Kognitive Produktion

Was ist kognitive Produktion?

Von außen einwirkende Reize kann der Mensch dank seiner kognitiven Fähigkeiten aufnehmen, verarbeiten und in Wissen oder eine ganz konkrete Handlung überführen. Heutige Produktionssysteme sind jedoch noch weit entfernt von menschlicher Intelligenz und Anpassungsfähigkeit. Um deutlich agiler und produktiver zu werden, sollte sich die industrielle Fertigung also den Menschen zum Vorbild nehmen. Unser Forschungsziel lautet, technische Systeme in die Lage zu versetzen, digitale Informationen aus Sensordaten und Netzwerken aufzunehmen, Schlussfolgerungen abzuleiten und Handlungen selbständig auszuführen.  Kognitive Produktion umfasst verschiedene Aspekte, darunter:

  1. Datenerfassung und -analyse: Die kognitive Produktion nutzt Sensoren und Datenverarbeitungstechnologien, um Echtzeitdaten aus der Produktion zu erfassen. Diese Daten werden analysiert, um Erkenntnisse über den Zustand der Produktionsanlagen, den Fortschritt der Produktion und mögliche Probleme zu gewinnen.
  2. Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen: Durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen können Produktionsprozesse automatisiert, optimiert und selbstlernend gestaltet werden. Intelligente Algorithmen können Muster erkennen, Vorhersagen treffen und Entscheidungen treffen, um die Produktionseffizienz zu steigern.
  3. Wandlungsfähigkeit und Flexibilität: Die kognitive Produktion zielt darauf ab, Produktionsprozesse flexibler und anpassungsfähiger zu gestalten. Durch den Einsatz von intelligenten Systemen können Produktionsanlagen schnell auf Änderungen reagieren, neue Produkte einführen und sich den dynamischen Anforderungen des Marktes anpassen.
  4. Mensch-Maschine-Kollaboration: In der kognitiven Produktion arbeiten Mensch und Maschine eng zusammen. Intelligente Systeme unterstützen die Mitarbeiter bei ihren Aufgaben, indem sie ihnen relevante Informationen bereitstellen, Entscheidungen vorschlagen und repetitive oder gefährliche Aufgaben übernehmen. Die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine zielt darauf ab, die Produktivität zu steigern und die Arbeitsbedingungen zu verbessern.

Insgesamt zielt die kognitive Produktion darauf ab, die Effizienz, Qualität, Flexibilität und Nachhaltigkeit der Produktion zu verbessern.

 

Welchen Themenbereichen widmet sich das Fraunhofer IWU auf dem Weg zur kognitiven Produktion?

Die Forschungsaktivitäten des Fraunhofer IWU im Bereich der kognitiven Produktion gliedern sich in vier zentrale Bereiche:

  • Informationssysteme: sind in der kognitiven Produktion Systeme, die Informationen erfassen, verarbeiten und bereitstellen, um die Produktionsprozesse zu optimieren. Sie nutzen Technologien wie künstliche Intelligenz, maschinelles Lernen und Datenanalyse, um Entscheidungen zu unterstützen und die Effizienz und Qualität der Produktion zu verbessern. Diese Systeme können beispielsweise bei der Planung, Steuerung und Überwachung von Produktionsabläufen eingesetzt werden. Dabei spielt die Einbindung  des Menschen eine zentrale Rolle, beispielsweise durch die Informationsübermittelung mittels Augmented Reality und Wissensmodellen.  
  • Technische Kybernetik: wendet Regelungs- und Steuerungssystemen an, um komplexe Produktionsprozesse zu überwachen und zu optimieren. Die technische Kybernetik nutzt Feedback-Mechanismen, um Informationen über den Zustand des Produktionsprozesses zu sammeln und diese Informationen zur Anpassung der Steuerungselemente zu verwenden.
  • Informationsmanagement: bezieht sich auf den effektiven Umgang mit Informationen im Produktionskontext. Es umfasst die Erfassung, Verarbeitung, Speicherung und Bereitstellung von Informationen, um die Entscheidungsfindung und die Optimierung der Produktion zu unterstützen. Das Informationsmanagement in der kognitiven Produktion beinhaltet die Verwendung von Informationssystemen, Datenanalyse, künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen, um wichtige Erkenntnisse aus den verfügbaren Daten zu gewinnen. Dabei spielt die Einbindung  des Menschen eine zentrale Rolle, beispielsweise durch die Informationsübermittelung mittels Augmented Reality und Wissensmodellen.
  • Wandlungsfähige Produktionssysteme: sind Systeme, die in der Lage sind, sich flexibel an veränderte Anforderungen und Bedingungen anzupassen. Sie zeichnen sich durch hohe Variabilität, Anpassungsfähigkeit und Reaktionsfähigkeit aus.

Das Fraunhofer IWU hat zudem das Forschungszentrum »CPS - Cognitive Production Systems« in Dresden etabliert, das die Kompetenzen in Maschinenbau, Produktionstechnik, Mikroelektronik und Informatik zusammenführt. Ziel ist es, mit niederschwelligen Angeboten kleinen und mittleren Unternehmen beim Sprung auf den Stand der digitalen Champions zu schaffen – nicht zuletzt, damit beispielsweise der Datenaustausch zwischen Zulieferer und Auftraggeber möglichst durchgängig und automatisiert funktioniert. Viele Prozesse und Prozessketten machen längst nicht mehr an der Unternehmensgrenze halt. 

Aktuelles

Publikation

Studie zur Matrixproduktion Fraunhofer IWU und Fraunhofer IPA

Aktuelle Beiträge auf unserem Forschungsblog

Blog #zukunftsfabrik

Hier gibt es einen direkten Einblick in das Tagesgeschäft unserer Forschenden.

Die Kognitive Produktion gestalten

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Unsere Tätigkeitsschwerpunkte im Bereich kognitive Produktion

© Fraunhofer IWU

Informationen erfassen und verarbeiten mit Informationssytsemen

Für die Entwicklung der kognitiven Produktion sind Systeme, die Informationen erfassen, verarbeiten und bereitstellen, um die Produktionsprozesse zu optimieren, entscheiden.

Neben Technologien wie der künstliche Intelligenz, maschinellem Lernen und Datenanalysen ist auch die Harmonisierung zwischen Mensch und Maschine ein zentrales Element, um die Effizienz und Qualität der Produktion zu verbessern.

Dazu forschen wir an einer durchgängigen Inline-Bauteilverfolgung, mit welcher wir eine 100-Prozent Bauteilüberwachung umsetzen können. 

© Fraunhofer IWU / ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH

Technische Kybernetik

Um komplexe Produktionssysteme zu überwachen, untersuchen wir den Einsatz verschiedener Regelungs- und Steuerungssystemen, welche über Feedback-Mechanismen Informationen zur Anpassung der Steuerungselemente liefern.

Hierbei liegen unsere Forschungsschwerpunkte auf der Erstellung und Optimierung von virtuellen Zwillingen und deren Einsatz bei der virtuellen Inbetriebnahme von realen Maschinen. Ebenso erforschen und optimieren wir die Komponenten, welche zur flexiblen Maschinenanbindung notwendig sind.

Darüber hinaus bieten wir KMUs eine Industrie-4.0-Testumgebung, in welcher die Verschmelzung von virtuellen und realen Produktionswelten in enger Zusammenarbeit mit unsere Forschenden untersucht und verbessert werden können.

© Fraunhofer IWU

Informationsmanagement

Um den effektiven Umgang mit Informationen im Produktionskontext zu erleichtern, forschen wir sowohl an unternehmensübergreifenden Lösungen für den Austausch und die Verarbeitung von Daten als auch an ganz konkreten Formaten für das Informations- und Wissensmanagement in einzelnen Betrieben. Da bei setzen wir auf kontextbezogene, nutzerspezifische Visualisierung und Interaktion entsprechend der Rolle der Mitarbeitenden.  Unterstützt wird dies durch Darstellung auf Tablets und AR-Brillen mit dem Ziel, Hilfestellungen bei manuellen Aktivitäten zu leisten und Entscheidungsfindungen transparenter zu gestalten. Hierzu nutzen wir Maschinendaten und binden passende Anleitungen ein. Dies beinhaltet ebenfalls Remote Support mittels AR. Zusätzlich ermöglicht die Nutzung der AR eine durchgehende Dokumentation und verbessert das Qualitätsmanagement. 

Für den ganzheitlichen Blick auf das Informationsmanagement untersuchen unsere Forschenden den Aufbau und die Etablierung vernetzer Datenräume für adaptive Prozessketten. 

Um Informationen in flexibler werden Produktionssystemen auch für die Mitarbeitenden von Unternehmen handhabbar zu gestalten, untersuchen wir, wie sich Mitarbeitende konkret in die Matrixproduktion einbinden lassen und welcher Qualifizierungsmaßnahmen es dazu bedarf. 

Dabei setzen wir auf kontextbezogene, nutzerspezifische Visualisierung und Interaktion entsprechend der Rolle der Mitarbeitenden.  Unterstützt wird dies durch Darstellung auf Tablets und AR-Brillen mit dem Ziel, Hilfestellungen bei manuellen Aktivitäten zu leisten und Entscheidungsfindungen transparenter zu gestalten.

Hierzu nutzen wir Maschinendaten und binden passende Anleitungen ein. Dies beinhaltet ebenfalls Remote Support mittels AR. Zusätzlich ermöglicht die Nutzung der AR eine durchgehende Dokumentation und verbessert das Qualitätsmanagement. 

© Fraunhofer IWU / Valerie Frenzel

Wandlungsfähige Produktionssysteme

Wandlungsfähige Produktionssysteme sind eine Grundlage dafür, dass die Resilienz unserer Wirtschaft gestärkt werden kann. Hier unterstützen wir einerseits mit Forschung im Bereich der Matrixproduktion als auch der Entwicklung einer innovativen Produktionsarchitektur (SWAP-IT), die eine Modularisierung der gesamten Produktion erlaubt. In einer neu entwickelten Produktionssprache werden so Aufträge formuliert, die dann durch Maschinen oder Roboter autonom bearbeitet werden. Hersteller sind dadurch in der Lage, die Abläufe in der Fabrikhalle flexibel an ihre Zielvorgaben anzupassen.

Ein Beispiel für solche autonomen Tätigkeiten stellt der »Robot Operator« dar, welcher zur autonomen Steuerung von Werkzeugmaschinen eingesetzt werden kann.