Symbolbild Künstliche Intelligenz: Eine Hand berührt einen als Animation dargestellten Kopf von hinten. Im Kopf sind viele vernetzte Strukturen sichtbar.
©sdecoret

Künstliche Intelligenz und Sensorik

Flexibler, intelligenter und effizienter: Künstliche Intelligenz und smarte Sensoren für die Zusammenarbeit von Mensch und Maschine können die Industrie transformieren – und haben großes Potenzial, die Produktion energieeffizienter zu machen.

Sensoren machen einzelne Industrieprozesse transparent. Sie messen und überwachen Temperaturen, Vibrationen, Druck, Füllstände, Feuchtigkeit, Geschwindigkeit, Gewicht, Beschleunigung, Neigung und vieles mehr. Eine Künstliche Intelligenz (KI) analysiert diese Messwerte. Sie setzt sie zueinander in Beziehung und ermittelt daraus eine maschinelle Repräsentation über den aktuellen Zustand des Prozesses. So kann die Produktion automatisiert, optimiert und energieeffizient gesteuert werden kann.

Mit der Digitalisierung und der Industrie 4.0 verändern sich nicht nur Wertschöpfungsprozesse, es entstehen auch ganz neue, datenbasierte Geschäftsmodelle. KI ermöglicht Prognosen, Betriebsoptimierung und Endkunden-Services wie etwa individualisierte Produkte. Vor allem für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) bieten intelligente, digitale Produktionsverfahren große Chancen.

KI verbessert die Energieeffizienz um 20 Prozent

Ein Beispiel: Tierfutter-Pellets setzen sich nach individuellen Rezepten aus bestimmten Anteilen von Fetten, Proteinen und Spurenelementen zusammen. Sie werden aber aus Rohstoffen gewonnen, deren Zusammensetzung täglichen Schwankungen unterliegt.

Im Forschungsprojekt Fu2-Experte haben ForscherInnen ein System auf Basis Künstlicher Intelligenz (KI) entwickelt, das die Pellets zuverlässig genau abgestimmt und abgemessen presst. Das KI-System stellt das Futter um bis zu 20 Prozent energieeffizienter her. Zunächst nutzt und lernt es aus der Erfahrung der MitarbeiterInnen und ermittelt dann über Energiedaten und andere Kennzahlen die optimale Produktionsweise für das Mischfutter.

Forschungsprojekt vKBP: Kanalballenpresse in einer Müllabfallanlage
Sutco RecyclingTechnik GmbH
Forschungsprojekt vKBP: ein automatisiertes Bunkermanagement auf Basis von KI optimiert das Pressen in einer Abfallanlage  und steigert die Energieeffizienz.

Lernende Maschinen brauchen Daten: in Form von Datenmengen, die einmal untersucht werden, oder Datenmengen, mit denen immer wieder nachgelernt wird, oder Datenströmen, aus denen kontinuierlich gelernt wird.

Ein weiteres Beispiel aus der Energieforschung ist die im Forschungsprojekt vKBP entwickelte vollautomatisierte Kanalballenpresse. Mithilfe eines automatisierten Bunkermanagements sortiert sie Papier oder Kunststoff und presst den Abfall für den Transport möglichst energieeffizient zu einem optimal dichten Ballen.

KI:  Schlüsseltechnologie für die Wirtschaft

Kostenloser Online-Kurs: Einstieg in die Künstliche Intelligenz

Künstliche Intelligenz hebt die digitale Transformation auf eine neue Stufe. Die Wertschöpfungspotenziale sind enorm. Mithilfe von KI-Anwendungen steigern Unternehmen nicht nur die Effizienz ihrer Produktionsprozesse. Es entstehen auch neue Dienstleistungen, Produkte und Geschäftsmodelle.

Unter Schirmherrschaft des Bundesministers für Wirtschaft und Energie (BMWi) bieten die Industrie- und Handelskammern mit dem kostenlosen Online-Kurs „Elements of AI“ Einstieg in die Künstliche Intelligenz.

Deep Structural Learning und neuronale Netze

Die Fähigkeit eines KI-Systems, selbständig aus der Analyse komplexer Daten zu lernen, heißt „Deep Structural Learning“. Es basiert zum Beispiel auf der Verwendung künstlicher neuronaler Netze. Diese Rechenmodelle versuchen, Grundstrukturen des menschlichen Gehirns nachbilden. Maschinelles Lernen ist in der Lage, auf der Basis von Daten komplexe Muster zu erkennen.

Mehrere Ebenen der Abstraktion erlauben es, Ereignisse zu erklären, Vorhersagen zu tätigen oder sinnvolles Handeln auszulösen. Diese Systeme werden als intelligent bezeichnet, wenn sie die gelernten Fähigkeiten auch auf unbekannten Daten zeigen und mit unerwarteten Situationen sinnvoll umgehen können.

In der Industrie gibt es zahlreiche weitere Beispiele für Prozesse mit hohem Energieverbrauch – wie etwa das Erwärmen, Trocknen, Zerkleinern oder Abkühlen, die über neuronale Netze gesteuert werden könnten. Herausforderung der Energieforschung ist es, die Technologie für die Steigerung der Energieeffizienz zu nutzen ohne Qualität, Wirtschaftlichkeit und Sicherheit einer Produktion zu beeinträchtigen.

Normen und Standards für Künstliche Intelligenz

Die Forschung bescheinigt der Künstlichen Intelligenz ein großes Potenzial, um die Energieeffizienz in der Industrie zu steigern, Energiesysteme zu optimieren und erneuerbare Energiequellen zu integrieren.

Künstliche Intelligenz: Symbolbild für Datensicherheit - Blick in ein IT-Rechenzentrum
©bgspix - stock.adobe.com
Damit KI-Systeme in Zukunft sicher und verlässlich arbeiten, braucht es Normen und Standards sowie IT-​ und Datensicherheit.

Je mehr sich die Industrie digitalisiert und vernetzt, desto mehr Schnittstellen ergeben sich und desto mehr Daten fließen. Verlässliche Normen und Standards, IT-Sicherheit und Datensicherheit sind dabei essenziell und müssen weiterentwickelt werden, um „KI made in Germany“ weiter voranzubringen.

Fehlbedienung, Programmierfehler und technisches Versagen können jedoch in einer eng vernetzten und automatisierten Produktionswelt ebenso gravierende Folgen haben wie unberechtigte Zugriffe von außen und Cyber-Attacken.
Die konzeptionelle Absicherung der Produktion gegen diese Risiken ist entscheidend für nachhaltig erfolgreiche Anwendungen auf breiter Basis.

In vielen Unternehmen sind grundlegende Digitalisierungsprozesse heute schon vorhanden, Art und Auswahl der Datenerfassung jedoch nur unzureichend für den Einsatz von KI. Die Herausforderung ist, bestehende Strukturen für KI-Systeme auszurüsten, gleichzeitig neue Lösungen zu entwickeln und dieses Prinzip in der Unternehmenskultur zu verankern.  Die Energieforschung unterstützt diese Entwicklungen dort, wo die Frage der Energieeinsparung im Vordergrund steht.

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Symbolbild 7. Energieforschungsprogramm - Ausschnitt von Europa auf blauer Weltkugel mit Ländern, die wir Sterne leuchten.
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Das Strategie-Papier der Bundesregierung bietet einen Überblick über Ziele, Grundlagen und Handlungsfelder für eine Nationale Strategie Künstliche Intelligenz.

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