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Künstliche Intelligenz als Schlüssel zur Smart Factory

Treiber, Einsatzfelder und Perspektiven für die Industrie
Künstliche Intelligenz als Schlüssel zur Smart Factory

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Wer eine smarte Fabrik (Smart Factory) realisieren will, braucht flexibel anpassbare (agile) und damit ebenso smarte Maschinen. Einen der wichtigsten Schlüssel dazu liefert die Künstliche Intelligenz (KI). Wir liefern Antworten zur Funktionsweise, Einsatzgebieten und Grenzen der KI und beleuchten die Entwicklungstrends.

Der Autor Ulrich Eberl promovierte 1992 an der TU München in Physik, arbeitete bei Daimler und leitete 20 Jahre lang bei Siemens die Kommunikation über Forschung, Innovationen und Zukunftstrends. 2015 machte er sich als Wissenschaftsjournalist, Buchautor und Keynote-Speaker selbstständig. Sein besonderes Interesse gilt der Künstlichen Intelligenz – ein Feld, zu dem er lange in Japan, den USA und Europa recherchierte und 2016 das Buch „Smarte Maschinen“ veröffentlichte.

Inhaltsverzeichnis

Worauf basieren die modernen Systeme der Künstlichen Intelligenz?

  1. Die Leistungssteigerung der Hardware:
  2. Die Algorithmen des maschinellen Lernens:
  3. Die Datenmenge im Internet:

Wo passieren derzeit die rasantesten Fortschritte?

  1. (a) die Verarbeitung von Sprache, Bildern, Videos und Texten
  2. (b) die Extraktion und Darstellung von Wissen (in „kognitiven Systemen“)
  3. (c) die Analyse großer Datenmengen („von Big Data zu Smart Data“)
  4. (d) die Konstruktion von (teil)autonomen Maschinen – vom selbsttätig fahrenden Auto über Flugdrohnen bis zu zweibeinigen humanoiden Robotern

Was sind die wichtigsten Einsatzgebiete von KI im industriellen Umfeld?
Was wird künftig möglich sein und wo sind die Grenzen?

Vor 50 Jahren – lange vor den ersten Gedanken an eine smarte Fabrik (Smart Factory) – hat der Computer- und Roboter-Pionier Marvin Minsky „Künstliche Intelligenz“ (KI) definiert als „die Wissenschaft, die Maschinen dazu bringt, Dinge zu tun, die – würden sie von Menschen vollbracht –Intelligenz erfordern würden“. Die damaligen Erwartungen der Forscher an KI-Systeme waren hoch, doch jahrzehntelang blieben die Erfolge dahinter zurück: Erste selbsttätig fahrende Autos in den 1980er-Jahren, der IBM-Rechner Deep Blue, der 1997 den Schachweltmeister besiegte, zweibeinige Roboter wie Hondas Asimo und kleinere lernfähige Programme, die die Steuerung von Walzwerken und Papierfabriken optimierten (sinngemäß die Vorläufer der Smart Factory) – das waren die wesentlichen Meilensteine bis zum Beginn des 21. Jahrhunderts.

Doch nun ändert sich dies dramatisch. In den letzten Jahren hat es auf dem Feld der KI mehr Fortschritte gegeben als in den 50 Jahren zuvor. Smarte Maschinen können heute sprechen und zuhören, lesen und schreiben, laufen und greifen, Objekte erkennen und sicher mit ihnen umgehen, immense Datenmengen analysieren und, was das Wichtigste ist: Sie können im Betrieb hinzulernen – sich also laufend optimieren. Damit bilden sie die Basis einer Smart Factory und damit der Industrie 4.0.

Worauf basieren die modernen Systeme der Künstlichen Intelligenz?

Wo passieren derzeit die rasantesten Fortschritte?

Vor allem vier Felder sind es, auf denen KI-Systeme derzeit besonders Furore machen – und die zudem immer mehr zusammenwachsen:

            • (a) die Verarbeitung von Sprache, Bildern, Videos und Texten,
            • (b) die Extraktion und Darstellung von Wissen (in „kognitiven Systemen“),
            • (c) die Analyse großer Datenmengen („von Big Data zu Smart Data“)
            • (d) die Konstruktion von (teil)autonomen Maschinen – vom selbsttätig fahrenden Auto über Flugdrohnen bis zu zweibeinigen humanoiden Robotern.

Fast schon im Wochentakt wird von erstaunlichen Erfolgen berichtet, bei denen sich KI-Systeme oft sogar besser schlagen als Menschen. Ein paar Beispiele zu den oben genannten Feldern:

Was sind die wichtigsten Einsatzgebiete von KI im industriellen Umfeld?

Die Produktivitätspotenziale, die durch KI-Systeme im industriellen Umfeld gehoben werden können, schätzen Unternehmensberater von McKinsey und Boston Consulting auf 20 bis 50 Prozent. Die wichtigsten Einsatzfelder sind in dieser Tabelle zusammengefasst:

Was wird künftig möglich sein und wo sind die Grenzen?

Die Einsatzgebiete von KI werden sich schon bald auf alle Lebensbereiche erstrecken – das Smartphone war sicherlich nur der Anfang der Ära der smarten Maschinen. Smart Grids (intelligente Energienetze), Smart Building, Smart Factory, Smart Office, Smart Health, Smart Car (das autonom fahrende, vollvernetzte Auto) und Smart City sind hier die Schlagworte. Betrachtet man die Entwicklungen der Halbleiterindustrie, so dürfte sich die Rechenleistung, Speicherfähigkeit und Kommunikations-Datenrate von Mikrochips in den nächsten 25 Jahren bei gleichem Preis noch einmal vertausendfachen – die Hardware lässt also noch eine erhebliche Leistungssteigerung erwarten.

Bei der Software gibt es allerdings deutliche Grenzen. So sind Deep-Learning-Systeme Meister im Vergleich von Mustern, nicht mehr. Wurden sie etwa auf Tierbilder trainiert, finden sie überall Tiere, auch in Wolken oder dem Rauschen eines Bildschirms. Ihnen fehlt völlig das Hintergrundwissen und das Verständnis für Zusammenhänge. Auch brauchen sie Zigtausende von Beispielen, um Objekte zuverlässig erkennen zu können – uns Menschen reichen wesentlich weniger. Wie Neuronale Netze neue Objektklassen aus bisher gelerntem Wissen ableiten könnten, ist ein ungelöstes Problem – ebenso wie das sogenannte Transfer Learning: So würden Wissenschaftler gerne Roboter in virtuellen Welten das Greifen von Gegenständen üben lassen und dann das Gelernte in die reale Welt übertragen, doch oft stimmen beispielsweise simulierte und reale Reibungskräfte nicht überein.

Und über allem steht eine große Frage: Wie kann man Maschinen ein Modell der Welt beibringen? Denn so wie KI-Systeme heute konstruiert werden, sind sie Spezialisten für ihre Einsatzfelder, ohne Allgemeinintelligenz, ohne „gesunden Menschenverstand“. Deshalb werden KI-Systeme zwar in den nächsten Jahren immer mehr Routineaufgaben übernehmen, aber Menschen werden weiterhin als Lenker und Denker gebraucht, als Planer und Entscheider, als kreative Problem- und Konfliktlöser, als Qualitätssicherer und als Partner mit emotionaler und sozialer Intelligenz gegenüber ihren Kunden und Zulieferern – auch in einer Smart Factory. Maschinen, die uns auf allen Gebieten überflügeln könnten, sind bei weitem nicht in Sicht. co


Bild: Eberl/Hanser

Info

Buchtipp

Wenn maschinelles Lernen, kognitive Computer und die besten Roboter zusammenkommen, dann werden sie eine Revolution auslösen, wie sie die Welt noch nicht gesehen hat. Künstliche Intelligenz schafft Multi-Milliarden-Euro-Märkte, verändert Millionen von Jobs und wirft ganz neue Sicherheitsfragen auf – wohin führt das alles? Ulrich Eberl hat für sein Buch in vielen Labors und Unternehmen in den USA, Japan und Europa recherchiert und schildert anschaulich und präzise die Entwicklungen auf dem Gebiet, das den Kern unseres Selbstverständnisses trifft: die menschliche Intelligenz.

Smarte Maschinen – wie Künstliche Intelligenz unser Leben verändert, Hanser-Verlag, 406 Seiten, 24 Euro. Mehr unter:

https://zukunft2050.wordpress.com/

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