Industrie 4.0: Die Transformation der Produktion

Die moderne Gesellschaft durchläuft einen bedeutenden Wandel in der Produktion von Gütern, bekannt als Industrie 4.0 (I4.0). Dieser Wandel wird durch die Digitalisierung der Gesellschaft und der Fertigung sowie die Integration neuer, moderner, intelligenter und disruptiver Technologien vorangetrieben.

Unter Industrie 4.0 versteht man die intelligente Vernetzung von Maschinen und Prozessen mithilfe neuer Informations- und Kommunikationstechnologien wie dem Internet der Dinge (IoT), Cloud Computing, Fog Computing und Künstlicher Intelligenz (KI). Diese Technologien haben die Geschwindigkeit und Breite des Wissens in der modernen Wirtschaft und Gesellschaft erhöht.

Von der ersten industriellen Revolution, die durch die Mechanisierung durch Wasser- und Dampfkraft gekennzeichnet war, über die Massenproduktion und Montagelinien der zweiten industriellen Revolution mit Elektrizität bis hin zur Einführung von Computern und Automatisierung in der dritten industriellen Revolution baut Industrie 4.0 auf diesen Fortschritten auf. Es erweitert sie um intelligente und autonome Systeme, die in IoT-Umgebungen arbeiten und digitale Daten nutzen, die durch maschinelle Lerntechnologie analysiert werden.

Die Kombination aus Cyber-Physical Systems (CPS), IoT, KI und maschinellem Lernen macht Industrie 4.0 möglich und lässt das Konzept der Smart Factory Wirklichkeit werden. Intelligente Maschinen mit Zugriff auf mehr Daten ermöglichen es Fabriken, weniger Verschwendung und gleichzeitig effizienter und produktiver zu werden. Die wahre Stärke von Industrie 4.0 liegt in der digitalen Verbindung zwischen Netzwerk-CPS, der Erstellung und dem Austausch von Informationen.

CPS sind Systeme, die Komponenten aus dem Cyber- und dem physischen Bereich integrieren. Sie überwachen und steuern physikalische Prozesse über ein Netzwerk aus Aktoren und Sensoren und können auf verschiedenen Skalen implementiert werden. CPS bilden die Basis intelligenter Maschinen in der Industrie 4.0 und nutzen moderne Steuerungssysteme und IoT-Umgebungen.

Intelligente Cyber-Physische Systeme (SCPS) sind die nächste Generation von Computeranwendungen, die Kommunikation, Berechnung, Prozesssteuerung und KI-Technologien auf transparente und neuartige Weise integrieren. SCPS zeigen ein äußerst kooperatives Verhalten, Selbstbewusstsein, Selbstanpassung und Selbstoptimierung. Es handelt sich um komplexe Systeme, die verschiedene KI-Techniken und -Technologien innerhalb der IoT-Einschränkungen ermöglichen.

SCPS haben sich über die traditionellen CPS-Definitionen hinaus entwickelt und sind in der Lage, Bewusstsein zu entwickeln, zu argumentieren und sich an ihre Umgebung anzupassen. Sie integrieren Hardware-, Software-, KI- und Cyberware-Technologien in einem höheren Maße als jedes andere System zuvor. KI bietet SCPS Kognition und ermöglicht es ihnen, komplexe Interaktionen und Verhaltensweisen zu modellieren, darzustellen und zu erlernen.

Die Implementierung künstlicher neuronaler Netze, insbesondere des Multilayer Perceptron Artificial Neural Network (MLPANN), in SCPS ermöglicht eine intelligente und autonome Entscheidungsfindung. MLPANN wurde aufgrund seiner einfachen und leicht zu implementierenden Architektur ausgewählt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Industrie 4.0 die Produktion von Gütern durch die Integration neuer Technologien revolutioniert. CPS und SCPS stehen an der Spitze dieser Transformation und ermöglichen die Entwicklung intelligenter Maschinen und Systeme. Die Implementierung von KI und neuronalen Netzen in SCPS erweitert deren Fähigkeiten und ebnet den Weg für intelligente und autonome Entscheidungsfindung.