Künstliche Intelligenz in der Industrie 4.0

In wenigen anderen Ländern haben Unternehmen ihre Fabriken derart umfassend automatisiert und vernetzt wie in Deutschland. Das sind beste Voraussetzungen, um die Produktionsstätten wirklich smart zu machen. Künstliche Intelligenz (KI) wertet künftig die von den Anlagen gemessenen Daten aus und zeigt dem Menschen, wie er Maschinen effizienter betreiben und nutzen kann. Dadurch steigen die Produktivität und der Gewinn: 160 Milliarden Euro an zusätzlicher Wertschöpfung  werden deutsche Unternehmen 2030 allein durch den Einsatz von KI erzielen, hat die Unternehmensberatung McKinsey in einer Studie ermittelt. Besonders große Potenziale bietet die Zukunftstechnologie in diesen sechs Bereichen der Industrie 4.0.

Mit Sensorik ausgestattete und über das Internet der Dinge vernetzte Maschinen senden in der Industrie 4.0 Daten über ihren Betriebszustand und die von ihnen ausgeführten Fertigungsprozesse an KI-Plattformen. Dort kontrollieren smarte Algorithmen, ob die Produktion optimal verläuft. Ist dies nicht so, schlagen die Systeme vor, welche Parameter sich verbessern ließen. Die Vorschläge senden sie an mobile Endgeräte oder den Arbeitsplatzrechner der Maschinenführer und Produktionsleiter. Diese können frühzeitig gegensteuern, wenn Anlagen mangelhafte Produkte herstellen. Dadurch steigt die Ausbeute ihrer Fertigung um bis zu einem Drittel, so die Berechnungen von McKinsey.

Eine echte Zusammenarbeit von Mensch und Maschine ist nur mit Künstlicher Intelligenz möglich. Denn menschliche Bewegungen laufen selbst bei wiederholten Vorgängen nie gleich ab. Ohne KI jedoch führen Roboter nur die Arbeitsabläufe aus, die vorab programmiert wurden. Auf nicht vorhergesehene Situationen und Zwischenfälle können sie nicht reagieren. Mit leistungsfähigen Kameras und den entsprechenden Algorithmen erkennen sie dagegen in Echtzeit, wie sich ihre menschlichen Kollegen bewegen und passen sich daran an. Roboter, die sich ihrer Umgebung bewusst sind, erledigen zudem eine Vielzahl von Produktionsschritten, ohne dass sie dafür aufwändig konfiguriert werden müssen.

Wenn Algorithmen den Betrieb von Maschinen überwachen, erkennen sie, ob die Anlage fehlerfrei läuft, oder demnächst ausfällt. KI kann Maschinenbetreiber somit lange vor dem Stillstand einer Maschine darauf hinweisen, dass diese gewartet werden muss. Dies ist in der vernetzten Produktionswelt der Industrie 4.0 ein gewaltiger Vorteil. Denn in Smart Factories arbeitet eine Vielzahl von Maschinen eng zusammen. Selbst kurze Stillstände haben weitreichende Folgen. Diese lassen sich durch Predictive Maintenance reduzieren. Die Produktivität der Fabrik steigt dadurch um bis zu 20 Prozent. Die Kosten für Inspektionen sinken dagegen um bis zu einem Viertel. 

Fahrzeuge, die ihre Umwelt erfassen und dank KI richtig auf sie reagieren, revolutionieren in der smarten Fabrik den Fluss von Bauteilen, Materialien und Werkzeugen. KI-gesteuerte Flurförderzeuge wissen bei jedem Auftrag, vorab was sie wohin befördern sollen und errechnen eigenständig den schnellsten Weg an ihr Ziel. Das verkürzt die Zeit, die sie bis dorthin brauchen, gegenüber heute um 15 bis 20 Prozent. Die Produktivität der Logistik in der Industrie 4.0 steigt dadurch um bis zu zehn Prozent, haben die Analysten von McKinsey berechnet.

Mit KI vermeiden Unternehmen neun von zehn Fertigungsfehlern. Denn smarte Algorithmen kontrollieren die Qualität eines Produkts nicht erst nach dessen Herstellung. Sie optimieren Produktionsprozesse, sobald sie Daten erhalten, die daraufhindeuten, dass eine Anlage fehlerhafte Produkte herstellt. Selbst wenn intelligente Algorithmen die Qualitätskontrolle erst nach Abschluss der Produktion durchführen, erkennen sie in Kombination mit moderner Bilderkennungs- und Messtechnik mehr Fehler als der Mensch. 

Künftig wird Künstliche Intelligenz auch das Energiemanagement in smarten Fabriken übernehmen. Die Universität Köln hat Algorithmen entwickelt, die kontinuierlich die Energieaufnahme und -verteilung in einer Fabrik vorhersagen und die Produktionsprozesse entsprechend anzupassen. Dadurch vermeiden Unternehmen, dass Verbrauchsspitzen entstehen. Das senkt die Energiekosten. Denn den Verbrauch, der über die mit ihnen vereinbarte Abnahmemenge hinausgeht, lassen sich Stromversorger in der Regel teuer bezahlen.