Interview

Das wird immer stärker werden

Max Kettner arbeitet beim Bundesverband mittelständische Wirtschaft, ist für Förderprojekte zuständig und leitet das Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrum in Berlin. Ein Gespräch über die Digitalisierung vor und in Zeiten von Corona.

[mehr]



Logistik

Datengetriebene Modellierung zur intelligenten Schleusen- und Pumpwerksteuerung Energieeffizienzsteigerung komplexer Hafenanlagen durch den Einsatz maschineller Lernverfahren

Thimo Schindler, Dennis Bode, Christoph Greulich, Arne Schuldt und André Decker

Komplexe Hafeninfrastruktursysteme bieten oftmals ein großes Potenzial zur Energieeffizienzsteigerung und Optimierung interner Prozessabläufe. Mithilfe moderner und innovativer Methoden sollen Lösungen geschaffen werden, um bestehende Verfahrensweisen zu verbessern, ohne großflächige Veränderungen der Hafeninfrastruktur vorzunehmen. Als konkretes Anwendungsszenario der angewandten Methoden dient ein abgeschleuster Tidewasserhafen in Norddeutschland.

[mehr]



Digitalisierung

Autonome Produktionen und Roboter - Möglichkeiten und Forschungsfelder maschineller Lernverfahren für das Produktionsumfeld

Marco Huber

Künstliche Intelligenz und ihr Teilgebiet Maschinelles Lernen sind in aller Munde. Genaueres Wissen darüber, was die Begriffe eigentlich meinen, ist jedoch oft noch nicht umfassend vorhanden. Deshalb stellt der Beitrag zunächst einiges Grundwissen zum Thema vor und zeigt dann auf, welche Einsatzmöglichkeiten und Mehrwerte insbesondere maschinelle Lernverfahren für die Produktion bieten können. Die Robotik, beispielsweise ein autonomer Griff-in-die-Kiste, ist ein Teilgebiet im Produktionsumfeld, das von den beschriebenen Technologien insbesondere profitiert. Abschließend geht der Beitrag auf das Thema Erklärbarkeit von maschinellen Lernverfahren ein. Das Entschlüsseln der „Black Box“ ist aus technischen, rechtlichen und gesellschaftlichen Gründen eine essenzielle Aufgabe für KI-Experten.

[mehr]



Produktionssysteme

Kollaborierende oder kollaborationsfähige Roboter? - Welche Rolle spielt die Mensch-Roboter-Kollaboration in der Praxis?

Tobias Kopp, Arndt Schäfer und Steffen Kinkel

Kollaborierende Roboter (sog. Cobots) gelten als Zukunftstechnologie für produzierende Unternehmen. Sie zeichnen sich durch die Fähigkeit aus, eine sichere Hand-in-Hand-Zusammenarbeit mit Menschen ohne physische Trennung zu ermöglichen. In der Praxis finden sich zwar erste Anwendungsfälle, in denen Menschen mit Cobots interagieren, nur selten handelt es sich dabei allerdings um Kollaboration im engeren Sinne. Entsprechend stellt sich die Frage, welche Rolle die Kollaborationsfähigkeit von Cobots in der unternehmerischen Praxis spielt und wodurch der Mangel an kollaborierenden Anwendungsfällen begründet ist. Antworten darauf lieferten qualitative empirische Untersuchungen bei vier kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) im Rahmen des BMBF-Verbundprojekts ProBot.

[mehr]



Logistik

Modularer digitaler Zwilling für adaptive Systeme - Mensch-Technik-Interaktion zur Steuerung semi-autonomer Systeme am Beispiel der Containerentladung

Jasper Wilhelm, Christoph Petzoldt, Thies Beinke und Michael Freitag

Der Einsatz vollautonomer Systeme ist aufgrund variabler Systemumgebungen oder geringer Stückzahlen nicht in allen Anwendungsfeldern wirtschaftlich. Semi-autonome Systeme können hier helfen, den Menschen zu entlasten, da ein Bediener jederzeit die Kontrolle über das System übernehmen kann. Dieser Beitrag stellt einen neuartigen, auf dem digitalen Zwilling aufbauenden, Ansatz für die Mensch-Technik-Interaktion (MTI) mittels adaptiver Automation vor. An einem Fallbeispiel wird gezeigt, wie der Bediener eines Cyber-Physischen Systems (CPS) in spezifischen Aufgaben durch einen modularen digitalen Zwilling (mDT) unterstützt werden kann. Dies erlaubt die Unterscheidung zwischen kurzfristigen Signaländerungen und langfristiger Verhaltensmodifikation. Mit dem vorgestellten Konzept können semi-autonome Systeme für Anwendungsgebiete entwickelt werden, in denen der Einsatz autonomer Systeme aufgrund komplexer und variabler Systemumgebungen oder geringer Stückzahlen bisher nicht gegeben war.

[mehr]



Fabrikmanagement

Der Digitale Regelkreis in der Smarten Fabrik

Dennis Schwäke, Axel Hahn und Frank Fürstenau

Produktionsziele der Smarten Fabrik sollen mithilfe digitaler Kontrollflüsse unterstützt werden. Dieser Beitrag beschreibt dazu ein Konzept, welches die Struktur operativer Informationsflüsse als Elemente eines Regelkreises versteht. Unter dem Begriff Digitaler Regelkreis werden hierbei technische Regelungsansätze, Elemente der Geschäftsprozesse sowie vertikale und horizontale Informationen betrieblicher Anwendungssysteme zusammengeführt. Die gemeinsame Ausrichtung der unterschiedlichen Perspektiven erfolgt dabei anhand operativer Prozessziele der Wertschöpfung. Der Ansatz des Digitalen Regelkreises wird abschließend in einer Fallstudie bewertet.

[mehr]



Digitalisierung

Gestaltung von kollaborativen LBR-Arbeitsplätzen - Hinweise für die Planung von kollaborativen Arbeitsplätzen an einem Beispiel der Metabowerke GmbH

Wilhelm Bauer, Peter Rally, Oliver Scholtz und Marc Wenzelburger

Bei Mensch-Roboter-Kollaborationen (MRK), in denen der Mitarbeiter direkt neben dem Roboter arbeitet – wie es bei Anwendungsfällen in der bisher rein manuellen Montage häufig der Fall ist – ist die Wirtschaftlichkeit häufig nur schwer darstellbar. Daher ist bei der Gestaltung von MRK-Anwendungen in der Montage bereits in der ersten Planungsphase der Fokus auf die Sicherstellung der Wirtschaftlichkeit zu legen. Im Forschungsprojekt ROKOKO wurden dazu drei Hinweise für eine wirtschaftliche Gestaltung eines MRK-Anwendungsfalles gewonnen: Erstens die Wirtschaftlichkeit bereits in früher Projektphase überprüfen, zweitens den Kollaborationsgrad möglichst geringhalten und drittens dem Roboter möglichst gleichartige Aufgaben geben. Bei der frühen Überprüfung der Wirtschaftlichkeit hilft eine aus Erfahrungswerten aufgestellte, einfache Kalkulationstabelle mit hinterlegten Kostenbausteinen, mit der sich - in Abhängigkeit vom Komplexitätsgrad des Anwendungsfalles - eine erste Abschätzung der erforderlichen Gesamtinvestitionen aufstellen lässt. Die Planung eines MRK Anwendungsfalls mit dem Kollaborationsgrad Koexistenz bei der Firma Metabowerke GmbH unter Anwendung der neuen Methode ist Gegenstand dieses Beitrags.

[mehr]



Digitalisierung

Der Kognitive Loop - Und wie sich „Intelligenz“ auf Siliziumbasis konstelliert

Claus Riehle, Thorsten Pötter und Thomas Steckenreiter

In der Prozesstechnik denkt man in Produktionsoperationen, die von Sensoren und Aktoren gesteuert bzw. geregelt werden. Und jede Realisierung von Stoffumwandlung basiert auf einem physischen Substrat, was in gleicher Weise für lebende Systeme und ihr Verhalten gilt. Unterschieden werden in dem Beitrag drei Systemebenen: die Funktionsebene, das Interface zur Umwelt und die kognitive Ebene Intelligenz. Mithilfe dieser drei Ebenen lässt sich der Lernzyklus bzw. der bisherige Kognitive Loop sehr gut veranschaulichen. Vergleicht man in dieser Unterscheidungsweise intelligentes Verhalten von Menschen mit den technischen Entwicklungsstufen Maschinisierung, Automatisierung, Regelung und Deep Learning, dann wird das in der kybernetisch-soziologische Systemtheorie gängige Merkmal „operational geschlossen“ verständlich. Daraus wird der Schluss gezogen, dass wir im Rahmen einer digitalisierten Kultur von Produktion und Organisation mit einem neuen Kognitiven Loop auf Silizium-Basis (SI) rechnen sollten. Um diese Analogie hervorzuheben, bezeichnen wir das vom Homo Sapiens entwickelte intelligente Verhalten mit Bio-Informatisierung und die Evolution der sogenannten Künstlichen Intelligenz mit Si-Informatisierung.

[mehr]