Die Digitalisierung ist ein entscheidender Wettbewerbsfaktor für die Industrie – künstliche Intelligenz (KI), digitale Zwillinge und Cybersicherheit gelten dabei als die Schlüsseltechnologien der Zukunft. Doch wie können produzierende Unternehmen diese Technologien konkret und effektiv einsetzen, um Prozesse effizienter, nachhaltiger und sicherer zu gestalten?

Der aktuelle Bericht des International Center for Networked, Adaptive Production (ICNAP) gibt praxisnahe Antworten: Von Zero-Trust-Architekturen über die Integration von KI bis hin zur Nutzung digitaler Zwillinge bietet der Bericht Lösungen für die Industrie 4.0 an. Zusätzlich präsentiert er einen Ausblick auf die Zukunft der autonomen Fertigung und beleuchtet Ansätze für die sogenannte »Dark Factory« – eine vollständig automatisierte Produktionsstätte [1]. 

Obwohl die Digitalisierung enorme Chancen bietet, zögern viele Unternehmen immer noch, den Schritt in die Industrie 4.0 zu wagen. Hohe Investitionskosten, fehlende Expertise und Unsicherheiten in der Umsetzung stehen oft im Weg. Dabei verbessert die Digitalisierung nicht nur die Effizienz und Produktqualität, sondern trägt auch entscheidend zum Erreichen nachhaltiger Ziele bei – etwa durch Ressourcenschonung und Energieeffizienz. Gleichzeitig erhöht sie die Resilienz der Unternehmen, indem Prozesse flexibler und Produktionssysteme widerstandsfähiger gegenüber Störungen gestaltet werden.

Nachhaltigkeit und Resilienz waren daher bereits zentrale Themen des »ICNAP Summer Meeting 2024«, bei dem Forschende und Industriepartner gemeinsam praxisorientierte Ansätze unter den Schwerpunkten »Intelligent Sensing and Communication« und »Data-Driven Sustainability« erarbeiteten. Die Ergebnisse aus diesen Workshops flossen erstmals direkt in den aktuellen Bericht ein.

Künstliche Intelligenz – Plug-and-Produce für die schnelle Anwendung

Einen besonderen Fokus legt der Bericht auf den Einsatz von KI in der Produktion. KI bietet vielfältige Möglichkeiten zur Prozessoptimierung – von der Qualitätssicherung bis zur Automatisierung. Der Bericht stellt ein Plug-and-Produce-Konzept vor, das die einfache und schnelle Integration von KI in bestehende Produktionssysteme ermöglicht. Unterstützt wird dies durch eine technische Referenzarchitektur und ein organisatorisches Framework, das Unternehmen als Leitfaden dient.

Eine weitere Studie widmet sich generativer KI und deren Potenzial, Geschäftsprozesse und Produktionsabläufe zu transformieren. Die interaktive Plattform »AI Everywhere«, die im Rahmen der Studie entwickelt wurde, bietet ICNAP-Partnern einen praxisnahen Überblick über Tools, Anwendungsfälle und Best Practices bei denen generative KI zum Einsatz kommt. Dadurch können Unternehmen gezielt Potenziale identifizieren, ohne aufwendige Grundlagenforschung betreiben zu müssen.

Vertrauen ist gut, Kontrolle ist besser – Zero-Trust-Architekturen zum Schutz vor Cyberangriffen

Mit der zunehmenden Digitalisierung steigen auch die Anforderungen an die IT-Sicherheit. Neue EU-Richtlinien wie die Network and Information Security Directive (NIS2), der Cyber Resilience Act (CRA) und die EU-Maschinenverordnung machen den Schutz von Produktionssystemen für Unternehmen zu einer Priorität. Gleichzeitig wächst die Bedrohung durch Cyberkriminalität.

Aus diesem Grund wurde auch dieses Thema in einer Studie erforscht: Der Beitrag »Zero-Trust-Architekturen für vernetzte Industrieprozesse« zeigt auf, wie Unternehmen ihre Produktionssysteme vor steigenden Cybersicherheitsrisiken schützen können, indem sie auf das »Zero Trust«-Modell setzen. Dieses Modell prüft jeden Zugriff kontinuierlich und erhöht so das Sicherheitsniveau erheblich.

Vom digitalen Zwilling zur Dark Factory – Die Zukunft der vollautomatisierten Produktion

Ein weiteres Ergebnis der Forschungsarbeiten im Jahr 2024, das im Bericht vorgestellt wird, ist der »Digital Twin Demonstrator«. Am Beispiel von Batteriezellmodulen veranschaulicht er, wie die Qualität von Schweißnähten mithilfe von Deep Learning automatisiert kontrolliert werden kann. Dies zeigt praxisnah, wie Unternehmen ihre Produktionsprozesse durch vernetzte Modellierung effizient und fehlerfrei gestalten können.

Eine weitere Studie beschäftigt sich mit dem nächsten Schritt in Richtung vollständige Automatisierung einer Produktionsstätte: Als Ergebnis wird die Vision einer »Dark Factory«, einer vollständig autonomen, selbststeuernden Produktionsstätte, greifbarer. Durch den Einsatz multidimensionaler digitaler Zwillinge und fortschrittlicher Analysetools können Unternehmen ihre Produktionsstätten bewerten und gezielt weiterentwickeln. Der Bericht bietet konkrete Werkzeuge zur Analyse des Status quo sowie zur Identifikation entscheidender Schlüsseltechnologien für die Produktionsstätte der Zukunft.

ICNAP – eine vernetzte Innovationsplattform für die digitale Industrie

Das International Center for Networked Adaptive Production (ICNAP) vereint die Expertise der drei Aachener Fraunhofer-Institute IPT (Institut für Produktionstechnologie), ILT (Institut für Lasertechnik) und IME (Institut für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie) sowie führender Expertinnen und Experten aus Industrie und Wissenschaft. ICNAP wurde als offene Forschungsplattform und industrielle Testumgebung gegründet, um neue Ansätze zur Digitalisierung der Produktion zu entwickeln und praxisnah zu erproben.

Besonderen Wert legt ICNAP auf den Wissenstransfer und den Austausch mit Partnern aus der Industrie. Die Plattform ist offen für neue Partnerschaften und bietet regelmäßig kostenlose Veranstaltungen, um direkte Einblicke in die Arbeit der Community sowie in die Forschung der beteiligten Fraunhofer-Institute zu gewähren.

Das Jahrestreffen im Dezember 2024 diente den Mitgliedern der ICNAP-Community dazu die fünf neuen Studien des Folgejahres abzustimmen. Die neu gewählten Themen für das Jahr 2025 umfassen:

Integration of Sensor Technology in Brownfield Applications
Approval of AI Systems for Quality Control – Fulfilling Regulatory and Stakeholder Requirements
Production Optimization: Concept for Holistic Optimization of Production
A Digital Process Twin for Manufacturing: Unlocking New Optimization Potentials
Manufacturing »Secured by Design«: A Zero-Trust Approach to Industrial Product Development

Der Studienbericht für das Jahr 2025 wird im Rahmen des diesjährigen Jahrestreffens am 9. Dezember 2025 vorgestellt.

[1] Download des Studienberichts

https://www.ipt.fraunhofer.de/de/publikationen/whitepaper-trendreporte-studien/icnap-report-2024.html

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Industrie 4.0: Jedes achte Unternehmen setzt KI ein

2. April 2019

Der Einsatz von künstlicher Intelligenz (KI) ist eines der Themen auf der aktuell stattfindenden Hannover Messe. Im Kontext der sogenannten Industrie 4.0 werden intelligente Systeme wie Roboter immer wichtiger. In Deutschland nutzen laut einer aktuellen Bitkom-Umfrage derzeit 12 Prozent der Unternehmen künstliche Intelligenz. In 86 Prozent der befragten Unternehmen ist KI dagegen noch kein Thema,…