Worin bestehen die Unterschiede zwischen Algorithmen, Automatisierung und künstlicher Intelligenz?

Häufige Missverständnisse in der Fertigung: “Unsere neue Fertigungslinie nutzt künstliche Intelligenz, doch es scheint, als würde sie lediglich Automatisierungsregeln befolgen. Handelt es sich hierbei um ein Beispiel für Automatisierung oder für künstliche Intelligenz? Und welche Rolle spielen Algorithmen dabei?” – Produktionsleiter nach der Einführung einer neuen automatisierten Fertigungslinie.

In der Industrie werden die Begriffe “Automatisierung” und “künstliche Intelligenz” (KI) manchmal in derselben Weise verwendet wie “Algorithmus” (in der Fertigung). Sie beziehen sich jedoch auf völlig unterschiedliche Konzepte. Wenn Sie Produktionsanlagen bewerten möchten – sei es eine Software, ein Algorithmus oder deren Umsetzung im Laufe der Zeit –, ist es unerlässlich, die Unterschiede zu verstehen. Dieser Leitfaden erklärt die drei Begriffe in leicht verständlicher Sprache, liefert Beispiele aus realen Fabriken, in denen diese Technologien in den Fertigungsprozessen eingesetzt wurden, und hilft Ihnen dabei, die für Ihren Fall geeignete Technologie zu ermitteln.

Dieser Leitfaden behandelt:

• Was ist ein Algorithmus? (Definition und Beispiel)
• Was ist Automatisierung? (Feststehend, programmierbar, flexibel, integriert)
• Was ist künstliche Intelligenz? (Wie sie sich von Automatisierung unterscheidet)
• Direkter Vergleich: Algorithmus vs. Automatisierung vs. KI
• Wie die drei Technologien in modernen Fertigungslinien zusammenwirken
• Häufig gestellte Fragen zu Algorithmen, Automatisierung und KI

1. Was ist ein Algorithmus? (Das Rezept)

Ein Algorithmus besteht aus einer geordneten Abfolge von Schritten zur Erreichung eines Ziels, bei dem es sich um die Lösung eines Problems oder um eine Methode zur Bewältigung einer Aufgabe handeln kann. Er lässt sich mit einem Rezept vergleichen, da man das Ergebnis reproduzieren kann, indem man das Rezept auf dieselbe Weise befolgt. Daher ist ein Algorithmus nicht dynamisch; seine Ausführung erfolgt statisch auf der Grundlage einer vordefinierten Logik.

Beispiel aus der Fertigung: Das Temperaturregelungsprogramm des thermischen Kalibrierungsprüfstands bezieht seine aktuellen Temperaturmesswerte von einem Sensor. Wird festgestellt, dass die Temperatur nicht optimal ist, wird die Heizung für eine vorgegebene Zeitdauer eingeschaltet. Das Programm führt denselben Befehlssatz kontinuierlich in regelmäßigen Intervallen von einer Sekunde aus.

Hauptmerkmal: Deterministisch – bei gleicher Eingabe liefert es immer dieselbe Ausgabe.

2. Was ist Automatisierung? (Der Ausführende)

Automatisierung Unter Automatisierung versteht man den Einsatz von Computersoftware, Maschinen oder Steuerungssystemen zur Ausführung einer Tätigkeit mit nur geringem Eingriff durch einen menschlichen Bediener. Im Gegensatz zur künstlichen Intelligenz trifft die Automatisierung keine Entscheidungen außerhalb der durch festgelegte Algorithmen vorgegebenen Parameter – die Automatisierung von Produktions- und Arbeitsabläufen beinhaltet in der Regel die wiederholte Ausführung derselben Aufgabe mit hoher Geschwindigkeit und großer Genauigkeit.

Die vier gängigen Arten der industriellen Automatisierung sind:

• Feste (harte) Automatisierung: Ein Fertigungssystem mit einem Endprodukt (Beispiel: Fertigungslinie für elektrische Leistungsschalter mit einem einzigen Leistungsschalter). Die Umstellung von einem Endprodukt auf ein anderes ist kostspielig und zeitaufwendig.
• Programmierbare Automatisierung: Kann so konfiguriert werden, dass verschiedene Produkte chargenweise hergestellt werden können (Beispiel: Eine Vorrichtung, die durch Ändern des Produktionsrezepts zwischen der Herstellung von 1-poligen und 4-poligen MCBs umgeschaltet werden kann).
• Flexible (weiche) Automatisierung: Durch die schnelle Umstellung von einem Produkt auf das nächste eignet sich die Anlage für die gleichzeitige Herstellung vieler verschiedener Arten von Produkten (wie beispielsweise eine Produktionslinie für intelligente IoT-Leistungsschalter, auf der mehrere Smart-Leistungsschalter hergestellt werden).
• Integrierte Automatisierung: Eine zentrale Steuerung (MES) sorgt für die vollständige Synchronisierung der gesamten Fertigungslinie und verbindet alle “Montage”-Arbeitsschritte sowie die Prüf-, Schweiß- und Verpackungsstationen miteinander.

Beispiel aus der Fertigung: Bei einem vollständig automatisierten Prüfverfahren für Leistungsschalter wird das 1,45-fache des Nennstroms angelegt, um festzustellen, welche Schalter aufgrund eines Fehlers aussortiert werden müssen. Dieser gesamte Prozess läuft ohne jegliches Eingreifen eines Bedieners ab. Das Verfahren verfügt zwar über einen Algorithmus, der jeden Leistungsschalter aussortiert, dessen Auslösezeit mehr als 60 Sekunden beträgt, ist jedoch nicht in der Lage, zu lernen oder sich anzupassen.

Hauptmerkmal: Regelbasiert, repetitiv, kein Lernprozess.

3. Was ist künstliche Intelligenz? (Der Lernende)

Künstliche Intelligenz (KI) Künstliche Intelligenz (KI) bezeichnet Maschinen, die Aufgaben ausführen, die menschliche Intelligenz erfordern, wie beispielsweise das Erkennen von Mustern, das Erstellen von Prognosen oder das Optimieren von Entscheidungen. Sie können ihre Fähigkeiten jedoch auch durch erfahrungsbasiertes Lernen anhand von Datensätzen verbessern und sich an Situationen anpassen, ohne für jede Aufgabe explizit angeleitet oder programmiert werden zu müssen.

Maschinelles Lernen (ML) ist die beliebteste Form der KI, die von Herstellern in der heutigen Industrie eingesetzt wird. Beim maschinellen Lernen wird eine Reihe von Algorithmen entwickelt, um auf der Grundlage historischer Daten Vorhersagen über zukünftige Ereignisse zu treffen (z. B. die Vorhersage künftiger Maschinenausfälle, die Klassifizierung von Schweißfehlern anhand von Bildaufnahmen usw.).

Beispiel aus der Fertigung: Der Einsatz von KI zur Prüfung von MCB-Gehäusen auf Risse. Dies wird durch die Entwicklung eines Inspektionssystems erreicht, das eine visuelle Inspektionstechnologie nutzt und anhand zahlreicher Fotos von sowohl einwandfreien als auch fehlerhaften Teilen ein KI-System trainiert, subtilere Fehler zu erkennen, als dies mit herkömmlichen regelbasierten Systemen möglich wäre (zum Beispiel: “Jeder Pixelwert über 200 ist ein Fehler”). Die KI wird ihre Fähigkeit zur Erkennung dieser Art von Fehlern durch kontinuierliche Aktualisierungen der Bilddatenbank weiter verbessern.

Hauptmerkmal: Datengestützt, anpassungsfähig, kann mit Schwankungen umgehen.

4. Vergleich: Algorithmus vs. Automatisierung vs. KI

5. Wie Algorithmen, Automatisierung und KI zusammenwirken

In einer modernen Fabrik werden diese drei Technologien häufig in mehreren Ebenen eingesetzt:

• Algorithmen bilden die unterste Ebene – die spezifischen Regeln, die einen Motor, eine Heizung oder eine Testsequenz steuern.
• Automatisierung Nutzt seine Algorithmen, um Aufgaben auszuführen, ohne dass menschliche Eingaben oder der Einsatz von Software erforderlich sind (Gegenstände bewegen, Vorgänge ausführen und überprüfen)
• KI Auf der obersten Ebene des Systems werden Daten aus den automatisierten Prozessen analysiert, um Entscheidungen auf höherer Ebene zu unterstützen (z. B. die Vorhersage von Wartungsplänen, die Optimierung von Produktionsplänen oder die Anpassung von Prüfgrenzen auf der Grundlage früherer Ausbeuten).

Beispiel: Ein KI-System kann Tausende von Auslösezeit-Datensätzen analysieren und vorhersagen, wann die Kalibrierstation gewartet werden muss, oder die Kriterien für „bestanden“ und „nicht bestanden“ automatisch an die Schwankungen der Umgebungstemperatur anpassen – was mit einem festen Algorithmus nicht möglich ist. Eine automatisierte MCB-Prüfstraße umfasst Algorithmen, um den zu prüfenden MCB mit dem 1,45-fachen Nennstrom zu beaufschlagen und die Auslösezeit (die Zeit, die bis zum Auslösen benötigt wird) zu messen.

6. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Was ist der Unterschied zwischen Automatisierung und künstlicher Intelligenz?

Bei der Automatisierung wird eine Aufgabe nach vorgegebenen und festgelegten Regeln ohne menschliches Zutun ausgeführt. In Automatisierungsprozessen findet kein Lern- oder Anpassungsprozess statt. KI verarbeitet Daten, um Muster zu erkennen, Ergebnisse vorherzusagen und Entscheidungen in Bezug auf zukünftige Handlungen zu optimieren. KI kann sich an Veränderungen anpassen und sich im Laufe der Zeit weiterentwickeln. Ein Fertigungsroboter schweißt stets an derselben Stelle, während eine KI mithilfe von Bildverarbeitungs- und Bildverarbeitungstechnologie an Teilen, die vom Band laufen, feststellen kann, dass ein neuer Riss aufgetreten ist.

Welche drei Berufe werden nicht durch KI ersetzt werden?

Obwohl KI viele Aufgaben bewältigen kann, ist sie nicht in der Lage, Aufgaben aus einer der folgenden drei Kategorien zu übernehmen, die hauptsächlich von Menschen ausgeführt werden: Handwerkliche Berufe (Elektriker, Schweißer, Maschinenbauer), die körperliche Fertigkeiten und Problemlösungskompetenz während der Arbeit erfordern; Kreative Tätigkeiten (Ingenieure, die Produkte entwickeln), die originelles Denken erfordern; und den Umgang mit Menschen (Vertriebsmitarbeiter, Führungskräfte, Kundendienst), der einfühlsames Verhalten und Verhandlungsgeschick erfordert. KI unterstützt bei der Ausführung dieser Aufgaben, ersetzt sie jedoch nicht.

Was ist der Unterschied zwischen einem Algorithmus und künstlicher Intelligenz?

Ein Algorithmus ist eine festgelegte Methode zur Ausführung einer Aufgabe (wenn X eintritt, dann Y tun). Während man bei der herkömmlichen Art, einen Algorithmus zu schreiben, dem Computer mitteilt, was mit den Daten geschehen soll, nutzt maschinelles Lernen die Daten, um einen Algorithmus zu erstellen, der aus früheren Erfahrungen ‘lernen’ kann. Ein herkömmlicher Sortieralgorithmus verwendet beispielsweise eine Abfolge von Operationen, die die Zahlen nach ihren numerischen Werten sortiert (d. h. von 1 bis 10). Ein Beispiel dafür, wie ein KI-System (künstliche Intelligenz) lernt, fehlerhafte Artikel zu identifizieren, ist, dass ihm viele Beispiele für Fehler gezeigt werden, bis es einen Algorithmus entwickeln kann, um dies zu bewerkstelligen, ohne von einem Menschen speziell programmiert worden zu sein.

Welche vier Arten der Automatisierung gibt es?

In der Fertigungsindustrie kommen vier verschiedene Arten der Automatisierung zum Einsatz. Diese sind:

1. Feste (starre) Automatisierung (für Einzelprodukte in großen Stückzahlen).
2. Programmierbare Automatisierung (für Chargen umprogrammierbar).
3. Flexible (sanfte) Automatisierung (schneller Wechsel zwischen verschiedenen Produkten).
4. Integrierte Automatisierung (vollständig synchronisiert mit der MES-Steuerung auf zentralisierten Linien).

Diese verschiedenen Arten der Automatisierung ermöglichen es den Herstellern, ein Gleichgewicht zwischen Produktionsvolumen, Produktvielfalt und Flexibilität bei Umrüstungen herzustellen.

Wenn Sie den Kauf einer Produktionsmaschine oder -software in Erwägung ziehen, sollten Sie wissen, wie sich die Begriffe Algorithmus, Automatisierung und künstliche Intelligenz voneinander unterscheiden. Algorithmen geben beispielsweise konkrete Anweisungen, wie ein Prozess Schritt für Schritt abzulaufen hat; die Automatisierung nutzt diese Anweisungen, um eine Funktion (einen Prozess) konsistent und schnell auszuführen; während KI auf Automatisierung und Algorithmen aufbaut, indem sie Lern- und Anpassungsfähigkeiten bereitstellt, die es einem System ermöglichen, mit Veränderungen in der Umgebung umzugehen und seine Entscheidungsfähigkeiten im Laufe der Zeit zu verbessern. Aufgrund des Automatisierungsgrades und der eingebetteten Algorithmen, die in den meisten heutigen industriellen Produktionslinien zum Einsatz kommen, werden neue KI-Anwendungen wie vorausschauende Wartung und Qualitätsprüfung als zusätzliche Unterstützung zur bestehenden Automatisierung genutzt. Wenn Sie mit Anbietern sprechen, die behaupten, ihre Maschine “nutze KI”, fragen Sie unbedingt konkret nach, ob die Maschine in der Lage ist, aus Daten zu lernen, oder lediglich feste Regeln anwendet; anhand dieser Antwort können Sie feststellen, ob Sie Automatisierung oder echte Intelligenz erwerben.