gehört zu: KI

Sequenzielles Lernen ist ein Teilgebiet vom Machine Learning.
weitere Informationen finden Sie dort.

 ◾ Simulation ist im Ordnungsrahmen ein Unterbegriff und gehört zu: ◼️ Virtualisierung

Simulation wird z.B. genutzt um Fehler frühzeitig zu erkennen und Schäden an einem realen System zu verhindern.
Simulation kann zur Abbildung umfangreicher realer Fabrikprozesse eingesetzt werden, z.B. werden Abläufe von kompletten Fertigungsstraßen immer häufiger vor dem Aufbau simuliert.
Im CNC-Umfeld ist die Virtualisierung der NC-Maschinen, Werkzeuge, Vorrichtungen und Rohteile zu 3D Simulationszwecken des NC-Programms vielerorts bereits Standard:

Simulation eines NC-Programmes, Bildquelle: ©MR

◾ SMART DATA ist im Ordnungsrahmen ein Unterbegriff und gehört zu: ◼ Digital Value

SMART DATA ist ein Ergebnis von künstlicher Intelligenz (KI)

Intelligente Sensorik erobert immer mehr den Alltag.

• Dadurch entstehen riesige Datenmengen (Big Data bzw. Data Lake) (= Schritt 1️⃣)

• Wenn man diese Rohdaten über bestimmte Zeiträume auswertet und verdichtet, 
  dann entstehen Informationen (= Schritt 2️⃣)

• Wenn man diese Informationen mit digitalisiertem menschlichem Wissen kombiniert,
  dann kann man Zwischenergebnisse berechnen bzw. vorhersagen (= Schritt 3️⃣)

• Wenn man diese Zwischenergebnisse mit digitalisierter menschlicher Erfahrung kombiniert,
  dann kann man ersten Nutzen generieren (= Schritt 4️⃣a)

• Wenn man diese Zwischenergebnisse mit Musterfindungs-Algorithmen (Data Mining) kombiniert,
  dann kann man großen Nutzen generieren (= Schritt 4️⃣b)

Dadurch kommt man zu neuartigen Erkenntnissen (=Smart Data) die es ermöglichen
neue Produkte, Prozesse oder Geschäftsmodelle zu entwickeln.

Beispiel für Schritt 1 bis Schritt 4b:

Als Big Data bzw. Data Lake bezeichnet riesige Rohdatenmengen. 
Durch den Einsatz von Data Mining und Machin Learning gewinnt man daraus neue Erkenntnisse, die man als Smart Data bezeichnet.
Diese Methode bezeichnet man auch als Predictive Analytics.

Übrigens:

Der Beginn des Sammelns und Auswerten von Daten reicht sehr weit zurück. Die Bauernregeln sind so entstanden (Schritt 1 bis 4a). Bauern waren schon immer besonders abhängig vom Wetter und haben es deshalb genau beobachtet. Dabei fielen ihnen gewisse Regelmäßigkeiten auf, etwa in den Wetterabläufen oder in der Entwicklung von Obst und Getreide. Diese Mustererkennung ermöglichte den Bauern Ihrer Ernte zu verbessern. Mit Erfindung der Computer wurde diese Vorgehensweise (Schritt 1 bis 4a) durch Programmiersprachen erledigt und dadurch die Ergebnisse verbessert.

Das wirklich Neue bei Industrie 4.0 ist der Schritt 4b, der die Hoffnung nährt, dass aus dem Data Lake vollkommen neuartige Erkenntnisse geschürft (mining) werden können. Immer dann wenn es gelingt durch Schritt 4b neue Erkenntnisse zu gewinnen und diese exakt zu beschreiben und zuverlässig zu wiederholen, dann entsteht neues Wissen. Durch Rückkopplung wird dieses neue Wissen bei Schritt 3 integriert, sodass das Gesamtergebnis stetig besser wird. Durch viele Iterationsschleifen entstehen so immer bessere SMART DATA.

Der Vorgang 4b wird Data Science genannt. Data Science bezeichnet generell die Extraktion von Wissen aus Daten.

💡 Die Abgrenzung zwischen Smart Data und Smart World wird im Hauptbegriff Smart World erklärt.

 ◾ Smart Factory ist im Ordnungsrahmen ein Unterbegriff und gehört zu: ◼️ Smart World

Die „Smart Factory" bezeichnet den Wandel zu einer widerstandsfähigeren (resilienten) Fabrik, in der Mensch, Maschine und Bauteil kommunizieren und nur das gefertigt wird, was tatsächlich benötigt wird. Die Roh- und Halbfertigerzeugnisse, sowie die Fertigprodukte und die zu deren Herstellung notwendigen Fertigungshilfsmittel (FHM) tragen intelligente und vernetzte Informationsträger, die mit ihrer Umgebung, Menschen und Anlagen kommunizieren. Der optimale Kombination von LEAN Methoden mit den INDUSTRIE 4.0 Möglichkeiten lässt Schritt für Schritt die Smart Factory entstehen.

Die Formel lautet also:   LEAN + INDUSTRIE 4.0 = SMART FACTORY

Mit Hilfe von "Assistenzsystemen" ist es möglich, eine beherrschbare Prozesskomplexität ohne Abstriche in der Prozessleistung und Prozessrobustheit zu managen.

Durch den verstärkten Einsatz von Sensorik und Aktorik entstehen sogenannte cyber-physische Systeme, die den Assistenzsystemen Aufgaben abnehmen, selbständige  Entscheidungen treffen und so den Menschen weiter entlasten oder ersetzen. Mit der Zeit werden zwar immer mehr und bessere Assistenzsysteme und Cyber-Physical Production Systeme zum Einsatz kommen, die autonome, menschenleere Fabrik sehe ich deshalb noch nicht. In der „Smart Factory" wird allerdings dank der Echtzeitsteuerung eine bessere Energie- und Ressourceneffizienz und eine höhere Produktivität realisiert.

⚠️Die Inbetriebnahme von neuen Produktionsanlagen ist mitunter ein langwieriges Gefrickel!
Folgende Basics müssen erfüllt werden, damit es gelingt „Plug and Produce“ in einer „Smart Factory" zu realisieren:

• Die Stammdaten sind vollständig und fehlerfrei digitalisiert.
• Eine durchgängige Konnektivität im Brownfield ist herstellbar. Dazu ist es notwendig, dass sich alle Hersteller von vernetzungsfähigen Produkten (Assets) auf folgende 2 Punkte einigen:
  1. auf eine einheitliche Sprache wie z.B. OPC UA bzw. umati. Unter dieser Prämisse entstehen zeitnah einheitliche OPC UA Parametersätze, die die jeweiligen fachspezifischen Rahmenbedingungen abdecken.
  2. auf die Notwendigkeit einer standardisierten Verwaltungsschale pro Asset und liefern diese mit aus.

Dadurch entstehen I4.0-Komponenten und darauf aufbauend kann MOM es schaffen das „Plug and Produce“ (einstecken und produzieren) zum Laufen gebracht wird. Als einfaches Beispiel kann die Druckerinstallation dienen. Unter Windows XP, oder früher, war eine Druckerinstallation immer eine spannende Aufgabe. Zu Zeiten von Windows 10 konfiguriert sich ein neu angesteckter Drucker vollkommen selbst. ( = „Plug and Play“)

 

Bildquelle: ©Atlantis - Adobe Stock & © Maksym Yemelyanov - Adobe Stock & ©JH

 ◾ Smart Glasses ist im Ordnungsrahmen ein Unterbegriff und gehört zu: ◼️ Mobile Computing

Zu Smart Glasses zählen alle Arten von Datenbrillen.

Detailierte Informationen finden Sie hier:

1️⃣ Virtual Reality (VR)  

2️⃣ Augmented Reality (AR) 

3️⃣ Mixed Reality (MR) 

 

 

 

◾ Smart Grid ist im Ordnungsrahmen ein Unterbegriff und gehört zu: ◼️ Smart World 

Das Smart Grid ist ein intelligentes Stromnetz.

Smart-Grids kombinieren und optimieren Erzeugung, Speicherung und Verbrauch des Stromes.
Dies erfolgt traditionell durch den Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnologien und zunehmend durch den Einsatz von "Künstlicher Intelligenz".
Ein Netz gilt als intelligent, wenn innerhalb des Netzes ein Informationsaustausch erfolgt und es dadurch gelingt Erzeugung, Speicherung und Verbrauch des Stromes dynamisch und situationsabhängig zu steuern. In einem Smart-Grid werden nicht nur Energie sondern auch Daten transportiert, sodass die Netzbetreiber durch intelligentes Lastmanagement die Netzauslastung optimieren können, denn vor allem die effiziente Nutzung und Integration der erneuerbaren Energien benötigt eine intelligente Verfügbarkeits- und Nachfrageflexibilisierung.

Ein wesentlicher Bestandteil der Smart Grids sind Smart Meter die das computergestützte Messen und Steuern der Energiezufuhr ermöglichen.

Weitere wichtige Bestandteile eines Smart Grids entwickelt z.B. die Maschinenfabrik Reinhausen.

Bildquelle: © monicaodo - Adobe Stock

◾ Smart Health bzw. ◾ E-Health sind im Ordnungsrahmen ein Unterbegriff und gehören zu: ◼️ Smart World

Smart Health oder auch „E-Health" (auch Electronic Health) steht für elektronische und digitale Technologien im Gesundheitswesen zur medizinischen Versorgung und Überwachung von Menschen. Fitnessarmbänder oder Fitness Tracker , sogenannte Wearables, messen neben der Schrittzahl auch den Puls und den Blutdruck und leiten die erfassten Informationen in der Regel an eine Smartphone-App weiter. Im einfachsten Fall werden daraus interessante Diagramme und Grafiken generiert. Im akuten Fall kann sogar automatisch der Rettungsdienst aktiviert werden. Die Überwachung von implantierten Herzschrittmachern kann so Leben retten.
Immer mehr Ärzte verwenden E-Health um ihre Patienten zu unterstützen:

• in der Prävention
• in der Diagnostik
• zur Behandlung
• zur Nachsorge

E-Health bezieht sich also auf die Anwendung digitaler Hilfsmittel zur Unterstützung von Arzt und Patient.

Jetzt während der Corona-Pandemie wäre eine E-Health App am Handgelenk zur Früherkennung des Virus eine geniale Lösung.
Leider gibt es diese App noch nicht!

 

Bildquelle: © REDPIXEL - Adobe Stock

„E-Health" ist ein schönes Beispiel für den DIGITAL VALUE incl. seiner Definition.

 

◾ Smart Home ist im Ordnungsrahmen ein Unterbegriff und gehört zu: ◼️ Smart World 

„Smart Home" steht für das informations-, Sensor- und Aktor technisch aufgerüstete und vernetzte Zuhause:

Bildquelle: ©chesky - Fotolia.com &  ©REDPIXEL - Fotolia.com

Damit kann man z.B. Heizung, Licht, TV, Musik, Kaffeemaschine und Co. vom Sofa oder von unterwegs aus per App bedienen. Das ist zwar alles nicht unbedingt notwendig, es erhöht allerdings den Komfort. Zusätzlich erhöht es auch die Sicherheit, denn es lassen sich beispielsweise Rollläden, Beleuchtung, Rauchmelder, Überwachungsanlagen und Einbruchsschutz automatisch steuern:

Bildquelle: © a7880ss - Fotolia.com

Durch Smart Metering wird das Smart Home transparent und ressourcenschonend.

 ◾ Smart Label  ist im Ordnungsrahmen ein Unterbegriff und gehört zu: ◼️ Smart World

Ein Smart Label sieht oberflächlich betrachtet wie ein harmloser Papieraufkleber aus, ist aber viel mehr.
Es handelt sich dabei um eine Folie, in der ein ultraflacher Mikrochip zwischen zwei dünnen Schichten Papier eingeklebt ist.
Die fertige Folie wird zur Massenverwendung auf Rollen aufgewickelt und kann automatisiert, wie ein Papieraufkleber am Objekt aufgebracht werden.
Man nennt es deshalb auch „Intelligentes Papier“.

Dieser ultraflache Mikrochip speichert die relevanten Daten. Zusätzlich ist im Smart Label eine Antenne integriert, über die können die Daten zu den jeweiligen Lesegeräten übertragen werden. Für die Stromversorgung ist keine Batterie notwendig, da die erforderliche Energie aus dem Feld des Lesegerätes entnommen wird.

IoT (Internet of Things) und insbesondere „Track and Trace“ (Verfolgbarkeit der Dinge) nutzen das Smart Label

Merke:
Durch ein Smart Label wird ein einfaches Etikett zum intelligenten Etikett.

Bildquelle: © herpa print GmbH

◾ Smart Metering ist im Ordnungsrahmen ein Unterbegriff und gehört zu: ◼️ Smart World 

Metering ins Deutsche übersetzt steht für Messung.

Smart Metering ist das computergestützte Messen und Steuern der Energiezufuhr wie z.B. Strom, Gas, Wasser und Fernwärme.
Dadurch kann der Anwender genau erkennen, zu welchem Zeitpunkt er welche Energiemenge an welchem Punkt verbraucht.

Als intelligenter Stromzähler ist Smart Metering ein Teil des intelligenten Stromnetzes, welches Smart Grid genannt wird.

Smart Meter werden als Schaltstelle zwischen Smart Home und Smart Grid positioniert und sind ein entscheidender Beitrag für ein nachhaltiges Energiemanagement.

 

Bildquelle: © Destina - Adobe Stock

◾ Smart Object ist im Ordnungsrahmen ein Unterbegriff und gehört zu: ◼️ Smart World

👉 Alle Begriffe im Lexikon, die dazu beitragen, dass aus einem „Ding“ ein „intelligentes Ding“ wird,
gehören zu dem Hauptbegriff: „Smart Object“. (Beispiel: Identifikator)

👉 Alle Aktionen und Ergebnisse die ein „Smart Object“ generiert
werden den jeweiligen anderen Begriffen zugeordnet. (Beispiel: Track and Trace gehört zu Internet der Dinge)

Smarte Objekte kombinieren mechanische, sensorische, elektrische und informationstechnische Komponenten und sind in der Lage drahtgebunden oder drahtlos, sowohl untereinander als auch mit einer übergeordneten Dateninfrastruktur, zu kommunizieren.

Smarte Objekte haben teilweise oder vollständig folgende Merkmale:

1️⃣ Integrierter eindeutiger Identifikator 
2️⃣ Fähigkeit zur automatischen Identifikation (Auto-ID) 
3️⃣ Fähigkeit zur Datenspeicherung
4️⃣ Vorhandene Kommunikations- und Netzwerkfähigkeit
5️⃣ Integrierte HMI, im Falle menschlicher Einflussnahme
6️⃣ Integrierte Sensorik zur Erfassung der Umwelt
7️⃣ Fähigkeit zu selbständigen Entscheidungen durch Embedded System
8️⃣ Integrierte Aktoren, um Aktionen auszulösen

SMART Home mit vielen SMARTEN OBJEKTEN;  Bildquelle: © THANANIT / stock.adobe.com

💡 Für den Fall, dass ein Smartes Objekt die Merkmale 6️⃣7️⃣8️⃣ erfüllt, wird es damit zu einem "kleinen" Cyber-Physical System
Beispiel:
Eine automatische Markisensteuerung beinhaltet:

• einen Sensor, der die Windstärke misst (siehe oben Punkt 6️⃣)
• eine Software, sprich Embedded System, die entscheidet wann die Markise automatisch eingefahren werden muss (siehe oben Punkt 7️⃣)
• einen Aktor, der die Markise mittels Elektromotor einfährt (siehe oben Punkt 8️⃣)

Hinweis:
Die Smart Factory im Sinne von Autonomie benötigt  Cyber-Physical Production Systeme mit "größerem" Umfang.

 

◾ Smart Service ist im Ordnungsrahmen ein Unterbegriff und gehört zu: ◼️ Internet der Dienste

Der Begriff Smart Service steht für ein digitales Dienstleistungsangebot aus dem Internet. Häufig kommt dabei auch integrierte künstliche Intelligenz zum Einsatz.
Die dabei entstehenden digitalen Produkte werden über digitale Marktplätze vermarktet.

Ein Beispiel ist der Robo Advisor
Die Bezeichnung Robo-Advisor setzt sich aus den englischen Wörtern Robot (Roboter) und Advisor (Berater) zusammen und steht für die automatisierte Form der Geldanlage. Ein Robo-Advisor hilft, digital Geld anzulegen und berechnet losgelöst von menschlichen Panikreaktionen (z.B. bei Börsencrashs) bzw. anderen suboptimalen menschlichen Entscheidungen eine digitale Anlagestrategie. Je cleverer die KI, desto besser die Ergebnisse.

Eine andere Kategorie sind Smart Services die zur Leistungserbringung Smarte Objekte benötigen. Gemeint sind damit vernetzungsfähige Assets wie z.B. Maschinen oder Anlagen. Ein Beispiel ist eine moderne Heizungsanlage mit z.B. einer Wärmepumpe (=Asset), die über einen Internet-Router mit der Servicezentrale verbunden ist und über Fernzugriff gewartet wird.

Bildquelle: ©brizmaker - Adobe Stock & ©fotomek - Adobe Stock & ©FRITZ!Box - AVM & JH

◼️ Smart World ist im Ordnungsrahmen ein Hauptbegriff.

Smart World steht für Leben und Arbeiten in einer vernetzten, digitalen Welt und beinhaltet alle smarten Teilbereiche, die da lauten:

◾ Smart Object
◾ Smart Home
◾ Smart Metering
◾ Smart Factory
◾ Smart Quality
◾ Smart Office
◾ Smart Farming
◾ Smart Health
◾ Smart City
◾ Smart Grid
◾ ...

Die Ergebnisse die in der Smart World, (überwiegend durch den Einsatz von KI) entstehen,
werden unter dem Hauptbegriff DIGITAL VALUE aufgelistet. (z.B.: Smart Data)

Bildquelle:© Anterovium / stock.adobe.com

◾ SOA ist im Ordnungsrahmen ein Unterbegriff und gehört zu: ◼️ Internet der Dienste

SOA steht für Serviceorientierte Architektur (englisch: service-oriented architecture)

Durch diese dienstorientierte Architektur erlaubt SOA die IT-Systeme zu strukturieren und verteilt zu nutzen.
Dadurch kann man IT-Komponenten wie Datenbanken, Server und Webservices kapseln um dann die Geschäftsprozessen zu orchestrieren.

Bildquelle:© ileezhun / stock.adobe.com

siehe Webservice

◾ Social Media ist im Ordnungsrahmen ein Unterbegriff und gehört zu: ◼️ Internet der Dienste

Social Media, auch soziale Medien genannt, unterscheiden sich von traditionellen Medien wie Fernsehen oder Zeitungen durch die Art der Kommunikation.  Diese erfolgt einfach und interaktiv auf digitalem Weg. Die aktuell bekanntesten Beispiele von Social Media Diensten sind Anbieter wie Facebook, Xing oder WhatsApp. Der große Vorteil von sozialen Medien ist die einfache Art des Informationsaustauschs zwischen den Anwendern und mitunter auch Geräten. Auch die deutsche Wirtschaft nutzt dieses Medium verstärkt in ihren internen und externen Prozessen. Social Media unterstützt einen globalen Unternehmensauftritt mit hoher Zugänglichkeit, ermöglicht Multimedialität und größtmögliche Aktualität. Vernetzung, die nötig ist für Industrie 4.0. Der entscheidende Unterschied zu den übrigen Medien (Zeitung, Funk und Fernsehen) ist die Möglichkeit des Empfängers, auf jede Information sofort zu antworten. Im Produktionsbereich gibt es erste Anwendungen, so können z.B. Maschinenbediener mit dem Gabelstaplerfahrer in Kontakt treten, um Material nach zu ordern.

 

Bildquelle: © quka I Shutterstock.com

◾ Software as a Service (SaaS) ist im Ordnungsrahmen ein Unterbegriff und gehört zu: ◼️ Internet der Dienste

 

Bildquelle: © Tatyana - Adobe Stock

SaaS-Anwendungen sind funktionsfähige Software-Lösungen für bestimmte Aufgaben und besitzen eine graphische Bedienoberfläche. Sie sind in der Regel explizit für Endanwender gemacht. Beispiel: Microsoft Office 365

PaaS-Anwendungen sind Entwicklungsumgebungen, sie beinhalten Programmiersprachen und weitere hilfreiche Programmiertools und sind für Software-Entwickler gedacht, um z.B. SaaS-Anwendungen zu entwickeln. Beispiel: Google App Engine

• Kunden-Stammdaten beinhalten z.B.: Adresse, Ansprechpartner, eingesetzte Produkte, etc.
• Artikel-Stammdaten beinhalten z.B.: Bauart, Baugröße, techn. Daten
• Werkzeug-Stammdaten beinhalten z.B.: Typ, Durchmesser, Länge, Beschichtung

Ein grundsätzliches Problem in nahezu allen Firmen sind unvollständige Stammdaten!
Im Zeitalter von Industrie 3.0 wurde dieser Mangel durch Kopfwissen der Mitarbeiter und handschriftliche Ergänzungen in Umlaufpapieren ausgeglichen.
Im Zeitalter von Industrie 4.0 ist diese Arbeitsweise nicht mehr zeitgemäß, weil Assistenzsysteme bzw. MOM-Systeme aus Stammdaten durch Datenanreicherung automatisch Prozessdaten generieren und dazu müssen die Stammdaten vollständig und fehlerfrei sein.

Übrigens:
Das 2. Naturgesetz der Digitalisierung lautet: Stammdaten müssen 100% vollständig und fehlerfrei sein!

Stammdaten für Werkzeug-Elemente, Bildquelle: © Ineichen - Wintool

◾ Standardisierung ist im Ordnungsrahmen ein Unterbegriff und gehört zu: ◼️ Data Governance

Standardisierung steht für Vereinheitlichung bzw. Normung von „irgend Etwas“.

Die Standardisierung vor Produktionsschritten wird u.a. durch die Einführung von Lean Management, bzw. sogenannten „Best Practice“ Prozessen erreicht. 

Ein Versprechen von INDUSTRIE 4.0 ist die Beherrschung von beliebiger Varianz. Dieses Versprechen gilt aber nur für die Produkte und auf keinem Fall für die Prozesse!  Die Prozesse müssen standardisiert werden, damit beliebig variante Produkte hergestellt werden können.

Rückblick:

Die große Digitalisierungsbegeisterung in den 90 Jahren während und nach der CIM-Euphorie (Computer-integrated manufacturing) hat dazu geführt, dass fast jeder Anwenderwunsch durch eine Sonderprogrammierung gelöst wurde. Dadurch entstanden in jeder Fabrik unterschiedliche Prozesse für teilweise ansonsten gleiche Arbeitsschritte. Durch die Einführung von Lean konnte zwar ein Teil dieser Sonderlösungen wieder aufgelöst und standardisiert werden. Den bis heute verbliebenen großen Rest dieser firmenspezifischen Prozesse versuchen nun viele Firmen in die digitale Welt zu überführen. Das wird ausfolgenden zwei Gründen scheitern:

• Die Software der Zukunft kommt aus der Cloud und benötigt standardisierte Prozesse.
• Das riesige Volumen historischer Sonderlösungen ist mit den zur Verfügung stehenden Ressourcen nicht zu digitalisieren.

INDUSTRIE 4.0 gelingt deshalb nur dann, wenn man liebgewordene Trampelpfade verlässt und standardisierte Best Practice Lösungen übernimmt. Im Sinne der Update Fähigkeit, bei stark steigender Softwaredurchdringung aller Bereiche einer jeden Firma, wäre jedes andere Vorgehen langfristig ohnehin zum Scheitern verurteilt. In diesem Sinne benötigen zuallererst alle i4.0 Komponenten von Industrie 4.0 ein standarisiertes Kommunikationsprotokoll wie z.B. OPC UA und eine Verwaltungsschale.

Merke:
Standardisierung realisiert einfache Interoperabilität

Bildquelle: © Coloures-Pic - Adobe Stock

gehört zu: KI

Supervised Learning (z.Dt. überwachtes Lernen) ist ein Teilgebiet vom Machine Learning.
weitere Informationen finden Sie dort.