Produktion 11. Jun 2021 Von Martin Ciupek

Ressourceneffizienter produzieren – neue Studie zeigt Wege

Wir Menschen verbrauchen aktuell mehr Ressourcen, als unser Planet nachhaltig zur Verfügung stellen kann. Mittels künstlicher Intelligenz könnte der Ressourcenverbrauch in Produktentwicklung und Produktion jedoch deutlich reduziert werden. Das legt eine diese Woche erschienene Studie nahe. Datenverfügbarkeit ist der Schlüssel.

Foto; panthermedia.net/Uwe Moser

Fragestellungen zur Ressourceneffizienz nehmen in der Gesellschaft einen immer höheren Stellenwert ein und steigen damit auch bei Unternehmen in der Relevanz. Dazu mahnt auch der Erdüberlastungstag, der anzeigt, an welchem Tag des Jahres die natürlichen Vorräte unserer Erde erschöpft sind. Seit dem 5. Mai haben wir Menschen den natürlichen Vorrat an Ressourcen demnach für dieses Jahr bereits aufgebraucht und leben quasi auf Kosten künftiger Generationen. Zum Vergleich: 1970 war der Vorrat am 29. Dezember erschöpft und im Jahr 2000 am 23. September. Auch wenn die Pandemie 2020 dafür sorgte, dass der Verbrauch zwischenzeitlich zurückging, ist der Trend deutlich: Der Verbrauch nimmt zu!

Einen großen Hebel, das zu ändern, besitzt die Industrie. Wie genau Unternehmen dazu beitragen können, ihren Ressourcenbedarf bei Rohstoffen und Energie zu senken, haben nun das VDI Zentrum Ressourceneffizienz (ZRE) und das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) im Auftrag des Bundesministeriums für Umwelt (BMU) untersucht. Diese Woche haben sie dazu ihre Studie „Potenziale der schwachen Künstlichen Intelligenz für die betriebliche Ressourceneffizienz“ vorgestellt. Insbesondere kleine und mittlere Unternehmen (KMU) sollen davon profitieren. Schwache künstliche Intelligenz (KI) muss im Gegensatz zu starker KI für bestimmte Aufgaben trainiert werden. Sie besitzt somit zwar nicht die kognitiven Fähigkeiten von Menschen oder starker KI, kann Menschen aber in einzelnen Trainingsbereichen überlegen sein.

KI und KMU?

Für die Initiatoren der Studie ist das kein Widerspruch. Laut der Studie nutzen in Deutschland immer mehr produzierende Unternehmen KI in der Produktentwicklung und Produktion. 42 % setzen KI demnach in der Produktion bereits ein – unabhängig von der Betriebsgröße. Vorrangig wollen Unternehmen damit Kosten und Zeit sparen, aber auch die Qualität ihrer Produkte steigern. Gleichzeitig sehen fast alle Befragten die größten Einsparpotenziale beim Material- und Energieverbrauch.

Gerade die Pandemie könnte hier laut Umweltstaatssekretär Jochen Flasbarth für einen zusätzlichen Schub sorgen: „Die Coronakrise mit ihren Auswirkungen auf Lieferketten und Versorgung hat uns noch einmal mehr vor Augen geführt, wie wichtig ein effizienter Umgang mit Rohstoffen und Materialien ist. Die Wirtschaft braucht für eine zukunftssichere Entwicklung einen Schub für mehr Ressourceneffizienz.“

Potenziale bei Material und Energie

Die natürlichen Ressourcen Wasser, Energie und Material standen bei der Untersuchung im verarbeitenden Gewerbe im Fokus, ebenso wie die daraus resultierende Einsparung an Treibhausgasen. Laut Martin Vogt, dem Geschäftsführer des VDI Zentrums Ressourceneffizienz, zeigt die Studie, dass hohe Einsparpotenziale durch die Anwendung von Methoden der künstlichen Intelligenz zu erwarten sind, insbesondere für die Reduzierung des Material- und Energieverbrauchs. „In der Umsetzung stehen die meisten Betriebe aber noch am Anfang. Gründe liegen insbesondere in der geringen Datenverfügbarkeit durch eine noch nicht ausreichende Digitalisierung“, stellte er fest.

Anwendungsszenarien sollen helfen

Im Kern stellt die Studie acht beispielhafte KI-Anwendungsszenarien im verarbeitenden Gewerbe vor. Sie zeigen beispielsweise ein Anwendungsspektrum von der optischen Fehlererkennung über die vorausschauende Wartung bis hin zur Optimierung der Prozesskette. Die Potenzialanalyse der ausgewählten Anwendungsszenarien bewertet deren technologische Umsetzung, den erforderlichen Aufwand und die Auswirkung auf die Ressourceneffizienz qualitativ und wo immer möglich auch quantitativ. Als Erfolgsfaktoren nannten die Befragten unabhängig vom Anwendungsszenario die Nutzung bereits vorhandener KI-Lösungen, standardisierter Schnittstellen, Open-Source-Lösungen sowie Vernetzung und Training der beteiligten Menschen.

Insbesondere kleine und mittlere Unternehmen wollen KI-Lösungen demnach künftig öfter einsetzen. Gleichzeitig sehen sie Hürden, weil ihnen KI-Fachwissen fehlt und der Implementierungsaufwand zu hoch erscheint. Außerdem gibt es Bedenken hinsichtlich der Datensicherheit und der geringen Datenverfügbarkeit.

Am Ende gibt die Studie Handlungsempfehlungen für Unternehmen, Politik und Forschung. Demnach sollten KMU bei der Entwicklung einer KI- und Datenstrategie die Material- und Energieeffizienz stärker einbeziehen. Die Politik könne dazu beispielsweise durch eine praxisnahe Ausrichtung der KI-Forschungsförderung beitragen. Der Wissenschaft wird gemeinsame Forschung von KI und Ressourceneffizienz empfohlen. Da Unternehmen im Bereich KI stark auf externe Unterstützung angewiesen sind, ist für das Autorenteam eine Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft, Entwicklern und Anwendern von entscheidender Bedeutung.

Für das Fraunhofer IPA, das die Studie zusammen mit der Deloitte Consulting GmbH – Analytics & Cognitive durchführte, ist die Digitalisierung ein zentrales Instrument zur Verbesserung der Nachhaltigkeit von produzierenden Unternehmen. Die Analyse großer Datenmengen sowie die einhergehende Ableitung möglicher Optimierungsmaßnahmen seien allerdings oft nur durch Etablierung von Digitalisierungslösungen möglich. „Die Einbindung von Methoden der KI ist der konsequente nächste Schritt auf dem Weg zur Ausschöpfung von Ressourceneffizienzpotenzialen in Produktionsumgebungen“, sagte Alexander Sauer, Leiter des Fraunhofer IPA und des Instituts für Energieeffiziente Produktion (EEP) der Universität Stuttgart. „Gerade auch für KMU bieten sich Chancen durch zielgerichtete Einbindung von KI, Wettbewerbsvorteile zu erzielen und Alleinstellungsmerkmale zu stärken oder zu etablieren.“

Für VDI-ZRE-Geschäftsführer Vogt bilden die Ergebnisse der Studie die Grundlage bei der Weiterentwicklung der entsprechenden Informations- und Beratungsangebote seiner Organisation. „Die Erkenntnisse können auch dabei helfen, dass zukünftige Förderprogramme im Bereich der Forschung und Entwicklung noch praxisnäher auf die Herausforderungen in den Unternehmen zugeschnitten werden“, hob er hervor. Dabei gelte es auch den zusätzlichen Ressourcenverbrauch für die Anwendung von KI-Methoden im Blick zu behalten. Sein Fazit: „Wir brauchen die KI für mehr Ressourceneffizienz, aber auch eine ressourcenschonende KI. Nur dann können die damit verbundenen technologischen Innovationen einen wirksamen Beitrag zur Senkung des Ressourcenverbrauchs und mehr Klimaschutz leisten.“

Die Studie steht online kostenlos zur Verfügung unter:

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