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Leitprojekt EMOTION:
Wenn Maschinen lernen mitzudenken

Empathische Systeme machen die Produktion widerstandsfähiger, anpassungsfähiger und resilienter

Die Szene wirkt unspektakulär. Eine Produktionslinie läuft, ein fahrerloses Transportsystem nähert sich, ein Instandhalter prüft eine Anlage. Doch im Hintergrund passiert Spannendes. Systeme tauschen Informationen aus, bewerten selbstständig Situationen, passen ihr Verhalten entsprechend an. Nicht regelbasiert, sondern kooperativ.

Das ist der innovative Ansatz des Fraunhofer-Leitprojekts EMOTION. Es geht um nichts Geringeres als die nächste Entwicklungsstufe der Industrie: weg von isolierten, regelbasierten Systemen hin zu empathischen Systemen, die verstehen, reagieren und gemeinsam handeln. Ziel ist eine Produktion, die auch unter Unsicherheit stabil bleibt, auch dann, wenn Lieferketten schwanken, Anlagen ausfallen oder sich Anforderungen kurzfristig ändern.

Resilienz entsteht nicht durch einzelne Technologien, sondern durch Kooperation. Unsere Aufgabe ist es, diese Kooperation technisch möglich zu machen.
Dr.-Ing. Christian Richter, Projektleiter am Fraunhofer IFF

Dr.-Ing. Christian Richter

Logistik- und Fabriksysteme, Digitale Logistikinfrastrukturen und -systeme

Die im Projekt EMOTION entwickelten selbstorganisierten Fahrerlosen Transportsysteme erhöhen die Resilienz der Automatisierten Manufaktur. Durch die effektive Vernetzung und Interpretation von Informationen können sie Zustände und Perspektiven anderer Akteure berücksichtigen und ihr Verhalten situationsgerecht anpassen. So bleibt der Materialfluss auch bei individuellen Produktionsprozessen und variantenreicher Einzelteilfertigung stabil und effizient.

Im Zentrum steht die Frage: Wie können Menschen, IT-Systeme und Maschinen so zusammenarbeiten, dass sie sich gegenseitig unterstützen? Die Antwort liegt in neuen Formen der Kooperation. Systeme tauschen nicht mehr nur Informationen aus, sie versetzen sich in den Zustand der anderen Systeme hinein. Dies ermöglicht es ihnen, ihre eigenen Ziele einzuordnen und zu bewerten. Damit stimmt jeder Akteur sein individuelles Verhalten auf das Gesamtsystem ab.

Die Fraunhofer-Gesellschaft übernimmt in der Entwicklung empathischer Produktionssysteme eine Schlüsselrolle. Die Forschenden von sieben Instituten entwickeln die technologische Grundlage dafür, dass empathische Kooperation in der Produktion eingesetzt werden kann.

Eine Kerntechnologie ist die sogenannte AI-Serving-Umgebung. Sie sorgt dafür, dass KI-Modelle entwickelt, betrieben, überwacht und jederzeit aktualisiert werden können. All das funktioniert durch interoperable Dateninfrastrukturen – das sind zum Beispiel Verwaltungsschalen und standardisierte digitale Zwillinge – ohne Eingriffe in bestehende IT-Systeme.

Aktuelle Studien zeigen, dass 95% aller KI-Projekte scheitern¹. Das zu verbessern, ist unser Anspruch

Dr.-Ing. Christian Richter

STUDIE – STATE OF AI IN BUSINESS 2025

Betriebssicherheit & Systemstabilität durch KI

Der Nutzen ist unmittelbar: Modelle lassen sich versionieren und vergleichen. Sie können zudem im laufenden Betrieb ausgetauscht werden. Fehleranfällige Einzelintegrationen entfallen. Entscheidungen werden näher am Prozess getroffen. Reaktionszeiten sinken. Gleichzeitig steigt die Betriebssicherheit, weil Modelle kontinuierlich überwacht und bei Bedarf nachtrainiert werden können. Das ist wichtig für die empathischen Mechanismen.

Ein zweiter Baustein wirkt auf den ersten Blick abstrakt, ist aber wichtig für die Praxis: der sogenannte EMOTION-Vektor. Dahinter verbergen sich reduzierte Zustandsinformationen jedes Akteurs über dessen Vergangenheit, Gegenwart und zukünftige Ziele. Jeder EMOTION-Vektor beschreibt dabei die aktuelle Auslastung, Dringlichkeit, Auftrags- und Störungshistorie. Statt große Datenmengen zu übertragen, tauschen Maschinen verdichtete Informationen aus. Das reduziert den Kommunikations- und Interpretationsaufwand und macht empathische Kooperation im Gesamtsystem erst möglich.

„Man kann sich das wie im Supermarkt vorstellen: man Antizipiert das Verhalten der anderen Einkaufswagen-Fahrer und verhindert einen Zusammenstoß in den Regalgassen“, erklärt Dr. Richter. „Alle Beteiligten verstehen sofort, welches Ziel der jeweils Andere hat und können entsprechend handeln.“

Diese Technologie zeigt ihre Stärke vor allem dort, wo viele Akteure zusammenwirken. Erprobt wurde sie zunächst am Beispiel der Instandhaltungsplanung für autonome Transportsysteme. Das System erkennt frühzeitig Abweichungen, bewertet deren Bedeutung und stimmt sich mit allen anderen Teilsystemen ab. Wartungsmaßnahmen werden nicht isoliert geplant, sondern im Kontext der gesamten Produktion. „98% der ungeplanten Stillstände lassen sich so vermeiden und Instandhaltungsmaßnahmen gezielt einplanen, bevor ein Ausfall kritisch wird“ sagt Dr. Richter.

Ein weiterer Fortschritt liegt in der Art, wie diese Funktionen bereitgestellt werden. Die vom Fraunhofer IFF entwickelten kognitiven Entscheidungsmechanismen sind modular aufgebaut. Sie können flexibel in bestehende Systeme integriert werden. Unternehmen müssen ihre IT-Landschaften nicht komplett neu aufbauen. Sie können gezielt einzelne Funktionen ergänzen und schrittweise erweitern.

Ein zentraler Ort für diese Entwicklungen ist die Elbfabrik des Fraunhofer IFF. Hier entstehen Demonstratoren, mit denen die Technologien unter realistischen Bedingungen erprobt werden. Menschen, Maschinen und IT-Systeme arbeiten gemeinsam. Entscheidungen werden dezentral getroffen und unter den Akteuren abgestimmt. Autonome Transportsysteme, menschzentrierte Assistenzsysteme und Interoperable Dateninfrastrukturen sind in einen ganzheitlichen Herstellungsprozess integriert.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entwickeln diese Technologien nicht nur in der Theorie. Sie setzen diese auch mit Unternehmen um. Wie das konkret aussieht, zeigte ein gemeinsamer Hackathon mit SyncroBot. Das Unternehmen entwickelt eine herstellerunabhängige Softwareplattform zur Steuerung und Koordination autonomer mobiler Roboterflotten in Industrie und Logistik. In der Elbfabrik im Wissenschaftshafen Magdeburg wurde die SyncroBot-Plattform zur Verwaltung und Integration solcher autonomer Roboterflotten produktionsnah implementiert. „Über den Ansatz eines Unified Namespace innerhalb der Connected-Factory-Plattform ist es uns gelungen, unterschiedliche Flottenmanagementsysteme effizient anzubinden und in einem gemeinsamen Datenraum zusammenzuführen. Maschinen-, Flotten- und Prozessdaten stehen so in Echtzeit zur Verfügung und können für abgestimmte Entscheidungen genutzt werden“ erklärt Dr. Richter.

Nutzen und Zukunftsperspektive

Ziel ist ein kollaborativer Prozess zwischen Mitarbeitenden, Produktionsressourcen und Transportsystemen. Entstanden ist ein selbststeuerndes System, das Herausforderungen erkennt, bevor sie zu einem Problem werden.

Für die Industrie liegen die Vorteile auf der Hand:

Selbststeuernde Produktionssysteme sind anpassungsfähiger
Störungen lassen sich schneller erkennen und ausgleichen,
Prozesse passen sich flexibel an Veränderungen an.

Gleichzeitig sinkt der Aufwand für die Integration und Pflege von KI-Systemen. Besonders in komplexen Produktionsumgebungen mit vielen Varianten und dynamischen Abläufen entsteht ein spürbarer Effizienzgewinn.

Das Fraunhofer-Leitprojekt EMOTION zeigt, wie diese Zukunft aussehen kann. Nicht als abstrakte Vision, sondern als konkretes Zusammenspiel aus Technologien, Methoden und Anwendungen. Selbststeuernde Systeme lernen, stimmen sich ab und kooperieren. Prozesse werden robuster und Unternehmen gewinnen die Fähigkeit, auch unter unsicheren Bedingungen handlungsfähig zu bleiben.

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