Eine Einführung in KI in der Fertigung

Dieser Blog-Beitrag wurde gemeinsam mit Matthias Bastian verfasst.

Die wichtigsten Erkenntnisse

• Industrielle künstliche Intelligenz hat das Potenzial, die Art und Weise zu verändern, in der Daten interpretiert, übertragen und in digitale Lösungen und Mitarbeiteranwendungen integriert werden.
• KI in der Fertigung bedeutet, dass Daten auf jeder Ebene eine praktische Rolle spielen - nicht nur an der Spitze. Jetzt können Branchen Daten sinnvoll für alles nutzen, von der Analyse über die Arbeitsplatzdokumentation und das Berichtswesen bis hin zur Aus- und Weiterbildung.
• In Verbindung mit vernetzten intelligenten Geräten hat die KI das Potenzial, Abläufe zu optimieren, u. a. durch die Simulation hypothetischer Konfigurationen und Szenarien.
• Augmented-Reality-Technologien bieten die benutzerfreundlichste Schnittstelle für KI-gestützte Lösungen, einschließlich Echtzeitunterstützung für Arbeiter und immersive Datenanzeigen für Analysten.

Einführung in KI in der Fertigung

Die Fertigung ist eine sehr datenintensive Branche. Die meisten dieser Daten wurden bisher in einer anderen Abteilung verwaltet. KI kann nun schnell genug Informationen verarbeiten - und sie praktisch genug vermitteln -, um den Ingenieuren an der Fertigungslinie unmittelbar von Nutzen zu sein.

Was bedeutet KI in der Fertigung?

Künstliche Intelligenz ist eine der interessantesten neuen Technologien unserer Zeit. KI hat das Potenzial, nahezu jeden Aspekt der menschlichen Gesellschaft zu beeinflussen. Sie haben es wahrscheinlich schon in Bereichen wie Kunst und Unterhaltung gesehen.

Neben der KI für Verbraucher ist die Technologie auch für die Fertigung vielversprechend. Es gibt viele Anwendungsfälle für KI-Technologien, wie z. B. Computer Vision, die in alltäglichen Umgebungen nützlich sind, sich aber auch sehr gut für industrielle Anwendungsfälle eignen. Dieser Artikel befasst sich mit einer Reihe spezifischer Anwendungsfälle und Anwendungen von KI in der Fertigung.

Warum ist KI in der Fertigung so wichtig?

KI hat eine Reihe von potenziellen Anwendungsfällen in der Fertigung, einschließlich der vollständigen Automatisierung einiger Arbeitsabläufe. Im Moment besteht die meiste Arbeit, die KI übernimmt, darin, menschlichen Mitarbeitern zu helfen, effizienter auf mehr Informationen zuzugreifen.

Dieser Einsatz von KI hilft erfahrenen Arbeitnehmern, besser zu arbeiten, aber er hilft auch bei der Einarbeitung in neue Aufgaben oder bei der schnelleren Einarbeitung neuer Mitarbeiter. KI ist weit davon entfernt, menschliche Arbeitskräfte zu ersetzen oder menschliche Arbeitsplätze zu übernehmen. Vielmehr stärkt KI menschliche Mitarbeiter und sorgt dafür, dass Menschen in Positionen eintreten können, die Unternehmen aktiv zu besetzen versuchen.

Welche Auswirkungen hat KI auf die Fertigungsindustrie?

Die Verbesserung von Effizienz und Produktivität war schon immer ein wichtiger Anreiz für die Erfassung und Analyse von Daten. Früher bedeutete dies, dass Daten aus dem Betrieb entnommen, in Büros analysiert und die Ergebnisse an die Arbeiter vor Ort weitergegeben wurden.

Industrielle künstliche Intelligenz kann - bei ausreichender menschlicher Aufsicht - diesen gesamten Prozess vor Ort durchführen und den Ingenieuren in Echtzeit Erkenntnisse liefern, wann und wo sie diese benötigen. Dadurch wird der Informationsfluss von einem Tag oder mehr auf Bruchteile von Sekunden verkürzt. Einige Prozesse, wie die Bestellung weiterer Teile und Materialien, bevor sie zur Neige gehen, wurden bereits durch vergleichsweise einfache KI-Systeme automatisiert.

Aktuelle KI-Anwendungen in der Fertigung

Künstliche Intelligenz wird bereits in der gesamten Fertigungsindustrie eingesetzt, um z. B. potenzielle Gefahren am Arbeitsplatz zu erkennen, die Material- und Komponentenbestellung zu automatisieren und die Mitarbeiter durch ihren Arbeitstag zu führen. Künstliche Intelligenz in der Industrie wird auch eingesetzt, um Informationen zu analysieren und sie in umsetzbare Dokumente und Mitteilungen zu übertragen.

Diese bestehenden Anwendungsfälle werden nicht verschwinden. Aber die Fortschritte in der KI führen neue Anwendungsfälle ein und machen bestehende noch effizienter.

Vorteile von KI in der Fertigung

KI-gestützte visuelle Inspektion

Die Qualitätskontrolle und die visuelle Inspektion haben durch KI bereits massive Verbesserungen erfahren. Vuforia Step Check von PTC führt Vorgesetzte durch den Prozess des Trainings einer KI auf digitalen und physischen Modellen, um ein Programm zu erstellen, das Prüfingenieuren hilft, potenzielle Produktprobleme zu erkennen und sogar zu beheben. Step Check automatisiert dann den Dokumentationsprozess und steigert die Effizienz der Mitarbeiter.

KI in der Wartung von Anlagen und im Gebäudemanagement

KI in der Fertigung kann auch Informationen von Geräten aus dem industriellen Internet der Dinge nutzen, um Predictive Maintenance-Strategien zu entwickeln. Diese Strategien können die Produktion optimieren, indem sie die Maschinen in einem optimalen Betriebszustand halten, ganz zu schweigen von der Vermeidung kostspieliger Ausfallzeiten durch die Planung der Wartung, anstatt auf die Reparatur zu warten. Mit Kepware von PTC können Bediener intelligente Geräte anschließen und deren Echtzeitdiagnosen auf einen Blick sehen.

In ähnlicher Weise integrieren Hersteller Systeme der industriellen künstlichen Intelligenz in ihre Lagerbestände, um die Bestellung wichtiger Teile und Vorräte zu automatisieren, bevor sie zur Neige gehen. In Zeiten, in denen die Versorgungsketten bereits empfindlich reagieren, kann KI Verzögerungen verhindern, die durch den einfachen Fehler entstehen, Komponenten nicht rechtzeitig zu bestellen.

KI-gestütztes CAD

Generative KI erweist sich zunehmend als fähig, aus Eingabeaufforderungen brauchbare Inhalte zu erstellen, auch auf dem uralten Gebiet des Computer Aided Design. Anerkannte Industrie-Tools wie Creo von PTC werden wahrscheinlich zunehmend durch Eingaben von künstlicher Intelligenz, die auf Produktdesign spezialisiert ist, ergänzt werden.

Befähigung eines neuen Typs von Mitarbeitern

Darüber hinaus nehmen die Verbreitung und der Nutzen vollständig automatisierter Prozesse sprunghaft zu, ebenso wie die Zahl der "Cobots" in der Fertigung. Cobots sind Maschinen, die an der Seite eines menschlichen Bedieners arbeiten und geführte Aufgaben ausführen, die für einen Menschen physisch unmöglich oder gefährlich sein könnten.

Die Ausweitung des Einsatzes von Robotern und Cobots in der Fertigung und das explosionsartige Wachstum im Bereich der großen Sprachmodelle und der Verarbeitung natürlicher Sprache lassen den Traum von vollständig intelligenten und interaktiven Robotern, die organisch mit menschlichen Mitarbeitern kommunizieren, aufkommen. Dies bleibt jedoch vorerst eine Sache der Zukunft.

KI und AR: Ein starkes Duo in der Fertigung

Augmented Reality ist eine weitere aufstrebende Technologie, die in der Fertigung bereits mehrere etablierte Anwendungsfälle hat. AR-Modelle ersetzen zunehmend physische Modelle in frühen Designphasen, wo sie Materialkosten und Iterationszeit sparen. Diese Modelle können auch in Programmen zur Remote-Zusammenarbeit eingesetzt werden, um Reisekosten zu sparen, sowie für Schulungsmodule. Diese Modelle können sogar aus CAD-Programmen generiert werden, die Unternehmen bereits im herkömmlichen Design-Workflow verwenden.

In diesem Artikel haben wir bereits das Zusammenspiel zwischen industrieller künstlicher Intelligenz und AR in der Fertigung erwähnt. Wenn künstliche Intelligenz Augmented-Reality-Anwendungen unterstützt, vervielfachen sich die Vorteile der beiden Technologien. So nutzte die Magna International-Tochter Nascote Industries Vuforia Step Check sowohl für die Schulung neuer Mitarbeiter als auch zur Verbesserung des visuellen Inspektionsprozesses. Die Software war sogar in der Lage, eine "weiche Verbindung" zu erkennen, die oft an den Inspektionsingenieuren vorbeiging, sich aber schließlich löste.

KI wird zunächst anhand von Bildern eines physischen Produkts oder von vorhandenen Modellen trainiert. Leistungsstarke KI kann dann jedoch eigene Bilder und Modelle erzeugen, die verschiedene Situationen und Bedingungen simulieren. Dieser als synthetische Datengenerierung bezeichnete Prozess kann dazu beitragen, das Produktdesign zu optimieren und ein industrielles System der künstlichen Intelligenz auf Situationen vorzubereiten, die noch nicht aufgetreten sind oder nicht in den Trainingssätzen enthalten sind - ähnlich wie ein Mensch sich vorstellen kann, was er in einer zukünftigen Position oder Situation tun könnte.

Durch die Darstellung räumlicher Informationen in einem intuitiven Medium ist Augmented Reality auch ein hervorragendes Mittel zur effizienten Vermittlung komplexer Informationen und damit so ziemlich die einzige Möglichkeit für Arbeitnehmer, die durch KI zur Verfügung gestellte Informationsmenge effektiv zu nutzen. Auf diese Weise wird AR zu einer Schnittstelle, über die Menschen mit künstlicher Intelligenz interagieren können, wodurch industrielle künstliche Intelligenz zu einer praktischen Arbeitshilfe wird.

KI für AR: Die Zukunft von Arbeitsanweisungen und Dokumentation

Step Check kann mehr als nur nach Fehlern suchen. Das Programm enthält Arbeitsanweisungen, die den Prüfer durch den gesamten Arbeitsablauf der visuellen Inspektion leiten und ihm dabei helfen, um das Objekt im Raum zu navigieren und, wenn möglich, sogar gemeinsame Probleme zu beheben. Schließlich erstellt das Programm automatisch einen Bericht über jede Inspektion, einschließlich aller Probleme, die bei jeder Einheit gefunden wurden.

Diese letzten Prozesse - KI-unterstützte Arbeitsanweisungen und Dokumentationslösungen - haben Zukunft als eigene Projekte. Inspektionsingenieure sind nicht die einzigen Mitarbeiter, die derzeit physische Arbeitsanweisungen befolgen und ihre eigene Dokumentation verwalten. Beschäftigte in allen möglichen Funktionen müssen sich derzeit mit Arbeitsanweisungen herumschlagen und ihre eigentliche Arbeit unterbrechen, um Berichte zu erstellen.

Dies ist im besten Fall ineffizient und im schlimmsten Fall gefährlich, da physische Dokumente nur eine weitere Sache sind, die eine Hand beansprucht und die Aufmerksamkeit des Ingenieurs von seiner Umgebung ablenkt.

Darüber hinaus können AR-Lösungen auf eine Art und Weise fesselnd sein, wie es Standardprozesse normalerweise nicht sind. Auch wenn diese Lösungen nicht absichtlich spielerisch sind, können sie doch geistig anregend sein und eine willkommene Abwechslung zu einer banalen Aufgabe darstellen, die sich während einer langen Schicht wiederholt. Dies kann die Arbeitszufriedenheit erheblich steigern.

Die Unterstützung durch industrielle künstliche Intelligenz in diesen Bereichen hilft auch neuen Arbeitnehmern, ihren Rückstand aufzuholen und Wissen von erfahreneren Arbeitnehmern und Fachleuten weiterzugeben. Die Schulung der KI durch menschliche Experten macht die KI zu einem eigenständigen Experten. Wie ein menschlicher Ingenieur lernt auch die KI bei jedem Einsatz dazu. Dieses Wissen und diese Anwendung werden dann an neuere menschliche Ingenieure weitergegeben, die das angesammelte Wissen der KI durch intuitive AR-Displays sehen. Mit den Fortschritten bei natürlichsprachlichen Modellen könnten wir bald auch KI sehen, die Arbeitnehmer effizienter und sicherer als herkömmliche Schulungsmethoden einbindet und weiterbildet.

KI und AR im Service

KI in der Fertigung ist noch nicht das Ende der Fahnenstange. Ähnliche Anwendungen wie die, die wir in der Montage erforscht haben, können auch nach der Auslieferung eines Produkts eingesetzt werden, damit das Servicepersonal die Produkte warten kann, ohne sie an den Hersteller zurückschicken zu müssen. Eines Tages könnten diese Tools auch auf den Durchschnittskunden ausgeweitet werden.

Obwohl das Potenzial für KI im Kundendienst enorm ist, gibt es noch einige Fragen, die beantwortet werden müssen, bevor die Praxis alltäglich wird. Stellt zum Beispiel eine KI, die auf potenziell geschützte Produktinformationen trainiert wurde, ein Sicherheitsrisiko für Unternehmen dar, die diese KI für die öffentliche Nutzung anpassen? Gibt es eine Sprachbarriere zu überwinden, wenn ein Programm, das für Ingenieure gedacht ist, mit Nicht-Fachleuten zu kommunizieren beginnt? Wer könnte für die Folgen dieser Entwicklung verantwortlich sein?

Wir befinden uns immer noch in einer Phase, in der sich Unternehmen und Einzelpersonen mit der Nutzung von KI für immer mehr Aufgaben vertraut machen. Fragen wie die oben genannten sollten uns nicht davon abhalten, diese Möglichkeiten zu erforschen; sie sollten uns bei der Entwicklung neuer KI-Implementierungen leiten.

Herausforderungen bei der Einführung von KI meistern

Einige der oben genannten Bedenken betreffen den Schutz der Privatsphäre und die Sicherheit von Unternehmen. Dies ist ein echtes Problem für Unternehmen. In vielen Fällen haben Unternehmen - insbesondere solche mit Verträgen im Verteidigungsbereich oder mit anderen sensiblen Kunden - strenge Sicherheitsvorschriften für Dienstleistungen, die den Einsatz einer Kamera erfordern. Diese können oft mit Vor-Ort-Lösungen gelöst werden, die sich nicht immer gut für KI eignen. Diese Bedenken werden jedoch zunehmend durch private Cloud-Infrastrukturen oder Edge Computing gelöst, bei denen die Informationen auf dem Gerät gespeichert werden.

Ein Mythos bei der Einführung von KI ist, dass sie menschliche Arbeitskräfte ersetzt. Tatsache ist, dass der wachsende Fachkräftemangel im verarbeitenden Gewerbe dazu führen wird, dass in den nächsten zehn Jahren Millionen wichtiger Arbeitsplätze unbesetzt bleiben. Durch den Einsatz von KI in Funktionen, die menschliche Arbeitskräfte unterstützen, erhalten Menschen die notwendigen Ressourcen, um in bereits vorhandene Funktionen einzutreten.

In vielen Situationen, z. B. im Zusammenhang mit Cobots, verändert KI die Aufgaben, die Menschen ausführen - anstatt eine gefährliche oder anstrengende körperliche Aufgabe zu übernehmen, müssen sie nun eine Maschine beaufsichtigen, die diese Aufgabe ausführt. Die KI in der Fertigung macht den Menschen nicht arbeitslos, auch wenn sie ihn aus der Gefahrenzone bringen könnte.

Dennoch ist die KI eine leistungsstarke Übergangstechnologie. Um sie optimal zu nutzen, muss man Vertrauen in KI-Systeme aufbauen und die Einhaltung von Vorschriften sicherstellen. Eine aufmerksame Regulierung kann Menschen und Unternehmen beim Einsatz von KI schützen und uns helfen, uns auf die Art und Weise vorzubereiten, in der KI die Mitarbeiter verändern könnte. So könnte die Regulierung beispielsweise vorschreiben, dass kritische Entscheidungen von Menschen und nicht von Maschinen getroffen werden, oder dass die für die KI-Infrastruktur ausgegebenen Gelder mit einem Budget für die Schulung von Menschen für die Arbeit mit KI-gestützten Geräten und Systemen (Upskilling) oder für die Übernahme von Arbeitsplätzen, die nicht durch neue Technologien besetzt werden können (Reskilling), einhergehen.

Die Zukunft der KI in der Fertigung

Wir befinden uns in einem explosiven Moment für KI, aber KI wird in der Fertigungsindustrie nur durch die Entwicklung und Einführung von begleitenden Technologien wie Augmented Reality und fortschrittlichen Datensystemen praktikabler werden. Diese Technologien ermöglichen es der KI, die bestehende Infrastruktur auf eine Art und Weise zu nutzen, die für die vorhandenen Mitarbeiter zugänglich ist und die Effizienz der Mitarbeiter steigert.

Die Zukunft der industriellen künstlichen Intelligenz ist nicht nur die Zukunft der Technologie, sondern auch die Zukunft der Menschen, die sie nutzen und von ihr profitieren. Unternehmen, die KI einsetzen, werden feststellen, dass die Produktions- und Umweltkosten sinken, da sie Material, Reisen, Ausfallzeiten und Nacharbeit einsparen.

Die Zufriedenheit der Arbeitnehmer, die mit KI zusammenarbeiten, wird steigen, da KI sowohl die alltäglichsten als auch die gefährlichsten Elemente ihrer Arbeit automatisiert. Und schließlich werden die Kunden von erschwinglicheren und zuverlässigeren Produkten profitieren sowie von einer besseren Fähigkeit, diese Produkte bei Bedarf zu warten und zu reparieren.

Fazit

KI hat in der Industrie bereits bei der Datenverwaltung und -auswertung eine Rolle gespielt. Wir beginnen gerade erst, die seismische Verschiebung zu sehen, die eintritt, wenn KI durch Roboter, Cobots, generative KI und durch aufkommende Technologien wie AR, die Ingenieuren vor Ort die Möglichkeit geben, in Echtzeit auf KI-Einsichten zuzugreifen, ihren Weg in die Produktion findet.

Dies ist eine spannende Zeit für zukunftsorientierte Unternehmen, die damit beginnen, KI in ihre bestehenden Arbeitsabläufe zu integrieren und ihre bestehende Infrastruktur zu vernetzen.