Trumpf: So geht KI in der Werkzeugmaschine

Das erklärte Ziel: Lösungen für die vernetzte Blechfertigung mit künstlicher Intelligenz (KI) zu entwickeln. Wie Trumpf und Fraunhofer IPA in einer Forschungspartnerschaft KI zur Industriereife bringen.

© Trumpf 
Mittels KI werden Mitarbeiter bei der Entnahme lasergeschnittener Blechbauteile unterstützt. 

Es ist der Traum eines jeden Lohnfertigers, der bei Trumpf in Ditzingen schon recht fein gesponnen wird. Denn dort werden Maschinen entwickelt, die Mitarbeiter beim Absortieren von lasergeschnittenen Blechbauteilen nicht länger mit zeitfressenden intralogistischen Aufgaben belästigen. Wie? Mithilfe einer KI. Ein smarter Algorithmus erkennt den Entnahmevorgang und liefert alle Infos, die es braucht, um das Bauteil von A nach B zu bringen. Das Assistenzsystem „Sorting Guide“ von Trumpf ersetzt Begleitpapiere, spart Zeit und hilft, Fehler zu vermeiden. Diese Lösung ist nur eines der ersten Ergebnisse der Zusammenarbeit zwischen Trumpf und dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA). Bereits 2015 ist die Forschungskooperation gestartet. Um an Erfolge wie das Assistenzsystem „Sorting Guide“ anzuknüpfen, setzen die Partner die strategische Kooperation zum Thema Smart Factory bis 2025 fort.

Virtuelle Testumgebungen

Trumpf möchte also seine KI-technische Nasenspitze vorne behalten und testet verschiedene virtuelle Szenarien, um die Produktion stets weiter zu optimieren. Bei Trumpf heißt das, dass eine KI künftig erkennen kann, ob das gefertigte Werkstück den Qualitätsvorgaben entspricht oder ob Produktionsparameter angepasst werden müssen. Was es dazu braucht? Ein digitales Abbild einer Werkzeugmaschine, auch genannt digitaler Zwilling. Die Grundlage dafür sind enorme Datenmengen. Diese müssen allerdings erst in Produktionsumgebungen gesammelt und analysiert werden. Maschinen gewinnen mittlerweile selbstständig Erkenntnisse aus Datenmengen und optimieren ihre Prozesse im laufenden Betrieb – dank KI. 

© Fraunhofer IPA / Rainer Bez 
Intelligente Softwarelösungen erkennen Trends und Muster. 

Die Datenverarbeitung kann über eine Cloud-Lösung oder auch über Edge Computing erfolgen. Das Monitoring und Einbeziehen der entfernten Geräte (Netzwerkrand) eines Unternehmens in die Rechenzentren steht bei Edge Computing im Vordergrund. Zur Effektivitätssteigerung des Gesamtsystems ist es bereits möglich, den Geräten zusätzliche Kompetenzen zuzuordnen. KI und Machine Learning (ML) finden dann schon am Netzwerkrand statt. Im Gegensatz dazu bietet die Cloud enorme Rechenleistungen. Das Beste aus beiden Welten vereint die Kombination von Edge und Cloud, abhängig von den Anforderungen des Anwenders. Dabei müssen jedoch Digitalisierung und Cybersicherheit Hand in Hand gehen. Grundvoraussetzung dafür ist eine flächendeckend gute IT-Infrastruktur.

Zusätzliches Wachstum dank KI

Übrigens: Eine Studie von Roland Berger zeigt, dass intelligente, digital vernetzte Systeme und Prozessketten bis 2035 ein zusätzliches Wachstum von rund 420 Milliarden Euro alleine in Westeuropa bringen könnten.

Neuronale Netze für Maschinen

Trumpf und Fraunhofer IPA wollen in den nächsten fünf Jahren unter anderem auch Lösungen für eine bessere Datenqualität in der Produktion entwickeln. Eine Effizienzsteigerung mittels KI funktioniert nur mit hochwertigen Daten. Die Partner forschen verstärkt an dem Thema „Erklärbarkeit von KI“ (engl. „Explainable Artificial Intelligence“, EAI) mit dem Ziel, die Arbeitsweise von neuronalen Netzen nachvollziehbar zu machen. Daraus ergibt sich ein großer Nutzen in der Blechfertigung, wie eine Qualitätssteigerung in der Produktion und Einsparungspotenzial bei Kosten und Zeit.

Bioökonomie auf Vorstandsebene angelangt

Mittels KI ergeben sich auch neue Möglichkeiten einer flexiblen, effizienten Produktion. Komplexe und immer individuellere Produkte in kleinen Losgrößen sowie ressourcenschonende Fertigung sind die Zukunft der Industrie. Nachwachsende Rohstoffe und vernetzte, dezentrale Fertigungshubs sind nicht zuletzt aufgrund der Klimakrise und Covid-19-Pandemie zum Thema in den Vorstandsetagen vieler Unternehmen geworden. Unter dem Begriff „Bioökonomie“ verbinden sich diese Herausforderungen zu einem zentralen Fixpunkt in der gesamten Branche. Denn die Wertschöpfung liegt nicht mehr in der Produktion. Die „Biologische Transformation“ hält bereits Einzug in Produktionsunternehmen, zum Teil noch als Zukunftsvisionen. Ein Begriff, der auch aus dem Hause Fraunhofer stammt. Die „Biologische Transformation“ versteht sich als die Nutzung von Prozessen und Materialien aus der Natur für die menschliche Technik. Die Bionik ist dabei nur der erste Schritt.

© shutterstock
Die Bioöknomie holt sich Inspiration aus der Natur. Von rauchenden Schloten hin zu „grünen Fabriken“? 

Coronakrise als Katalysator

„Seit Jahren arbeitet Trumpf mit uns gemeinsam am Thema vernetzte Produktion, weil das Unternehmen – ebenso wie wir – die Entwicklungen rund um Industrie 4.0 als große Chance erkennt. Die nächsten Jahre werden deshalb so spannend sein, weil sie alles entscheiden. Wir erwarten, dass die Corona-Pandemie hier wie ein Katalysator wirkt: Diejenigen, die vorbereitet sind, werden die sich daraus ergebenden Opportunitäten massiv nutzen können. Nun wird sich also auch zeigen, ob wir uns mit den Arbeiten in den gemeinsamen Projekten gut für die Zukunft vorbereitet haben,“ sagt Prof. Thomas Bauernhansl, Leiter des Fraunhofer IPA.

© Fraunhofer IPA / Rainer Bez 
Prof. Thomas Bauernhansl erwartet, dass die Coronakrise wie ein Katalysator für Industrie 4.0 wirkt.