Motivation
Der Wettbewerb und der digitale Wandel erhöhen die Anforderungen an produzierende Unternehmen enorm. Um den Anforderungen gerecht zu werden, benötigen besonders KMU flexible, automatisierte Produktionssysteme. Aktuell scheitert dies jedoch zu oft an der aufwändigen Steuerungsprogrammierung von komplexen Fertigungsmaschinen, wie z.B. CNC-Maschinen (Computerized Numerical Control). Diese sind computergesteuerte Werkzeugmaschinen, die durch den Einsatz von Steuerungstechnik in der Lage sind, auch komplexe Werkstücke automatisiert herzustellen. Die Programmierung solcher Maschinen wird bereits heute durch Digitale Zwillinge unterstützt. Mithilfe dieser computergestützten Modelle kann man z.B. eine CNC-Maschine realistisch digital nachstellen und so ihre Inbetriebnahme vorab simulieren. Diese Simulation ermöglicht es, große Teile der Steuerungsprogrammierung zeitlich nach vorne zu ziehen. Der Entwicklungsaufwand an sich wird dadurch jedoch nicht verkürzt.
Ziele und Vorgehen
Ziel des Verbundvorhabens „KI-Steuerung“ ist es, mithilfe von Methoden des maschinellen Lernens eine neuartige, automatisierte Steuerungsprogrammierung zu entwickeln. Die Idee ist, die Simulationsumgebung des Digitalen Zwillings einer Fertigungsmaschine zu verwenden, um ihre Steuerung automatisch zu entwickeln und zu optimieren. Dadurch wird der Softwareentwicklungsprozess massiv verkürzt und die Investitionskosten für ein Umstellen auf eine neue Produktvariante werden deutlich reduziert. Der zu untersuchende Ansatz basiert auf der Entwicklung einer neuartigen Schnittstelle, um einen digitalen Zwilling zum Testen der Steuerung in eine KI-Lernumgebung zu integrieren. Dazu sollen Methoden des Reinforcement Learning (RL oder „Bestärkendes Lernen“) untersucht werden. Ein für Produktionsaufgaben optimiertes RL-Programm soll die Ergebnisse eines Simulationslaufes nutzen, um automatisch Lösungsstrategien für auftretende Probleme zu erlernen und zu nutzen.
Innovationen und Perspektiven
Die angestrebte, innovative Lösung kann viele Unternehmen am Wirtschaftsstandort Deutschland stärken. Neben den Herstellern, z.B. von CNC-Maschinen oder Systemintegratoren, profitieren insbesondere die Endnutzer von einer einfach anpassbaren und optimierbaren Steuerung ihrer Maschinen. Produktionsunternehmen ermöglicht die KI-Steuerung, Änderungen bspw. in der Spezifikation der Produkte automatisch in eine neue und geeignete Steuerungsprogrammierung zu übersetzen. Dies erlaubt es, auch Bauteile in kleinen und mittleren Stückzahlen wirtschaftlich in Deutschland zu produzieren.