Industrielle Prozesse in der Werkstofftechnologie - Strategien und Prozesse

Einführung in das Teilmodul Industrielle Prozesse in der Werkstofftechnologie

• Werkstofftechnik ist eine Disziplin, die in vielen Fachbüchern rein technisch betrachtet wird, aber in der industriellen Praxis kann sie nur erfolgreich realisiert werden, wenn sie in den Kontext betrieblicher Abläufe integriert ist.
• Größer angelegte Werkstoffprojekte betreffen in der Regel mehr als eine Abteilung und können konzernübergreifend relevant sein.
• Organisatorische Strukturen, interne Abläufe und personelle Konstellationen müssen bekannt sein und adäquat berücksichtigt werden.

Ziele des Teilmoduls

• Entwicklung des Konzepts einer Werkstoffstrategie, um eine ganzheitliche und strukturierte Herangehensweise an industrielle Prozesse in der Werkstofftechnologie zu verstehen.
• Erkennen, dass Werkstofftechnik über den Rahmen primär technisch-wissenschaftlicher Betrachtung hinaus als strategischer und prozessorientierter Themenkomplex entwickelt werden kann.
• Verstehen, welchen Einfluss die Werkstofftechnik als integraler Bestandteil moderner Produktentwicklungsprozesse auf den Produkterfolg hat.
• Erkennen der Schnittstellen in industriellen Prozessen, um wichtige Entscheidungen vom Design bis zur Serienproduktion bewerten und mitgestalten zu können.

Inhaltliche Schwerpunkte des Moduls

• Darstellung und Erläuterung der Abläufe in industriellen Projekten
• Aspekte des Projektmanagements und der Produktionsplanung sowie die verbindende Phase der Industrialisierung
• Zahlreiche Praxisbeispiele, um den Stoff nachvollziehbar zu gestalten und um die konkrete Anwendbarkeit des Themas aufzuzeigen

Strukturierung der Studienbriefe

• Der Studienbrief wird auf das Konzept des Simultaneous Engineering (SE) zurückgegriffen, um die Studienbriefe selbst zu strukturieren.
• Der Aufbau des Skripts richtet sich an den drei Kernbegriffen des Simultaneous Engineering aus: der Standardisierung, der Integration und der Parallelisierung.
• Jeder Begriff wird in einem eigenen Kapitel dargestellt und gleichzeitig der Brückenschlag zur angewandten Werkstofftechnik aufgezeigt.

Studienbriefe

• Im 1. Studienbrief werden Strategien und Prozesse, wie die Werkstoffstrategie, das Prozessmanagement sowie die Prozesskette Werkstofftechnologie, behandelt.
• Im 2. Studienbrief wird der typische zeitliche Verlauf eines Produktrealisierungsprozesses beschrieben.
• Im 3. Studienbrief wird der zweite Ansatzpunkt von SE, die Integration, näher beleuchtet.### Strategien und Prozesse
• Ein Prozess ist ein sich über eine gewisse Zeit erstreckender Vorgang, bei dem etwas entsteht und sich herausbildet.
• Die Werkstofftechnik kann als strategisches Konzept aufgefasst werden, mit dessen Hilfe betriebliche Abläufe und Prozesse ganzheitlich und langfristig optimiert werden können.
• Eine Werkstoffstrategie beinhaltet Aspekte wie Standardisierung, Einsatz und Aufbau von Fachkenntnis und Kompetenz in der Werkstofftechnik, Charakterisierung und Optimierung von Werkstoffeigenschaften und Qualitätsmanagement.
• Die Integration einer Werkstoffstrategie in die Unternehmensabläufe unterstützt die zeitparallele Abarbeitung von Aufgaben, wenn kritische werkstoffbezogene Fragestellungen frühzeitig identifiziert und abgearbeitet werden.

Prozessmanagement

• Prozessmanagement ist eine gezielte Planung und Realisierung von Prozessen, um eine ganzheitliche Abwicklung von Aufgaben zu erreichen.
• Die Erwartungen an das Prozessmanagement sind Effizienz, Flexibilität, Schnelligkeit und Pünktlichkeit.
• Ein Prozess kann definiert werden als eine Kette von zusammenhängenden Aktivitäten, die gemeinsam einen Kundennutzen schaffen.
• Die Aspekte zur Gestaltung und Optimierung von Prozessen sind Motivation, Zielfestlegung und Erwartungen, Bestandsaufnahme der Prozesse, Diagnose, Ursachen-Wirkungs-Analyse, Einführung eines verbesserten Prozesses und Überwachung und Anpassung von Prozessen.

Prozesskette Werkstofftechnologie

• Die Prozesskette Werkstofftechnologie ist als Querschnittsfunktion Teil aller umgebenden Prozesse und bewirkt eine Unterstützung der Teilprozesse und erhält Rückkopplungen aus diesen.
• Die Prozesskette Werkstofftechnologie umfasst werkstofftechnische Fragestellungen im industriellen Kontext, die selten singulär bearbeitbar und beantwortbar sind, und muss ihre Wechselwirkungen mit den umgebenden Prozessen berücksichtigen.
• Wichtige industrielle Prozesse, die von der Prozesskette Werkstofftechnologie unterstützt werden, sind der kommerzielle Prozess, der Entwicklungsprozess, der Produktionsprozess und der Qualitätsprozess.### Strategien und Prozesse
• Ein Prozess ist eine Abfolge von Aktivitäten, die ein bestimmtes Ziel verfolgen.
• Die Werkstoffstrategie setzt sich aus verschiedenen Komponenten zusammen.
• Erwartungen an das Prozessmanagement umfassen eine Verkürzung von Entwicklungszeiten, eine Kostenreduktion und eine Verbesserung der Qualität.

Simultaneous Engineering

• Simultaneous Engineering (SE) ist die parallele Entwicklung und Implementierung von Produkten und Prozessen in bereichs- und unternehmensübergreifenden Teams.
• Ziele des SE sind die Verkürzung von Entwicklungszeiten, die Reduzierung von Investitionskosten und die Verbesserung der Qualität.
• Das "Magische Dreieck" besteht aus den Faktoren Zeit, Qualität und Kosten, die voneinander abhängen.

Parallelisierung

• Parallelisierung bedeutet die teilweise zeitparallele und miteinander verzahnte Abarbeitung von Teilprojekten.
• Projektmanagement ist die Planung, Überwachung und Koordination von Systemen und Prozessen.
• Ein typischer Ablauf eines industriellen Projekts gliedert sich in die Phasen Anfangsphase, frühe Projektphase, mittlere Projektphase und Projektende.
• Die Projektphase endet mit dem Auslaufen der Serienproduktion (EOP).

Projektmanagement

• Projektmanagement ist der übergeordnete Begriff für alle Aktivitäten, die erforderlich sind, um Systeme und Prozesse zu planen, zu überwachen und zu koordinieren.
• Projektmanagement umfasst die Planung, Überwachung und Koordination von Systemen und Prozessen.
• Eine erfolgreiche Projektabwicklung berücksichtigt soziale Komponenten wie eine geeignete personelle Besetzung des Projektteams und die klare Zuordnung von Entscheidungskompetenzen.
• Projektmanagement vs. Line Management: Projektmanagement bezieht sich auf die Planung und Überwachung von Projekten, während Line Management die Organisation der laufenden Fertigung betrifft.

Klausuraufgaben und Korrekturrichtlinie

• Die Klausuraufgaben umfassen acht Aufgaben mit verschiedenen Punktzahlen zwischen 5 und 20 Punkten.
• Die Gesamtpunktzahl beträgt 100 Punkte.

Strategien und Prozesse

• Eine Strategie ist ein ganzheitlich, bewertetes, zielgerichtetes und langfristiges Vorgehen, das mit einem Plan verbunden ist.
• Fünf strategische Managemententscheidungen:
  • Änderung der Richtung der Unternehmensentwicklung
  • Sicherung des langfristigen Unternehmenserfolgs
  • Bestimmung der internen und externen Unternehmensausrichtung
  • Schaffung von Erfolgspotenzialen
  • Berücksichtigung einer übergreifenden Perspektive
• Ein Prozess ist ein sich über eine gewisse Zeit erstreckender Vorgang, bei dem etwas allmählich entsteht und sich herausbildet.
• Drei Aufgaben des Prozessmanagements:
  • Effizienz – effiziente Ressourcenschonung
  • Flexibilität – fortwährende Anpassung von Abläufen
  • Schnelligkeit und Pünktlichkeit – Einführung eines Zeitmanagements

Projektmanagement (Parallelisierung)

• Vier Charakteristika des Projektmanagements:
  • definierte Ziele
  • zeitliche Abgeschlossenheit
  • zu Arbeitspaketen zugehörige, einmalige Budgets
  • eine spezifische Projektorganisation
• Mindestens drei weitere Erfolgsfaktoren im Projektmanagement:
  • Topmanagement-Support
  • Struktur und Transparenz
  • Wissensmanagement
• Stakeholder und Stakeholder-Analyse:
  • Stakeholder sind Personen, die ein Interesse am Projekt haben oder von diesem in irgend einer Form betroffen sind.
  • Kernfragen der Stakeholder-Analyse:
    • "Wer?" Welche Personen und Institutionen müssen als potentielle Stakeholder des Projektes betrachtet werden?
    • "Was?" Welchen Einfluss haben die Stakeholder in Bezug auf die Projektziele? Welche Befugnisse stehen ihnen zur Verfügung?
    • "Wie?" Wie werden sich die relevanten Stakeholder in Bezug auf das Projekt verhalten?

Wärmebehandlung und Prozesssicherheit

• Die Wärmebehandlung spielt bei vielen metallischen Werkstoffen zur Einstellung der gewünschten Werkstoffeigenschaften eine zentrale Rolle.
• Ziel der Wärmebehandlung ist die Einstellung der gewünschten Werkstoffeigenschaften.
• Drei Verfahrensschritte einer Wärmebehandlung:
  • Auswahl des geeigneten Werkstoffs
  • Vorbereitung des Werkstoffs
  • Durchführung der Wärmebehandlung
• Fähigkeitskennwerte für die Prozesssicherheit:
  • Übliche Kenngrößen für die Prozesssicherheit sind sogenannte Fähigkeitskennwerte.
  • Hiermit wird die Fähigkeit des Prozesses beschrieben, die geforderten Anforderungen zu erfüllen.

Andere Themen

• Bauteilprüfung: Die Bauteilprüfung soll den Nachweis erbringen, dass die neue Konstruktion den geforderten Belastungen standhält.

• Schadensanalyse: Die Schadensanalyse nach VDI-Richtlinie ist ein systematisches Verfahren zur Ermittlung der Ursache des Versagens technischer Bauteile.

• Toyota-Produktions-System (TPS): Das TPS gilt als das bekannteste, ganzheitliche Produktionssystem und als die beste Methode zur Optimierung der Produktions- und Arbeitsorganisation.### Risikomanagement

• Mindestens fünf Aufgaben des Risikomanagements:

  • Identifizierung von möglichen Problemen / Fehlern bereits vor ihrem Eintreten
  • Quantifizierung der Eintrittswahrscheinlichkeit solcher Probleme / Fehler
  • Bewertung möglicher Folgen, falls das Problem / der Fehler eintritt
  • Präventive Maßnahmen (Schaden verhindern) haben Priorität
  • Korrigierendes Eingreifen, wenn ein Schaden bereits entstanden ist (Schaden mindern), soll möglichst vermieden werden

Risikopotentiale

• Mindestens fünf Risikopotentiale:
  • unklare Aufgabenstellung
  • falsche Planung
  • Zeitverzug, Budgetüberschreitung, mangelnde Ressourcen
  • technische Fehler, keine technische Machbarkeit gegeben
  • Umfeldaspekte (gesetzliche Auflagen, politische Widerstände)
  • Zulieferungen (Termin, Qualität)
  • Verträge (Vertragsbruch, schlechte oder unklare Formulierungen)
  • soziale Probleme (fehlende Motivation, Sabotage)

Phasenmodell

• Zur frühen Projektphase:
  • Prozessschritte bei der sukzessiven Zeichnungsüberarbeitung
  • Start mit 1. Entwurf
  • Insgesamt vier Prüfungen, ob nachfolgende Forderungen erfüllt bzw. eingehalten werden
  • Wenn alle vier Prüfungen i.O., liegt eine industrialisierbare Zeichnung mit serienreifem Konstruktionsstand vor

Produktions-Anlaufkurve

• Produktions-Anlaufkurve mit allen Begriffen:
  • Ein schlagartiges Hochfahren der Serienproduktion ist oft nicht möglich, weil
  • noch nicht alle Maschinenparameter optimiert sind
  • die Fertigungsmannschaft noch nicht eingeübt ist / noch keine Routine hat / erst Erfahrungen sammeln muss
  • der Materialfluss noch nicht optimal läuft
  • eine Anlaufkurve umso flacher verläuft, je schwieriger (technisch anspruchsvoller) ein Produkt ist
  • je mehr neue Fertigungstechnologien Verwendung finden

Projektende

• Zum Projektende:
  • Aktivitäten und Ergebnisse beim Projektende:
    • Um- und Rückbau der Fertigungsanlagen
    • Serviceleistungen und das Vorhalten von Ersatzteilen
    • Start Anschlussprojekt
    • Sicherung und Aufarbeitung der im Projekt gewonnen positiven und negativen Erfahrungen
    • Durchführung von „Lessons Learned“- und „Best Practice“-Workshops
    • Abschließende Wirtschaftlichkeitsbetrachtung oder finanzielle Bewertung des durchgeführten Projekts
    • Dokumentation der aus dem Projekt erzielten Erkenntnisse
    • Identifizierung von Optimierungspotentialen für Nachfolgeprojekte

Finanzielle Bewertung und Optimierung

• Finanzielle Bewertung und Optimierung des durchgeführten Projekts:
  • Haben sich die Annahmen in der Grobplanung und Grobkalkulation bestätigt?
  • Wurde der Kostenrahmen für die Konstruktion und Entwicklung eingehalten?
  • Ist die Konstruktion kostenoptimiert und auf die Fertigungsrandbedingungen angepasst?
  • Konnte der kalkulierte Herstellungs-Stückpreis erreicht werden?
  • Konnten Einsparmaßnahmen (Savings) auch bei Unterlieferanten umgesetzt werden?

Schadensanalyse und Werkstoffprüfung

• Zur Schadensanalyse und Werkstoffprüfung:
  • Mindestens sieben Schritte bei der Durchführung einer Schadensanalyse in der richtigen zeitlichen Reihenfolge
  • Drei übliche Härteprüfverfahren für Metalle:
    • Härteprüfung nach Brinell
    • Härteprüfung nach Vickers
    • Härteprüfung nach Rockwell
  • Mindestens fünf Kennwerte aus dem Zugversuch:
    • Elastizitätsmodul - E
    • Streckgrenze - Re
    • Dehngrenze - Rp
    • Zugfestigkeit - Rm
    • Bruchdehnung - A
    • Brucheinschnürung - Z

Wärmebehandlung

• Zur Wärmebehandlung:
  • Definition des Begriffs Wärmebehandlung:
    • Verfahren oder Verfahrenskombinationen, bei denen Halbzeuge oder Werkstücke definierten Zeit-Temperatur-Folgen unterzogen werden
  • Die drei Verfahrensschritte einer Wärmebehandlung sind:
    • 1. Schritt: Erwärmen
    • 2. Schritt: Halten
    • 3. Schritt: Abkühlen
  • Mindestens fünf Wärmebehandlungsverfahren von Stählen:
    • Glühen
    • Härten
    • Randschichthärten
    • Thermomechanisches Behandeln
    • Vergüten

Fähigkeitskennwerte

• Fähigkeitskennwerte für die Prozesssicherheit:
  • Prozessfähigkeit Cp bzw. Cpk
  • Maschinenfähigkeit Cm bzw. Cmk
  • Prüfmittelfähigkeit Cg bzw. Cgk
  • Anlagenfähigkeit Ca bzw. Cak

Toyota-Produktionssystem TPS

• Zum Toyota-Produktionssystem TPS:
  • Mindestens fünf Säulen des TPS:
    • KANBAN - Just-in-time Lieferungen mit Pull-System
    • KAIZEN - kontinuierliche Verbesserung in kleinen Schritten
    • 5 S - Ordnung schaffen und Sortieren, Ordnungsliebe, Sauberkeit, Ordnungsregeln, Disziplin
    • 5 W - das fünfmalige Warum-Fragen
    • HEIJUNKA - Produktionsnivellierung und Auslastungsglättung
    • JIDOKA - Prozessimmanente Qualität an jeder Arbeitsstation
    • LPM - Schlanke Produktion, Eliminierung von Nichtwertschöpfung
    • One-Piece-Flow-Zellen - Zellen, um eine Produkt- oder Dienstleistungseinheit nach dem Fließprinzip zu erstellen

Klausuraufgaben und Korrekturrichtlinie

• Die Klausuraufgaben umfassen acht Aufgaben mit verschiedenen Punktzahlen zwischen 5 und 20 Punkten.
• Die Gesamtpunktzahl beträgt 100 Punkte.

Strategien und Prozesse

• Eine Strategie ist ein ganzheitlich, bewertetes, zielgerichtetes und langfristiges Vorgehen, das mit einem Plan verbunden ist.
• Fünf strategische Managemententscheidungen:
  • Änderung der Richtung der Unternehmensentwicklung
  • Sicherung des langfristigen Unternehmenserfolgs
  • Bestimmung der internen und externen Unternehmensausrichtung
  • Schaffung von Erfolgspotenzialen
  • Berücksichtigung einer übergreifenden Perspektive
• Ein Prozess ist ein sich über eine gewisse Zeit erstreckender Vorgang, bei dem etwas allmählich entsteht und sich herausbildet.
• Drei Aufgaben des Prozessmanagements:
  • Effizienz – effiziente Ressourcenschonung
  • Flexibilität – fortwährende Anpassung von Abläufen
  • Schnelligkeit und Pünktlichkeit – Einführung eines Zeitmanagements

Projektmanagement (Parallelisierung)

• Vier Charakteristika des Projektmanagements:
  • definierte Ziele
  • zeitliche Abgeschlossenheit
  • zu Arbeitspaketen zugehörige, einmalige Budgets
  • eine spezifische Projektorganisation
• Mindestens drei weitere Erfolgsfaktoren im Projektmanagement:
  • Topmanagement-Support
  • Struktur und Transparenz
  • Wissensmanagement
• Stakeholder und Stakeholder-Analyse:
  • Stakeholder sind Personen, die ein Interesse am Projekt haben oder von diesem in irgend einer Form betroffen sind.
  • Kernfragen der Stakeholder-Analyse:
    • "Wer?" Welche Personen und Institutionen müssen als potentielle Stakeholder des Projektes betrachtet werden?
    • "Was?" Welchen Einfluss haben die Stakeholder in Bezug auf die Projektziele? Welche Befugnisse stehen ihnen zur Verfügung?
    • "Wie?" Wie werden sich die relevanten Stakeholder in Bezug auf das Projekt verhalten?

Wärmebehandlung und Prozesssicherheit

• Die Wärmebehandlung spielt bei vielen metallischen Werkstoffen zur Einstellung der gewünschten Werkstoffeigenschaften eine zentrale Rolle.
• Ziel der Wärmebehandlung ist die Einstellung der gewünschten Werkstoffeigenschaften.
• Drei Verfahrensschritte einer Wärmebehandlung:
  • Auswahl des geeigneten Werkstoffs
  • Vorbereitung des Werkstoffs
  • Durchführung der Wärmebehandlung
• Fähigkeitskennwerte für die Prozesssicherheit:
  • Übliche Kenngrößen für die Prozesssicherheit sind sogenannte Fähigkeitskennwerte.
  • Hiermit wird die Fähigkeit des Prozesses beschrieben, die geforderten Anforderungen zu erfüllen.

Andere Themen

• Bauteilprüfung: Die Bauteilprüfung soll den Nachweis erbringen, dass die neue Konstruktion den geforderten Belastungen standhält.
• Schadensanalyse: Die Schadensanalyse nach VDI-Richtlinie ist ein systematisches Verfahren zur Ermittlung der Ursache des Versagens technischer Bauteile.
• Toyota-Produktions-System (TPS): Das TPS gilt als das bekannteste, ganzheitliche Produktionssystem und als die beste Methode zur Optimierung der Produktions- und Arbeitsorganisation.### Risikomanagement
• Mindestens fünf Aufgaben des Risikomanagements:
  • Identifizierung von möglichen Problemen / Fehlern bereits vor ihrem Eintreten
  • Quantifizierung der Eintrittswahrscheinlichkeit solcher Probleme / Fehler
  • Bewertung möglicher Folgen, falls das Problem / der Fehler eintritt
  • Präventive Maßnahmen (Schaden verhindern) haben Priorität
  • Korrigierendes Eingreifen, wenn ein Schaden bereits entstanden ist (Schaden minimieren)
• Gutes Risikomanagement muss früh starten und sukzessive wiederholt werden

Risikopotentiale

• Mindestens fünf Risikopotentiale:
  • unklare Aufgabenstellung
  • falsche Planung
  • Zeitverzug, Budgetüberschreitung, mangelnde Ressourcen
  • technische Fehler, keine technische Machbarkeit gegeben
  • Umfeldaspekte (gesetzliche Auflagen, politische Widerstände)
  • Zulieferungen (Termin, Qualität)
  • Verträge (Vertragsbruch, schlechte oder unklare Formulierungen)
  • soziale Probleme (fehlende Motivation, Sabotage)

Projektphasenmodell

• Prozessschritte bei der sukzessiven Zeichnungsüberarbeitung:
  • Start mit 1. Entwurf
  • Insgesamt vier Prüfungen, ob nachfolgende Forderungen erfüllt bzw. eingehalten werden
    • Kundenanforderungen erfüllt?
    • Technische Machbarkeit gegeben?
    • Herstellbarkeit gegeben?
    • Kostenrahmen eingehalten?
  • Wenn alle vier Prüfungen i.O., liegt eine industrialisierbare Zeichnung mit serienreifem Konstruktionsstand vor

Produktions-Anlaufkurve

• Produktions-Anlaufkurve mit allen Begriffen:
  • Anlaufverlust
  • Anlaufzeit
  • Anlaufmenge
  • Anlaufkurve
  • Serienreife

Schadensanalyse und Werkstoffprüfung

• Mindestens sieben Schritte bei der Durchführung einer Schadensanalyse:
  • Schadensbeschreibung
  • Bestandsaufnahme
  • Schadenshypothese
  • Einzeluntersuchung
  • Untersuchungsergebnisse
  • Schadensursache
  • Schadensabhilfe
  • Bericht
  • Dokumentation
• Drei übliche Härteprüfverfahren für Metalle:
  • Härteprüfung nach Brinell
  • Härteprüfung nach Vickers
  • Härteprüfung nach Rockwell
• Mindestens fünf Kennwerte aus dem Zugversuch:
  • Elastizitätsmodul - E
  • Streckgrenze - Re
  • Dehngrenze - Rp
  • Zugfestigkeit - Rm
  • Bruchdehnung - A
  • Brucheinschnürung - Z

Wärmebehandlung

• Definition des Begriffs Wärmebehandlung:
  • Verfahren oder Verfahrenskombinationen, bei denen Halbzeuge oder Werkstücke definierten Zeit-Temperatur-Folgen unterzogen werden
  • Ziel: Änderung des Gefüges und damit die Änderung der Werkstoffeigenschaften
• Die drei Verfahrensschritte einer Wärmebehandlung:
  • 1. Schritt: Erwärmen
  • 2. Schritt: Halten
  • 3. Schritt: Abkühlen
• Mindestens fünf Wärmebehandlungsverfahren von Stählen:
  • Glühen
  • Härten
  • Randschichthärten
  • Thermomechanisches Behandeln
  • Vergüten
  • Perlitisieren
  • Bainitisieren

Toyota-Produktionssystem TPS

• Mindestens fünf Säulen des TPS:
  • KANBAN - Just-in-time Lieferungen mit Pull-System
  • KAIZEN - kontinuierliche Verbesserung in kleinen Schritten
  • 5 S - Ordnung schaffen und Sortieren, Ordnungsliebe, Sauberkeit, Ordnungsregeln, Disziplin
  • 5 W - das fünfmalige Warum-Fragen
  • HEIJUNKA - Produktionsnivellierung und Auslastungsglättung
  • JIDOKA - Prozessimmanente Qualität an jeder Arbeitsstation
  • LPM - Schlanke Produktion, Eliminierung von Nichtwertschöpfung
  • One-Piece-Flow-Zellen - Zellen, um eine Produkt- oder Dienstleistungseinheit nach dem Fließprinzip zu erstellen

KI-Act: Regularien

• Der KI-Act ist eine vorgeschlagene EU-Verordnung, die ein Rahman für vertrauenswürdige KI-Zusammenfassungen festlegen soll
• Er setzt Regeln für hoch risikoreiche KI-Anwendungen wie Gesundheitswesen, Verkehr und Bildung

KI-Ethik

• KI-Ethik befasst sich mit der Entwicklung und Gestaltung von KI-Systemen, die mit menschlichen Werten und Prinzipien übereinstimmen
• Wichtige ethische Überlegungen:
  • Autonomie: sicherstellen, dass KI-Systeme die menschliche Autonomie nicht beeinträchtigen
  • Nicht-Schädigung: Vermeidung von Schäden für Menschen und die Umwelt
  • Wohltätigkeit: Förderung des Wohlbefindens und des Nutzens für Menschen und die Gesellschaft
  • Gerechtigkeit: sicherstellen, dass KI-Entscheidungen fair und unvoreingenommen getroffen werden
  • Erklärbarkeit: transparente und verständliche KI-Entscheidungsprozesse

Transparenz

• KI-Transparenz bezieht sich auf die Fähigkeit, KI-Entscheidungsprozesse zu verstehen und zu interpretieren
• Wichtige Transparenzanforderungen:
  • Rückverfolgbarkeit: die Fähigkeit, KI-Entscheidungsprozesse nachzuverfolgen
  • Verständlichkeit: die Fähigkeit, KI-Entscheidungsprozesse zu verstehen
  • Verantwortlichkeit: die Fähigkeit, KI-Systeme und -Entwickler für ihre Handlungen verantwortlich zu machen
• Transparenzmethoden:
  • Modell-Erklärungs-Techniken (z.B. Feature-Importance, Saliency-Maps)
  • Modell-Interpretierbarkeits-Techniken (z.B. Aufmerksamkeits-Mechanismen, Modell-Introspektion)

Vermeidung von Bias

• KI-Bias tritt auf, wenn KI-Systeme bestehende soziale Ungleichheiten feststellen oder verstärken
• Strategien zur Vermeidung von Bias:
  • Datenkuratierung: sicherstellen, dass Datensätze vielfältig, repräsentativ und frei von Bias sind
  • Algorithmische Audits: Testen von KI-Systemen auf Bias und Diskriminierung
  • Menschliche Überwachung: Einbindung von Menschen in KI-Entscheidungsprozesse, um Bias zu erkennen und zu korrigieren
  • Regelmäßiges Aktualisieren und Neu trainieren: kontinuierliches Aktualisieren und Neu trainieren von KI-Modellen, um sich an veränderte soziale Kontexte anzupassen

Erklärbarkeit

• Erklärbarkeit bezeichnet die Fähigkeit von KI-Systemen, klare und verständliche Erklärungen für ihre Entscheidungen zu liefern
• Erklärbarkeitstechniken:
  • Modell-agnostische Erklärungen: Erklärungen, die unabhängig vom zugrunde liegenden KI-Modell sind
  • Modell-spezifische Erklärungen: Erklärungen, die auf das spezifische KI-Modell zugeschnitten sind
• Erklärbarkeitsanwendungen:
  • KI-Entscheidungs-Unterstützungssysteme: Erklärungen für KI-getriebene Entscheidungen in High-Stakes-Anwendungen
  • KI-Modell-Debugging: Erkennung und Korrektur von Fehlern in KI-Modellen
  • KI-Transparenz und Verantwortlichkeit: Erklärungen für KI-Entscheidungsprozesse für regulatorische und ethische Compliance