Vor etwa zehn Jahren wurde auf der Hannover Messe das Schlagwort „Industrie 4.0“ eingeführt, für die digitalisierte Produktion. Die Erwartungen waren enorm, nicht alle haben sich erfüllt. Derzeit elektrisiert Künstliche Intelligenz die Weltleitmesse der Industrie: Verbände wie Unternehmen versichern, wie ernst sie das Thema nehmen, dass sie KI bereits nutzten und diese zum großen Wettbewerbsvorteil werden könne. Die Vision ist eine sich selbst steuernde KI-Fabrik. Fragt sich nur, wie es dann hinter den Fabrikmauern aussehen soll. Vier Experten skizzieren ihre Erwartungen.
Der Mensch wächst in eine führende Funktion
Die Art und Weise, wie er mit Maschinen interagiert, verändert sich grundlegend: Über Chatbots kann er Befehle in natürlicher Sprache geben und im Gegenzug Hinweise und Empfehlungen von Maschinen empfangen, die selbständig Fehler erkennen und bewerten und sogar beheben können. Am Ende trifft der Mensch die letzte Entscheidung, aber die Wissensgrundlage, auf deren Basis er das tut, ist deutlich besser als früher; dank der gut aufbereiteten Daten, die in einer solchen Fabrik zur Verfügung stehen. Sie sind die Grundlage für den Einsatz von KI.
Allerdings ist nicht alles, was eine automatisierte oder sogar autonome Fabrik ausmacht, gleich KI. Die Basis sind die klassische Automatisierung und die Digitalisierung der Anlagen, das Sammeln, Standardisieren und Teilen von Daten und die Vernetzung der Komponenten. Auf dieses Grundgerüst kann ich KI draufsetzen, in Form von selbstorganisierten Anlagen, die sich mit KI-Agenten selbst steuern, nicht mehr starr durchprogrammiert sind, sondern flexibel und resilient auf Probleme reagieren. Sie können Produktionsschritte eigenständig durchführen und die Reihenfolge bei Bedarf anpassen. Der Mensch muss nicht mehr alle Eventualitäten vorausdenken und in die Maschine hineinprogrammieren.
Wie das funktioniert, zeigt unsere Open Smart Factory Architecture – sie beschreibt die Vernetzung von IT und OT, intelligenten Software-Agenten und standardisierten Datenformaten. Durch sie wird die intelligente Fabrik real. Die Vorteile liegen auf der Hand: KI kann die Produktion beschleunigen und sie lukrativer und nachhaltiger machen. Änderungen an der Produktion oder neue Produkte sind viel schneller umsetzbar, Losgröße 1 ist wirtschaftlicher möglich, wir können Marktplätze nutzen und Shared Production betreiben. Wir erreichen eine höhere Auslastung der Anlagen, können Predictive Maintenance (vorausschauende Wartung) durchführen, Material einsparen und weniger Ausschuss produzieren. Das wesentliche Geschäftsmodell dabei ist die Steigerung der Effizienz und Produktivität.
Die perfekte KI-Fabrik gibt es meiner Ansicht nach in Deutschland noch nicht. Es gibt einige größere Mittelständler, die schon weit sind und einzelne Puzzlestücke umsetzen. Auch die Anfragen an uns steigen, und wir können unsere Architektur hoffentlich bald in die breite Anwendung bringen. Wichtig ist: Die Umstellung geht nicht von heute auf morgen, sie muss Stück für Stück erfolgen. Aber es ist unerlässlich, dass deutsche Firmen aufholen, denn China und die USA drohen uns den Rang abzulaufen. Die neuen Konzepte sind da und müssen jetzt umgesetzt werden, wenn wir als Produktionsstandort Deutschland wirtschaftlich bleiben wollen.“
Interaktion zwischen Mensch und Humanoiden
Matthias Großmann leitet im baden-württembergischen Automatisierungskonzern Festo den Bereich Product Line Digital Products: „Die KI‑Fabrik der Zukunft verbindet autonome, datengetriebene Systeme mit vernetzter Automation. Ziel ist eine flexible, effiziente und nachhaltige Produktion, die sich schnell an Nachfrage, Variantenvielfalt und Störungen anpasst. Im Mittelpunkt steht die Interaktion zwischen Mensch und Maschine, zum Beispiel in Form humanoider Roboter, die bisherige Lösungsansätze in der industriellen Automation neu definieren.
Der Faktor Mensch bleibt, kann aber durch KI von stark repetitiven Aufgaben entlastet werden. Voraussetzung hierfür ist, dass alle kritischen Komponenten digital angebunden sind und die daraus generierten Daten in Form von Information vollumfänglich in Geschäftsprozesse eingebunden sind. Festo bietet unter anderem Predictive-Maintenance-Lösungen. Dies ermöglicht, Entscheidungen automatisiert zu treffen und flexibel auf Einflüsse zu reagieren, sei es in der Steuerung des Materialflusses, der Erkennung von Verschleiß in der Instandhaltung oder der Qualitätsprüfung. Und wir überwachen Maschinenzustände mit Sensoren und intelligenter Analyse, damit Wartungen rechtzeitig geplant und Ausfälle vermieden werden.
KI hilft zukünftig nicht nur, bestehende Prozesse zu digitalisieren und effizienter zu machen, sie ermöglicht darüber hinaus, Prozesse gänzlich neu zu denken und zu konzipieren. Um die vollen Potentiale auszuschöpfen, muss das bereits in der Konzeption neuer Anlagen berücksichtigt werden. Dabei kommt KI nicht nur im operativen Betrieb produzierender Unternehmen zum Einsatz, sondern unterstützt bereits bei der Planung neuer Produktionsanlagen. Auf Basis des digitalen Zwillings können neue Anlagen virtuell simuliert und in Betrieb genommen werden, was wertvolle Zeit spart und Risiken minimiert. So können sich etwa Mitarbeiter im virtuellen Raum mit der neuen Umgebung vertraut machen. Festo zeigt auf der Hannover Messe die erste Ventilinsel mit integrierter KI.“
KI-Agenten optimieren den laufenden Betrieb
Thomas Fechner ist Vorstandsmitglied der Bosch Rexroth AG und verantwortlich für den Geschäftsbereich Fabrikautomation: „Künstliche Intelligenz kommt immer öfter in Fabriken zum Einsatz und macht diese leistungsfähiger als je zuvor. Darin steckt enormes Potential: KI ermöglicht eine zunehmende Automatisierung und Flexibilisierung. Fabriken werden dadurch immer produktiver, können sich selbst optimieren und gleichzeitig Energie sparen. Bislang ist es die Aufgabe von Experten und Lieferanten, unzählige Parameterdaten aufzugreifen und durch Programmanpassungen in Expertensystemen die Produktionsabläufe zu verbessern, damit Fabriken auf dem neuesten Stand sind. Das kostet Zeit, ist aufwendig und mühsam. Diese Programmanpassungen lassen sich durch KI signifikant beschleunigen.
Denn KI bietet beeindruckende Fähigkeiten im Umgang mit Parameterdaten und Programmcodes. Dafür benötigt KI allerdings breite und tiefe Anbindung an die technischen Systeme einer Fabrik – vergleichbar dem Nervensystem, das unser Körper zur Wahrnehmung und Steuerung unserer Bewegungen nutzt. Konkret bedeutet das: Wir müssen die heute noch weitgehend getrennten Datenströme und den Zugriff auf die Industriesteuerungen einer Fertigung tief aus den Maschinen heraus in einem „Daten-Highway“ zusammenführen – über Fertigungslinien und Roboterflotten hinweg bis hin zur übergreifenden Fertigungssteuerung. In einem solchen Verbund können KI-Agenten dann auf unterschiedlichen Detailierungsstufen wirken und die Fabriken im laufenden Betrieb optimieren.
Der Schlüssel zum Erfolg ist ein cybersicherer und flexibler Zugriff auf die Steuerung der Fabrikabläufe. Der reine Zugriff auf Maschinendaten – wie in der Industrie 4.0 üblich – reicht nicht mehr aus. Wie gut und schnell sich die Potentiale von KI entfalten, hängt also davon ab, wie schnell eine übergreifende Steuerung für Fabriken etabliert wird. Die erforderliche Technologie ist seit einigen Jahren verfügbar und in der Praxis erprobt.
Was bedeutet das für den Menschen? Er wird weiterhin entscheidend sein. Während die KI leistungsstarke Analysen erstellt und Optimierungen empfiehlt, braucht es für Überwachung und Orchestrierung von Anpassungen weiterhin menschliche Kompetenz. Dabei wird die Bedienung komplexester Fabriktechnik immer einfacher. Schon jetzt können wir mittels KI mit Maschinen in Alltagssprache kommunizieren und Abläufe anpassen, ohne komplizierte Bedienterminals oder Programmiersprachen beherrschen zu müssen. Für den Wirtschaftsstandort Deutschland birgt diese Entwicklung eine große Chance. Denn KI-basierte Automatisierungslösungen in Fabriken stärken die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Industrieproduktion im globalen Wettbewerb.“
Stärkung für den gesamten Wirtschaftsraum
Hartmut Rauen ist stellvertretender Hauptgeschäftsführer des Maschinenbauverbands VDMA: „In einer KI-Fabrik dominieren vernetzte Maschinen, Roboter (auch humanoide) und ‚intelligente‘ Systeme. Zusammen planen sie selbständig Produktionsschritte und andere Prozesse, führen sie durch und optimieren. Basis solcher Fabriken ist, dass digitale und datenbasierte Lösungen zentraler Bestandteil des Unternehmens und der Wertschöpfung sind. Ebenso wichtig ist, dass KI als maßgebliche Effizienztechnologie in allen Bereichen zum Einsatz kommt – egal ob administrativ oder in Form von „embodied AI“ in den Maschinen und Anlagen. Menschen übernehmen dann vor allem überwachende, steuernde und strategische Rollen, greifen bei komplexen Problemen ein und fokussieren sich mehr auf Innovationen.
KI-Fabriken funktionieren nach einem anderen Denkansatz als herkömmliche Fabriken: Prozesse werden nicht nach einmal festgelegten Regeln automatisiert, sondern sie sind datengetrieben und werden durch KI-Methoden eigenständig optimiert. Während traditionelle Fabriken oft starre Abläufe und manuelle Eingriffe erfordern, können in KI-Fabriken die Produktionspläne, Arbeitsabläufe und Parameter dynamisch angepasst werden. Fehler und Abweichungen werden aufgrund von permanent erfassten und analysierten Daten frühzeitig erkannt und automatisch korrigiert. Die Produktion kann somit Kleinserien und individuelle Kundenwünsche in deutlich kürzerer Zeit berücksichtigen. Zudem können Maschinen und Systeme automatisiert miteinander kommunizieren und eigenständige Entscheidungen treffen.
Der Einsatz von KI in produzierenden Unternehmen beschleunigt bereits heute die Entwicklung von Produkten, wie wir aus VDMA-Erhebungen wissen. Unter anderem durch KI-basierte Simulationen und Unterstützung in der Softwareentwicklung, wodurch Produkte schneller marktreif werden. Selbstlernende Systeme in der Produktion können die Produktionseffizienz erhöhen, indem sie Arbeitsabläufe optimieren und Verschwendung reduzieren. Predictive Maintenance verhindert Ausfälle und verlängert die Maschinenlebensdauer, was ebenfalls Kosten spart. So entstehen signifikante Zeit- und Kosteneinsparungen sowie neue Geschäftsmodelle.
KI-Fabriken sind die nächste Evolutionsstufe der Industrie 4.0. Sie setzen auf intelligente Systeme und eine ganzheitliche Betrachtung (auch über die Unternehmensgrenzen hinweg) anstelle rein automatisierter Prozesse. Der Industrie-4.0-Ansatz bildet dabei die Basis für Digitalisierung und Vernetzung, während KI als Schlüsseltechnologie die Selbstoptimierung, Autonomie und Flexibilität der Fabriken umsetzbar macht.
KI-Fabriken in Europa würden den gesamten Wirtschaftsraum und damit auch Deutschland wirtschaftlich und geopolitisch stärken. Die Fähigkeit, schnell auf Marktanforderungen zu reagieren und gleichzeitig Kosten niedrig zu halten, verschafft im internationalen Wettbewerb klare Vorteile. Wichtig ist jedoch, dass KI-Fabriken nicht für sich allein betrachtet werden, sondern auch das (Daten-)Ökosystem drum herum. Initiativen wie Manufacturing-X bieten die Möglichkeit, Daten entlang der Wertschöpfungsketten souverän zu teilen und damit den KI-Modellen weiteren Nährstoff für zusätzliche Effizienz- und Erkenntnisgewinne zu liefern.“