Wie Künstliche Intelligenz bei der Montage hilft
Damit Maschinen in der Lage sind, Objekte zu erkennen, müssen auf Basis qualitativ hochwertiger Bilder Algorithmen trainiert werden. Einem Start-up vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, dieses Training zu automatisieren.
Eine Augmented Reality-Brille unterstützt die Verständigung zwischen digitalem Assistent und dem Träger.
Foto: Tanja Meißner, KIT
Dank Künstlicher Intelligenz (KI) ist technologisch inzwischen vieles möglich geworden. Allerdings gibt es – wie bei zahlreichen Innovationen zu Beginn – noch Bereiche, die in den Kinderschuhen stecken und weiter erprobt werden müssen. Dazu zählt zum Beispiel auch die Erkennung von Objekten.
„KI-Systeme darauf zu trainieren, ist nach wie vor zeitaufwendig, unflexibel, teuer, stark umgebungsabhängig und erfordert hohen Rechenaufwand“, erklärt Lukas Kriete, einer der Gründer des Start-ups Kimoknow.
Zu seinen Mitstreitern gehören Roman Wiegand, Aaron Boll, Michael Grethler und Vesa Klumpp. Gemeinsam gründeten sie im Mai die Unternehmergesellschaft und beschäftigen sich mit der Entwicklung von speziellen KI-Systemen. Die Forscher haben für das Training der KI-Systeme auf Bilddaten gesetzt. Diese entstehen ohnehin bei computerunterstützten Entwicklungsprozessen (CAD) und im Produktionsdatenmanagement (PDM). Extrahiert können die Daten für das automatisierte Training verwendet werden. Die CAD- und PDM-Daten beinhalten Informationen über Material, Geometrie und Position des jeweiligen Gegenstandes.
Augmented-Reality-Brille als Hilfe in komplexen Montageprozessen
Den Wissenschaftlern war es wichtig, einen digitalen Assistenten zu entwickeln, der vielfältig eingesetzt werden kann. In Augmented Reality (AR)-Brillen integriert kann das Objektsystem wichtige Gegenstände in Echtzeit erfassen, die sich im Sichtfeld des Nutzers befinden. Darüber hinaus liefern sie auch die notwendigen Kontextinformationen zu dem betreffenden Objekt.
Genau diese Art der Anwendung untersuchen die Wissenschaftler in der Praxis. Die AR-Brille soll Fachkräfte bei der Montage komplexer Geräte unterstützen. Mit Augmented Reality ist die computergestützte Erweiterung der Realitätswahrnehmung gemeint. Damit können alle menschlichen Sinnesmodalitäten angesprochen werden. Erprobt wird die kontaktlose Zusammenarbeit von Menschen und Maschinen in Kooperation mit der Elabo GmbH am Center for Artificial Intelligence Talents (CAIT). Elabo bietet Lösungen zur Gestaltung individueller Arbeitsplätze sowie für Montage- und Prüfsysteme in der industriellen Serienfertigung.
Das funktioniert folgendermaßen: Schritt für Schritt führt der virtuelle Assistent durch den gesamten Montageprozess und visualisiert dabei – ohne zusätzliches Display – die Bauanleitung. Er zeigt, in welcher Reihenfolge die Teile mit den passenden Werkzeugen und Montagematerialien verwendet werden müssen. Entstehen Fehler, wiederholt der Assistent einzelne Schritte erneut und dokumentiert darüber hinaus den gesamten Prozess. Für die Monteure hat diese Hilfe zahlreiche Vorteile: Sie stehen per Blickkontakt, Handzeichen und Sprachbefehl mit dem System in Verbindung. Mit ihren Händen können sie sich voll und ganz auf die Montage konzentrieren.
„Der Montageassistent macht den Prozess bei besserer Qualität effizienter, produktiver, schneller und kostengünstiger“, sagt Kriete.
Kombination von Wissenschaft und Wirtschaft im CAIT
Im CAIT geht es besonders um die Förderung von Forschungstalenten, die sich mit den Methoden der Künstlichen Intelligenz in Kombination mit dem Ingenieurwesen beschäftigen. Es bietet den Forschern die notwendige Infrastruktur, Ressourcen und Trainingsformate. Zudem können sie ihre Entwicklungen und Ideen unter realen Arbeitsbedingungen sowie in Zusammenarbeit mit potenziellen Anwendern testen.
„Nicht die neuen Technologien verändern die Welt, sondern die Menschen, die diese Technologien nutzen“, erklärt Jivka Ovtcharova, Leiterin des CAIT. Die Maschinenbau-Ingenieurin und Informatikerin beschäftigt sich vor allem mit dem sogenannten „Virtual Engineering“, das alle Phasen der IT-Unterstützung innovativer Produktentwicklung und Produktion mit speziellem Fokus auf Feedback-Management umfasst.
Ziel des CAIT ist, Innovationen möglichst schnell in die Praxis zu bringen. Gleichzeitig profitieren auch die Unternehmen vom Know-how der Talente und von aktuellen Forschungsergebnissen.
„Dies ist eine Win-Win-Situation und das optimale Modell für die Kooperation zwischen Wissenschaft und Wirtschaft“, sagt Ovtcharova.
Im Juni 2019 wurde das CAIT unter Leitung von Jivka Ovtcharova eröffnet. Es setzt das Konzept des Lifecycle Engineering Solutions Center (LESC) mit dem Fokus KI fort. Neben der Elabo GmbH gehören unter anderem auch die abas Software AG und die SolidLine AG als Partner zum CAIT.
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