Was ist Industrie 4.0: Die Auswirkungen von KI in der Fertigung verstehen
In den letzten Jahren haben wir von großen Unternehmen gehört, die KI nutzen, um ihre Abläufe zu verändern. Damals schien KI noch ein ferner Traum zu sein, der enorme Ressourcen in Form von Menschen, Material und Geld erforderte. Mit den jüngsten Fortschritten wird jedoch deutlich, dass KI bald für Fertigungsunternehmen jeder Größe zugänglich sein könnte.
Welche Möglichkeiten bietet KI in Verbindung mit der digitalen Transformation (DX), um unsere Arbeitsmethoden zu revolutionieren?
Ich persönlich habe den Eindruck, dass der Begriff „Industrie 4.0“ aus der Alltagssprache verschwunden ist. Dennoch gibt es weltweit, auch ohne den Begriff „DX“ explizit zu verwenden, einen konzertierten Vorstoß in Richtung einer schnellen Digitalisierung, um unsere Arbeitsweise zu verändern. Wie also wird KI die Landschaft von Entwicklung, Design und Fertigung verändern?
Wir werden den aktuellen Stand und das zukünftige Potenzial von KI in Entwicklung, Design und Fertigung untersuchen.
KI in der Industrie 4.0: Transformation der Fertigung
Vor der Welle der digitalen Transformation (DX) schlug das Konzept der Industrie 4.0 bereits hohe Wellen. Die Industrie 4.0 mit ihrem Schwerpunkt auf dem Internet der Dinge (IoT) umfasst die Erfassung von Daten durch verschiedene Sensoren, die Verarbeitung dieser Daten auf Cloud-Computern und die Nutzung von künstlicher Intelligenz (KI) zu ihrer Analyse. Diese Integration findet zunehmend Anwendung in der Fertigungsindustrie.
Ein bemerkenswertes Beispiel stammt aus einer Präsentation von 2017 auf der jährlichen Veranstaltung von SolidWorks Japan. Das vorgestellte Bild zeigte einen Brandmelder mit Wetterüberwachungsfunktionen. Über die bloße Verwendung von 3D-CAD und verschiedenen Analysemethoden zur Konstruktionsprüfung hinaus wurden die Sensordaten dieses Produkts mit der IoT-Plattform Xively (jetzt Bauteil von Google Cloud) verknüpft, um Big Data-Analysen über 3DEXPERIENCE NETVIBES bereitzustellen. Dies ermöglichte die Bereitstellung von Brand- und Wetterinformationen für die Nutzer direkt in der Produktentwurfsphase und verkörperte das Konzept eines digitalen Zwillings.
Was ist Industrie 4.0?
Industrie 4.0 ist ein von der deutschen Regierung 2011 geprägter Begriff, der darauf abzielt, den Fertigungssektor durch fortschrittliche Technologien zu automatisieren und zu digitalisieren. Im Mittelpunkt dieses Konzepts steht die Technologie des digitalen Zwillings, die physische Objekte mit ihren virtuellen Gegenstücken über das Internet der Dinge und das Cloud Computing verbindet. Diese Initiative steht für das, was oft als vierte industrielle Revolution bezeichnet wird.
Das V-Modell in der Entwicklung: Wie KI ihn verbessern kann
Sind Sie mit dem V-Modell vertraut? In der Entwicklung und Konstruktion folgen Projekte häufig diesem V-förmigen Modell. Das V-Modell besteht aus zwei Hauptphasen: dem Entwurfsprozess und dem Verifikationsprozess. Die Entwurfsphase geht vom Systementwurf über den Entwurf von Einheiten bis hin zum Entwurf von Bauteilen. Sobald die Entwurfsphase abgeschlossen ist, werden Prototypen erstellt und die Verifizierungsphase beginnt, um die Produktqualität sicherzustellen.
Traditionell führt jede Verifizierungsrunde häufig zu einer Neukonzeption und zusätzlichen Prototypenerstellung, was sowohl die Entwicklungskosten als auch die Zeitspanne erhöht. Ein neuer Ansatz des V-Modells zielt jedoch darauf ab, diese Rückschläge zu mildern, indem digitale Modelle durch wiederholte Simulationen verbessert werden, wodurch der Bedarf an physischen Prototypen und umfangreichen Verifizierungen verringert wird. Ein Beispiel für diesen innovativen Ansatz ist das modellbasierte Design (MBD), das in der Entwicklungs- und Designbranche seit einigen Jahren ein heißes Thema ist.
Kann KI die Qualität des Designprozesses im Rahmen des V-Modells effektiv verbessern? Lassen Sie uns das Potenzial von KI bei verschiedenen Designaufgaben untersuchen.
System Design
KI kann Konstrukteure unterstützen, indem sie nach ähnlichen bestehenden Konstruktionen sucht, konzeptionelle Konstruktionsaufgaben automatisiert und Kostenschätzungen simuliert. Sie kann auch automatisch konzeptionelle Spezifikationsdokumente erstellen.
Konstruktion von Einheiten und Bauteilen
KI kann routinemäßige Designaufgaben automatisieren und gleichzeitig Unterstützung für nicht standardisierte Designprozesse bieten. Sie kann bei Simulationen und Analysen helfen, Designs durch generatives Design und Bio-Mimikry optimieren und nach ähnlichen Bauteilen suchen.
Auch wenn eine vollständige Integration von KI nicht sofort möglich ist, kann die effektive Nutzung digitaler Daten in Entwicklung und Design den Weg für eine breitere Einführung von KI in der Zukunft ebnen.
Weitere Verbesserungen mit AI
KI kann den Entwurfsprozess kundenspezifischer Maschinenbauteile durch Rationalisierung und Optimierung verschiedener Entwicklungsphasen erheblich verbessern. Ein bemerkenswerter Vorteil ist die Anwendung des generativen Designs, bei dem KI-Algorithmen automatisch mehrere Designalternativen auf der Grundlage vorgegebener Beschränkungen und Anforderungen erstellen. Auf diese Weise können Ingenieure ein breiteres Spektrum innovativer Lösungen erkunden, deren manuelle Entwicklung zu zeitaufwändig oder zu komplex wäre. KI kann diese Entwürfe nach Faktoren wie strukturelle Integrität, Materialverbrauch und Kosteneffizienz bewerten und so schnell die optimalsten Konfigurationen ermitteln. Darüber hinaus können KI-gestützte prädiktive Analysen potenzielle Konstruktionsfehler und Leistungsprobleme vorhersehen, indem sie reale Bedingungen simulieren und so Risiken in einem frühen Stadium des Entwicklungszyklus mindern und den Bedarf an umfangreichen physischen Prototypen verringern.
KI verbessert auch die Zusammenarbeit, indem sie sich nahtlos in verschiedene CAD-Software und Konstruktionsplattformen integrieren lässt und so den Datenaustausch und die Kommunikation zwischen verschiedenen Teams und Abteilungen in Echtzeit sicherstellt. Dieser vernetzte Ansatz unterstützt einen kohärenteren Arbeitsablauf, bei dem Erkenntnisse und Aktualisierungen allen Beteiligten sofort zur Verfügung stehen, und fördert so eine kollaborative Umgebung, die die Produktivität und Innovation steigert. Darüber hinaus können KI-gesteuerte Tools sowohl Routineaufgaben als auch sich wiederholende Aufgaben wie die Erstellung von Entwürfen und Dokumentationen automatisieren, so dass sich die Ingenieure auf höherwertige Tätigkeiten wie kreative Problemlösungen und strategische Entscheidungen konzentrieren können.
Durch die Nutzung der KI wird der Konstruktionsprozess nicht nur effizienter und kostengünstiger, sondern führt auch zu qualitativ hochwertigeren und innovativeren Produkten. Dieser technologische Fortschritt steht im Einklang mit den Grundsätzen der Industrie 4.0, bei der intelligente Technologien und datengesteuerte Erkenntnisse die nächste Welle der Fertigungsexzellenz vorantreiben. Letztlich ist die KI im Designprozess von kundenspezifischen Maschinenbauteilen ein Beispiel dafür, wie die digitale Transformation neue Potenziale freisetzen kann, die zu einer schnelleren Markteinführung, geringeren Produktionskosten und einer verbesserten Produktleistung führen.
Fazit
KI kann die Suche nach technischen Daten revolutionieren und bei der Bestimmung der optimalen Entwurfsparameter helfen. Mit KI-Unterstützung können sich Konstrukteure stärker auf hochwertige Aufgaben wie konzeptionelles und detailliertes Design konzentrieren.
MISUMI steht an der Spitze des KI-Wandels. Die vom MISUMI-Team entwickelte KI ist das Herzstück von meviy und ermöglicht es Designern und Einkäufern, sofortige Angebote für ihre maßgeschneiderten Bauteile zu erhalten.
