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Künstliche Intelligenz Ingenieuren den Einsatz von KI erleichtern

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Im Ingenieurwesen gibt es große Potenziale für den Einsatz von Künstlicher Intelligenz, etwa in smarten Fabriken oder autonomen Fahrzeugen. Allerdings fehlt es noch an Verfahren, die das Verhalten der Systeme planbar und ihre Entscheidungen nachvollziehbar machen. Abhilfe schaffen soll das „Kompetenzzentrum für KI-Engineering“.

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Um KI in den Ingenieurwissenschaften zielführend einsetzen zu können, wird im „Kompetenzzentrum für KI-Engineering“ an Standard-Vorgehensmodellen für KI-Engineering gearbeitet.
Um KI in den Ingenieurwissenschaften zielführend einsetzen zu können, wird im „Kompetenzzentrum für KI-Engineering“ an Standard-Vorgehensmodellen für KI-Engineering gearbeitet.
(Bild: gemeinfrei / CC0 )

Klassisches Engineering zeichnet sich durch Planbarkeit aus: Entwickler wissen schon in der Entwurfsphase, wie sich die einzelnen Komponenten und damit auch das Gesamtsystem später einmal verhalten werden. Systeme mit Künstlicher Intelligenz (KI) oder maschinellem Lernen (ML) sind nicht so vorhersehbar; datengetrieben entwickeln sie sich während ihrer Laufzeit weiter und entfalten erst im Betrieb ihre finale Funktionalität. Für die sichere Beherrschung von Ausnahmesituationen ist dies eine große Herausforderung – und auch der wirtschaftliche Nutzen ist vorab kaum bezifferbar. Ohne die Kalkulierbarkeit des klassischen Engineerings gestaltet sich der Einsatz intelligenter Systeme für Unternehmen deshalb schwierig.

IT und Ingenieurwissen kombinieren

Das „Kompetenzzentrum für KI-Engineering“ (CC-King) vereint die informationstechnische und ingenieurwissenschaftliche Kompetenz des Standorts Karlsruhe, um den KI-Einsatz in der Praxis entscheidend zu erleichtern: Das Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB, das FZI Forschungszentrum Informatik und das KIT forschen in engem Kontakt mit Unternehmen an grundlegenden Fragen, praxistauglichen Methoden und konkreten Anwendungsproblemen.

Ziel: Standard-Vorgehensmodell für KI-Engineering

Die (Un-)Vorhersehbarkeit des Verhaltens lernender Systeme ist ein zentrales Thema des KI-Engineering.

KI-Engineering hat zum Ziel, KI und ML ingenieursmäßig nutzbar zu machen, vergleichbar dem klassischen Engineering. Es handelt sich dabei um eine ganz junge Disziplin, die die Brücke schlägt zwischen KI-Grundlagenforschung und Ingenieurswissenschaften.

Professor Jürgen Beyerer, wissenschaftlicher Direktor des Kompetenzzentrums, Institutsleiter des Fraunhofer IOSB und Professor am KIT

Neben der Vorhersehbarkeit stünden dabei etwa auch die Sicherheit KI-basierter Systeme, die Erklärbarkeit von Entscheidungen oder die Einbindung von Vor- und Expertenwissen in datengetriebene Ansätze im Fokus der Forschenden. Ziel sei, ein Standard-Vorgehensmodell für KI-Engineering zu entwickeln, das KI-Technologien auch für große und heterogene Teams zielsicher einsetzbar macht.

Beratung und Lernlabor für KMU

CC-King soll insbesondere kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) die beherrschbare Nutzung von KI-Komponenten ermöglichen. „Auch hoch innovativen Mittelständlern mangelt es oft an KI-Kompetenz. Diese Lücke lässt sich schwer schließen, weil KI-Experten rar und zudem mit den typischen Anwendungsdomänen in der Regel nicht vertraut sind“, so Beyerer. Deshalb biete CC-King Unternehmen konkrete Unterstützung an. Firmen können etwa ganz unbürokratisch sogenannte Quick-Checks oder Transfer-Checks in Anspruch nehmen. Eine Beratungsstelle sowie ein KI-Engineering-Lernlabor für die Schulung von Unternehmensmitarbeitern sind in Aufbau.

Interessenten gesucht

Interessenten sind schon jetzt aufgerufen, Kontakt mit dem am Fraunhofer IOSB angesiedelten CC-King-Koordinationsbüro aufzunehmen (unter kompetenzzentrum@ki-engineering.eu oder telefonisch bei der Projektassistenz unter 0721/6091-290).

KI mit gängigen Engineering-Tools verbinden

Ein Fokus des Forschungsvorhabens liege auf der tiefen Integration vorhandener Werkzeuge aus den Ingenieurdisziplinen mit den KI-Verfahren. Damit ist laut Dr.-Ing. Thomas Usländer, Projektleiter Kompetenzzentrum KI-Engineering CC-King, das Spannungsfeld zwischen

  • evolutionärer, also schrittweiser und nahtloser Anreicherung von bestehenden Methoden und Werkzeugen der Ingenieure (z.B. CAD/CAM, PLM, MES, Scada,…) mit KI-Methoden, um Produktionsziele wie z.B. Null-Fehler-Qualität, Produktionssicherheit, Liefertreuebesser zu erreichen, und
  • einem eher disruptiven Ansatz, der die Art, wie wir heute unsere Fabriken organisieren und Produkte entwerfen und fertigen, grundsätzlich in Frage stellt, gemeint.

Dabei schließen sich die beiden Wege laut Usländer nicht aus und der Markt wird zeigen, was eher gebraucht wird. „Mit CC-King werden wir hierzu wissenschaftliche, konzeptionelle und praxisnahe Beiträge liefern. Zunächst geht es darum, KI/ML-Verfahren so mit den Werkzeugen, also gängigen Methoden und Software-Produkten der Ingenieure, zu verbinden, sodass die Ingenieure damit verlässlich umgehen können", so Usländer weiter.

KI-Verfahren planbar und wiederholbar anwenden

Als federführender Konsortialpartner bringt das Fraunhofer IOSB seine breite informationstechnische Kompetenz sowohl in der industriellen Automatisierungs- und Regelungstechnik als auch in den Bereichen KI und ML in das Kompetenzzentrum ein. „Insbesondere haben wir in den vergangenen drei Jahren im Rahmen des Fraunhofer-internen Leitprojekts ‚ML4P – Machine Learning for Production' bereits ein toolgestütztes Vorgehensmodell für KI-Engineering in der industriellen Produktion entwickelt“, erläutert Dr. Julius Pfrommer, Forschungsgruppenleiter am Institut und technisch-wissenschaftlicher Leiter von CC-King. „Es erlaubt uns, planbar und wiederholbar KI-Verfahren zur Anwendung zu bringen. Dabei sind die KI-Algorithmen zentral wichtig, machen aber häufig nur einen Bruchteil der Gesamtlösung aus.“

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