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2024 | Buch

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Digitalisierung und Künstliche Intelligenz in der Produktion

Grundlagen und Anwendung

verfasst von: Andreas Mockenhaupt, Tobias Schlagenhauf

Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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Über dieses Buch

Dieses Lehrbuch beschreibt Grundlagen und Anwendungen von Digitalisierung und Künstlicher Intelligenz in mechanischen Systemen außerhalb der reinen IT und Datenverarbeitung. Das Buch beschäftigt sich zunächst mit dem digitalen Wandel in Industrie und Gesellschaft und vermittelt Grundlagenwissen zu Digitalisierung, Industrie 4.0 und Künstlicher Intelligenz. Dieses Wissen bildet die Basis für einen Überblick und ermöglicht ein tieferes Verständnis der Thematik. Fokus im zweiten Teil ist die industrielle Produktion und damit zusammenhängende Themen wie Medizintechnik, Robotertechnik und Qualitätsmanagement.In der Neuauflage wurden zusätzliche Kapitel über technische und organisatorische Herausforderungen sowie über Prozessmodelle für den Einsatz der KI in der Produktion hinzugefügt. Zusätzlich endet jedes Kapitel mit Transferfragen. Das Buch wendet sich sowohl an Studierende der Ingenieurwissenschaften als auch an Lehrende und Lernende in der gewerblichen Ausbildung sowie an alle, die einen Einstieg in die Digitalisierung und KI mit Fokus auf die industrielle Produktion wünschen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Industrie und Gesellschaft im digitalen Wandel

Zusammenfassung

Digitalisierung und Künstliche Intelligenz gelten als die vielleicht größten Zukunftsthemen. Sicher ist: Innovationen aus KI und Digitalisierung werden die Welt verändern. Dies nicht nur im technisch-ingenieurwissenschaftlichen Sinne, sondern auch mit Konsequenzen für das gesellschaftliche Zusammenleben – mit gewinnbringenden Auswirkungen, aber auch mit Ängsten, Risiken und Herausforderungen.

Andreas Mockenhaupt, Tobias Schlagenhauf

Kapitel 2. Grundlagen der Digitalisierung und Industrie 4.0

Zusammenfassung

Die Idee von Automatisierung und Digitalisierung reicht geschichtlich sehr weit zurück: Ca. 60 v. Chr. konstruierte Heron von Alexandria einen Wagen, der eine vorgegebene Strecke abfahren konnte. Das Fuhrwerk wurde von einem Seil mit einem Gewicht angetrieben. Die Richtung des Wagens konnte mithilfe von Stiften geändert werden, sozusagen einem primitiven Vorläufer des heutigen Binärcodes (EU Automation, 2016).

Andreas Mockenhaupt, Tobias Schlagenhauf

Kapitel 3. Grundlagen der Künstlichen Intelligenz (KI)

Zusammenfassung

Großes Ziel der Künstlichen Intelligenz ist die Nachbildung menschlicher Intelligenz. Hierzu muss zunächst definiert werden, was Intelligenz überhaupt ist. Leider gibt es für eine solch einfache Frage keine universell verbindliche Antwort.

Andreas Mockenhaupt

Kapitel 4. Ethische Aspekte

Zusammenfassung

Die Anwendung der Digitalisierung und Künstlichen Intelligenz wirft neue ethische Fragen auf. Was für den einen menschlichen Akteur als moralisch gilt, kann für den anderen moralischen Agierenden unangemessen bzw. unausgewogen erscheinen.

Andreas Mockenhaupt

Kapitel 5. Daten der Digitalisierung und der KI

Zusammenfassung

Daten sind Schlüsselressourcen im digitalen Zeitalter. Sie stellen aber nur die Basis dar und in Weiterentwicklung der Erkenntnis „Wissen ist Macht“ gilt heutzutage auch „Daten sind Macht“. Daher sind nicht nur die Daten selbst wichtig, sondern auch, wie man sie bekommt, speichert, verarbeitet, anwendet und weiterverbreitet.

Andreas Mockenhaupt

Kapitel 6. Maschinelles Lernen

Zusammenfassung

Der Begriff Machine Learning wurde 1959 erstmalig von Arthur Lee Samuel im Zusammenhang mit der Entwicklung eines Dame-Spielprogramms bei IBM benutzt. Er definierte: Maschinelles Lernen ist ein „Forschungsgebiet, das Computer in die Lage versetzen soll, zu lernen, ohne explizit darauf programmiert zu sein“.

Andreas Mockenhaupt, Tobias Schlagenhauf

Kapitel 7. Maschinelle Entscheidungen

Zusammenfassung

Eine Grundherausforderung menschlichen Handelns ist die Notwendigkeit, zu entscheiden.

Andreas Mockenhaupt, Tobias Schlagenhauf

Kapitel 8. Weitere Werkzeuge der Künstlichen Intelligenz

Zusammenfassung

Innerhalb der Industrie 4.0 ist es erforderlich, dass Maschinen selbstständig untereinander kommunizieren. Anfänge dieser intermaschinellen Kommunikation sind als Telemetrie bekannt, damals drahtgebunden, jetzt fast ausschließlich drahtlos über entsprechende Netzwerke.

Andreas Mockenhaupt, Tobias Schlagenhauf

Kapitel 9. Angriffssicherheit und Manipulationssicherheit bei KI-Systemen

Zusammenfassung

Industrie 4.0 führt in der produzierenden Wirtschaft zu mehr Computertechnologie und mehr Vernetzung – intern und extern. Dabei treffen zwei Welten aufeinander, die Automatisierung (Operational Technology – OT) und Informationstechnologie (IT). Diese müssen „sicher“ gestaltet werden, wobei ggf. unterschiedliches Vokabular genutzt wird. Während es im Deutschen nur das Wort „Sicherheit“ gibt, verwendet die englische Sprache zwei unterschiedliche Bezeichnungen, nämlich „Security“ und „Safety“.

Andreas Mockenhaupt

Kapitel 10. Digitalisierung und KI in der Produktion

Zusammenfassung

Industrie 4.0 und die Künstliche Intelligenz durchdringen immer mehr Abläufe in produzierenden Unternehmen. So hat Mercedes-Benz im September 2020 mit der Eröffnung seiner Factory 56 (siehe Abb. 10.1) Maßstäbe in der Digitalisierung, aber auch bezüglich Effizienz und Nachhaltigkeit gesetzt. Die smarte Fabrik soll bei der Montage der S-Klasse um 25 % effizienter sein und im Sinne der Daimler-Strategie Ambition 2039 mit deutlich reduziertem Energiebedarf zur Zero-Carbon-Fabrik, also vollständig CO₂-neutral werden (Daimler, 2020).

Andreas Mockenhaupt

Kapitel 11. Datengetriebene Prozessanalyse

Zusammenfassung

Das industrielle Datenmanagement steht derzeit häufig noch im Bereich der Operational Technologies (OT). Das heißt, es werden derzeit hauptsächlich Primärdaten, also Daten, die für einen speziellen Zweck erhoben wurden, zur Überwachung und Prozessoptimierung verwendet. Die Künstliche Intelligenz bringt hier, vor allem durch die erweiterten Möglichkeiten der Datenanalyse und des Maschinellen Lernens, neue Möglichkeiten, Wissen über Prozesse und Vorgänge zu erlangen.

Andreas Mockenhaupt

Kapitel 12. Qualitätsmanagement 4.0

Zusammenfassung

Digitalisierung, Industrie 4.0 und KI mit ihrer Vernetzung der Wertschöpfungskette mittels digitaler Technologien beeinflusst auch das Qualitätsmanagement: Abläufe und deren Änderungen beschleunigen sich. Echtzeitanalyse großer Datenmengen sind möglich, sowohl direkt aus dem Wertschöpfungsprozess als auch, das ist sehr neu, aus der Nutzung der Produkte, z. B. durch eingebettete Systeme (Embedded Systems, vgl. Abschn. 12.8).

Andreas Mockenhaupt, Tobias Schlagenhauf

Kapitel 13. Robotik

Zusammenfassung

Die Robotik ist eine Schlüsselanwendung der Künstlichen Intelligenz, insbesondere für KI-basierte autonome Systeme. Sie sind die Aktoren der KI, die Hände, die in der realen Welt Manipulationen, also Bewegungen durchführen können. Dabei wird bei KI-Anwendungen der Begriff Roboter zumeist weiter gefasst als üblich: Neben klassischen Robotertypen wie Industrierobotern oder humanoiden Robotern gelten auch Drohnen oder sich autonom bewegende Schöpfungen gemeinhin als Roboter.

Andreas Mockenhaupt, Tobias Schlagenhauf

Kapitel 14. Erfolgsfaktoren

Zusammenfassung

So sinnvoll wie „Spielwiesen“ in der Innovation und für die Zukunft eines Unternehmens sind, so müssen diese doch im Heute finanziert werden. Das Eine geht nicht ohne das Andere. Unternehmen, insbesondere der Mittelstand, benötigen daher eine sehr direkte Ertragswirkung.

Andreas Mockenhaupt, Tobias Schlagenhauf

Kapitel 15. Nachwort

Zusammenfassung

Die digitale Disruption wird dazu führen, dass viele als sicher und unumstößlich geltende Gewissheiten ins Wanken geraten. Auch im kreativen Sektor gibt es bereits Auswirkungen. So kann eine Künstliche Intelligenz angeblich bereits besser malen als Rembrandt, was zu der Frage führt, ob Programmieren auch eine Kunstform sei (Plawner, 2019).

Andreas Mockenhaupt, Tobias Schlagenhauf

Backmatter

Titel: Digitalisierung und Künstliche Intelligenz in der Produktion
verfasst von: Andreas Mockenhaupt
Tobias Schlagenhauf
Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden
Electronic ISBN: 978-3-658-41935-6
Print ISBN: 978-3-658-41934-9
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-41935-6