Anzeige
Anzeige
Beitrag drucken

Teil 5 der Serie ‚Autonome Systeme‘

Was der Vergleich von autonomen Systemen nutzt

Um autonome Systeme mit KI einschätzen zu können, müssen sie unabhängig von der Domäne verglichen werden. Teil 5 unserer Serie ‚Autonome Systeme‘ greift den Nutzen einer Gegenüberstellung auf und was es dazu braucht. Katharina Giese und Piet Lipke vom Fraunhofer IOSB-INA erläutern das am Beispiel autonomer Anlagenkomponenten in der Forschungsfabrik SmartFactoryOWL in Lemgo.

Bilder: ©Alexander Limbach/stock.adobe.com

Bilder: ©Alexander Limbach/stock.adobe.com

Die Arbeitsgemeinschaft ‚Autonome Systeme‘ der VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik hat zehn Grundsatzfragen zum Thema künstliche Intelligenz und autonome Systeme formuliert. Die fünfte handelt vom Sinn und Nutzen, autonome Systeme zu vergleichen.

Warum ist es wichtig, Autonome Systeme miteinander zu vergleichen?

Giese: Wenn wir den aktuellen Stand der Technik einschätzen wollen, müssen wir Systeme, die KI einsetzen und autonom sind, sprich selbstbestimmt ihren Lösungsweg suchen, unabhängig von der Domäne vergleichen können. Auf dieser Basis können dann z.B. Felder identifiziert werden, in denen die Forschung intensiviert oder auch übergreifend gebündelt werden kann.

Wie können autonome Systeme verglichen werden?

Lipke: Es braucht eine gemeinsame Bewertungsgrundlage, um autonome Systeme vergleichen zu können. Dafür gilt es, Eigenschaften autonomer Systeme zu gruppieren, vergleichbare Eigenschaften in physischen und digitalen Systemen zu finden und auch die Frage zu beantworten, ab wann ein System als autonom gelten soll. Dazu bedarf es eines gemeinsamen Verständnisses des Autonomiebegriffs. In der Automobilindustrie hat man sich bereits auf Metriken geeinigt, um den Grad der Autonomie – von hochautomatisiert bis tatsächlich autonom – zu beschreiben. Die dort beschriebenen Stufen richten sich nach der Notwendigkeit für den Menschen, speziell den Autofahrer, in das Geschehen einzugreifen oder das Auto vollständig zu steuern. Dem stehen Maschinen und Anlagen gegenüber, die nur noch zum Teil oder gar nicht mehr vom Menschen bedient werden. Sind diese schon autonom, wenn sie einem vorgeschriebenen Betriebsablauf folgen? Wenn laut Duden der Begriff Autonomie Selbstständigkeit und Unabhängigkeit bedeutet, dann umfasst das auch die Fähigkeit, auf unerwartete Ereignisse angemessen und nachvollziehbar zu reagieren, um ein vorbestimmtes Ziel zu erreichen.

Was sind erforderliche Eigenschaften autonomer Systeme?

Giese: Generalisiert man die Grundstrukturen autonomer Systeme, ergeben sich die Elemente:

  • • Zielerkennung – Technische Systeme werden für bestimmte Anwendungszwecke entworfen. Die erste Gemeinsamkeit ist das Ziel, zu dessen Erfüllung ein solches System beiträgt.
  • • Selbstständige Umfelderfassung -Autonome Systeme müssen ihre Umgebung und ihren Kontext wahrnehmen, um den Grad der Zielerfüllung einschätzen zu können. Diese Erfassung übernehmen etwa Sensoren.
  • • Selbstständig generierter Handlungsplan – Um ein gegebenes Ziel zu erreichen, muss ein System Einfluss auf die Umgebung nehmen können und zwar auf eine Weise, die der Zielerfüllung zweckdienlich ist. Ein vom autonomen System selbstständig generierter Handlungsplan bildet die nachvollziehbare Grundlage der Aktionen.
  • • Resilienz und Failsafe-Strategien -Diese Handlungspläne werden auf der Grundlage historischer und aktueller Daten unter anderem mit Methoden des maschinellen Lernens und der künstlichen Intelligenz generiert.

Für das Erreichen der Unabhängigkeit ist die Resilienz besonders wichtig. Denn nur so kann das System auf unvorhergesehene Ereignisse und Fehlerzustände angemessen reagieren. Die Strategien umfassen nicht nur die vom Entwickler vorgedachten potenziellen Probleme. Sie schließen auch die Fähigkeit ein, auf unerwartete Ereignisse sowie Ausfälle innerhalb des Systems zu reagieren, entsprechende Failsafe-Strategien zu entwickeln und umzusetzen, um die eigentliche Aufgabe angemessen weiter zu bearbeiten. @Interview_Frage:

Was bedeutet das für die Vergleichbarkeit?

Lipke: Um den Grad der Autonomie verschiedener Systeme einschätzen zu können, lässt sich der Umfang der Umsetzung der oben genannten Grundstrukturen autonomer Systeme betrachten. Dazu sind folgende Fragen zu beantworten:

  • • Reicht die Umgebungserfassung aus?
  • • Sind alle Elemente, die zur Zielerfüllung benötigt werden, in diesem System vorhanden oder müssen andere Systeme hinzugezogen werden?
  • • Wie würde dann kommuniziert?
  • • Wird der Handlungsplan wirklich selbstständig auf Basis der dem System zugänglichen Daten generiert? Wird von außen Einfluss genommen, werden Vorgaben gemacht?
  • • Kann das System auch auf komplexe Probleme ohne Weisungen von außen reagieren?
  • • Ab wann ist ein Eingreifen durch den Menschen notwendig, z.B. zur Wartung?

Wie kann die Autonomie eines Systems mit diesen Kriterien eingeschätzt und erhöht werden?

Giese: Als Beispielsystem nehmen wir hier ein wandlungsfähiges Produktionssystem aus der SmartFactoryOWL in Lemgo. Es handelt sich um mobile und modularisierte Betriebsmittel, die über ein Transfersystem verkettet sind. Das Ziel ist eine möglichst ressourceneffiziente Produktion von hoch individualisierten Produkten. Durch ein digitales Produktgedächtnis an den Werkstückträgern kann die Individualisierung ausgelesen werden. Gleichzeitig geben diese Tags Aufschluss über den Erfüllungsgrad des Ziels. Um den Grad der Autonomie zu erhöhen, kann z.B. an den Schnittstellen angesetzt werden. Wenn einzelne Transfermodule ihre Position eigenständig innerhalb des Produktionssystems erkennen, kann das System zunehmend selbstkonfigurierend agieren. Zusätzlich können durch die durchgängige Vernetzung aller am Ziel beteiligten Betriebsmittel die Wartezeiten an Arbeitsplätzen optimiert werden, wenn das Transfersystem die Bearbeitungsreihenfolge innerhalb gewisser Grenzen selbstständig wählen kann. Der Handlungsplan des Produktionssystems, etwa welche Betriebsmittel bei Produktwechsel wann und wo benötigt werden, kann mit Methoden des maschinellen Lernens optimiert werden. Um Ausfällen entgegenzuwirken und neue Betriebsmittel zur Laufzeit einzubinden, können die Betriebsmittel selbstfahrend gestaltet werden. So werden Konfigurationsänderungen durch Produktwechsel oder auch bei Ausfällen innerhalb des Produktionssystems ohne menschliche Eingriffe realisiert.

Katharina Giese,  Fraunhofer  IOSB-INA Autonome  Anlagenkomponenten (Bild: Mischa Gutknecht-Stöhr)

Katharina Giese, Fraunhofer IOSB-INA Autonome Anlagenkomponenten (Bild: Mischa Gutknecht-Stöhr)

Piet Lipke,  Fraunhofer  IOSB-INA Autonome  Anlagenkomponenten (Bild: Mischa Gutknecht-Stöhr)

Piet Lipke, Fraunhofer IOSB-INA Autonome Anlagenkomponenten (Bild: Mischa Gutknecht-Stöhr)


Das könnte Sie auch interessieren:

Welchen Einfluss haben meine Rüstzeiten, wieviel Ausschuss wird produziert und wie ist die Anlagenverfügbarkeit in der Produktion? Solche Kennzahlen helfen Unternehmen, den Überblick zu behalten und sorgen für Transparenz in der Produktion. Doch welche Kennzahlen gibt es und was zeichnet sie aus?‣ weiterlesen

Die Maschinenanbindung an ein Manufacturing Execution System (MES) sollte in Zeiten der Digitalisierung einfach fallen. Meist brauchen Fertiger heute aber mehr als einen IoT-Datensammler. Denn nur mit den richtigen Protokollen weiß das MES, was erfasste Daten bedeuten und kann diese in den Dienst höherer Transparenz und Effizienz stellen.‣ weiterlesen

Im Oktober vergangenen Jahres wurde das Projekt GAIA-X vorgestellt. Nun haben die Wirtschaftsminister aus Deutschland und Frankreich die nächsten Schritte präsentiert.‣ weiterlesen

Nach seinem Tiefststand im Vormonat, ist das IAB-Arbeitsmarktbarometer im Mai wieder leicht gestiegen.‣ weiterlesen

Die Feinplanungsspezialistin Dualis GmbH IT Solution will mit einer neuen Vertriebspartnerschaft ihre Position im SAP-Umfeld stärken. Cpro IoT Connect vertreibt und implementiert künftig die APS-Lösung Ganttplan als Platinum-Partner.‣ weiterlesen

Reisekostenmanagement mit SAP-Software ist weiterhin On-Premise möglich. Nach dem Druck der SAP-Anwendervereinigung DSAG hat SAP angekündigt, die Lösung Travel Management auf die Hana-Plattform zu migrieren. Damit können Firmen den Wechsel zum SaaS-System Concur noch einige Jahre hinauszögern. Funktionale Erweiterungen für Travel Management soll jedoch nicht geben.‣ weiterlesen

Der Werkzeughersteller Mapal überführt digitale und analoge Innovationen oft sehr früh in marktreife Produkte. Das neue Glockenwerkzeug ließe sich zum Beispiel ohne additive Fertigung gar nicht herstellen. Wie Entwicklungsarbeit mit stehts aktuellster Technik funktioniert, hat uns Dr. Dirk Sellmer erzählt, Vice President Research & Development bei Mapal. Wobei er sich für unsere Fragen zur IT-Ausgründung C-Com Giari Fiorucci dazugeholt hat.‣ weiterlesen

Die Deutsche Messe AG hat ihre Planziele im Jahr 2019 übertroffen. Aktuell wirkt sich jedoch die Corona-Krise auf das Messegeschehen aus. Diesbezüglich erarbeitet die Deustch Messe derzeit ein Sicherheits- und Hygienekonzept für zukünftige Veranstaltungen.‣ weiterlesen

Andreas Riepen übernimmt die Position des Regional Vice President Sales für die DACH-Region beim IT-Unternehmen Riverbed.‣ weiterlesen

Anzeige
Anzeige
Anzeige