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Die Planung einer Fabrik ist eine sehr komplexe Aufgabe. Neben der Standortwahl und den behördlichen Genehmigungen sind unzählige technische und logistische Faktoren zu berücksichtigen. Tausende von Einzelkomponenten, von den Maschinen über die Lagertechnik bis hin zur IT- und Energieinfrastruktur, müssen optimal aufeinander abgestimmt werden. Hinzu kommt, dass viele dieser Informationen in unterschiedlichen Formaten vorliegen, auf verschiedene Systeme verteilt sind oder sogar nur in Gesprächen zur Verfügung stehen. Das macht den Planungsprozess aufwändig und fehleranfällig.
Mit Künstlicher Intelligenz (KI) lassen sich viele dieser Herausforderungen effizienter bewältigen. Das Forschungsprojekt „GenAI4FFD“ des Fraunhofer IFF entwickelt ein KI-basiertes Assistenzsystem, das Planerinnen und Planer in entscheidenden Bereichen unterstützt. Ziel ist es, Planungsprozesse mit generativer KI (GenAI) zu optimieren und fundierte Entscheidungen schneller zu ermöglichen.
KI-gestützte Assistenz in der Fabrikplanung
Die Fabrikplanung umfasst zahlreiche Prozesse, die stark von KI-gestützten Systemen profitieren können. Das Assistenzsystem „GenAI4FFD“ soll dabei drei zentrale Aufgabenfelder unterstützen:
- Anforderungsaufnahme und -analyse
Die Erhebung von Anforderungen ist ein essenzieller Schritt der Fabrikplanung. Häufig gibt es hierbei Kommunikationshürden zwischen den beteiligten Akteurinnen und Akteuren, etwa zwischen Planenden und Bauherren. Das KI-gestützte Assistenzsystem dient als Wissensmanagement-Tool, das Informationen strukturiert sammelt und analysiert. Eine interaktive Dialogfunktion ermöglicht es, gezielte Fragen an die bestehende Datenbasis zu stellen und Lücken in den vorliegenden Informationen zu identifizieren. So wird sichergestellt, dass alle relevanten Parameter frühzeitig erfasst werden, um kostspielige Planungsfehler zu vermeiden.
- Fabrikdesign
Nach der Anforderungsaufnahme unterstützt das Assistenzsystem bei der Konzeption des Fabriklayouts. Basierend auf den gesammelten Daten können Produktions- und Logistikprozesse optimiert sowie verschiedene Szenarien simuliert werden. Die KI berücksichtigt automatisch gesetzliche Vorgaben, Umweltauflagen und ergonomische Anforderungen. So entstehen effiziente und nachhaltige Fabrikdesigns. Ein weiterer Vorteil: Das Assistenzsystem generiert alternative Entwürfe und bewertet deren Umsetzbarkeit, sodass Planende fundierte Entscheidungen treffen können.
- Modellerstellung und Evaluation
Nach der Designphase müssen die erarbeiteten Konzepte auf ihre Realisierbarkeit geprüft werden. Hier kommt die KI-gestützte Simulation ins Spiel. Sie bildet Struktur- und Prozessgestaltung ab und analysiert relevante Faktoren wie Ressourcenbedarf, Energiebilanzen und Materialfluss. Durch diese Simulation lassen sich potenzielle Engpässe frühzeitig erkennen und alternative Lösungen entwickeln. Auch die Tragwerksplanung und die Berechnung der Betriebsmitteldimensionierung werden automatisiert unterstützt, was den gesamten Planungsprozess beschleunigt.
Langfristige Potenziale und Erweiterungsmöglichkeiten
Das KI-Assistenzsystem sammelt laut Forschungsteam mit jeder Nutzung neues Wissen und wird kontinuierlich leistungsfähiger. Langfristig lässt sich der Einsatz dieser Technologie nicht nur auf Fabriken beschränken. Besonders für kleine und mittelständische Architektur- und Ingenieurbüros ergeben sich neue Chancen: Durch eine präzisere Planung können Fehler minimiert, Kosten gesenkt und innovative Projekte schneller umgesetzt werden. Auch die Wohnraumentwicklung könnte von dieser Technologie profitieren, indem Bauprozesse effizienter gestaltet und nachhaltige Materialien optimal eingesetzt werden.
Durch den gezielten Einsatz von KI in der Planung lassen sich Fabriken für zukunftsweisende Branchen, wie die Wasserstoffwirtschaft oder Batteriezellenproduktion, effizienter realisieren. So können Produktionskapazitäten schneller aufgebaut und technologische Innovationen zügiger in die Praxis umgesetzt werden.
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Spin-off der RWTH Aachen wählt modularen Ansatz
Neben KI-gestützten Assistenzsystemen wird auch an modularen Planungslösungen gearbeitet. Ein vielversprechendes Konzept liefert die Onefactory GmbH, ein Spin-off der RWTH Aachen. Das Unternehmen hat mit „Factory as a Product“ einen Baukastenansatz entwickelt, der standardisierte, erprobte Module nutzt, um Fabriken effizient zu planen. „Wir können mit diesen vorkonfigurierten, praxiserprobten Modulen eine Fabrik zu etwa 80 % planen, bis zu 75 % schneller als mit klassischen Methoden“, erklärt Matthias Dannapfel, Geschäftsführer von Onefactory.
Der modulare Ansatz reduziert Planungsaufwand und Kosten erheblich. Statt jede Fabrik von Grund auf neu zu entwickeln, können bewährte Bausteine genutzt werden. Diese umfassen Tragwerke, technische Ausstattung, Arbeitsplätze, Logistiksysteme und Außenanlagen. Unternehmen profitieren von einer schnelleren Realisierung ihrer Projekte und einer höheren Planungssicherheit.
Lesen Sie dazu auf vdi-nachrichten.com: Schöne und modulare Fabriken aus dem Baukasten
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