Zwei Mitarbeiter unterhalten sich hinter einer Fertigungszelle in einer Werkstatt.

Einsatz von KI in einem nachhaltigen digitalen Unternehmen

Um die Nase vorn zu haben, müssen Unternehmen zu nachhaltigen digitalen Unternehmen werden. Durch den Einsatz fortschrittlicher Technologien können diese Unternehmen auch ihre Agilität und Effizienz verbessern. Diese Diskussion konzentriert sich auf die Rolle der KI bei der Verbesserung der Produktionsqualität, der Markteinführungszeit und der Ressourceneffizienz in modernen Fabriken.

Den Lauf der Geschichte gestalten

Der Lauf der Geschichte wurde von innovativen Denkern geprägt, die sich neue Herangehensweisen für die Herausforderungen vorstellen konnten, mit denen sie konfrontiert waren. In der Tat ist die Steinzeit nicht zu Ende gegangen, weil uns die Steine ausgegangen sind, sondern weil neue und effektivere Lösungen für die Probleme der Zeit entwickelt wurden.

Die Zukunft wird auf fast die gleiche Weise gestaltet. Mehrdimensionale Trends, die sich über Wirtschaft, Gesellschaft und Technologie erstrecken, stellen moderne Unternehmen vor neue Herausforderungen. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, müssen Unternehmen innovativ sein und neue Methoden der Unternehmensführung anwenden. Insbesondere müssen sich Unternehmen in nachhaltige digitale Unternehmen verwandeln, um die Produkt- und Produktionslebenszyklen sowohl in der realen als auch in der digitalen Welt zu verwalten.

Das Hauptmerkmal eines digitalen Unternehmens ist seine Fähigkeit, die reale und die digitale Welt zu vereinen, Betriebsdaten zu sammeln und sie in Erkenntnisse umzuwandeln, die zu Verbesserungen in der realen Welt führen. Die Zusammenführung dieser beiden Welten ermöglicht den Datenfluss zwischen allen Beteiligten, die am Produkt-, Produktions- und Servicelebenszyklus beteiligt sind. Dieser freie Datenfluss verbessert die Fähigkeit eines digitalen Unternehmens, sich an Marktanforderungen anzupassen, schneller zu innovieren und die Qualität zu verbessern, während gleichzeitig die CO2-Emissionen und der Ressourcenverbrauch reduziert werden.

Die wichtigsten Erkenntnisse:

Wichtige Merkmale eines nachhaltigen digitalen Unternehmens
Wie KI in ein nachhaltiges digitales Unternehmen passt
Wie Hersteller heute KI einsetzen können, um die Bemühungen zur Dekarbonisierung zu unterstützen und die Qualität und die Markteinführungszeit zu verbessern

Factory worker operating machinery in an electronics manufacturing facility

Two employees walk and talk on the shop floor at Siemens Electronics Factory, Erlangen.

Die Reise zur digitalen Transformation: Siemens Electronics, Erlangen

Die von Siemens Hochmoderne Elektronikfabrik in Erlangen, Deutschland stand vor den gleichen Herausforderungen, die viele Hersteller zu bewältigen versuchen. Die Fabrik musste Wege zur Herstellung von Produkten finden und gleichzeitig der Dekarbonisierung, Geschwindigkeit, Qualität und Wirtschaftlichkeit Priorität einräumen. Die Siemens-Elektronikfabrik in Erlangen, die SINAMICS-Frequenzumrichter und SINUMERIK-CNC-Steuerungen für Siemens und seine Kunden herstellt, musste sich auch mit der Integration intelligenter, digitaler Lösungen in die bestehende Infrastruktur und Systeme innerhalb der Fabrik auseinandersetzen.

Die Fabrik erkannte, dass diese Herausforderungen nicht bewältigt werden konnten, ohne die Digitalisierung zu nutzen, um die kontinuierliche Transformation zu einem nachhaltigen digitalen Unternehmen fortzusetzen, die Jahrzehnte zuvor begann. Digitale Lösungen für Technik, Werkstattmanagement, Produktlebenszyklusmanagement und mehr bilden die Grundlage. Wenn diese vorhanden sind, können fortschrittlichere Technologien und Funktionen entwickelt werden, um den Betrieb in Erlangen weiter zu verbessern.

Industrielle künstliche Intelligenz (KI) ist eine der fortschrittlichen Technologien, die am Standort eingesetzt werden. Wo eine verbraucherorientierte KI dabei helfen kann, Text für eine Hochzeitsrede oder Bilder für Ihr Social-Media-Profil zu generieren. Die industriellen KI-Systeme, die in der Fabrik eingesetzt werden, steuern die Maschinen, verwalten die Abläufe in der Werkstatt und analysieren Daten, um die Leistung zu ermitteln und Entscheidungen zu treffen. Diese industriellen KI-Systeme müssen robust, zuverlässig und nachweislich sicher sein, auch wenn sie in enger Zusammenarbeit mit menschlichen Arbeitern arbeiten.

Lassen Sie uns heute untersuchen, wie die Siemens-Elektronikfabrik in Erlangen industrietaugliche KI einsetzt, um eine stärkere Dekarbonisierung, Qualität und Markteinführungszeit zu unterstützen.

Die Reise zur digitalen Transformation: Siemens Electronics, Erlangen

Bevor Prozesse, Maschinen und Systeme verbessert werden können, müssen sie durch die Erfassung und Analyse von Daten verstanden werden. Ein digitales Unternehmen generiert im täglichen Betrieb immense Datenmengen. In einer Fabrikumgebung kann dies Informationen über den Energieverbrauch verschiedener Systeme und der gesamten Anlage, Durchsatzdaten, Betriebsdaten in Echtzeit von angeschlossenen Maschinen und mehr beinhalten. Das Sammeln und Verstehen dieser Daten ist für das Management einer modernen digitalen Fabrik von entscheidender Bedeutung, aber die schiere Menge an Daten macht ihre Aggregation und Analyse zu einer herausfordernden Aufgabe.

An employee checks an industrial robot.</br>

A worker checks a laptop on the shop floor.

Industrial AI: Effizienz, Geschwindigkeit, Qualität

Zum Glück bieten die vernetzten Datenflüsse eines digitalen Unternehmens eine einmalige Gelegenheit für die Anwendung von KI, um die Analyse dieser riesigen Datensätze zu beschleunigen. Dadurch werden Optimierungen an verschiedenen Aspekten der Fabrik sowohl in der Werkstatt als auch in anderen Systemen viel schneller als zuvor vorangetrieben. Die Siemens-Elektronikfabrik in Erlangen hat beispielsweise Daten aus der gesamten Fabrik genutzt, um intelligente Energieeffizienzmaßnahmen umzusetzen und so ihren Energieverbrauch um 25% und ihren Netto-Kohlenstoff-Fußabdruck um 50% zu reduzieren. Darüber hinaus haben gezielte Verbesserungen der Produktionseffizienz dazu beigetragen, den Energieverbrauch für die Herstellung jedes Produkts um 50% zu reduzieren.

KI ermöglicht auch echte prädiktive Wartungssysteme, um sicherzustellen, dass Maschinenausfälle die Werksbetreiber nie überraschen. Maschinen- und Wartungsdaten werden analysiert und mit früheren Fällen verglichen, um Muster und mögliche Lösungen zu identifizieren. Die Fabrik nutzt die prädiktive Wartung in einem Fräsprozess, der im Rahmen der Leiterplattenproduktion stattfindet. Beim Fräsen entsteht feiner Staub, der sich auf den Frässpindeln ansammelt und die Rotation der Spindeln behindern oder, bei ausreichender Ablagerung, zu ungeplanten Ausfallzeiten führen kann. Um solche kostspieligen Verzögerungen zu vermeiden, überwacht die Lösung für vorausschauende Wartung den Spindelstrom und die Spindeldrehzahl, um auf Anomalien zu achten und sogar zukünftige kritische Zustände vorherzusagen.

Intelligente Prozesse sind bessere Prozesse

KI kann auch für einzelne Prozesse und Maschinen transformativ sein und sogar eine engere Zusammenarbeit zwischen Mensch und Robotik in der Werkstatt auf effiziente und sichere Weise ermöglichen. Die Siemens-Elektronikfabrik in Erlangen setzt KI und Computer Vision ein, damit Roboterarme Teile mit der gleichen Flexibilität und Fingerfertigkeit wie ein menschlicher Bediener aufnehmen und platzieren können. Herkömmliche Roboterarme sind nicht in der Lage, zwischen verschiedenen Teilen zu unterscheiden, weshalb Teile vorsortiert und organisiert werden müssen. Die Integration von KI in die Steuerungssysteme für Roboter ermöglicht es ihnen, verschiedene Teile zu identifizieren und aus einer unsortierten Box herauszuholen und sie genau dort zu platzieren, wo sie hingehören.

Indem wir den Roboter intelligenter machen, können diese mühsamen Pick-and-Place-Operationen völlig automatisch von kostengünstigen Robotern ausgeführt werden. Natürlich müssen diese intelligenten Roboterarme trainiert werden, bevor sie entfesselt werden können. Als digitales Unternehmen kann die Fabrik physikbasierte Simulationen und den Digital Twin einsetzen, um die Algorithmen für die Erkennung, Kommissionierung und Platzierung von Teilen virtuell zu trainieren. Die synthetischen Trainingsdaten werden automatisch generiert und beschriftet, wodurch die Geschwindigkeit erhöht und der Aufwand für das Training der Roboterarme reduziert wird.

A manufacturing cell that contains robots enabled by AI to pick and place parts.

A Siemens expert points out a digital twin of a PCB production process on a screen to a colleague.</br>

Einsatz von KI zur Verbesserung von Präzision und Effizienz

Sensiblere Prozesse können auch automatisiert werden, indem der Robotik eine manuelle Geschicklichkeit wie die einer menschlichen Hand verliehen wird. Durch die Integration von Kraft- und Drehmomentsensoren in den Endeffektor eines KI-gesteuerten Roboterarms kann dieser die Kraft, mit der er ein Objekt manipuliert, präzise erfassen und anpassen. Dies ist entscheidend für Prozesse mit empfindlichen und kleinen Teilen, wie z. B. Komponenten einer Leiterplatte (PCB). Tatsächlich erfordern die Roboterarme, die solch heikle Aufgaben erledigen, möglicherweise das gleiche „Fingerspitzengefühl“ wie das eines Chirurgen, der eine Wunde näht!

In der Siemens-Elektronikfabrik in Erlangen beinhaltet die Herstellung von Leiterplatten die Montage von verdrahteten elektronischen Komponenten durch winzige Löcher im Substrat, die sogenannte Through Hole Technology (THT). Bei THT werden sehr empfindliche und empfindliche Teile in sehr kleine Löcher in der Leiterplatte gesteckt, oft nur Zehntelmillimeter im Durchmesser. KI ermöglicht es der Robotik, die Komponenten schonend zu handhaben und sicherzustellen, dass sie präzise platziert und gesichert werden, ohne dass sie beschädigt werden. Alles in allem erhöht die Automatisierung einer so heiklen Aufgabe die Qualität des Prozesses und befreit menschliche Arbeiter von der Langeweile und der schlechten Ergonomie, die mit einer solchen Aufgabe verbunden sind.

Zusätzlich zu den unmittelbaren Vorteilen von KI, wie höhere Produktionsqualität und geringere Kosten, hat die Einführung von KI in die Werkstattumgebung auch zur Nachhaltigkeit der Fabrik beigetragen. Die erhöhte Präzision und Genauigkeit des automatisierten THT-Montageprozesses reduziert den Ausschuss und damit die Verschwendung von Material und Energie, wodurch die Fabrik insgesamt effizienter wird. Da die intelligente Robotik keine vorsortierten Teile mehr benötigt, sind die Kunststoffeinlagen, die früher zur Organisation sortierter Teile benötigt wurden, überflüssig geworden. Das Ergebnis ist die Eliminierung von Tausenden von Kunststoffteilen, die letztendlich als Abfall enden.

Die Zukunft für nachhaltige digitale Unternehmen

Ein digitales Unternehmen kann KI und die riesigen Datenmengen, die täglich generiert werden, nutzen, um Möglichkeiten zur Dekarbonisierung, Reduzierung des Ressourcenverbrauchs, Recycling und mehr zu identifizieren und zu nutzen, sowohl in internen Prozessen als auch in globalen Lieferketten. Die Entscheidungen, die beim Produktdesign getroffen werden, machen zum Beispiel 80% der Umweltauswirkungen eines Produkts aus, das es in die reale Welt schafft — mit anderen Worten, Abfall ist nicht mehr als ein Konstruktionsfehler. Ein nachhaltiges digitales Unternehmen kann eine Kombination aus dem umfassenden Digital Twin, Daten und KI nutzen, um die relativen Nachhaltigkeitskosten verschiedener Designentscheidungen zu verstehen und auf effiziente Leistung, Materialverbrauch und Wiederverwertbarkeit zu optimieren.

In der Produktion kann KI helfen, die Produktionspläne an die Nachfrage anzupassen, Möglichkeiten für Energieeffizienz zu identifizieren und, wie in Erlangen, die Produktionsqualität erheblich zu verbessern und Ausschuss und Materialverschwendung zu reduzieren. Und, was vielleicht am wichtigsten ist, KI kann zu einem leistungsstarken Instrument für das Management ausgeklügelter globaler Lieferketten werden, das Unternehmen bei der Auswahl von Lieferanten und beim Aufbau von Logistiksystemen auf der Grundlage von Kosten, Qualität und Nachhaltigkeit unterstützt. Während wir die Fähigkeiten eines nachhaltigen digitalen Unternehmens weiterentwickeln und erweitern, bieten Einrichtungen wie die Siemens-Elektronikfabrik in Erlangen ein entscheidendes Testgelände für Technologien und Lösungen, die Kunden bei der Transformation unterstützen können, um die Herausforderungen von heute und morgen zu bewältigen.

A Siemens expert points out a Digital Twin of a product on a screen to a colleague.</br>