KI in der Industrie 4.0

Was bedeutet Industrie 4.0?

Immer wieder geht es um Digitalisierung. Wir hören Aussagen wie: Deutschland muss digitaler werden. Wir müssen die Digitalisierung vorantreiben. Wir hinken hinterher. Und im Grunde stimmt das auch alles.

Trotzdem sind wir in den vergangenen Jahren spürbar vorangekommen. Dadurch sind wir mittlerweile in der Industrie 4.0 angekommen.

Digitalisierung bedeutet, dass innerhalb unserer Gesellschaft und unseres Arbeitslebens verschiedenste Technologien eingesetzt werden. Mithilfe dieser Technologien werden Geräte vernetzt und Prozesse optimiert.

Industrie 4.0 bezeichnet die Digitalisierung in der Industrie. Anlagen und Maschinen können durch den Einsatz künstlicher Intelligenz miteinander vernetzt werden, was industrielle Prozessabläufe und Produktionen vereinfacht oder sie sogar automatisieren kann. Das Zentrum der Industrie 4.0 sind dementsprechend intelligente Fabriken (smart factory).

Alle möglichen Bereiche unseres Alltags werden durch Informations- und Kommunikationstechnologien miteinander vernetzt und es gibt so viele Möglichkeiten, unsere Welt digitaler zu gestalten. Was wir machen können, ist, diese Möglichkeiten noch viel umfangreicher auszuschöpfen und sie in Bezug auf KI in der Industrie 4.0 und intelligente Fabriken einzusetzen.

Die Geschichte der Industrie

Die Industrie 4.0 bezeichnet die vierte industrielle Revolution. Logisch, dass drei Weitere vorausgegangen sein müssen. 💡

Ein kurzer Überblick über die Vorgänger der Industrie 4.0 ist durchaus interessant. Zumal verschiedene Phasen oder geschichtliche Epochen nie klar voneinander abgegrenzt werden können. Sie gehen immer ineinander über. Oft werden die Grundlagen für eine Erfindung oder eine Technologie schon Jahre vorher gelegt, bevor sie wirklich bekannt oder flächendeckend eingesetzt wird.

Industrie 1.0

"Aha, heut hamma de Dampfmaschin. Wat is en Dampfmaschin?"

Vornehmlich die etwas älteren Leser:innen dieses Blogs - nichts für ungut - sollten dieses Zitat von Professor Bömmel aus der Feuerzangenbowle noch kennen. Und es passt gut als Einstieg in die Industrie 1.0, denn genau damit hat sie angefangen.

Mit der Erfindung der Dampfmaschine gegen Ende des 18. Jahrhunderts geht das Maschinenzeitalter und damit die erste industrielle Revolution los. Die Industrie 1.0 bezeichnet also den Moment, ab dem Arbeiter in Fabriken bei bestimmten Aufgaben zum ersten Mal durch Maschinen ersetzt wurden. Zur Industrie 1.0 gehören unter anderem auch Eisenbahnen und die Schwerindustrie.

Industrie 2.0

Die Industrie 2.0 hängt maßgeblich mit der Elektrizität zusammen. Anfang des 20. Jahrhunderts konnten Produkte dank elektrischer Energie am Fließband massenproduziert werden.

In der Automobilindustrie hat Henry Ford damals die Fließbandproduktion eingeführt. Auch heute werden Produkte dadurch noch sehr schnell und effizient hergestellt.

Diese Phase kann auch als Beginn der Globalisierung gesehen werden, weil Güter durch die Luft- und Schifffahrt zum ersten Mal auf andere Kontinente gebracht werden konnten.

Industrie 3.0

In den 1970er-Jahren kommt der Computer ins Spiel. Obwohl Konrad Zuse den ersten Computer, den Z3, schon rund 30 Jahre vorher gebaut hatte, wurden sie in Fabriken erst deutlich später eingesetzt. Trotzdem gilt Zuse völlig zurecht als Vordenker für die Industrie 3.0. Auch Apple wurde übrigens Mitte der 70er gegründet.

Ab Mitte der 80er-Jahre wurde die computergesteuerte Produktion Standard: Der Start des Industriezeitalters 3.0. Plötzlich ging es darum, Prozesse mithilfe von Computern und Informationstechnik zu automatisieren. Es wurden auch Daten erfasst und ausgewertet, allerdings bei Weitem nicht so viele und so schnell wie heute.

Für damalige Verhältnisse ging die Weiterentwicklung der Computertechnologien trotzdem schnell. Computer haben große Rechenmaschinen abgelöst, wurden in Büros eingesetzt und standen auch bei den Menschen zu Hause. In den 80ern und Anfang der 90er vor allem die Computer von Commodore.

Industrie 4.0

Die Industrie 4.0 findet man oft im Zusammenhang mit dem Ausdruck der cyber-physischen Systeme (cyber physical systems). CPS heißt, dass Computer in der physischen Welt etwas steuern: zum Beispiel Maschinen in einer Firma. Es ist das Zeitalter der Digitalisierung.

Maschinen und große Anlagen sind in der Industrie 4.0 miteinander vernetzt. Sie können kommunizieren und so ihre Aufgaben im Zusammenspiel miteinander ausführen. Sie sind weitgehend selbstständig, trotzdem hat der Mensch immer die Möglichkeit einzugreifen.

Es ist möglich, Daten in Echtzeit auszutauschen und zu analysieren. Dadurch fallen Fehler in der Produktion oder an anderen Stellen früh genug auf und können behoben werden, bevor ein größerer Schaden entsteht. Die frühzeitige Analyse von Daten kann sogar dafür sorgen, dass Anzeichen für einen drohenden Fehler auffallen, bevor er passiert.

Ein weiterer Vorteil der Industrie 4.0 ist, dass nicht mehr auf Masse, sondern nach Bedarf produziert werden kann. Künstliche Intelligenz in der Industrie 4.0 und die Flexibilität, die mit intelligenten Maschinen und smarten Fabriken einhergeht, kann also auch gut für die Umwelt sein.

Beispiele für den Einsatz von KI in der Industrie

Eigentlich sind dem Einsatz künstlicher Intelligenz in der Industrie keine Grenzen gesetzt. Überall geht es um Effizienz, Schnelligkeit, Automation, Zuverlässigkeit und Flexibilität. All das ist durch die Rahmenbedingungen der Industrie 4.0 machbar.

Dementsprechend gibt es viele Branchen und Bereiche, in denen KI in der Industrie 4.0 zum Einsatz kommt:

• Automobilindustrie
• Maschinenbau
• Elektrotechnik
• Logistik
• Telekommunikation
• Bauwesen

Es gibt die unterschiedlichsten Industrie 4.0-Lösungen, die von Unternehmen um- und eingesetzt werden. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz hat auf seiner Website eine Karte veröffentlicht, auf der Firmen und detaillierte Anwendungsbeispiele für die Industrie 4.0 in ganz Deutschland aufgelistet sind.

Industrie 4.0 bei der BEUMER Group

Ein Unternehmen, das man über diese Karte findet, ist die BEUMER Group aus Beckum in NRW. Das Unternehmen ist ein international führender Hersteller von Intralogistiksystemen in den Bereichen Fördern, Verladen, Palettieren, Verpacken, Sortieren und Verteilen - und es setzt auf KI in der Industrie 4.0!

Dabei geht es unter anderem um Lösungen für die Bereiche Baustoffe, Zement, chemische Industrie, Non-Food, E-Commerce, den Versand sowie die Gepäckabfertigung an Flughäfen, um nur einige Branchen zu nennen.

Das Problem

Die BEUMER Group agiert weltweit und viele Kunden des Unternehmens tun das ebenfalls. Sie alle müssen sich den Herausforderungen stellen, die mit internationalem Import und Export einhergehen. Die Logistik sollte möglichst effizient sein, die Verwaltung nicht zu kompliziert und natürlich müssen Vorschriften beachtet werden.

Ein Problem war die Tatsache, dass die grenzüberschreitenden Logistik- und Lieferkettenprozesse nicht so effizient ablaufen konnten, wie es wünschenswert gewesen wäre. Das lag unter anderem daran, dass verschiedene Länder unterschiedliche Import- und Exportregeln haben. Das führt dazu, dass auch immer eine unterschiedliche Anzahl von Dokumenten und Zertifikaten benötigt werden.

Das ist ein nicht zu unterschätzender Aufwand: Dokumente müssen heutzutage oft noch manuell erstellt werden, teilweise mit sehr komplexen Softwarelösungen. Das kostet Zeit und damit automatisch auch Geld.

Dieses Problem sollte durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz in der Industrie 4.0 gelöst werden.

Die Lösung

Mit Holocene hat die BEUMER Group ein Start-up gegründet, das eine KI-Lösung für das Problem entwickelt hat: Eine Software, mit der die Versanddokumente automatisch geprüft werden, bevor Güter über Ländergrenzen hinweg versendet werden. Konkret verwendet Holocene zum Beispiel NLP (Natural Language Processing), um die verschiedenen Felder in einem Dokument zu verstehen und sie dann zu kontrollieren. Das macht die Bearbeitung einfacher und optimiert die Logistik-, Verwaltungs- und Lieferkettenprozesse.

"Holocene ist ein innovatives Start-up mit der Vision, dass jeder auf der Welt grenzenlos handeln kann. Die Mission ist, dass Stabilität und Vorhersehbarkeit in die grenzüberschreitenden Lieferketten gebracht werden, indem man erstklassige Cloud- und KI-Technologien zur Einhaltung von Handelsvorschriften einsetzt."

Mithilfe der künstlichen Intelligenz der Holocene-Software können manuelle Anweisungen in umsetzbare Geschäftsregeln überführt werden. Alles rund um die Papiere, die bei der Auslieferung von Waren in andere Länder vorhanden sein müssen, wird erleichtert.

Der Effekt

Die Software sorgt nicht nur für eine Automatisierung bzgl. der Vorbereitung von Versanddokumenten. Sie sorgt auch für mehr Sichtbarkeit, Transparenz und Nachvollziehbarkeit der einzelnen Prozesse.

Co-Founder & Managing Director Romain Fayolle sagt, dass die Software der perfekte Assistent ist, um Versanddokumente vorzubereiten und sie zu prüfen. Gegebenenfalls auch, um Fehler zu finden und sie automatisch durch Empfehlungen zu korrigieren.

"Holocene ist in der Lage, auf einfache Weise eine Wissensdatenbank mit umsetzbaren Geschäftsregeln für die Handelswege zu erstellen und zu verwalten. Mit einer Datenbank aktueller und aktualisierter Handels- und Zollvorschriften kann Holocene zudem betroffene Geschäftsregeln kennzeichnen."

Zu guter Letzt können Sendungen mithilfe der KI-Lösung verfolgt werden. Unternehmen können Informationen über den Status von Sendungen abrufen, was vor allem in Bezug auf Verspätungen und damit einhergehende Strafen wichtig ist. Wird ein Versandvorgang nicht ordnungsgemäß abgeschlossen, kann das in diesem Bereich zum Teil teure Konsequenzen haben. Die Software lässt alles genau verfolgen.

Zusammengefasst soll die Software durch den Einsatz von KI in der Industrie 4.0 folgende Vorteile bringen:

• Schnelle Erstellung, Bearbeitung und Prüfung von Dokumenten
• Minimieren von Fehlerquoten
• Kosten sparen
• Mehr Sicherheit
• Mehr Transparenz
• Mehr Flexibilität
• Höhere Effizienz

Mittlerweile wird die Holocene-Software sowohl in drei Landesgesellschaften der BEUMER Group eingesetzt als auch bei externen Kunden.

Die Zukunft

Die BEUMER Group zieht eine sehr positive Bilanz des Einsatzes von KI in der Industrie 4.0 und ist sicher, dass die Bedeutung von künstlicher Intelligenz weiter zunehmen wird.

Sie verbessert die Effizienz einzelner Prozesse, sorgt für deren Beschleunigung und vermeidet manuelle Fehler: im Falle der BEUMER Group beim Versand von Gütern. Dementsprechend sehen die Verantwortlichen ein großes Potenzial für weitere Prozessoptimierungen durch KI.

Nachteile des Einsatzes künstlicher Intelligenz in der Geschäftswelt?

Die vielen Vorteile haben wir hervorgehoben. Aber gibt es auch Nachteile des Einsatzes von künstlicher Intelligenz in Smart Factories? Vermutlich. Denn so gut wie jede Technologie bringt zumindest potenzielle Nachteile oder Risiken mit sich.

1. Technologien können Fehler haben. Eine KI ist nichts anderes als eine Software, die programmiert wird. Wurde nicht sorgfältig gearbeitet und sind dadurch Fehler in Code oder Datenbank, kann das zum Problem werden. Je größer die Datenmengen, desto mehr Gewicht bekommen potenzielle Fehler. Und Fakt ist: Eine KI kommt mit sehr großen Datenmengen daher.
2. Es ist wichtig, auf die Sicherheit der Systeme zu achten. Allen voran, damit sie nicht gehackt werden können. Der Verlust von Daten würde für viele Unternehmen ein enormes Risiko bedeuten. Damit ist die Cybersecurity ein Aspekt, dem man ganz besondere Aufmerksamkeit schenken sollte.
3. Das Lernen ist ein weiterer Punkt. Eine künstliche Intelligenz muss trainiert werden. Der Mensch entscheidet zunächst, was die KI lernen soll. Deshalb muss alles gut durchdacht und professionell umgesetzt werden. Die Regeln, nach denen der Algorithmus lernt, müssen genau definiert werden.
4. Je nachdem, in welchem Zusammenhang eine KI eingesetzt wird und wie umfangreich sie lernen muss, kann für uns Menschen eine gewisse Transparenz abhandenkommen. Intelligente KI-Systeme können eigenmächtig Entscheidungen treffen. Je komplexer das System, desto höher die Wahrscheinlichkeit, dass nicht mehr alles zu 100 % nachvollzogen werden kann.
5. Im schlimmsten Fall können Arbeitsplätze wegfallen, wenn eine KI mehrere Aufgaben in einer Firma übernimmt. Vor allem, wenn es um eine schnelle Auswertung von Daten und ggf. um eine schnelle Reaktion geht, die aufgrund dieser Auswertung passieren muss. Auch da, wo es um die Automatisierung verschiedenster Prozesse geht, könnten intelligente Maschinen Mitarbeiter:innen ersetzen. Wobei Unternehmen an dieser Stelle oft damit argumentieren, dass durch die Digitalisierung an anderer Stelle neue Jobs entstehen.

Big Data vs. Smart Data

Noch ein kleiner Exkurs zum Ende hin, um zwei wichtige Begriffe zu klären: Big Data und Smart Data. Wir haben schon gesagt, dass mit künstlicher Intelligenz jede Menge Daten einhergehen. Hier muss man allerdings zwischen dem reinen, unsortierten Pool von Daten und dem sinnvollen Zusammensetzen von Datensätzen unterscheiden.

Big Data bezeichnet große Datenmengen, die gespeichert und verarbeitet werden. Ein großes Sammelsurium von komplexen Daten, die noch sehr unstrukturiert sind.

Smart Data bedeutet, dass eben jene Daten so verarbeitet werden, dass im jeweiligen Bezugsrahmen und in gewünschter Weise ein Nutzen aus ihnen gezogen werden kann. Sie werden also sortiert und in einen sinnvollen Kontext eingebettet, sodass sie zum Ziel führen können.

Aus einer Masse von Daten wird mithilfe von Algorithmen etwas herausgefiltert, was Unternehmen letztendlich dabei hilft, Prozesse weiter zu optimieren. Aus einer undurchsichtigen Sammlung werden verwertbare Informationen gezogen. Damit baut Smart Data auf Big Data auf und ist im Zuge der Digitalisierung und des Fortschritts sehr wichtig. Das Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum eStandards sieht darin einen Vorteil für Unternehmen.

Fazit

Künstliche Intelligenz in der Industrie 4.0 bedeutet unter anderem: Prozessoptimierung, Kosteneinsparung, mehr Flexibilität und mehr Zeit, um sich auf andere Aufgaben im Unternehmen zu konzentrieren, die nicht von einer KI übernommen werden können.

KI-Systeme sorgen dafür, dass Maschinen in intelligenten Fabriken eigenständige Systeme bilden und dadurch Produktionsanlagen und einzelne Wertschöpfungsketten verbessern können. Das ist in der Industrie und bei der Produktion von Waren und anderen Gütern extrem hilfreich.

Neben all den Vorteilen sollten aber auch die Risiken bedacht werden, die mit modernen Technologien einhergehen. Hier gilt es immer, die besonderen Ansprüche jedes Unternehmens mit der entsprechenden KI in Einklang zu bringen und die Systeme gut abzusichern.

Was die generelle Entwicklung hin zur Industrie 4.0 angeht: Natürlich hat sich damals niemand Gedanken darüber gemacht, dass die Industrialisierung irgendwann mal in verschiedene Revolutionen eingeteilt werden soll. Deshalb werden die Grenzen nur grob abgesteckt. Sie gehen aber teilweise ineinander über oder ziehen sich über einen Zeitraum von Jahren bis Jahrzehnten. Oft gab es Vorreiter, die eine bestimmte Sache angestoßen haben, die dann aber erst viele Jahre später weiterentwickelt oder in der Industrie eingesetzt wurde.

Noch mehr rund um das Thema Industrie 4.0 finden Sie beim BMWK: Das Ministerium gibt unter anderem Informationen zu Industrie 4.0 und Klimaschutz oder Industrie 4.0 im Mittelstand.

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