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Generative Design in der Produktentwicklung

Anlagen mit Gespür für Produktentwicklung

Künstliche Intelligenz (KI) wird im verarbeitenden Gewerbe bislang oft dazu genutzt, Prozesse effizienter zu gestalten. Sie eignet sich aber auch für kreative Aufgaben in der Produktentwicklung, wie ein Anwendungsfall des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klima (BMWK) geförderten Projekts KI-Marktplatz zeigt. Ziel ist es, den Einrichtungsprozess einer Fertigungsanlage zu optimieren. Möglich macht das eine Kombination aus KI und digitalem Zwilling.

(Bild: © Düspohl Maschinenbau GmbH)

Der RoboWrap ist eine von Düspohl Maschinenbau entwickelte Fertigungsanlage, die nahezu vollautomatisch und intelligent Holz-, Metall- oder Kunststoffprofile ummantelt, indem sie mithilfe von Andruckrollen eine dekorative Oberfläche auf dem gewählten Trägermaterial laminiert. Die so ummantelten Profile werden etwa für Fenster, Geländer oder Möbel verwendet. Gemeinsam mit dem Fraunhofer IEM arbeitet Düspohl im Rahmen des BMWK-Projekts KI-Marktplatz daran, die Automatisierung der Anlage zu vervollständigen. Die Positionierung der Andruckrollen erfolgt bei der Anlage zwar bereits vollautomatisch über Roboter, doch muss die Einstellung der Positionierung auf die jeweils gegebene Profilgeometrie einmalig noch manuell angepasst werden. Der RoboWrap wird dafür über eine Bedienoberfläche ‘geteacht’, bis das gewünschte Ummantelungsergebnis produziert wird. Diese Positionierungen können gespeichert und bei Bedarf beliebig häufig reproduziert werden.

Komplette Automatisierung

Um nun auch noch diesen Prozessschritt vollständig zu automatisieren, setzen die Entwicklerinnen und Entwickler von Düspohl und dem Fraunhofer IEM auf die Kombination aus selbstlernenden KI-Algorithmen und der digitalen Modellierung der Anlage in einem digitalen Zwilling. Im ersten Schritt wurde dafür ein Algorithmus entwickelt, mit dem die verwendeten Holz-, Metall- oder Kunststoffprofile erfasst werden können. Der Algorithmus erkennt also beispielsweise, ob eine Profilrolle rund, spitz oder konturiert ist und auf welche Ecken, Kanten oder Nuten bei der Verarbeitung zu achten ist. Im nächsten Schritt werden diese Merkmale den einzelnen Automatisierungsrobotern der Anlage zugeordnet. Mit welcher Art von Rolle die Roboter ein ihnen zugewiesenes Merkmal dann bestmöglich bearbeiten und wo genau sie die Rolle positionieren, wird im dritten Schritt ermittelt.

Historische Daten und digitaler Zwilling

Dafür greift die KI zum einen auf die während des Betriebs gesammelten historischen Daten von Robotereinstellungen zurück, analysiert diese und wendet sie für die neue Aufgabe an. Zum anderen nutzt die KI aber auch ein digitales Modell der Anlage – den digitalen Zwilling, um den Weg eines Profils durch den Ummantelungsprozess abzubilden. In diesem digitalen Zwilling können die möglichen Einstellungen der Anlage noch vor dem Produktionsbeginn simuliert und getestet werden. Die drei Schritte bilden zusammengenommen einen selbstlernenden KI-Zyklus, der mithilfe des digitalen Zwillings der Anlage, selbstständig die jeweils optimale Konfiguration eines Produktionsprozesses vorhersagen kann. Das manuelle ‘Einteachen’ des RoboWrap kann damit in Zukunft automatisiert erfolgen.

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