KI im Engineering Blechbauteile automatisiert analysieren und optimieren

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Das Start-up Optimate will der Blechbearbeitung mehr Prozesssicherheit geben – von der Konstruktion bis zur Fertigung. Der Schlüssel dazu ist eine Cloud-basierte Lösung zur Analyse und Verbesserung von Blechbauteilen. Diese erkennt Optimierungspotential innerhalb von Sekunden, weist auf Konstruktionsfehler hin und konstruiert um.

Damit das Biegen nicht zum Brechen wird, ist bei der Blechbearbeitung viel Know-how erforderlich. Das befindet sich jedoch meist in den Köpfen der langjährigen Blech-Spezialisten, die sich nach und nach in den Ruhestand verabschieden. Mit dem Weggang der Know-how-Träger schwindet der langjährige Erfahrungsschatz.

Das Stuttgarter Start-up Optimate hat es sich deshalb zur Aufgabe gemacht, das über Jahrzehnte aufgebaute Blechwissen zu digitalisieren – eine Herausforderung, wenn man bedenkt, wie umfangreich und vielfältig die Anwendungen in der Blechbearbeitung sind.

Diese anfängliche Vision wurde inzwischen Wirklichkeit mit einer digitalen Lösung für die Analyse und Optimierung von Blechbauteilen. Wer die Lösung nutzt, muss nicht mehr Gefahr laufen, ein Bauteil in die Fertigung zu bringen, was womöglich gar nicht oder nur kostenintensiv herzustellen ist. „,Wir geben Konstruktion und Arbeitsvorbereitung nicht nur mehr Prozesssicherheit, auch zeitintensive Rückfragen beim Kunden und teure, manuelle Umkonstruktionen gehören damit der Vergangenheit an“, sagt Jonas Steiling.

Machbarkeitsanalyse und der Bauteiloptimierung in Einem

Die Cloud-Lösung von Optimate besteht aus zwei Produkten: der Machbarkeitsanalyse und der Bauteiloptimierung.

• In einem ersten Schritt lädt der Anwender sein Blechbauteil als Step- bzw. Solidworks-Format in der Cloud-basierten Web-App hoch. Mehrere 3D-CAD-Dateien können gleichzeitig hochgeladen und analysiert werden.

• Als Materialoption sind Baustahl, Edelstahl und Aluminium auswählbar.

• Innerhalb weniger Sekunden wird pro Bauteil aufgelistet, wie viel Potential vorhanden ist.

• Ein hoch optimierbares Bauteil kann mehr als 30 Prozent Kostenersparnis bedeuten, ein gut optimierbares Teil immerhin bis zu 20 Prozent.

Konstruktionsfehler schnell erkennen

Der Service von Optimate erkennt innerhalb von Sekunden das Optimierungspotential und zeigt eventuelle Konstruktionsfehler an. Parallel zur Potentialerkennung läuft im Hintergrund eine Machbarkeitsprüfung, um für jedes Bauteil sicherzustellen, dass es auch prozesssicher gefertigt werden kann. Falls dies nicht gegeben ist, werden die entsprechenden Flächen an dem Bauteil als Warnungen farblich gekennzeichnet.

Während Verformungen häufig die Optik des Bauteils beeinflussen, hindert ein Großteil der ausgegebenen Warnungen den Werker in der Produktion daran, dieses Bauteil überhaupt herstellen zu können.

Wird beispielsweise die minimale Schenkellänge unterschritten und der markierte Fehlerschenkel ist zu kurz in Abhängigkeit von Biegewinkel, Blechstärke, Material und Werkzeugpaarung, dann lässt sich der Schenkel nicht biegen. Der Konstrukteur kann somit frühestmöglich über die Warnung oder andere Störkonturen informiert werden, die in der 3D-Grafik rot markiert sind.

Der Clou: Bauteiloptimierung auf einen Klick inklusive Konstruktionsvorschlag

Was nützen aber Warnungen, wenn diese dann doch noch manuell behoben werden müssen? Der Clou an der Optimate-Lösung: auf Knopfdruck erfolgt sofort ein Konstruktionsvorschlag zur prozesssicheren Fertigung des Bauteils. „Mit einem Klick wird in einer Optimierungsgrafik ein verlängerter Schenkel auf das minimale Schenkelmaß angezeigt“, präzisiert Jonas Steiling. Von Vorteil dabei ist, dass sich der Konstrukteur und die Mitarbeiter der Arbeitsvorbereitung immer den Ist-Zustand parallel zum optimierten Soll-Zustand anzeigen lassen können. Der Anwender kann nun das angepasste Bauteil direkt als STEP- oder Solidworks-Datei herunterladen und in sein CAD-Programm übernehmen.

Damit das Ganze funktioniert, müssen die vorhandenen Biegewerkzeuge initial in dem individuellen Kundenprofil eingepflegt werden. Dadurch ist ausgeschlossen, dass Optimierungsvorschläge gemacht werden, für die kein erforderliches Toolset verfügbar ist.

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KI findet Optimierungspotential mit über 90 Prozent Genauigkeit

Für die Identifikation des Optimierungspotentials hat das Start-up-Team eigens eine Künstliche Intelligenz entwickelt. Im Algorithmus der KI sind ca. 60 verschiedene Features hinterlegt, die so ziemlich jedes Blechbauteil beschreiben können. „,Mittlerweile können wir mit 92-prozentiger Genauigkeit vorhersagen, ob es Optimierungspotential gibt, selbst bei Bauteilen, welche die KI vorher noch nie gesehen hat“, erklärt Jonas Steiling. Und je mehr Anwender ihre Bauteile in die Cloud-Lösung hochladen, um so „schlauer“ wird die KI schließlich. „Wir wollen die KI immer wieder neu trainieren, sodass die Treffergenauigkeit stetig wächst.“

Und auch an die derzeit letzten 8 Prozent der Wegstrecke hat Optimate gedacht: Wenn ein Nutzer an die Grenzen des Möglichen stößt, kann er in der Cloud-Plattform per Knopfdruck die Berater von Optimate mit ins Boot holen.

KI sucht Optimierungspotential auch bei Machbarkeit

Oft erkennt die Machbarkeitsprüfung keine Warnungen, das heißt das analysierte Bauteil ist prinzipiell so herstellbar. Die KI erkennt hingegen ein hohes Optimierungspotential. Weshalb also nicht optimieren, wenn dadurch häufig ganze Fertigungsschritte wegfallen können und enorme Kosteneinsparungen möglich sind?

Die Frage ist nun: Wie kann dieses Blechbauteil systemgestützt umkonstruiert werden? Auch hierfür hat sich das Start-up eine pfiffige Lösung ausgedacht und entwickelt: die automatische Optimierung.

• Passende CAD-Bauteile können ganz einfach hochgeladen werden.

• Im Hintergrund wird aus dem 3D-Körper ein 2D-Zuschnitt erstellt, also eine Abwicklung gemacht.

• Diese Abwicklung wird anschließend in eine grafische Beschreibung überführt, bei der jede Fläche zu ihren Nachbarflächen eine Verbindungsart aufweist.

• Auf diesen Grafen generiert die Optimate-Lösung alternative Konstruktionsweisen zu dem Bauteil und zeigt die fünf relevantesten.

• Für jede dieser Lösungsvarianten laufen automatisch eine Stabilitätsprüfung sowie eine Kostenkalkulation mit.

Der Konstrukteur entscheidet

Der Anwender in der Konstruktion oder Arbeitsvorbereitung wählt per Klick aus allen fünf vorgeschlagenen Varianten die für ihn geeignetste aus. Die ausgewählte optimierte Variante erscheint am Bildschirm mit Angabe zur Kostenersparnis, wobei genau zu erkennen ist, an welchen Stellen diese erreicht wird.

Wenn schließlich der Auftraggeber der Bauteiloptimierung und Umkonstruktion zustimmt, können die optimierten Bauteile prozesssicher in die Produktion gehen.

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