Die Planungsphase einer Fabrik ist hochkomplex: Neben Rahmenbedingungen, wie die Standortsuche oder behördliche Verfahren, ist insbesondere die technische und logistische Organisation herausfordernd. So umfasst die Planung oft mehrere tausend Einzelkomponenten, von Maschinen und Anlagen, über Logistik- und Lagerkomponenten bis hin zu IT- und Energieinfrastrukturen.

Viele ineinandergreifende Prozesse müssen geplant und immer wieder auf Wechselwirkungen und ihre Effizienz geprüft werden. All diese Aufgaben sind höchst anspruchsvoll und trotz sorgfältiger Planung durch eine hohe Fehleranfälligkeit gekennzeichnet. Zudem liegen diese vielen Informationen in unterschiedlichsten Formaten vor. Sie sind in verschiedenen Systemen, Darstellungsformen und Softwareapplikationen hinterlegt oder können sogar nur über Gespräche in Erfahrung gebracht werden. Das Sortieren und die Bewertung dieser Daten sind sehr aufwendig. Mithilfe von KI-Ansätzen soll dieser Aufwand erheblich reduziert werden.

Ziel des Forschungsprojekts „GenAI4FFD“ ist die Entwicklung eines Assistenzsystems, welches auf der Basis von Generativer Künstlicher Intelligenz (im Folgenden als »GenAI«), bisherige Planungsprozesse in Unternehmen gezielt erweitert und optimiert, indem es datengestützte Erkenntnisse liefert und die Effizienz der Entscheidungsfindung in der Fabrikplanung steigert.

Die Forschenden entwickeln das Assistenzsystem dabei prototypisch für drei zentrale Aufgabenfelder der Fabrikplanung:

Anforderungsaufnahme und -analyse:

Das Assistenzsystem soll dem Wissensmanagement und als Vermittler in der Kommunikation mit dem Bauherrn dienen. Ziel ist es, schnelle, unter den gegebenen Randbedingungen umsetzbare sowie qualitativ hochwertige Entscheidungen zu treffen. Eine Dialogfunktion wird es ermöglichen, Fragen an die erfasste Datengrundlage zu stellen und gleichzeitig zu erfassen, welche Daten noch benötigt werden.

Fabrikdesign:

Auf Basis der Anforderungsaufnahme und -analyse werden Produktions- und Logistikprozesse abgeleitet. Das Assistenzsystem unterstützt bei der Konzeptionierung und Gestaltung des Fabriksystems mit eigens erzeugten Entwürfen. Rahmenbedingungen, Gesetze und Normen, wie zum Beispiel zur Arbeitsstätte, Umweltanforderungen oder zur Tragwerkgestaltung, werden automatisch berücksichtigt.

Modellerstellung und Evaluation:

Die generierten Planungsergebnisse müssen einer objektiven, quantitativen Bewertung unterzogen werden. Das Assistenzsystem soll deshalb bei der Implementierung von Simulationsmodellen unterstützen, welche den jeweiligen Planungsstand hinsichtlich Struktur und Prozessgestaltung widerspiegeln. Die Simulation kann u. a. für die Dimensionierung der Betriebsmittel, der Energieversorgung, der Materialflussplanung sowie der Tragwerksberechnung genutzt werden.

Der GenAI-Assistent baut selbständig Fabrikplanungswissen und -erfahrung auf. Dieser generische Ansatz ermöglicht es, die Anwendung nicht nur auf weitere Fabrikplanungsaufgaben auszuweiten. Vielmehr kann er generell in der Bauwerksplanung eingesetzt werden. Im Rahmen des Projekts wird daher auch die Übertragbarkeit auf die Wohnraumentwicklung geprüft. Besonders kleine und mittlere Architektur- und Ingenieurbüros können davon profitieren. Neubau-, aber auch Umplanungs- und Erweiterungsprojekte von Fabriken wird der GenAI-Assistent beschleunigen können. So kann der Bedarf an neuen Technologien und Produkten, z. B. Batteriezellen für die Transformation der Mobilität oder Elektrolyseure für den Ausbau der deutschen Wasserstoffwirtschaft, schneller und effizienter gedeckt werden.

Folgende Partner setzen das Projekt gemeinsam mit dem Fraunhofer IFF um:

• Ingenics AG, Ulm
• IPK - Ingenieurplanungs- und Komplexbaugesellschaft mbH, Magdeburg
• METOP GmbH, Magdeburg
• Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
• Schaeffler Technologies AG & Co. KG, Herzogenaurach
• Tragwerk Ingenieure Döking + Purtak GmbH, Dresden

Das Projekt wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert und hat eine Laufzeit von drei Jahren.