Suchen

Leichtbau Wie KI und maschinelles Lernen beim Herstellen von Bauteilen hilft

| Redakteur: Juliana Pfeiffer

Wissenschaftler am Institut für Fahrzeugsystemtechnik am KIT haben ein Programm entwickelt, das die Prozesssimulationen mit maschinellem Lernen und KI kombiniert. Damit erkennt der Algorithmus Muster und kann die Herstellbarkeit des Bauteils abschätzen.

Firmen zum Thema

Im Leichtbau vom maschinellen Lernen profitieren: Der „virtuelle Prozessexperte“ hilft Konstrukteuren, die Herstellbarkeit von Bauteilen abzuschätzen. Das spart nicht nur Kosten, sondern beschleunigt auch die Entwicklung.
Im Leichtbau vom maschinellen Lernen profitieren: Der „virtuelle Prozessexperte“ hilft Konstrukteuren, die Herstellbarkeit von Bauteilen abzuschätzen. Das spart nicht nur Kosten, sondern beschleunigt auch die Entwicklung.
(Bild: Leichtbau BW)

Was in Karlsruhe derzeit entwickelt wird, nennen die Wissenschaftler den „virtuellen KI-Prozessexperten“. Per maschinellem Lernen und KI bringen sie dem Algorithmus bei, Muster zu erkennen und so eine Abschätzung zu treffen, ob sich ein Bauteil mit der gewählten Geometrie herstellen lässt oder nicht.

„Das ist quasi so, als würde man das Know-how und die Intuition vieler Ingenieure in ein Programm packen und auf diese Weise auf Knopfdruck nutzbar machen“, erklärt Clemens Zimmerling vom Institut für Fahrzeugsystemtechnik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), der das Programm entwickelt hat. Dieser virtuelle Prozessexperte soll bei der Auslegung von Leichtbau-Strukturen aus Faserverbundstoffen zum Einsatz kommen – sowohl um das Bauteil als auch dessen Herstellungsprozess schnell optimieren zu können.

Frühzeitiges Feedback zur Herstellbarkeit erhalten

Clemens Zimmerling (links) und Julian Seuffert forschen am Institut für Fahrzeugsystemtechnik am KIT daran, wie man mithilfe von maschinellem Lernen die Herstellbarkeit eines Bauteils abschätzen kann.
Clemens Zimmerling (links) und Julian Seuffert forschen am Institut für Fahrzeugsystemtechnik am KIT daran, wie man mithilfe von maschinellem Lernen die Herstellbarkeit eines Bauteils abschätzen kann.
(Bild: Leichtbau BW)

Im Projekt Forschungsbrücke, gefördert durch das Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg, geht es dabei vor allem darum, Auslegungsprozesse zu verstehen und zu beschleunigen. Das Problem bisher: Mit Simulationen des Fertigungsprozesses lässt sich zwar eine virtuelle Bewertung der Herstellbarkeit von Bauteilen vornehmen, diese sind jedoch sehr aufwendig und zeitintensiv. So vervielfachen etwa die aufeinanderfolgenden Optimierungsschleifen die Rechenzeit. „Wir haben das Feedback von Entwicklern erhalten, dass es besser ist, zu einem frühen Zeitpunkt eine gute Abschätzung zu haben, als zu einem späten Zeitpunkt eine sehr präzise“, sagt Zimmerling.

Hier soll der „virtuelle KI-Prozessexperte“ unterstützen. „Wenn man ihn bereits in der frühen Phase von Bauteilentwürfen heranzieht, bekommt man frühzeitig ein Feedback zur Herstellbarkeit und eine Abschätzung, wie man den Herstellungsprozess anders gestalten muss. So kann man dank der KI-Methoden untaugliche Prozessvarianten von der Optimierungsrechnung ausschließen und sich für die relativ aufwendigen Simulationen auf die meistversprechende Variante konzentrieren“, erklärt Zimmerling.

Time-to-market verkürzen

„Besonders die Digitalisierung befeuert das Thema Leichtbau ungemein. Wichtig ist es vor allem jetzt auf den Zug aufzuspringen und die Möglichkeiten von etwa KI oder maschinellem Lernen für sich zu entdecken und gewinnbringend zu nutzen – sonst macht es ein anderer“, ist sich Dr. Wolfgang Seeliger, Geschäftsführer der Leichtbau BW, sicher. Gerade die Verkürzung der time-to-market sei ein enormer Werthebel. „Die komplexen Simulationen und Optimierungsschleifen im Leichtbau lassen sich nur noch digital abbilden. Wenn man diese bereits zu Beginn der Produktentwicklung berücksichtigt, kann man das volle Leichtbaupotential heben“, so Seeliger weiter.

Anwendertreff Maschinenkonstruktion Wer smarte Maschinen effizient konstruieren will, muss in Zukunft auf neue Methoden, Tools und Konzepte setzen. Der Anwendertreff Maschinenkonstruktion bietet Orientierung.
Mehr Informationen: Anwendertreff Maschinenkonstruktion

Kleine Losgrößen kostengünstiger realisieren

„Durch den Einsatz unseres Programms lassen sich Werkzeug- und Herstellungskosten sparen. Und in der Entwicklung werden die Trial-Error-Versuche minimiert, sodass man schneller zu einer fehlerfreien Produktion der Bauteile kommen kann“, meint Zimmerling. Außerdem würden sich mithilfe des Programms kleine Losgrößen kostengünstiger realisieren lassen, bei denen etwa wechselnde Bauteile auf gleicher Produktionslinie hergestellt werden. Dies ist vor allem für Branchen mit hoher Derivatisierung, wie etwa im Automobilbereich, dem Maschinenbau oder der Luft- und Raumfahrt interessant.

Clemens Zimmerling stellt die enormen Möglichkeiten von KI und Co. für den Leichtbau auch in seinem Vortrag beim 6. Technologietag Hybrider Leichtbau (20. und 21. Mai in Stuttgart) vor.

Tipp: Anwendertreff Leichtbau Der Anwendertreff Leichtbau gibt Antworten auf alle wichtigen Fragen rund um das Thema Leichtbau. In spannenden Vorträgen und Praxisforen lernen die Teilnehmer das Wichtigste über den Konzept-, Struktur-, Material- und Fertigungsleichtbau.
Mehr Informationen: Anwendertreff Leichtbau

(ID:45883987)