Fokus | 28. Februar 2020
Wie Künstliche Intelligenz die Welt verändert
Autonome Systeme erreichen eine neue Stufe
Mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) wandeln sich technische Lösungen und Prozesse in nie gesehener Weise. Die KI ist das Werkzeug, mit der die Autonomie von Systemen ein neues Niveau erreichen kann. ABB setzt schon heute auf Systeme, die KI nutzen, und kooperiert bei ihrer Weiterent
Einfühlsame Roboter, sprechende Spiegel oder automatisch übersetzende Kopfhörer – die KI dringt in elektronische Geräte vor. Algorithmen werden für unser vernetztes Leben immer wichtiger. Sprachassistenten unterstützen uns bei alltäglichen und aussergewöhnlichen Dingen.
Die Gewinner des Vormarschs der KI bei den Endverbrauchern sind bislang die US-Konzerne, Amazon, Apple und Alphabet. Auch Unternehmen aus China mischen tüchtig mit. Doch im Business-to-Business-Geschäft und in der Industrie ist Europa in einer sehr guten Ausgangsposition.
Hier besteht das notwendige Domain-Know-how mit dem tiefen Wissen um die physischen industriellen Anwendungen. Denn Betreiber von Produktionsanlagen stellen andere Anforderungen an neue digitale Lösungen als der Endkunde, insbesondere in Bezug auf Zuverlässigkeit und Sicherheit. Und im industriellen Umfeld haben wir es mit einer grossen Anzahl unterschiedlichster Maschinen und technischen Systemen zu tun, die sich deterministisch verhalten und deren Vorgänge physikalischen Gesetzmässigkeiten folgen.
Gute Ausgangslage in der Schweiz
Die Schweiz sieht sich in Sachen KI generell in einer guten Ausgangslage – wie ein vom Bundesrat in Auftrag gegebener, interdepartementaler Bericht zeigt, der im Dezember 2019 veröffentlicht wurde. Ganze 17 Themenbereiche wurden in ihm analysiert. Aus Sicht des Bundes sind die wichtigsten Herausforderungen für die Anwendung von KI in den Industrie- und Dienstleistungssektoren durch die Wirtschaft selbst zu bewältigen.
Die industrielle Anwendung von KI braucht spezielle Algorithmen sowie eine gute, oft aufwendige Datenaufbereitung, um die geforderte Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Dabei geht die Entwicklung rasant voran. «Die Anwendung der heute genutzten Algorithmen im Consumer-Bereich ist gerade deshalb so vielversprechend, da erstmals genügend validierte Daten hoher Qualität zur Verfügung stehen. Die Fragen für industrielle Anwendungen sind demnach: Wie erreichen wir eine ähnliche Datenvielfalt und -qualität unter Berücksichtigung von Vertraulichkeit und Schutz geistigen Eigentums, und welche Algorithmen sind in der Lage auch mit weniger Vielfalt ähnlich gute Schlussfolgerungen zu treffen. Nur dann werden wir KI in der breiten Anwendung sehen», sagt Kim Listmann, Leiter des Future Labs im Schweizer ABB-Konzernforschungszentrum in Baden-Dättwil.
ABB strebt «industrielle KI» an – im Bereich autonomer industrieller Anlagen, die eine grössere Vielfalt von auftretenden Situationen behandeln können. Maschinen mit KI besitzen Fähigkeiten, die menschlicher Intelligenz ähnlich sind. Trotz dieser spannenden Vorstellung
«Es wird aber nicht möglich sein, menschliche Intelligenz komplett zu ersetzen.»
schränkt Listmann ein: «KI ist ein Methodenbaukasten, sie stellt ein technisches Werkzeug dar, um die steigende Komplexität, mit der sich der Mensch in der Erledigung seiner industriellen Aufgaben konfrontiert sieht, für den Menschen beherrschbar zu machen. Es ist überhaupt nicht das Ziel, den Menschen vollständig zu ersetzen.»
Menschliches Potenzial erweitern
Für den Übergang zu autonomen Systemen ist es wichtig, eine Struktur festzulegen. In Anlehnung an die Definition aus der Automobilindustrie sollen in Zukunft sechs Autonomiestufen von 0 bis 5 betrachtet werden. Die Autonomiestufe 0 beschreibt beispielsweise den Betrieb einer industriellen Produktion ohne Autonomie, bei der der Mensch die volle Kontrolle und Verantwortung hat, wobei eine umfangreiche einfache Automatisierung vorhanden sein kann. In Stufe 5 läuft die Produktion vollständig autonom; die gesamte Entscheidungsfindung und Ausführung übernimmt das System. Die Stufen 1 bis 4 beschreiben die Abstufungen dazwischen.
«Es ist absehbar, dass autonome Systeme und industrielle KI die Arbeit revolutionieren werden», sagt Mehmet Mercangöz, Technology Area Owner AI and Advanced Analytics im Future Lab in Baden-Dättwil. «Aber sie werden dies nicht tun, indem sie Menschen ersetzen, sondern indem sie die menschlichen Fähigkeiten verstärken und unser Potenzial erweitern.» In der Fabrik der Zukunft werden autonome Systeme die Betreiber dabei unterstützen, rechtzeitig bessere Entscheidungen zu treffen. Dadurch wird das Fachpersonal von alltäglichen, sich wiederholenden Aufgaben befreit und kann sich auf höherwertige Tätigkeiten konzentrieren. Zudem wird die Betriebsführung von Anlagen und Fabriken sicherer und Prozesse können optimiert werden. «In naher Zukunft werden Menschen und autonome Systeme zusammenarbeiten, wobei der Mensch die endgültige Entscheidung trifft. Das entspricht den Autonomiestufen 1 bis 3», sagt Mercangöz.
Insbesondere im industriellen Umfeld bieten sich noch grosse Chancen für Europa.
Mit der Technologie wandelt sich auch ihr Entwicklungsprozess. Die Kunden wollen immer schneller erste Lösungen sehen; die Entwicklung wird daher immer agiler. Dem wird ABB gerecht, indem das Unternehmen stark auf Co-Creation setzt, also schon ganz früh im Prozess mit Kunden zusammenarbeitet, um Lösungen zu entwickeln. Zudem hat ABB ein Programm für Startups, die ihre KI-Lösungen in der Industrie testen und vermarkten wollen, initiiert. Projektleiter Philipp Vorst, gleichzeitig Abteilungsleiter im ABB-Forschungszentrum im deutschen Ladenburg, erläutert diesen Start-up-Accelerator: «In unserem Programm haben von Januar bis Mai 2019 sieben ABB-Einheiten mit je einem ausgewählten Start-up an spezifischen KI-Anwendungsfällen zusammengearbeitet.»
Co-Creation und Start-up-Accelerator
Für das Programm mussten die ABB-Einheiten aus mehr als 100 Start-up-Kandidaten wählen. Start-ups bringen generell eine sehr dynamische Kultur mit und profitieren selbst von der Erfahrung im ABB-Konzern. Projekte der Startups waren beispielsweise die Anwendung von Bildverarbeitung für das maschinelle Lernen von Roboterbewegungen oder die automatisierte Auswertung von Sensordaten für Entscheidungen in der Produktion. Die Ergebnisse des Accelerators wurden im Mai 2019 in Berlin vorgestellt. Den Preis der Expertenjury gewann das schwedische Start-up Greenlytics mit einer Software, die die Produktion von Strom aus erneuerbarer Energie mit hoher Genauigkeit prognostiziert und die in die ABB-Software OPTIMAX integriert werden kann.
Ein Beispiel für den praktischen Einsatz von KI ist die vorausschauende Wartung von Windparks. Als grösster Anbieter von elektrischen Komponenten, Systemen und Dienstleistungen für die Windkraftindustrie verfügt ABB über jahrzehntelange Erfahrung und hat mehr Ausrüstung in Windparks installiert als jeder andere Anbieter. Mit ABB Ability Remote Support Services für Windparkbetreiber bietet ABB jetzt
eine digitale Technologie an, die die Verfügbarkeit der Turbine erhöht und die Betriebsund Wartungskosten sowie die Kosten für die Energieerzeugung senkt. Die Digitalisierung ermöglicht die Erfassung von Daten aus der Steuerung des Umrichters, abgetastet im Millisekundentakt, und von Sensoren, die am Generator sowie am Transformator montiert sind.
Die Daten werden über das Internet an eine
Die Analyse der erfassten Daten mittels KI bildet die Grundlage für Remote Support und vorausschauende Wartung.
sichere Cloud-Plattform übertragen, wo sie mithilfe intelligenter Algorithmen und Analytik in Echtzeit gespeichert und verarbeitet werden. Im Fokus steht der elektrische Antriebsstrang. Die wichtigsten Leistungsindikatoren werden kontinuierlich überwacht, sodass der Windparkbetreiber den Überblick über Generator, Umrichter und Transformator behält. Die Analyse der erfassten Daten mittels KI bildet die Grundlage für Remote Support und vorausschauende Wartung – die Kombination von Cloud-Computing, Machine Learning und ABB-Know-how ermöglicht gezielte Instandhaltungsmassnahmen, bevor Probleme auftreten können.
Kombination angestrebt
Die weitere Entwicklung von autonomen Systemen und KI ist Teil der Zukunftsvision von ABB: In der autonomen Fabrik der Zukunft werden die Menschen Seite an Seite mit kollaborativen Robotern arbeiten. Die Kombination aus autonomen Systemen, industrieller KI und kollaborativen Robotern wie dem YuMi wird es den Kunden von ABB ermöglichen, eine breitere Palette spezifischer Produkte herzustellen. Und sie werden dies effizienter, wirtschaftlicher und vor allem umweltverträglicher tun, indem sie wertvolle Ressourcen nutzen, ohne die Welt zu verbrauchen.
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