Produkte und Produktionssysteme der Zukunft werden „denken“!

4 Männer stehend vor Pro2Future
V.l.: JKU-Vizerektor Alexander Egyed, TU-Graz-Vizerektor Horst Bischof, Pro2Future-Geschäftsführer Alois Ferscha und Pro2Future-Geschäftsführer Heimo Theuretzbacher-Fritz © Pro2Future

18.09.2018

Produkte und Produktionssysteme der Zukunft werden „denken“! Das ist die Vision und das übergeordnete Forschungsziel des neuen COMET-Kompetenzzentrums Pro²Future. „Products and Production Systems of the Future“ à „Pro- Pro- Future“ à „Pro²Future“ ist die auf ein Wort reduzierte Antwort auf die entscheidende Herausforderung der Industriesysteme der Zukunft. Industrieunternehmen aus Oberösterreich und der Steiermark haben in Kooperation mit führenden technischen Universitäten und internationalen Forschungseinrichtungen diese Herausforderung zur Initiative für ein thematisch weltweit erstes Forschungszentrum gemacht. Nach dem Zentrumsstart 2017 feiert das Zentrum mit „Pro²Future in Progress“ am 18. September im Festsaal der JKU sein Bestehen und stößt mit seinen Partnern und Stakeholdern auf weiterhin gute Zusammenarbeit an. Rund 50 Forscherinnen und Forscher werden in der ersten Zentrumsphase mit einer im COMET-Förderungsprogramm genehmigten Finanzierung von rund 17 Mio. € in Linz, Graz und Steyr an den Produkten und Produktionssystemen der Zukunft arbeiten.

Was kommt nach Industrie 4.0?
Vor nunmehr 4 Jahren hat eine kleine Arbeitsgruppe aus der oberösterreichischen und steirischen Academia und Industrie darüber nachzudenken begonnen, was denn wohl die größten wissenschaftlichen Forschungsfragestellungen und technischen Herausforderungen der Produkte und Industriesysteme der Zukunft nach Industrie 4.0 sein werden. Die Antwort war (im Herbst 2014!), „dass Produkte und Produktionssysteme in Zukunft auf der Datenebene mehr ‚ineinander verschränkt’ sein werden als je zuvor, und dass sie mittels ‚eingebetteter Intelligenz’ menschenähnliche kognitive Fähigkeiten wie Wahrnehmen, Interpretieren, Verstehen, Memorieren und Lernen, Vorhersagen, Schlussfolgern haben und mit entsprechendem kognitionsgesteuerten Handeln ausgestattet sein werden – also im technischen Sinne ‚denken’ werden“, sagt Alois Ferscha, wissenschaftlicher Geschäftsführer des COMET-Zentrums Pro²Future und Leiter des Instituts für Pervasive Computing an der JKU und betont, „dass wir hier eine neue Industrietechnik mit eingebetteter Intelligenz entwickeln möchten.“ Das Zauberwort dazu lautet eben kognitiv, und Ferscha lässt damit eine Ära nach Industrie 4.0 anklingen, mit einer Technologie, die „aus dem Hintergrund heraus beobachtet, analysiert, schlussfolgert, und autonom entscheidet und handelt – eine Technik, die mitdenkt“.

Die Miniaturisierung der Mikroelektronik, zusammen mit einer globalen Vernetzung im Internet und WWW haben in der letzten Dekade zu völlig neuen industrie- und wirtschaftsrelevanten Einsatzszenarien eingebetteter Informations- und Kommunikationstechnologien geführt. Digitalisierung und Virtualisierung eröffnen ein nie da gewesenes Spektrum an Möglichkeiten für zukünftige Produkte (Smarte Produkte, Digitale Produkte, Online-Produkte) und deren Herstellungsprozesse (Intelligente Fabriken, „Digitale“ Produktion, Virtuelle Fabriken). Erstmals können und müssen Produkte und Produktionssysteme als eng verwoben verstanden, gestaltet, entwickelt und betrieben werden.

Aus der „kleinen Arbeitsgruppe“ ist mit der Bewilligung des Kompetenzzentrums-Antrages des oberösterreichisch-steirischen Konsortiums durch die Forschungsförderungsgesellschaft FFG das COMET-Zentrum Pro²Future geworden, das seine operative Arbeit als das weltweit erste Forschungszentrum im Bereich kognitiver Industriesysteme 2017 aufgenommen hat. Am 18. September 2018 feiert es mit „Pro²Future in Progress“ seine enge Forschungszusammenarbeit mit den Partnern aus Industrie und Wissenschaft im Festsaal der JKU Linz.

Wofür steht „Pro²Future“?
Der Name ist Programm. Pro²Future steht für Products and Production Systems of the Future. Pro²Future setzt an Forschungsfragen und Anwendungspotenzialen auf, die aus der Verschränkung aus Produktgestaltung und den dazugehörigen Produktionssystemen entstehen, und vereinigt erstmals weltweit diese beiden Aspekte zu einem holistischen Innovationsansatz. Zentraler Fokus sind eingebettete Künstliche Intelligenz (KI)-Technologien, mithilfe derer Produkte und Produktionssysteme mit menschenähnlichen kognitiven Fähigkeiten wie Wahrnehmen, Interpretieren, Verstehen, Memorieren und Lernen, Vorhersagen, Schlussfolgern und entsprechend kognitionsgesteuertem Handeln ausgestattet werden. Laienhaft könnte man von „Produkten, die denken“, bzw. „Produktionssystemen, die denken“ sprechen.

Pro²Future konsolidiert Zentrumsforschungsergebnisse in zwei Kernbereichen (Areas), nämlich Area 4.1 Kognitive Produkte und Area 4.2 Kognitive Produktionssysteme. Sie werden unterstützt von den drei Grundlagenbereichen Area 1 Maschinelles Wahrnehmen und Bewusstsein, Area 2 Kognitive Robotik und Shop Floors und Area 3 Kognitive Entscheidungssysteme.

Hochflexible Zusammenarbeit in kognitiven Industriesystemen
Roboter, oder ganz allgemein Maschinen sind keine Menschen – und werden es niemals werden! Menschen sind aber auch keine Maschinen, und wollen es auch niemals werden. Menschen und Maschinen haben völlig unterschiedliche, ja sogar komplementäre Kompetenzen. Auf der mechanisch-motorischen Ebene wie Kraftaufbringung oder schnelle Wiederholung sind Maschinen dem Menschen haushoch überlegen. Dafür ist der Mensch unschlagbar bei feinmotorischer, spontaner Ausnahmebehandlung. Auf der Wahrnehmungsebene können Maschinen Signale, beispielsweise Geräusche, erkennen und verarbeiten, die außerhalb des Wahrnehmungsvermögens des Menschen liegen – aber sie können keine Melodien in ihnen erkennen, wie es der Mensch intuitiv kann. Kein Mensch kann mit den deduktiven Verfahren einer Maschine, wie das Suchen in sehr großen Datenbeständen konkurrieren, gleichzeitig kommt keine Maschine an das induktive Schließen (im Kleinen, im Einzelnen das Allgemeine zu erkennen) des Menschen heran. Um bislang dem Menschen vorbehaltene kognitive Fähigkeiten (wie wahrnehmen, erkennen, lernen, planen, entscheiden) auch in technische Systeme integrieren zu können, müssen menschliche Wahrnehmungsprozesse mit Apparaten und Methoden nachgebaut werden. Maschinelles Sehen bzw. Sprachverstehen (Natural Language Processing) sind die wichtigsten Beispiele für die informationstechnologische Implementierung künstlicher kognitiver Leistungen in technischen Systemen. Auf diesen Gebieten ist auch die Forschung am weitesten fortgeschritten. Die Art und die Qualität, wie wir in Zukunft mit Computersystemen interagieren werden, hängt wesentlich davon ab, wie Maschinen oder Programme die Welt wahrnehmen (Computational Perception), und wie sie mit dieser Wahrnehmung weiter verfahren. Denn erst dann können sie Dienste generieren und offerieren, die durch menschenähnliche kognitive Prozesse ausgelöst oder gesteuert werden: Erkennung (Recognition), Schlussfolgerung und Beweisführung (Reasoning), Merken und Lernen (Learning), Verhaltensplanung (Planning) und -ausführung (Behaviour)) – kognitive Systeme also, die die Bezeichnung „Systeme, die denken“ auch verdienen.

Das übergeordnete Ziel der Forschungsarbeiten in Pro²Future ist somit nicht die menschenleere Fabrik, sondern das hochflexible Zusammenarbeiten von Mensch und Maschine („Man-Machine Interaction“, „Human in the Loop“). Die Industriepartner des Zentrums können diese heute noch visionären Technologien aus der Forschungsarbeit in ihre Unternehmen übertragen, bleiben international konkurrenzfähig und können Arbeitsplätze für die Zukunft sichern.

>> Weiterlesen