Digitale Zwillinge und künstliche Intelligenz - Forschungsergebnisse des KIDZ-Projekts

Das Institut für Digitalen Wandel (IDW) lud am 22. Juli zur Vorstellung der Ergebnisse des Forschungsprojektes KI-basierter digitaler Zwilling (KIDZ) ein. Die Veranstaltung bot einem Fachpublikum und beteiligten Kooperationspartnern die Möglichkeit, Erkenntnisse aus dem nun abgeschlossenen Forschungsprojekt zu erhalten. Ziel der Forschung war die Entwicklung eines KI-gestützten, selbstlernenden digitalen Zwillings, der Produktionsprozesse kontinuierlich überwacht und realitätsnah abbildet. Die Grundlage bildet ein Modell, das nicht nur Daten verarbeitet, sondern auch deren Bedeutung und Zusammenhänge erkennt. So können komplexe Abläufe besser erklärt, simuliert und optimiert werden – was eine effektivere und transparentere Produktion ermöglicht. Methoden der eXplainable AI (XAI), also der Nachvollziehbarkeit von KI, sorgen für zusätzliche Transparenz.

Forschungsergebnisse und Fachvorträge

Den Auftakt der Veranstaltung übernahm Professor Dr. Wolfram Höpken, Sprecher des Projekts und Leiter des IDW. Er betonte die Bedeutung eines ganzheitlichen Ansatzes bei der Entwicklung digitaler Zwillinge: „Unser Ziel ist es, nicht nur Daten zu sammeln, sondern deren Zusammenhänge zu verstehen und daraus handlungsfähige Modelle zu schaffen.“ Dabei verwies er darauf, dass die folgenden Fachvorträge verschiedene Aspekte dieses übergeordneten Forschungsziels vertiefen und so ein umfassendes Bild der Projektarbeit zeichnen. Die Ergebnisse und Erkenntnisse werden zudem kontinuierlich in wissenschaftlichen Publikationen aufbereitet, von denen einige bereits erschienen sind, während weitere noch in Bearbeitung sind. 

Die Fachvorträge der wissenschaftlichen Mitarbeitenden aus dem KIDZ-Projekt beleuchteten unterschiedliche Vertiefungsaspekte. Timo Schuchter stellte seinen Ansatz zur automatisierten Planung von Fertigungsanlagen vor. Ziel war es, durch eine wissensbasierte Ontologie, also ein strukturiertes System zur Abbildung von Wissen über Bauteile und deren Beziehungen, zu untersuchen, wie digitale Zwillinge eigenständig passende Anlagenstrukturen entwerfen, simulieren und virtuell in Betrieb nehmen können. Dieser Ansatz erleichtert und beschleunigt die komplexe Planung, da die Systeme auf Basis des hinterlegten Wissens eigenständig Entscheidungen treffen.

Im nächsten Beitrag erläuterte Nishanth Nandakumar seine Forschung zur automatisierten Erzeugung synthetischer Bilddaten, um den oft zeitintensiven und manuellen Prozess der Datenerstellung zu vereinfachen. So können KI-Systeme schneller und effizienter für Bildanalyse-Aufgaben trainiert werden. Abschließend präsentierte Alexander Lohr ein KI-basiertes System, das mithilfe von Large Language Modellen über den Produktionsprozess gewonnenes Wissen verständlich erklärt. So sollen Fachkräfte eine transparente und nachvollziehbare Unterstützung bei der Nutzung des digitalen Zwillings erhalten.

Praxisnahe Vorführung und zukünftige Perspektiven

Den Höhepunkt bildete eine gemeinsame Live-Demonstration, in der die drei Teilprojekte beispielhaft in erfolgreichen und im Kontrast dazu auch fehlerhaften Szenarien vorgeführt wurden. Das Publikum erhielt so einen greifbaren Eindruck davon, wie die entwickelten KI-Lösungen bei realer Anwendung unterstützen und welche Fehlerquellen dabei reduziert werden können. Ein abschließendes Get-together in entspannter Atmosphäre bei Snacks und Getränken gab den Interessierten und den Forschenden die Möglichkeit, im Austausch noch tiefer in die Themen einzusteigen. Besonderer Dank galt an diesem Abend der Carl-Zeiss-Stiftung, die das Forschungsprojekt über mehr als drei Jahre hinweg gefördert hat sowie den Projektpartnern IKS Intec, IILS, lfm syntron, FORCAM und das Institut für Flugzeugbau der Universität Stuttgart für die Projektbegleitung und Unterstützung. Das IDW arbeitet nun daran, Anschlussförderungen zu sichern, um die Forschungsarbeiten fortzusetzen.