Mit KI schneller zum fertigen Produkt

Am Anfang ist die CAD-Zeichnung: ob Handys oder industrielle Produktionsanlagen – viele Produkte erblicken am virtuellen Reißbrett das Licht der Welt. „Computer-Aided Design“ (CAD), also rechnerunterstütztes Konstruieren, erleichtert Ingenieurinnen und Ingenieuren die Gestaltung neuer Produkte. Einem Baukastensystem gleich stehen in einer Vielzahl riesiger Datenbanken Bauteile zur Verfügung, aus denen sie wählen können. Diese „Kataloge“ sind oft ebenso umfangreich wie unübersichtlich, sodass die Suche nach der richtigen Komponente viel Zeit in Anspruch nimmt. Forschende des KI-Produktionsnetzwerks am Institut für Software & Systems Engineering (ISSE) der Universität Augsburg entwickelten zusammen mit dem Augburger Softwareentwickler CADENAS ein KI-gestütztes und somit deutlich schnelleres CAD-Assistenzsystem und blicken positiv auf den Projektabschluss zurück.

Wie entsteht ein Produkt im CAD-System? 

„Wenn eine Firma ein Produkt zum ersten Mal in CAD entwirft, wird der Bauplan erfasst“, erklärt Prof. Dr. Wolfgang Reif, Direktor des ISSE und Projektleiter. Über die Jahre hinweg entstehen so riesige Bauplansammlungen. Wenn nun ein Nachfolgemodell erstellt werden soll, kann auf dem bestehenden Bauplan aufgebaut werden. Unerfahrene Konstrukteure stehen dabei vor folgendem Problem: Einerseits müssen sie schnell in die üblich verwendeten Baupläne des Unternehmens eingelernt werden und andererseits endlose Bauteil-Kataloge nach passenden Teilen durchsuchen. „60 bis 70 Prozent der Arbeitszeit an einer CAD-Konstruktion geht so verloren“, weiß Carola Lenzen, Projektmitarbeiterin und wissenschaftliche Mitarbeiterin am ISSE. Um die Suche zu erleichtern, existieren bereits Assistenzsysteme, die allerdings vorab skizzierte 2D-Modelle und genaue Vorgaben benötigen, um ein passendes 3D-Modell vorschlagen zu können.

Unternehmens-Partner war die CADENAS GmbH, Augsburg, die bereits seit 30 Jahren CAD-fähige Daten für Kataloge erstellt. Das Unternehmen konnte so wertvollen Input für die Forschungsarbeit einbringen.

Wie funktioniert das neue KI-Assistenzystem?

Was macht nun die KI im Assistenzsystem? Zunächst benötigt sie viele Beispieldaten, um zu lernen: „Sagen wir, eine Firma nutzt das neue Assistenzsystem. Dafür lernt es anhand vorhandener CAD-Daten, welche Bauteile und Produkte es gibt und wie deren ‚Fingerabdrücke‘ oder ‚Sätze‘ aussehen“, so Lenzen. Wenn anschließend eine Mitarbeiterin einen Bauplan verändern möchte, dann muss sie nicht endlose Datenbanken wälzen. Stattdessen greift die KI auf alle Daten und damit auf das Wissen aller Konstrukteure zurück und weiß, welche Bauteile wo in welcher Abhängigkeit verwendet werden und macht so zielgenau Vorschläge, statt zum Beispiel nur Bauteile ähnlicher Form zu präsentieren.

„Unser KI-gestütztes System liefert automatisiert Bauteilvorschläge und benötigt dabei keinerlei weitere Informationen“, erklärt Institutsdirektor Reif den Unterschied zu den bestehenden Systemen. Die Forschenden hoffen, dass das Konstruieren damit in Zukunft schneller geht und denken bereits darüber nach, wie sie ihr System weiter verbessern und ausbauen können. „Die KI könnte zum Beispiel im Konstruktionsprozess auf unpassende oder ungewöhnliche Bauteile hinweisen“, zeigt Lenzen mögliche neue Ansätze auf.

Das Projekt wurde unter dem Titel „Konstruktionsunterstützung durch künstliche Intelligenz und automatisiertes maschinelles Lernen“ (KOGNIA) vom Freistaat Bayern gefördert.

Quelle: Universität Augsburg