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About this book

Dieses Lehrbuch beschreibt Grundlagen sowie die Umsetzung der Digitalisierung & Künstlichen Intelligenz (KI) mit Fokus auf industrielle Anwendungen, außerhalb der reinen IT und der Datenverarbeitung.
Beim Goldrausch in Kalifornien Mitte des 19. Jahrhunderts wurde zwischen den Goldschürfern und den Werkzeugmachern unterschieden. Bei der Digitalisierung ist es ähnlich: Die IT stellt Daten und Verarbeitungsalgorithmen zur Verfügung, die anderen, z.B. der industrielle Wertschöpfungsprozess, nutzen diese.
IT-Themen der Digitalisierung und KI sind bereits gut untersucht und weit fortgeschritten. Jetzt geht es um die Umsetzung im industriellen Sektor: Ingenieure und IT treffen zusammen. Um für industrielle Anwendungen verständlich zu sein, wird das Thema umfassend behandelt:So beinhaltet das Buch, neben direkt produktionsrelevanten Themen, auch ethische und gesellschaftliche Aspekte sowie die Frage nach Transparenz und Kontrollierbarkeit.
Der erste Teil beschäftigt sich mit dem digitalen Wandel in Industrie & Gesellschaft und bildet mit der Erläuterung von Grundlagenwissen die Basis, um Digitalisierung & KI zu verstehen. Fokus im zweiten Teil ist die industrielle Produktion und damit zusammenhängende Themen. Das ist z. B. die Medizintechnik, die Robotertechnik, Fragen zum Qualitätsmanagement etc. Zusätzlich endet jedes Kapitel mit Transferfragen.
Mit einem Geleitwort von Herrn Ministerpräsident a.D. Rüttger.

Table of Contents

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

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

Kapitel 3. Grundlagen der Künstliche 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, angewendet 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

Kapitel 7. Maschinelle Entscheidungen

Zusammenfassung
Ein Grundherausforderung menschlichen Handels ist die Notwendigkeit zu Entscheiden.
  • Eine Entscheidung ist ein Akt, bei dem eine von mehreren möglichen Handlungsalternativen ausgewählt wird, um ein bestimmtes Ziel zu erreichen.
Andreas Mockenhaupt

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

Kapitel 9. Angriffssicherheit und Manipulationssicherheit bei KI-Systemen

Zusammenfassung
Industrie 4.0 führt in der produzierenden Wirtschaft zu mehr Computer-Technologie 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 durchdringt 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
Im industriellen Datenmanagement steht derzeit häufig noch im Bereich der Operational Technologies (OT). D. h. 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 dem maschinellen Lernen 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

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 den klassischen Robotertypen, wie Industrieroboter oder humanoide Roboter, gelten auch Drohnen oder sich autonom bewegende Schöpfungen gemeinhin als Roboter.
Andreas Mockenhaupt

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, benötigt daher eine sehr direkte Ertragswirkung.
Andreas Mockenhaupt

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

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