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Mit künstlicher Intelligenz und digitalem Zwilling Ressourcen sparen

17. Juni 2021

© VDI ZRE

Für die Herstellung von Produkten werden immer wieder neue Werkzeuge entwickelt, um dem Wettbewerb standhalten zu können. Die Entwicklung und Testphase können jedoch viel Material und Energie verbrauchen. Wie der Einsatz künstlicher Intelligenz (KI) im Werkzeugbau diesen Aufwand reduziert bzw. welche Möglichkeiten für Neuentwicklungen geschaffen werden, zeigt der aktuelle Film des VDI Zentrum Ressourceneffizienz (VDI ZRE) „Mit künstlicher Intelligenz und digitalem Zwilling Ressourcen sparen“.

Rechenleistung statt Experimente: Neue Werkzeuge werden zwar am Bildschirm entworfen, aber getestet und verbessert werden sie in der Regel in der Werkhalle. Für die Tests wird das zu verarbeitende Material bearbeitet, das Ergebnis analysiert und anschließend das Werkzeug angepasst. Das kostet viele Rohstoffe und Zeit. Künstliche Intelligenz verlagert einen Teil dieses Prozesses an den Bildschirm.

Digitaler Zwilling und künstliche Intelligenz

Um Material, Energie und Zeit zu sparen, wird für die Entwicklung eines neuen Werkzeugs ein digitaler Zwilling erstellt, eine digitale Kopie des Originals. Mit diesem werden die sonst üblichen Entwicklungsschritte für das Werkzeug simuliert. Im ersten Filmbeispiel wird der zu verbessernde Werkzeugteil in ca. ein Zehntel mm große Kuben unterteilt. Für jeden lassen sich zu jedem Zeitpunkt der Produktion Drücke, Temperaturen und Fließgeschwindigkeiten der Schmelzen berechnen. Durch die Simulation des Produktionsprozesses kann das Werkzeug anschließend bedarfsgerecht ausgelegt werden. Der Materialverbrauch für die Testphase hat sich halbiert.

Im zweiten Filmbeispiel wird das Werkzeug in einem evolutionären KI-Prozess entwickelt. Simuliert werden zunächst verschiedene Ausprägungen des Werkzeugs, die zu tausenden Individuen führen. Mit diesen Typen von digitalen Zwillingen wird der Produktionsprozess anschließend simuliert. Eine intelligente Software identifiziert und analysiert die für die Produktion am besten geeigneten Individuen. Aus ihnen werden wiederum tausende neue Individuen abgeleitet, welche als Grundlage für eine neue Simulation dienen. Nach ca. 10 Generationen ist das Werkzeug fertig entwickelt und kann produziert werden. Das im Beispiel entwickelte Werkzeug ermöglicht bei der Produktion von Kunststoffhohlkörpern den Einsatz von bis zu 85 % Rezyklaten. Die Entwicklung leistet einen wichtigen Beitrag zu mehr Kunststoffrecycling und somit zur Kreislaufwirtschaft.

Ressourceneffizienz in der Praxis

Der Film „Mit künstlicher Intelligenz und digitalem Zwilling Ressourcen sparen“ des VDI Zentrum Ressourceneffizienz zeigt, wie sich mit KI in der Praxis natürliche Ressourcen, Zeit und somit Kosten sparen lassen. Er wurde im Auftrag des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit erstellt. Abrufbar ist der Film auf dem YouTube-Kanal des VDI ZRE „Ressource Deutschland TV“. Weitere Impulse zur Umsetzung der betrieblichen Ressourceneffizienz bietet das VDI ZRE in Form von Publikationen, Online-Tools und weiteren Informationen unter www.ressource-deutschland.de kostenfrei an.

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