von Pascal Ricardo Klammer | Donnerstag, 10. Oktober 2024

Die Einführung von Künstlicher Intelligenz (KI) in die Maschinenkonstruktion eröffnet neue Möglichkeiten, Prozesse zu automatisieren und zu optimieren. Von generativen Designlösungen bis hin zur erweiterten parametrischen Optimierung kann KI Ingenieuren wertvolle Unterstützung bieten, insbesondere in Zeiten des Fachkräftemangels. Im Folgenden werden die verschiedenen Bereiche beleuchtet, in denen KI das Potenzial hat, den Konstruktionsprozess grundlegend zu verändern.

Generative Design und KI: Der nächste Schritt

Generative Design, das bereits in vielen CAD-Systemen verankert ist, wird durch den Einsatz von KI auf eine neue Stufe gehoben. Bei dieser Methode generiert die KI auf Basis vorgegebener Parameter, wie Materialeinsatz, Belastung und Fertigungstechnologien, automatisch eine Vielzahl von Designvarianten. Diese Entwürfe werden dann auf Effizienz, Kosten und technische Machbarkeit geprüft.
Während generatives Design bereits in der Praxis etabliert ist, macht KI den Prozess schneller, präziser und noch flexibler. Durch die Möglichkeit, aus vergangenen Entwürfen zu lernen, kann KI neue Designs vorschlagen, die nicht nur den Anforderungen entsprechen, sondern auch den Produktionsprozess optimieren. So wird die Konstruktion nicht nur effizienter, sondern ermöglicht auch Innovationen, die ohne den Einsatz von KI schwer vorstellbar wären.

Quelle: Autodesk DAM, 2024.

Simulation 2.0: KI-gestützte Echtzeitanalysen und Optimierung

Traditionelle Simulationsmethoden, wie sie in vielen Finite-Elemente-Analyse-Tools (FEM) zum Einsatz kommen, sind zwar leistungsfähig, jedoch oft rechenintensiv und zeitaufwendig. Der Einsatz von KI in der Simulation bietet hier einen entscheidenden Vorteil: Simulationen können in Echtzeit durchgeführt und dynamisch an geänderte Bedingungen angepasst werden.
Durch den Einsatz von KI-basierten Algorithmen wird es möglich, große Mengen an Simulationsergebnissen zu analysieren und Verbesserungsvorschläge in Echtzeit zu generieren. Dies reduziert die Entwicklungszeiten erheblich und erlaubt es Ingenieuren, schneller auf Probleme zu reagieren und Entwürfe iterativ zu verbessern, ohne auf detaillierte Berechnungen warten zu müssen.

Individuelle Konstruktionsprozesse und Automatisierung

Viele Unternehmen haben individuelle Anforderungen an ihre Konstruktionsprozesse, die auf spezifische Branchenstandards oder interne Vorgaben abgestimmt sind. Hier spielt die Automatisierung durch KI eine entscheidende Rolle. Während herkömmliche CAD-Systeme oft auf allgemeine Standards ausgerichtet sind, können KI-gestützte Systeme individuell angepasst werden, um spezifische Anforderungen automatisch zu berücksichtigen. Dieser Trend hin zu automatisierten Prozessen wird durch die verstärkte Nutzung von 3D-Modellen vorangetrieben, die zunehmend technische Zeichnungen ersetzen. KI-gestützte Systeme können aus diesen Modellen die für die Produktion notwendigen Daten automatisch extrahieren und an die Fertigung weitergeben. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, aufwändige technische Zeichnungen zu erstellen, was die Konstruktionszeiten weiter verkürzt und den Übergang von der Planung zur Produktion nahtlos gestaltet.

Kollaboration zwischen KI und Konstrukteuren

Ein wichtiger Aspekt der Integration von KI in die Maschinenkonstruktion ist die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine. KI sollte nicht als Ersatz für Ingenieure betrachtet werden, sondern als Unterstützung. Diese "kollaborative Intelligenz" ermöglicht es, Routineaufgaben zu automatisieren und gleichzeitig den Konstrukteur in den kreativen und strategischen Bereichen zu entlasten.
Indem KI Entwurfsvarianten vorschlägt, Simulationen durchführt und Optimierungen an Designs vornimmt, kann der Konstrukteur sich auf komplexere und innovativere Aufgaben konzentrieren. Die Synergie zwischen menschlicher Kreativität und maschineller Präzision bietet eine neue Qualität in der Produktentwicklung, die die Grenzen der traditionellen Konstruktion überschreitet.

Quelle: Autodesk DAM, 2024. 

Erweiterte Parametrik und KI-gesteuerte Optimierung

Parametrische CAD-Systeme sind in der Maschinenkonstruktion weit verbreitet. Sie erlauben es, Designs auf Basis definierter Parameter schnell anzupassen und zu verändern. Der Einsatz von KI in diesen Systemen führt jedoch zu einer erweiterten Parametrik, die über einfache Anpassungen hinausgeht. Durch die KI-gesteuerte Optimierung können nicht nur einzelne Parameter automatisch verändert, sondern auch komplexe Abhängigkeiten zwischen verschiedenen Faktoren erkannt und optimiert werden. Dies führt zu Entwürfen, die gleichzeitig in Bezug auf Materialverbrauch, Kosten und Funktionalität optimiert sind – etwas, das manuell nur mit erheblichem Aufwand erreichbar wäre.

KI als Unterstützung bei Fachkräftemangel – Die Bedeutung des richtigen Promptens

In der Diskussion um den Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) wird oft die Sorge laut, dass sie Arbeitsplätze ersetzen könnte. Doch gerade im Bereich der Konstruktion gilt: KI ist kein Ersatz für Fachkräfte, sondern eine wertvolle Unterstützung. Besonders in Zeiten des Fachkräftemangels, der viele Unternehmen betrifft, kann KI helfen, Engpässe zu überbrücken. Statt menschliche Expertise zu verdrängen, sorgt sie dafür, dass Konstrukteure effizienter arbeiten können, indem sie wiederkehrende und zeitraubende Aufgaben automatisiert.
Allerdings ist die Expertise der Konstrukteure nach wie vor von entscheidender Bedeutung – insbesondere, wenn es darum geht, die KI richtig „zu füttern“. Das sogenannte Prompten, also das Stellen präziser und fachlich fundierter Anfragen an die KI, ist der Schlüssel für den Erfolg. Eine KI kann nur dann optimale Ergebnisse liefern, wenn sie mit den richtigen Parametern, Anforderungen und Kontextinformationen gefüttert wird. Hier kommen die Konstrukteure mit ihrem tiefen Verständnis der Materie ins Spiel.
Mit ihrer fachlichen Expertise wissen Konstrukteure genau, welche technischen Details und Vorgaben für ein Projekt entscheidend sind. Sie können die KI entsprechend „anleiten“, um brauchbare und optimierte Lösungen zu erhalten. Ihre Rolle wird also nicht etwa überflüssig – im Gegenteil: Sie wird wichtiger, da sie das Bindeglied zwischen der technischen Anforderung und den Fähigkeiten der KI darstellen. Ohne präzises Prompten durch Experten ist der Nutzen der KI stark eingeschränkt. Daher ist der Einsatz von KI in der Konstruktion eher eine Symbiose, bei der die menschliche Expertise für das erfolgreiche Zusammenspiel mit der Technologie unerlässlich ist.

KI-gestützte Konfiguratoren: Effizienz in der Konstruktion

Ein anschauliches Beispiel für den Einsatz von KI in der Konstruktion sind intelligente Konfiguratoren, die in vielen CAD-Systemen integriert werden können. Solche Konfiguratoren ermöglichen es, auf Basis vordefinierter Regeln und Parameter individuelle Designs automatisch zu generieren.
Ein besonders leistungsfähiger Konfigurator ist customX, der speziell für die Maschinenkonfiguration entwickelt wurde. Mit customX lassen sich nicht nur mechanische Komponenten einer Maschine automatisiert entwerfen, sondern auch die elektrische Steuerung der Maschinen kann effizient geplant werden. Ergänzt wird dies durch das Produkt eXs, das passend zur Konfiguration automatisch Stromlaufpläne generiert. Dadurch werden mechanische und elektrische Systeme optimal aufeinander abgestimmt und die gesamte Produktentwicklung wird beschleunigt.
Durch diese Automatisierung können Unternehmen maßgeschneiderte Lösungen mit minimalem Aufwand erstellen und die Zeit bis zur Marktreife erheblich verkürzen. Besonders in Branchen mit variablen Kundenanforderungen und vielen Produktvarianten zeigt sich der Nutzen solcher Systeme: Sie sparen nicht nur Zeit, sondern minimieren auch das Risiko von Fehlern in der Konstruktion. Dadurch wird der gesamte Konstruktionsprozess effizienter und flexibler gestaltet.

Quelle: Autodesk DAM, 2024.

Fazit: KI als Enabler der Zukunft

Künstliche Intelligenz ist dabei, den Konstruktionsprozess grundlegend zu verändern. Sie ermöglicht nicht nur eine Effizienzsteigerung durch Automatisierung, sondern bietet auch neue Wege der kreativen Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine. Besonders in Zeiten des Fachkräftemangels wird die Bedeutung von KI in der Maschinenkonstruktion zunehmen. Sie bietet die Möglichkeit, Aufgaben zu automatisieren, ohne dabei menschliche Expertise zu ersetzen. KI wird vielmehr zu einem Werkzeug, das den Konstruktionsprozess erweitert und optimiert, sodass Unternehmen trotz begrenzter Ressourcen innovativ und wettbewerbsfähig bleiben können.