KI im Engineering: Lernen Sie im Netzwerk worauf es ankommt

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Wie können Unternehmen in immer kürzer werdenden Entwicklungszyklen immer komplexere und individuellere Produkte entwickeln? Um im globalen Wettbewerb mithalten zu können, benötigen sie eine durchdachte Digitalisierungsstrategie, in der die Potenziale der Künstlichen Intelligenz (KI) frühzeitig mitgedacht und genutzt werden. Im Unternehmensnetzwerk „KI im Engineering” des Fraunhofer IAO lernen sie, wie das geht.

KI zählt zu den Schlüsseltechnologien der heutigen Zeit. Die Potenziale von KI-Lösungen in der Produktentwicklung reichen von generativem Design über die Materialentwicklung bis hin zur autonomen Produktvalidierung. Daraus ergeben sich für Unternehmen enorme Zeit-, Kosten- und Qualitätsvorteile. Jedoch sind noch viele Fragen offen. Meistens ist unklar, was überhaupt unter KI verstanden wird und was eine KI-Lösung eigentlich charakterisiert. Gleichzeitig sind auch die Einsatzmöglichkeiten, gerade im Bereich der Produktentwicklung, nicht sofort erkennbar. Daraus resultiert auch die grundsätzliche Ungewissheit vieler Unternehmen, ob und wie sie KI im Engineering nutzbringend einsetzen können.

Unternehmensnetzwerk "KI im Engineering"

Um die Potenziale von KI anhand praktischer Anwendungsfälle und Erfahrungsaustausch aufzuzeigen, hat das Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO das Unternehmensnetzwerk „KI im Engineering” ins Leben gerufen. Darin lernen Unternehmen innerhalb eines Jahres die relevanten Einsatzfelder und Möglichkeiten von KI in der Produktentwicklung kennen.

Veränderungen erlebbar machen

Im Unternehmensnetzwerk werden die Veränderungen der Prozesse und der Arbeit in der Produktenwicklung durch KI für die Unternehmen erlebbar. Als Grundlage dafür vermittelt das Fraunhofer IAO einen breiten Überblick von am Markt verfügbaren Lösungen und deren Ausprägungen. In Kombination mit der Vermittlung von notwendigen KI-Grundkenntnissen unterstützt das Institut Firmen dabei, die Basis für die Entwicklung ihrer persönlichen KI-Roadmap zu schaffen. Außerdem bietet es mit dem Netzwerk Raum für Austausch zwischen den Unternehmen über bereits gesammelte positive Erfahrungen, aber auch über mögliche Stolpersteine und Herausforderung bei der Umsetzung von Projekten aus dem Themenfeld der KI.

Landkarte KI im Engineering

Im Rahmen des Netzwerks arbeitet das Institut iterativ an einem Gesamtbild, sozusagen einer „Landkarte KI im Engineering“. Darin werden sowohl die vorgestellten Lösungen und Anwendungsfälle als auch mögliche zukünftige Szenarien eingeordnet. Grundlage für die Strukturierung bildet eine Anlehnung an die VDI 2221 „Entwicklung technischer Produkte und Systeme“, welche auch die Möglichkeit bietet, Auswirkungen der KI-Anwendungen darzustellen. Um die Funktionsweise sowie die Technologie im Hintergrund systematisch zu beschreiben, nutzt das Fraunhofer IAO das Periodensystem der KI von Bitkom. Mit Hilfe der 28 funktionalen KI-Elemente des Periodensystems kann beschrieben werden, was sich aus technologischer Sicht hinter den Anwendungsfällen verbirgt. Dies sorgt dafür, dass auch ein Transfer auf andere Aufgabenfelder erkennbar wird.

Themen so vielfältig wie die Potenziale

Zusammen mit zwei Pilotanwendern und drei Softwareunternehmen als Lösungsanbieter wird das Fraunhofer IAO als Organisator und Begleiter an acht Terminen verschiedene Themen behandeln.

Intelligente Datenauswertung für effiziente Entscheidungsfindung

Um die Flut an notwendigen Entscheidungen in der Produktentwicklung zu bewältigen, kann beispielsweise intelligente Datenauswertung in der Entwicklung helfen. Die große Menge an Entscheidungen stellt insbesondere für unerfahrene Ingenieure und Ingenieurinnen eine große Herausforderung dar. Eine KI-Lösung kann auf Basis von existierenden Daten einen Beitrag zur effizienten Entscheidungsfindung leisten, indem Verknüpfungen zwischen Objekten (z.B. Requirement und funktionaler Beschreibung) erkannt werden und Daten korrekt kontextualisiert werden. Nebenbei lässt sich so auch die Rückverfolgbarkeit über den Entwicklungsprozess hinweg verbessern.

Intelligente Produktvalidierung

Außerdem steckt großes Potenzial in der Kombination von historischen Versuchs- und Simulationsdaten, um Produkte bereits während der laufenden Entwicklung quasi ständig zu validieren. Jede Änderung kann eine Warnung erzeugen, die anregt, vorbeugende Maßnahmen zu ergreifen, bevor ein möglicher vorhergesagter Fehler auftritt.

Effizientere Entwicklung und Auswahl von Materialien

Ein weiteres Thema wird die KI-Unterstützung für Material- und Produkteigenschaften sein, da die Komplexität und die Anforderungen an die Material- und Produkteigenschaften zunehmend steigen. Die Entwicklung und Auswahl von Materialien stellen dabei einen großen Treiber für die Einführung von Innovationen in Produkten dar. Mithilfe der KI ist es möglich, die Zahl der Testversuche und die Entwicklungszeit der benötigten Materialien deutlich zu reduzieren.

Manuelle repetitive Tätigkeiten reduzieren

Auch um manuelle repetitive Tätigkeiten zu reduzieren eignet sich eine KI-Lösung sehr gut. Bei der Angebotsprüfung gibt es angesichts der großen Menge an Unterlagen und deren Heterogenität sowie komplexer Auswertung einen hohen Anteil an solch repetitiven Tätigkeiten. An einem der Termine wird das Institut die Lösung näher vorstellen und diskursiv ermitteln, welche weiteren Anwendungsfälle dafür prädestiniert sind.

KI im Engineering: Entwicklung intelligenter Produkte

Ein anderer Blickwinkel wird durch ein Anwenderunternehmen eingebracht, das von der Entwicklung von Produkten mit KI-Anteil berichtet. Denn wenn in der Planungs- und Entwicklungsphase eines Produkts effizientere Informationsflüsse und Simulationsmöglichkeiten geschaffen werden sollen, können in der Nutzungsphase ganz neue Angebote geschaffen werden. Dies schafft die Basis für produktspezifische, aber auch produktunabhängige Angebote wie beispielsweise Services aus den Bereichen Condition Monitoring oder Predictive Maintenance.

Sprachsteuerung als Alternative in der Konstruktion?

Ein Blick in das Digital Engineering Labor des Fraunhofer IAO lässt zudem erahnen, wie die Arbeit in der Produktentwicklung zukünftig aussehen kann. An einem Demonstrator wird gezeigt, wie sich unter Einsatz der Sprache 3D-Modelle konstruieren lassen. Dabei erkennt das Konstruktionsprogramm Open-Scad (eine freie CAD-Software) vielfältige Grundbefehle, mit denen man schnell komplexe Modelle erstellen kann. Gedacht ist die Sprachsteuerung nicht als alleinige Bedienmöglichkeit, sondern vielmehr als Ergänzung. Denkbar ist beispielsweise, dass damit „Features“ an bestimmten Stellen platziert werden können, um Abläufe intuitiver und schneller zu machen.

Informationen zur Teilnahme: KI im Engineering

Die Laufzeit des Unternehmensnetzwerks „KI im Engineering“ wird ein Jahr betragen und startet mit dem Kick-Off Termin am 22. September 2021. Es sind acht Termine mit thematischem Schwerpunkt, Anwendungsbeispielen und Austausch geplant. Die Gebühr für die Teilnahme am Unternehmensnetzwerk beträgt einmalig 8000 Euro.

Der Autor Nikolas Zimmermann ist Ingenieur und Projektleiter im Team „Digital Engineering“ des Fraunhofer-Instituts für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO.

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