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Smart Manufacturing

Industrial Internet of Things

Einführung - Industrial Internet of Things

Internet der Dinge

Industrie 4.0 nutzt das Internet der Dinge (IoT), um physische Objekte mit virtuellen Repräsentationen zu vernetzen, wodurch Unternehmen Maschinen, Fahrzeuge, Werkzeuge und Materialien miteinander verbinden können, um ihre Prozesse intelligenter und effizienter zu gestalten, wobei fast die Hälfte der deutschen Industrieunternehmen bereits das IoT einsetzt und dabei Cyber-physische Systeme, Auto-ID-Systeme, Cloud Computing und Edge Computing integriert.

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Empfohlene Artikel und Buchkapitel - Industrial Internet of Things

Cyber-Physical Systems und deren Vernetzung

Digitalisierung der Produktion - das ist der zunehmende Einsatz vernetzter, digitaler Technologien in Produktionsprozessen. Maschinen und Güter werden mit Sensoren ausgestattet, um Daten auszutauschen und intelligent zu interagieren, während Produktion, Vertrieb, Entwicklung, Kunden oder Lieferanten in diese vernetzte Welt integriert werden.

Wie wirken Cloud, Edge und IoT in der Industrie zusammen?

Cloud-Technologien und das Internet der Dinge bereiten der Industrie 4.0 den Weg. Aber erst cyberphysische Systeme füllen das Ganze mit Leben, während Edge Computing für Beschleunigung sorgt.

Theoretische Überlegungen zu IoT Netzwerken

Das Kapitel enthält Informationen zum ISO/OSI-Schichtenmodell und weiterhin zu Codierung, Physical Layer, Leitungen, Transceiver, Sicherheit, Topologien, Synchronisation, MAC, Medienzugriff, sowie zu Protokollen der höheren Schichten.

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Künstliche Intelligenz

Einführung - Künstliche Intelligenz

Potenziale von KI für die Produktion

Es ist entscheidend, die Gründe für die geringe Nutzung von KI in der Produktion zu adressieren, während mögliche Szenarien bis 2030 einen steigenden Einfluss von KI auf die Produktion aufzeigen, wobei ein systemischer Ansatz erforderlich ist, der die Produktion sowie Rahmenbedingungen und gesellschaftliche Strukturen berücksichtigt, und es vorteilhaft wäre, die Produktion bereits jetzt als experimentelles Lernumfeld zu betrachten, um gemeinsam technische, soziale und organisatorische Herausforderungen zu bewältigen.

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Empfohlene Artikel und Buchkapitel - Künstliche Intelligenz

Grundlagen der Künstlichen Intelligenz (KI)

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.

KI-Anwendungsfälle in der Produktion

Mithilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) lassen sich aus Produktionsdaten Mehrwerte extrahieren. Das Fraunhofer IPA stellt „Quick Checks“ vor, mit denen sich die Machbarkeit von KI-Anwendungsfälle in der industriellen Produktion untersuchen lassen. Schwerpunkte sich Robotik, Bildverarbeitung, Signalanalyse und vertrauenswürdige KI.

KI-gestützte Automatisierung als Weg zur Flexibilisierung der Produktion im Mittelstand

Das Voranschreiten der Robotik in Verbindung mit Künstlicher Intelligenz bietet neue Möglichkeiten, das langjährige Problem der Skalierbarkeit von Produktionslinien anzugehen, insbesondere vor dem Hintergrund von Personalmangel und Gesundheitsschäden durch monotone Tätigkeiten. Relevant ist das besonders für mittelständige Unternehmen.

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Automatisierung und Robotik

Einführung - Automatisierung und Robotik

Was ist Automatisierungstechnik?

Im vorliegenden Kapitel werden die zentralen Begrifflichkeiten, Topologien und Konzepte eingeführt. Dazu wird zunächst der Betrachtungsrahmen geklärt, der für die Automatisierungstechnik relevant ist.

Es folgt eine Einführung in den Systemgedanken der Kybernetik, in Grundbestandteile von automatisierten Systemen, Betrachtungen zur Rolle des Menschen und Überlegungen zu autonomen Systemen.

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Empfohlene Artikel und Buchkapitel - Automatisierung und Robotik

Robotik

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.

Automatisierungstechnik

Die Verwertung von gemessenen Daten, die Datenverarbeitung sowie die Steuerung und Regelung der Stellsysteme, zusammengefasst als Automatisierungstechnik, werden in diesem allgemeinen Kapitel über Automatisierungskonzepte und -strukturen eingeführt. Die technischen Details der Steuerungs- und Regelungstechnik werden in den folgenden Kapiteln genauer erläutert werden.

Einsatz kollaborativer Robotikanwendungen in der industriellen Montage

Die Mensch-Roboter-Kollaboration in der Montage erfordert neuartige Robotersysteme, die sicher und effizient manuelle Tätigkeiten als Assistenzsysteme unterstützen. Am Beispiel eines Getriebeherstellers wird die Applikation eines solchen Systems für die Kleinserienmontage betrachtet. Für Herausforderungen wie die Schnittstellenkonzeption einer Integrationsplattform und die sichere Interaktion zwischen Mensch und Roboter werden Auslegungskriterien und -empfehlungen abgeleitet.

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Digitaler Zwilling

Einführung - Digitaler Zwilling

Nutzen von Digitalen Zwillingen und Virtueller Inbetriebnahme für den Maschinen- und Anlagenbau

Die Betrachtung des Nutzens von Virtueller Inbetriebnahme und Digitalen Zwillingen im Maschinen- und Anlagenbau vor ihrer technischen Umsetzung ist von hoher Bedeutung, da eine Investition erfolgen muss und deren Rentabilität im Voraus geklärt werden sollte; dieser Beitrag beleuchtet die Potenziale für verschiedene Rollen entlang der Wertschöpfungsketten im Maschinen- und Anlagenbau sowie Praxisbeispiele und die Nutzung einer digitalen Austauschplattform basierend auf dem Leitfaden des VDMA.

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Empfohlene Artikel und Buchkapitel - Digitaler Zwilling

Wo der digitale Zwilling in der Produktion an Grenzen kommt

Immer mehr Betriebe setzen in der Produktion auf den digitalen Zwilling. Doch bei komplexen Maschinen und Anlagen ist das Konzept limitiert. Das zeigt sich insbesondere bei modularen und rekonfigurierbaren Systemen.

Anforderungen und Methoden für die Hardware-in-the-Loop Simulation zur Virtuellen Inbetriebnahme von Produktionssystemen

Hoch automatisierte Produktionsanlagen müssen den heutigen Anforderungen an kurze Produktentwicklungszyklen und intensiven Wettbewerb gerecht werden, was den Einsatz komplexer Steuerungssysteme erfordert. Deren Funktionalität lässt sich vorab mithilfe von Hardware-in-the-Loop Simulation (HiLS) testen.

Das digitale Abbild der Produktion

Mit 154 Aufrufmethoden und zahlreichen Ereignismeldungen stellt FORCE Bridge API Anwendungsentwicklern ein vollständiges digitales Abbild der Produktion zur Verfügung. Dieses spiegelt nicht nur die aktuell vorliegende Situation wider, sondern umfasst darüber hinaus sowohl die in der Vergangenheit aufgezeichneten Daten als auch die Planung und Prognose der zukünftigen Auftragsabwicklung.

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Flexible Fertigungssysteme

Einführung - Flexible Fertigungssysteme

Flexible Fertigungssysteme

Flexible Fertigungssysteme (FFS) sind so unterschiedlich wie die Fertigungsaufgaben, für die sie geplant und ausgelegt wurden. Die Kombinationsmöglichkeiten von Maschinen, Werkstücktransport- und Steuerungssystemen sind unbegrenzt. Obwohl diese Systeme ständig weiterentwickelt wurden, sind die Grundprinzipien gleich geblieben.

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Konzeption und Realisierung eines Produktionssystems für die modulare Fertigung in der Automobilindustrie

Die Automobilindustrie steht vor großen Veränderungen aufgrund steigender Variantenzahlen, kürzerer Produktlebenszyklen, strengerer regulatorischer Anforderungen und dem Wunsch nach individualisierten Fahrzeugen. Modulare Ansätze versprechen hierbei erhebliche Produktivitätssteigerungen und mehr Flexibilität, was am Beispiel der Komponentenfertigung in der Automobilindustrie dargestellt wird.

"Die Fabrik der Zukunft lässt sich bereits heute beobachten"

Die Matrixproduktion vereint Produktivität mit Flexibilität. Neue Technologien in der Mensch-Roboter-Kollaboration, in der KI-basierten Anlagensteuerung und für komplexe Montageoperationen werden sie prägen. Halbleiter-, Elektronik- und Automobilindustrie schreiten bei der Umsetzung voran. Wie auch KMU der Einstieg gelingt und warum die Matrixproduktion gerade für die deutsche Industrie ideale Perspektiven bietet, erläutert Prof. Thomas Bauernhansl im Interview.

Autonome Produktion

Industrie 4.0 strebt die Entwicklung autonomer Produktionssysteme an, die vernetzt, situationsadaptiv, selbstlernend und vorausschauend sind, wobei der Mensch vorwiegend als Prozessdirigent agiert und Kontrollaufgaben nur selten übernimmt; dieser Beitrag präsentiert wissenschaftliche Modelle zur Charakterisierung autonomer Produktion sowie eine Methodik für das Technologiemanagement in diesem Kontext.

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Augmented und Virtual Reality

Einführung - Augmented und Virtual Reality

Anwendungsszenarien für AR in der Produktion: Use Cases und Technologielösungen

Die Nutzung von Augmented-Reality-Technologien hat sich in den letzten zehn Jahren mit der Verbesserung mobiler Computer und Anzeigegeräte verstärkt, wodurch Nutzer digitale Informationen in ihrer physischen Umgebung überlagern können, was das Verständnis und die Interaktion mit der Umgebung verbessert; insbesondere im Produktionsbereich haben AR-Anwendungen, die vor allem in Montage, Reparatur, Diagnose und Schulung eingesetzt werden, das Potenzial, die Effektivität und Effizienz zu steigern.

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Empfohlene Artikel und Buchkapitel - Augmented und Virtual Reality

Industrial Metaverse als Joker für die Industrie?

Im Industrial Metaverse interagiert der Mensch mit digitalen Zwillingen und steuert so Prozesse in der realen Welt. Die Potenziale für Entwicklung, Fabrikplanung und Wartung sind groß, die Herausforderungen aber auch.

Anwendungsberichte über den industriellen Einsatz der Mixed Reality im Maschinen- und Anlagenbau

Visualisierungs- und Interaktionsmethoden der Mixed Reality bieten im Maschinen- und Anlagenbau neue Anwendungsmöglichkeiten, wie in diesem Beitrag anhand von Mehrwerten und praxisnahen Anwendungsszenarien der Maschinenbauunternehmen topex und Schuler Pressen dargestellt wird.

"XR kann jede Phase der Produktion unterstützen

Erweiterte Realität (XR) wie VR und AR hält Einzug in Entwicklung und Produktion. Ein Interview mit Thomas Dexmier von HTC Vive über die Entwicklung von Fertigungsstraßen, den Nutzen für KMUs und tragbare 5G-Netze.

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Intelligente Automobilproduktion

Einführung - Intelligente Automobilproduktion

Produktion 4.0 - Digital, intelligent und vernetzt

Die Zukunft steht im Zeichen der E-Mobilität und Digitalisierung: Industrie 4.0, künstliche Intelligenz und Industrial Internet of Things (IIoT) sind längst gelebte Realität. Immer mehr Unternehmen denken um und investieren in ihre Smart Factory. Kuka zeigt, wie digitalisierte Produktionsprozesse in der Produktion 4.0 die Mitarbeiter entlasten und effizienteres Arbeiten möglich machen.

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Empfohlene Artikel und Buchkapitel - Intelligente Automobilproduktion

Selbstlernende Algorithmen in der Automobilproduktion

Automatisiertes Fahren ist ohne künstliche Intelligenz kaum denkbar. Aber auch in der Automobilproduktion selbst kommt es darauf an, die Eintrittswahrscheinlichkeit künftiger Ereignisse frühzeitig zu erkennen: etwa die Produktion von Bauteilen minderer Qualität oder Wartungsnotwendigkeiten der Maschinen in den Produktionsstraßen. Zur Automobilproduktion mit Weitblick gehört nicht zuletzt das intelligente Zusammenspiel der OEMs mit den Zulieferern.

Produktionsnetzwerke der Automobilindustrie: Ausblick 2030

Automobilhersteller, Zulieferer aller Größenordnungen und die Logistikunternehmen bewegen sich alle auf eine Ära zu, in der Elektromotoren den Verbrennungsmotor ersetzen und Software ein elementarer Faktor ist. Software ist ein zentraler Differenzierungspunkt für Fahrzeuge sowie Hersteller. Inmitten dieses tiefgreifenden Wandels der Automobilindustrie stehen die Lieferketten und Stoffkreisläufe, deren Transparenz und Resilienz, im Mittelpunkt der Wettbewerbsfähigkeit der Automobilhersteller.

Digitalisierung und KI in der Produktion

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 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.

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