Welches Problem löst der Demonstrator?
Der Demonstrator zeigt, wie Künstliche Intelligenz bei der Flächenbelegungsplanung unterstützen kann. Ziel ist es, unterschiedlich große Objekte möglichst sinnvoll auf einer begrenzten Fläche anzuordnen. Dabei werden sowohl die Größe der Objekte als auch deren Priorität berücksichtigt. Solche Optimierungsaufgaben treten beispielsweise in der Produktionsplanung, Lagerlogistik oder beim Beladen von Transportflächen auf.
Wer ist die Zielgruppe?
Jedes Unternehmen, das Optimierungsaufgaben lösen muss z.B.:
- Schichtplanung
- Produktionsplanung
- Flächenbelegungsplanung
Reales Gegenstück
Es steht eine beleuchtete, hölzernene Vitrine zur Verfügung, aufgrund derer Innenmaße die Maße des digitalen Demonstrators gewählt wurden. Außerdem gibt es Holzklötze unterschiedlicher Anzahl und Größe, die in denselben Größen in der digitalen Version ausgewählt werden können.
Was zeigt der Demonstrator konkret?
Der Demonstrator visualisiert die automatische Anordnung von Blöcken auf einer vorgegebenen Fläche. Anzahl, Größe und Priorität der Blöcke können festgelegt oder zufällig erzeugt werden. Anschließend berechnet ein KI-gestützter Algorithmus eine möglichst gute Platzierung der Blöcke. Die digitale Lösung kann mit einer physischen Variante aus Holzklötzen und einer beleuchteten Vitrine verglichen werden.
Wie funktioniert die Lösung technisch?
Die Lösung basiert auf einem genetischen Algorithmus. Dieser erzeugt verschiedene Anordnungsvorschläge und verbessert diese schrittweise über mehrere Generationen. Verwendet werden 30 Chromosomen, 20 Generationen, eine Mutationsrate von 5 % sowie Elitismus, bei dem die beste Lösung unverändert übernommen wird. Die Bewertungsfunktion bevorzugt Lösungen, bei denen möglichst viele große und hoch priorisierte Blöcke erfolgreich angeordnet werden.
Wie ausgereift ist der Demonstrator?
Der Demonstrator besteht aus einer digitalen Anwendung sowie einem physischen Gegenstück. Die digitale Flächenplanung kann direkt mit realen Holzklötzen in einer beleuchteten Vitrine nachvollzogen werden. Dadurch wird die Arbeitsweise des Algorithmus anschaulich dargestellt.
Welche Annahmen oder Einschränkungen gibt es?
Die Fläche besitzt feste Abmessungen von 24,7 × 17 Einheiten. Da die Blöcke ausschließlich ganzzahlige Größen besitzen, kann die Fläche grundsätzlich nicht vollständig belegt werden. Die Blöcke sind mindestens so breit wie hoch und können nur in einer alternativen Ausrichtung gedreht werden. Dadurch wird die zweidimensionale Anordnung vereinfacht. Zudem findet der genetische Algorithmus nicht garantiert die optimale Lösung.
Wie könnte die Lösung in der Praxis eingesetzt werden?
Der Demonstrator wurde ursprünglich mit Blick auf die Flächenbelegungsplanung einer Fabrik entwickelt. Grundsätzlich liegt der Ansatz beim Visualisieren von Optimierungsaufgaben, bei denen Objekte unter Berücksichtigung bestimmter Prioritäten auf begrenztem Raum angeordnet werden müssen.
Was ist der Mehrwert gegenüber bestehenden Lösungen?
Der Demonstrator zeigt, dass eine KI in kurzer Zeit sehr gute Lösungen für komplexe Planungsaufgaben finden kann. Menschen können mit ausreichend Zeit häufig noch bessere Ergebnisse erzielen, benötigen dafür jedoch deutlich mehr Aufwand. Die KI kann daher als schnelle Entscheidungshilfe oder Inspirationsquelle dienen.
Welche Erkenntnisse wurden bisher gewonnen?
Die KI schafft es in aller Regel nicht, eine ideale Anordnung zu finden. Rund 50% aller Versuchtsteilnehmer geben vor dem Finden der idealen Lösung auf, häufig mit vergleichbaren Lösungen wie die KI, aber deutlich höherem Zeitaufwand. Die anderen 50% finden die ideale Lösung, brauchen dafür aber ebenfalls erheblich viel Zeit. Die KI ist für Lösungen, die nicht ideal, sondern nur gut genug sein müssen, hervorragend geeignet.
Was sind die nächsten Schritte?
Der Demonstrator dient als Visualisierungs- und Anschauungswerkzeug für KI-gestützte Optimierungsverfahren und ist Teil unseres Angebots. Wenn Sie mehr über die zugrunde liegenden Technologien, mögliche Anwendungsfälle oder den Einsatz in Ihrem Unternehmen erfahren möchten, freuen wir uns auf Ihre Kontaktaufnahme.