigungsalltag heute und in Zukunft?

1. Als Spezialist für IO-Link-Wireless-Lösungen sehen wir in unseren Marktsegmenten drei Trends mit hohen Zuwachsraten, die durch IO-Link-Wireless-Lösungen initiiert wurden: Es entstehen neue, flexible Maschinenkonzepte für die adaptive Fertigung, hochoptimiert und adaptiv. Als zweites entstehen IO-Link-Wireless-Sensoren und -Aktoren, die die Grundlage für diese Maschinenkonzepte bilden. Der dritte Trend sind intelligente smarte Retrofit Lösungen, die bestehende Anlagen zu modernen Anlagen transformieren und mit neuester Konnektivität ausrüsten. Die Vielfalt an Sensordaten wird zukünftig in zentralen, intelligenten, cloudbasierten Softwarelösungen analysiert und spielen zukünftig eine wichtige Rolle in der Produktions-Planung und -Steuerung. Qualität und Wettbewerbsfähigkeit sind die treibenden Faktoren.

2. Die heutigen, komplexen Produktionsprozesse werden durch die zunehmende Digitalisierung für den Anwender transparent und somit handhabbar. Aus der Vielzahl der Produktions-Parameter und -Messwerte können neue Softwaresysteme Rückschlüsse auf die Produktqualität und den Zustand der Maschinen ziehen, den Anwender informieren, alarmieren und notwendige Maßnahmen regelbasiert einleiten.

3. KI wird weiter in die Fabrikauto­matisierung vordringen. Predictive Maintenance, Predictive Quality, Condition-Monitoring sind heute bereits als System-Lösungen verfügbar. Industrielle Bildverarbeitung und Cyber-Security sind weitere Anwendungen, die für Lösungen mittels KI prädestiniert sind. Sie wird ihre Stärken in holistischen Systemen beispielsweise durch kombinierte Analyse von Bild- und Produktionsprozess-Daten, beweisen.

Fabrikauto­matisierung: Auf dem Weg zur Smart Factory

1. Der Trend geht weiter in Richtung Smart Factory: „Schneller zur vernetzen Produktion“ ist unser Leitmotiv. In den Fokus rücken verstärkt Themen wie Absicherung und Optimierung der Produktion durch den digitalen Zwilling, transparente Übersicht von Produktionsdaten für Werks- und Produktionsleiter mittels Dashboards oder allgemein die Vorteile, die sich aus Remoteanwendungen ergeben. Die Chancen aus all dem werden immer stärker wahrgenommen. Auch nicht außer Acht zu lassen, ist der wachsende Trend zu mehr Cloudapplikationen.

2. Wer auf Digitalisierung zurückgreift, hat definitiv mehr Chancen als Risiken. Wer seinen Bedarf kennt und auf die richtigen Lösungen setzt, profitiert von einer höheren Prozesssicherheit und einer besseren Transparenz. So lassen sich beispielsweise Maschinenzustände für die vorausschauende Instandhaltung und Abwicklungsgrade von Aufträgen übersichtlich abfragen und darstellen. Das ermöglicht eine bessere Planung für Hochproduktionsphasen, schnellere Reaktionszeiten bei unvorhergesehenen Ereignissen oder auch ein schnelleres Beheben von Störgründen durch eine Störgrundanalyse. Digitalisierung in der Produktion dient als datengetriebene Entscheidungshilfe zur Optimierung der Prozesse und Abläufe.

3. KI dient als Entscheidungsunterstützung auf allen Ebenen der Fertigung. Perspektivisch kann KI in Zukunft durch das Einspielen relevanter Daten selbst Entscheidungen treffen. So können Prozesse und Abläufe präziser und unvoreingenommener ausgewertet werden. Damit wird der kontinuierliche Verbesserungsprozess unterstützt und die Qualität der Produktion wie auch der Produkte steigt.

1. Ein wichtiges Thema ist unter anderem der digitale Zwilling und seine diversen Vorteile für Anwender und Anbieter von Automatisierungstechnik. Speziell die Bereiche des digitalen Typenschildes, Life Cycle Management, vorbeugende Wartung und KI werden im Mittelpunkt stehen. Der positive Trend hält an, dass IT und OT weiter zusammen wachsen. Das ermöglicht die transparente Einbindung der Produktion in die Wertschöpfungskette. Auch werden die Themen IoT-Gateways, Edge Computing, Analyse von Daten (in der Edge und Cloud) und KI vielfältig gespiegelt und allgegenwärtig sein.

2. Die zunehmende Digitalisierung vereinfacht die Interoperabilität und den Datenaustausch zwischen den Komponenten. Sie fördert einheitliche Schnittstellen wie TSN, OPC UA, MQTT und den Einsatz von Open-Source-Lösungen. All das verbessert die Transparenz. Dies gilt für die Automatisierungshardware aber auch für Programmier-Werkzeuge und Enterprise-Software. Daten-Analyse in der Edge und in der Cloud optimieren die Produktion weiter und führen zu Energie-Einsparungen und Ressourcen-Effizienz in vielen Bereichen.

3. KI dringt künftig in alle Bereiche der Wertschöpfungskette vor. Das bringt Chancen und Herausforderungen für die Produktion mit sich. Denn bei den schnellen Abläufen in der Fabrikautomatisierung kann eine Analyse der Echtzeitdaten in der Cloud bei den Reaktionszeiten nicht mithalten. Die vorbeugende Wartung muss direkt in den Geräten mittels KI durchgeführt werden. Mit großen Datenmengen zur Anomalie-Erkennung wären die lokalen Geräte jedoch überfordert. Hier ist wieder die Cloud gefragt. Wegen diesem komplexen Zusammenspiel wird insbesondere der Zwischenton – „Edge Computing“ – in der Zukunft weiter an Bedeutung gewinnen.

Denn die Edge kann schnell auf Ereignisse reagieren und bringt gleichzeitig ausreichend Rechenleistung mit. Dies gilt für die schnelle Reaktion auf Ereignisse, aber auch für die Sicherheit der Unternehmensdaten. KI klingt immer erst kompliziert, das Gute ist jedoch: ihre Anwendung wird für die Nutzer zunehmend einfacher werden, denn vorgefertigte KI-Modelle und Prozess-Know-how der Anbieter unterstützen den Anwender beim Umgang und Anlernen der spezifischen KI. Das neuronale Netz muss der Anwender dann letztendlich nicht mehr programmieren.

Unsere Fragen zum Thema Fabrikauto­matisierung

1. Mit der SPS findet nun endlich wieder eine Präsenzmesse für die Automatisierung statt. Welche Trends sehen Sie in der Fabrikauto­matisierung mit Blick auf die Produktion im Vorfeld des Branchentreffs?
2. Welche Vorteile ergeben sich aus einer zunehmenden Digitalisierung der Produktion für die Anwender?
3. Welche Rolle spielt die künstliche Intelligenz (KI) im Fertigungsalltag heute und in Zukunft?

1. Einer der größten Trends ist weiterhin der digitale Zwilling. Damit können Anwender nicht nur den Produktionsaufbau, sondern auch Arbeitsabläufe darstellen und simulieren. Die Verantwortlichen können damit die Maschinen und Einstellungen sehr genau aufeinander abstimmen. Und das bereits vor der realen Umsetzung von beispielsweise Umbauten oder einer Produkteinführung. Ein weiterer Trend ist der hin zur KI in der Fertigung. Daten verfügbar zu machen, ist aus technischer Sicht nichts Neues. Jetzt geht es darum, diese auch zu nutzen und Mehrwehrte daraus zu ziehen. KI ist dafür prädestiniert. Eine intelligentere Produktionsplanung, eine vorausschauende Instandhaltung und die Steuerung von Produktlebenszyklen sind hier nur einige Anwendungsbeispiele.

2. Durch die Digitalisierung verbessert sich der Nutzen von Daten dramatisch. Sie ermöglicht tiefgehende Analysen, woraus sich diverse Optimierungspotenziale ergeben. Beispielsweise können Verantwortliche mithilfe einer KI-basierten Datenanalyse von Produktionsplänen und Kapazitäten Engpässe erkennen und beheben. Maschinendaten lassen sich aber auch für die Instandhaltung nutzen. Auswertungen decken Anomalien auf und verhindern Stillstände sowie Ausschuss. Die Beispiele lassen sich beliebig fortführen.

3. KI hat bereits Einzug in die Fertigung gehalten und wird zunehmend an Bedeutung gewinnen. Die Anwendungsbereiche sind vielfältig – und in der Fabrikautomatisierung längst noch nicht ausgereizt. Das liegt an der Leistungsfähigkeit von KI und ihrem immensen Potenzial: von der Analyse komplexester Vernetzungen bis hin zur eigenständigen Mustererkennung. Sie zeigt Handlungsbedarf auf und analysiert dazu Datenmengen, die der Mensch selbst nicht erfassen kann.

Durch Digitalisierung und Fabrikautomatisierung zu mehr Effizienz

1. Da fallen mir spontan folgende wichtige Trends ein: CO2-Reduzierung und Effizienzsteigerung durch Digitalisierung. Es gibt einen starken Umsetzungswillen in der Industrie, Energieverbräuche einzusparen und entsprechende Maßnahmen einzuführen. Ziel ist es, nachhaltiger zu produzieren. Das erfordert eine vollständige standortübergreifende Vernetzung zwischen OT- und IT-Systemen, nur so lassen sich alle Daten auswerten und nutzbringend zur Optimierung einsetzen.

2. In der unternehmenseigenen Fertigung haben wir festgestellt, dass wir durch die Digitalisierung (Optimierungs-)Projekte wesentlich schneller umsetzen können. Weil alle Prozess- und Maschinendaten in vergleich- und auswertbarer Form vorliegen, können wir schneller zielgerichtete Entscheidungen treffen. Dabei unterstützen KI-basierte Systeme unsere Produktionsexperten beispielsweise durch automatische Verbesserungen oder Vorschläge. Ziel ist immer, einen größtmöglichen Output bei möglichst geringem Ressourcenverbrauch und hoher Produktqualität zu erreichen. Insgesamt haben wir auf diese Weise das komplette Fertigungsmanagement – also welche Produkte zu welcher Zeit auf welcher Maschine hergestellt werden – optimiert und bekommen außerdem eine detaillierte Übersicht, wie groß der CO2-Fußabdruck eines einzelnen Produkts ist.

3. KI wird eine wesentliche Komponente beim Betrieb von Maschinen und Anlagen, bei der Fabrikautomatisierung, sein. Mit Blick auf die Alterspyramide gestaltet es sich immer schwieriger, vakante Fachkräftestellen wieder zu besetzen. Deshalb wird es notwendig sein, dass Machine-Learning-Algorithmen den Betreiber und Anlagenführer bei der optimalen Funktion der Maschine unterstützen. Das kann die Ermittlung von Einstellungsparametern einer Anlage sein, wobei der Algorithmus das Werkzeugalter, die Qualität des Verbrauchsmaterials und die aktuellen Umgebungsbedingungen berücksichtigt. Machine Learning kann zudem Hilfestellung bei der Erkennung von Abweichungen zum Normalverhaltens der Maschine geben.

1. Da ist zunächst der zunehmend profitable Einsatz von digitalen Zwillingen: Mittels eines vollständig webbasierten Prozessleitsystems beispielsweise lässt sich die Produktionsflexibilität stark erhöhen. Zudem richtet sich der Fokus verstärkt auf die Nachhaltigkeit durch energieeffiziente Produktion und Infrastruktur. Auch die Standardisierung ist ein wichtiges Thema, mit der OT- und IT-Netzwerke zusammengeführt werden sollen. Das erleichtert die datengestützte Entscheidungsfindung von der Maschine bis zur Fabrikebene. Auch der sichere und trotzdem flexible Fernzugriff wird wichtiger. Und viele Unternehmen möchten ihr Geschäft skalieren, wobei Marktplätze und Eco-Systeme helfen. Sie bieten ein moderne Einkaufsplattformen auch für produktionsnahe Software und Dienstleistungen.

2. Für die digitale Transformation (Fabrikautomatisierung) brauchen Unternehmen die passenden Lösungen und Services zur Fabrikautomatisierung, die ihnen, Vorteile bringen: Qualitätssteigerung in der Produktion durch höhere Transparenz durch Informationen in Echtzeit beispielsweise; eine Steigerung der Produktionsleistung durch digitale Arbeitsabläufe; schnellere Produktneueinführungen durch virtuelle Tests; höhere Anlagenverfügbarkeit durch gezielte Diagnose und exakte Kalkulation von Anlagenwartungen. Darauf haben wir unser Lösungsportfolio ausgerichtet und berücksichtigen dabei die spezifische Anforderungen verschiedener Branchen.

3. Dank künstlicher Intelligenz (KI) lässt sich das enorme Potenzial auf Basis heute bereits vorhandener Daten aus den Produktionsumgebungen bereits schrittweise erschließen. Und erste reale KI-Anwendungen sind bereits im industriellen Alltag angekommen: Spracherkennung zum Bearbeiten einfacher Aufträge, das Erfassen von Umgebungen mittels Kameras, Laser- oder Röntgenstrahlen bis hin zu virtuellen persönlichen Assistenten in der Logistik. Wichtig für den Erfolg ist aber nicht eine Technologie. Es gilt KI ebenso zu nutzen wie Additive Fertigung, Autonome Robotik, Simulation, Konnektivität und intelligente Geräte, Cybersicherheit und Datenanalytik.

Fabrikautomatisierung: IIoT für eine durchgängige Kommunikation

1. In den vergangenen Jahren hat das Thema Digitalisierung insgesamt ordentlich Fahrt aufgenommen. Immer mehr Funktionalitäten zur Steuerung einer Produktion wandern in die Cloud. Damit wird in den Fabriken ein echter Mehrwert möglich. Mit Industrial IoT-Technologien können wir eine durchgängige Kommunikation vom Sensor bis in die Cloud aufbauen, mit denen sich Produktionsanlagen sehr einfach und intuitiv digitalisieren lassen.

2. Die Flexibilisierung der Produktion ermöglicht dem Anwender einen sehr tiefen Einblick ins Produktionsgeschehen und dies unabhängig vom Ort der Produktionsstätte. Es stehen immer mehr Produktionsdaten für die Analyse zur Verfügung. Eine Effizienz- und Produktivitätssteigerung lässt sich allerdings nur dann erzielen, wenn die gesammelten Daten durch Verarbeitung auch wirklich Mehrwerte generieren. Hier unterstützen wir unsere Kunden von der Datenerfassung und -vorverarbeitung über die Datenkommunikation bis zur Analyse.

3. Künstliche Intelligenz (KI) ist ein zentrales Mittel in der industriellen Produktion, um große Datenmengen zu analysieren und logisch zu verknüpfen. So können am Ende echte Mehrwerte generiert werden. Dabei ergänzen die KI- und Machine-Learning-Methoden die Lösungen für die Fabrikautomatisierung durch neue, bisher nicht zu erzielende Erkenntnisse. Eine verbreiteter Anwendungsfall ist die vorausschauende Erkennung von Fehlerbildern. Hier kann mit Hilfe der KI die regelmäßige Wartung durch die zustandsbasierte notwendige Instandhaltung ersetzt werden. In der Zukunft wird noch weit mehr möglich sein. KI kann auch bei der dynamischen Anpassung der Fertigungsabläufe eingesetzt werden.

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