Optimate: Smart konstruieren Algorithmen optimieren Blechteilfertigung

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Eine in der Cloud verfügbare Applikationssoftware (App) optimiert anhand von 3D-Zeichnungen sowie Parametern zu Maschinen und Verfahren Blechteilgeometrien mit Hilfe spezieller Algorithmen – Künstlicher Intelligenz – so, dass sich die Bauteile effizienter und profitabler fertigen lassen.

Optimate, ein 2020 von Trumpf ausgegründetes Start-up, will der Blechbearbeitung mehr Prozesssicherheit in der Fertigung geben. Der Schlüssel dazu ist eine Cloud-​basierte Web-App-Lösung zur Analyse und Optimierung von Blechbauteilen. Sie enthält eine automatisierte Potentialerkennung und auf Künstlicher Intelligenz (KI) basierte Bauteiloptimierung mit integrierter Umkonstruktion. Sie wird als wesentliches Element einer künftigen Unternehmensstruktur nach dem Konzept Industrie 4.0 und Smart Factory gesehen.

Fachwissen digitalisiert bereitstellen

Blech sachgerecht zu biegen, erfordert Fachwissen. Darüber verfügen meist nur Fachkräfte, die viele Jahre Erfahrung haben. Mit ihrem Ausscheiden aus einem Unternehmen gehen die Kenntnisse meist verloren. Das gilt insbesondere aktuell in Verbindung mit dem Mangel an Nachwuchskräften. Das Stuttgarter Start-up Optimate hat es sich deshalb zur Aufgabe gemacht, das über Jahrzehnte aufgebaute Blechwissen zu digitalisieren. «Wir hatten dieses Problem erkannt und wollten das jahrzehntelange Wissen und den Zugang zu dem Blech-Know-how als digitalen Beratungsservice bieten», erinnert sich CEO und Co-Gründer Jonas Steiling an den Anfang von Optimate vor zwei Jahren. Diese anfängliche Vision wurde inzwischen Wirklichkeit mit einer Software zur Analyse und Optimierung von Blechteilen. Wer diese Software nutzt, muss nicht mehr Gefahr laufen, ein Bauteil in die Fertigung zu bringen, das womöglich gar nicht oder nur kostenintensiv herzustellen ist. «Wir geben Konstruktion und Arbeitsvorbereitung nicht nur mehr Prozesssicherheit, auch zeitintensive Rückfragen beim Kunden und langwieriges manuelles Umkonstruieren gehören damit der Vergangenheit an», sagt Jonas Steiling.

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Bauteile mit Software in der Cloud analysieren

Die in der Cloud bereitgestellte Software von Optimate besteht aus den zwei Modulen Machbarkeitsanalyse und Bauteiloptimierung. In einem ersten Schritt überträgt der Anwender 3D-Daten in den Formaten Step oder Solid Works mit Hilfe der App in die Cloud. Das können mehrere 3D-CAD-Dateien gleichzeitig sein. Nun wählt er den Werkstoff Baustahl, Edelstahl oder Aluminium. Innerhalb weniger Sekunden wird pro Bauteil aufgelistet, welches Poten­tial vorhanden ist. Ein weitgehend optimierbares Bauteil kann mehr als 30 Prozent kostengünstiger hergestellt werden, verglichen mit dem nicht analysierten und verbesserten Blechteil. «Der Anwender sieht jetzt Optimierungsmöglichkeiten, wo er zuvor keine Transparenz über seine Bauteile hatte und wo es sich lohnt, nochmals genauer hinzuschauen», erklärt Jonas Steiling. Der Service von Optimate erkennt innerhalb von Sekunden das Optimierungspotential und zeigt eventuelle Konstruktionsfehler an.

Herstellbarkeit prüfen

Parallel zur Potentialerkennung läuft im Hintergrund eine Machbarkeitsprüfung, um für jedes Bauteil zu verifizieren, dass es auch prozesssicher gefertigt werden kann. Falls dies nicht gegeben ist, werden die entsprechenden Flächen am Bauteil als Warnungen farblich gekennzeichnet. Verformungen beeinflussen meist nur die Optik des Bauteils. Allerdings verhindern zahlreiche Geometriedetails bei üblichen Blechteilen, dass man sie überhaupt fertigen kann. Das betrifft beispielsweise minimale Schenkellängen bei Blechen, die in Gesenkbiegepressen gebogen werden. Somit wird bereits der Konstrukteur gewarnt, dass das Blechteil in der gegebenen Geometrie nicht zu fertigen ist. Die kritischen Geometrien werden von der Software rot markiert. Besonders vorteilhaft ist, dass die Software den Konstrukteur von langwierigen manuellen Konstruktionstätigkeiten entlastet. Sie verbessert automatisch die Bauteilgeometrien. Dazu sind neben dem Blechteil lediglich die im Unternehmen nutzbaren Biegewerkzeuge einzugeben. «So wird mit einem Klick in einer Optimierungsgrafik das verbesserte, prozesssicher herstellbare Blechteil angezeigt, beispielsweise mit verlängertem Schenkel», sagt dazu Jonas Steiling. Von Vorteil dabei ist, dass sich der Konstrukteur und die Mitarbeiter der Arbeitsvorbereitung immer den Ist-Zustand parallel zum optimierten Soll-Zustand anzeigen lassen können. Der Anwender kann nun das angepasste Bauteil als 3D-Daten in den Formaten Step oder Solid Works zurück in sein CAD-Programm übertragen. Um sämtliche Möglichkeiten zum Verbessern der Blechteilgeometrie zu erkennen, hat das Team bei Optimate eigens eine Künstliche Intelligenz entwickelt. In den Algorithmen sind etwa 60 unterschiedliche Merkmale von Blechteilen gespeichert. Nahezu jedes übliche Blechteil lässt sich damit ausreichend beschreiben. «Mittlerweile können wir mit 92-prozentiger Genauigkeit vorhersagen, ob es Optimierungspotential gibt, selbst bei Bauteilen, welche die KI vorher noch nie gesehen hat», erklärt Jonas Steiling. Und je mehr Anwender ihre Bauteile in die Cloud übertragen, um so «schlauer» wird die Künstliche Intelligenz. Wie Jonas Steiling betont, wolle man die KI wiederholt trainieren, sodass die Treffergenauigkeit stetig wächst. Ergibt die Analyse mit der Künstlichen Intelligenz keine verwertbaren Hinweise, können sich Anwender persönlich an den Service bei Optimate wenden.

Profitabler herstellen

Meist lassen sich von Spezialisten konstruierte Blechteile zuverlässig herstellen. Allerdings bergen sie noch ein Potential, um sie wirtschaftlicher, schneller und profitabler zu fertigen. Dies erkennt die Künstliche Intelligenz. So kann man beispielsweise bei optimierter Konstruktion in weniger Fertigungsschritten ein gleichwertiges Bauteil herstellen. Um auch diese optimierte Konstruktion automatisch zu erstellen, haben die Experten bei Optimate eine weitere Software verwirklicht. Dazu sind lediglich zur Bauteilgeometrie Varianten passender CAD-Modelle zu speichern. Im Hintergrund wird aus den 3D-Körpern jeweils ein 2D-Zuschnitt, eine Abwicklung, erstellt. Diese Abwicklung wird in eine grafische Beschreibung überführt. Jeder Fläche wird zu ihren Nachbarflächen eine Verbindungsart zugeordnet. Anhand der entstehenden Bauteil­beschreibungen generiert die Software selbsttätig alternative Konstruktionen. Sie zeigt fünf Ausführungen, die sich bestmöglich fertigen lassen und die zudem die Forderungen des Konstrukteurs erfüllen. Für jede dieser Varianten berechnet sie die Festigkeiten und die zu erwartenden Kosten in der Produktion.

Beispielsweise war ein Haltewinkel so konstruiert, dass in ein gebogenes Blech eine Wandung einzu­schweissen ist. Anhand der Forderungen an das Bauteil hat die Software mit Hilfe Künstlicher Intelligenz mehrere Konstruktionsvarianten erstellt. Sie vermeiden insbesondere das aufwendige, kostenintensive Fügen zweier Bauteile durch Schweis­sen. Bei der vom Konstrukteur gewählten Ausführung ist die Grundfläche geteilt, sämtliche Geometrien werden allein durch Biegen erzeugt. Da das Schweissen entfällt, kann das Bauteil nunmehr um bis zu 40 Prozent kostengünstiger hergestellt werden. «Wird ein solches Bauteil dann in grösseren Serien zehn- oder hunderttausendfach gefertigt, ist die Kostenersparnis enorm», sagt dazu Jonas Steiling. In der Software wird zum 3D-Modell die Abwicklung angezeigt. In einem 2D-Zuschnitt sind die Biegungen sowie die Innen- und die Aussenkonturen grün gekennzeichnet. Anhand der Konturen kann man die Schachtelung auf einer Blechplatine beurteilen und optimieren. «Die letzte Entscheidung sollte immer noch beim Konstrukteur liegen. Wir liefern ihm die Basis für seine Entscheidung inklusive Umkonstruktion und CAD-Datensatz», betont Jonas Steiling und ergänzt: «Mit unseren Tools hat er Zugang zu umfangreichem Expertenwissen rund um die Blechbearbeitung, und wir erweitern damit seinen Entscheidungshorizont nachhaltig.»

Weltweit umfassend nutzen

Speziell Zulieferbetriebe, die über Webshops ihre Leistungen bereitstellen, benötigen ein zuverlässiges Hilfsmittel zum automatisierten Prüfen, ob sich Bauteile herstellen lassen. Dafür erweist sich die Software von Optimate als ideal. Auch sogenannte Marktplätze im Internet können von den Leistungen der Software mit Künstlicher Intelligenz profitieren. Wie Jonas Steiling berichtet, nutzen vor allem in Asien solche Marktplätze bereits die Funktionen seiner Software in der Cloud. - kmu - SMM

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