Use Case des BMWK-Förderprojekts „KI-Marktplatz“ Design-Recycling mit Künstlicher Intelligenz

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Die Wiederverwendung von zuvor bereits entwickelten Bauteilen kann den Entwicklungs-, Produktions- und Lageraufwand in der industriellen Fertigung stark minimieren. Ein Use Case des BMWK-Förderprojekts „KI-Marktplatz“ setzt deshalb auf Künstliche Intelligenz, um gleiche oder ähnliche Bauteile zu identifizieren.

„Du kannst jede Farbe haben, die du willst, solange sie schwarz ist“, sagte einst Henry Ford als das Modell T, das erste massenweise gefertigte Auto der Welt, 1908 erstmalig vom Fließband rollte. Die Herstellung in mehreren Farben und Formen war zum damaligen Zeitpunkt weder wirtschaftlich noch organisatorisch möglich. Fast 115 Jahre später hat sich die Produktion exponentiell entwickelt. Egal in welcher Branche, Kundinnen und Kunden wünschen sich heutzutage eine immer größere Produktauswahl in allen erdenklichen Farben, Formen und Designs. Im Zeitalter der Massenindividualisierung können auch Kleinstzahlen von Produkten zu ähnlich wirtschaftlichen Bedingungen hergestellt werden, wie einst das Ford Modell T.

Vor dieser Herausforderung steht auch der Landmaschinenhersteller CLAAS aus dem nordrhein-westfälischen Harsewinkel. Der 1913 gegründete Konzern ist ein europaweit führender Hersteller von Mähdreschern und produziert auch Mähwerke, Schwader, Heuwender und vieles mehr. Wie auch andere Branchen sieht sich das Unternehmen mit steigender Produktkomplexität und -variantenzahl konfrontiert. Dabei wurde eine potenzielle Lösung bereits identifiziert: Die Wiederverwendung von Bauteilen in verschiedenen Maschinen kann die Herstellungs-, Entwicklungs- und Lagerkosten signifikant reduzieren und individuelle Kundenanforderungen ermöglichen. Die Suche nach identischen oder ähnlichen Teilen kann sich dabei jedoch schwierig gestalten. In vielen Fällen können Standardbauteile nicht einfach wiederverwendet werden. Dazu kommt, dass die Stammdaten der Bauteile oft nur unvollständig gepflegt sind und damit keine ausreichende Grundlage existiert, um gezielt nach passenden Teilen zu suchen.

Digitales Ökosystem für KI-gestützte Produktenwicklung

Künstliche Intelligenz (KI) kann die Suche nach geeigneten Bauteilen erleichtern. Wie das genau funktioniert, zeigt das Förderprojekt KI-Marktplatz, das im Rahmen des KI-Innovationswettbewerbs des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert wird. Mit dem Wettbewerb werden ausgewählte Leuchtturmprojekte unterstützt, weiterentwickelt und im Idealfall zur Marktreife geführt. Der Landmaschinenhersteller CLAAS ist einer von mehreren Konsortialpartner des KI-Marktplatzes.

Um eine Lösung für das Problem der Gleich- und Ähnlichteile zu erarbeiten, erprobt CLAAS im Rahmen des Förderprojekts einen Ansatz, bei dem entsprechende KI-Lösungen in Computer Aided Design-Software (CAD) integriert werden. CAD ermöglicht es Nutzerinnen und Nutzern, bequem Produkte, Bauteile oder Gebäude über digitale Interfaces zu gestalten. Durch die Integration von KI-Algorithmen soll im Rahmen der Software-Anwendung ein intelligentes Gleichteilmanagement entstehen und prototypisch umgesetzt werden. In diesem Zuge werden die über die CAD-Software entworfenen digitalen Modelle nach ihrer Geometrie und Funktion klassifiziert. Wenn Stammdaten fehlen, sollen die KI-Anwendungen nicht nur dazu in der Lage sein, diese zu ergänzen, sondern den Datensatz auch um weitere übergreifende Informationen (Metadaten) zu erweitern.

Auf Basis dieser vervollständigten Datensätze ist es nun möglich, KI-Verfahren wie das Case Based Reasoning (CBR) zu verwenden, um identische Bauteile hinsichtlich Geometrie und Funktionalität in der Datenbank zu identifizieren. Die CBR-Verfahren erlauben es Usern zudem, Feedback zu den Bauteilen einfließen zu lassen und dadurch das Wissen über deren Wiederverwendung, Anpassung oder Ablehnung im Produktionsprozess noch weiter zu ergänzen. In weiteren Schritten könnten diese Informationen dazu verwendet werden, um z. B. die Qualität und Leistungsfähigkeit von Bauteilen und Werkzeugen zu verbessern.

Smartes Bauteilmanagement

Zunächst aber will CLAAS das KI-gestützte Bauteilmanagement nutzen, um mittelfristig die Bauteilanzahl in ihrer Bestandsdatenbank zu reduzieren und beherrschbar zu halten. Wenn ein neues Bauteil über CAD entworfen wird, sollen die KI-Lösungen bereits während der Konstruktion identische oder ähnliche Bauteile identifizieren. Statt der neu entworfenen Teile können auch Teile vorgeschlagen werden, die wiederverwendet werden können. Der Konstruktionsaufwand wird auf diese Weise signifikant verringert, Ressourcen geschont und Lagerkapazitäten eingespart. Auf lange Sicht entsteht so auch die Grundlage für individuelle und deutlich effizientere Kundenanfertigungen. Die Produktion neuer Entwürfe kann so aus bereits bestehenden Bauteilen automatisiert errechnet wird.

Das smarte Bauteilmanagement ist nur einer der vielversprechenden Use Cases, die im Rahmen des KI-Marktplatzes umgesetzt werden sollen. Im Rahmen des digitalen Ökosystems entstehen auch KI-Lösungen, die über Produktions-, Maschinen- und Sensordaten möglichst effiziente Maschinenbelegung errechnen, die Wartung und Reparatur von Geldautomaten optimieren oder defekte KFZ-Bauteile frühzeitig identifizieren. Der KI-Marktplatz leistet damit einen essenziellen Beitrag, um die Zukunftstechnologie Künstliche Intelligenz in vielen wirtschaftlich relevanten Bereichen voranzubringen.

Der KI-Marktplatz ist ein Projekt im Bereich der fertigenden Industrie, bei dem ein bundesweit einzigartiges digitales Ökosystem entstehen soll, das Unternehmen per KI bei der Produktentwicklung unterstützt. Auf der Plattform können KI-Anbieter, -Anwender sowie Expertinnen und Experten unter datenschutzrechtlich sicheren Bedingungen KI-Lösungen entwickeln und austauschen. Unternehmen und Akteure rund um die Produktentstehung erhalten über den Marktplatz Zugriff auf Beratungsdienstleistungen und KI-Bausteine. Damit potenzielle Projektpartner sich unkompliziert finden können, arbeitet die Plattform mit einem intelligenten Matching-System. Zudem können über entsprechende digitale Stores KI-Lösungen nach dem Baukastenprinzip oder Trainingsdaten zur KI-Entwicklung zusammengestellt und bezogen werden.

* Dr. Inessa Seifert ist Senior Consultant, VDI/VDE Innovation + Technik GmbH

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