KOGNIA: kreativ Konstruieren mit künstlicher Intelligenz

Als Teil des KI-Produktionsnetzwerks Augsburg hat die Universität Augsburg gemeinsam mit CADENAS ein KI-gestütztes CAD-Assistenzsystem entwickelt. Dabei nutzten die Forschenden die Ähnlichkeiten des Konstruierens in CAD mit der menschlichen Sprache.

Um Konstruktionsprozesse durch künstliche Intelligenz und automatisiertes maschinelles Lernen zu unterstützen, sind das KI-Produktionsnetzwerks Augsburg und das Forschungsprojekt KOGNIA ins Leben gerufen worden. Mit der finanziellen Unterstützung des Bayerischen Staatsministeriums für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie realisierten Forschende am Institut für Software & Systems Engineering (ISSE) der Universität Augsburg gemeinsam mit Mitarbeitern von CADENAS ein KI-gestütztes CAD-Assistenzsystem. 

Ziel des Forschungsprojekts war es, bereits gewonnene Erkenntnisse aus vorangegangenen Konstruktionen zu nutzen und bereits bekannte Lösungen auf neue Anwendungsfälle zu übertragen. „Wenn eine Firma ein Produkt – zum Beispiel ein Smartphone – zum ersten Mal in CAD entwirft, wird der Bauplan erfasst“, erklärt Prof. Dr. Wolfgang Reif, Direktor des ISSE und KOGNIA-Projektleiter. Auf diese Weise entstehen mit der Zeit enorme Ansammlungen von Bauplänen und Daten. In der Theorie können Konstrukteure darauf zurückgreifen, wenn sie ein Nachfolgemodell des Smartphones entwickeln sollen.

Doch in der Praxis sind, besonders neue und noch unerfahrene, Ingenieure dann mit mehreren Problemen konfrontiert: Einerseits müssen sie schnell in die üblich verwendeten Baupläne des Unternehmens eingelernt werden und andererseits endlose Bauteilkataloge nach passenden Teilen durchsuchen. „60 bis 70 % der Arbeitszeit an einer CAD-Konstruktion geht so verloren“, weiß Carola Lenzen, Projektmitarbeiterin und wissenschaftliche Mitarbeiterin am ISSE.  

Die an KOGNIA Beteiligten forschten daran, die Suche nach Bauteilen mithilfe von KI zu erleichtern. Hier konnte CADENAS seine Expertise aus fast 30 Jahren Erfahrung als Anbieter der Software PARTsolutions beisteuern. Denn die Lösung für das Strategische Teilemanagement hilft, die Suche nach Komponenten zu vereinfachen und damit Konstruktionsprozesse zu beschleunigen. Darauf aufbauend entwickelte die Forschungsgemeinschaft eine KI, die jedes Bauteil an seinem Platz im Gesamtgefüge und im Zusammenspiel mit anderen Komponenten, erfasst.  

„Wir erkannten, dass das Konstruieren in CAD Ähnlichkeiten zur menschlichen Sprache aufweist. So wie eine Wortfolge in einem Satz eine sprachliche Konstruktion darstellt, kann man eine CAD-Konstruktion eines Produkts als eine Folge von Bauteilen auffassen“, erläutert der Informatik-Professor Reif. Das stellte die Forschenden vor eine neue Herausforderung: Bestehende künstliche neuronale Netzwerke, also die Algorithmen hinter der KI, sind darauf ausgelegt, Bilder oder Sprache zu verarbeiten. „Wir mussten einen Weg finden, Bauteile in Wörter zu übersetzen, um die Komplexität zu erfassen“, erklärt Lenzen. 

„Die KI analysiert alle bestehenden Konstruktionen eines Unternehmens und erlernt so die Zusammenhänge der Bauteile. Folglich bündelt KOGNIA firmenspezifisches Wissen und gibt demenstprechend nicht nur allgemeine Ratschläge, sondern konkrete und zum Anwendungsfall passende Hinweise. Dadurch benötigen erfahrene Konstrukteure weniger Zeit, um die richtigen Komponenten zu finden und neue Mitarbeiter erhalten wertvolle Empfehlungen zu den Konstruktionsgegebenheiten innerhalb des Betriebs“, führt Frank Epple aus, CTO und Projektverantwortlicher für KOGNIA bei CADENAS.