Das Potenzial technischer Zeichnungen heben

Innovative Mechanical Engineer Designs 3D CAD Model
Beispiel einer technischen Zeichnung – Bild: ©Andrey Popov/stock.adobe.com

Technische Zeichnungen gehören in nahezu jedem Industrieunternehmen zu den wichtigsten Informationsquellen. Sie sind Bestandteil in der Konstruktion, im Einkauf sowie in der Produktion und liefern Geometrie, Abmessungen, Materialien und weitere Eigenschaften von Bauteilen. Häufig werden diese Informationen jedoch nicht digital genutzt, sondern manuell in ERP-, PDM- oder Logistiksysteme übertragen. Dieser Bruch bedeutet hohen Aufwand und beeinträchtigt die Qualität der Stammdaten. Vor allem in der Intralogistik wirken sich ungenaue oder fehlende Daten direkt auf Lager, Verpackung und Transportplanung aus.

KI und Zeichnungen

Der große Vorteil technischer Zeichnungen liegt in ihrer Standardisierung. Trotz unterschiedlicher Normen folgen sie klaren visuellen Strukturen. Das macht sie zu einem idealen Anwendungsfeld für KI-gestützte Verfahren, die Gegenstand aktueller Forschung sind. Neben klassischen Texterkennungsmethoden werden etwa Ansätze untersucht, die 2D-Zeichnungen direkt in 3D-Modelle überführen. Diese Entwicklungen zeigen, dass sich semantische Inhalte grundsätzlich automatisieren lassen. Nutzt man dieses Potenzial gezielt, lässt sich die Stammdatenqualität deutlich verbessern.

Vom Dokument zur Datenquelle

Ein praxisnaher Ansatz verbindet mehrere Technologien in einer Verarbeitungskette (siehe Abbildung 1). Zunächst kommt eine Vorverarbeitung der Zeichnung zum Einsatz, etwa mit OpenCV, um Linien, Ansichten und Bemaßungen sichtbar zu machen. Dann erfolgt die Extraktion von Text und Spezifikationen mit OCR- und Vision-Services. Dienste wie Google Cloud Vision können Inhalte aus komplexen Zeichnungen erkennen, liefern aber in der Praxis nicht immer die nötige Genauigkeit – besonders bei variierenden Layouts oder Scan-Qualitäten. Darüber hinaus haben sich Deep-Learning-Methoden wie Yolo bewährt. Yolo (You Only Look Once) nutzt neuronale Netze zur Objekterkennung und analysiert ein Bild in einem einzigen Durchlauf, um Elemente wie Bemaßungen oder Zeichnungsbereiche zu identifizieren. Die Echtzeitfähigkeit und hohe Genauigkeit machen den Ansatz besonders attraktiv für industrielle Anwendungen.

Weiter verstärkt wird der Nutzen, wenn verschiedene Verfahren kombiniert werden. Während OCR- und Vision-Dienste oft generisch arbeiten, helfen trainierte Modelle auf Basis von Yolo, domänenspezifische Objekte wie Bemaßungslinien, Toleranzen oder Zeichnungsköpfe robuster zu erkennen. In der Praxis entsteht der größte Mehrwert oft durch hybride Ansätze, bei denen mehrere Modelle parallel laufen und ihre Ergebnisse zusammengeführt werden. So verringern sich Unsicherheiten und die Gesamtgenauigkeit steigt.

Entsprechend gehen spezialisierte Anbieter noch einen Schritt weiter: Sie liefern fertige Systeme zur strukturierten Extraktion technischer Daten um zum Beispiel Prüfungspläne automatisiert erzeugen zu lassen. Die anschließende semantische Interpretation kann sich mit Sprachmodellen durchführen lassen, etwa um Bezeichnungen zu vereinheitlichen oder Werte plausibilisieren zu lassen. Allerdings setzt letzteres eine tiefere Auseinandersetzung voraus, da Sprachmodelle zur Validierung von Ergebnissen im Bereich technischer Zeichnungen nicht stark erforscht sind.

Prozesskette zur KI-gestützten Analyse technischer Zeichnungen - von der Bildverarbeitung bis zur Integration in Zielsysteme
Prozesskette zur KI-gestützten Analyse technischer Zeichnungen – von der Bildverarbeitung bis zur Integration in Zielsysteme – Bild: Fraunhofer-Institut IML

Von 2D zu 3D

Ein weiterer Forschungsschwerpunkt ist die Rekonstruktion von 3D-Geometrien aus 2D-Zeichnungen. Ziel ist, aus mehreren Ansichten automatisiert ein konsistentes 3D-Modell abzuleiten. Zeichnungen könnten dadurch künftig nicht nur als Informationsquelle dienen, sondern direkt in digitale Modelle überführt werden, die sich sofort für Simulation, Fertigung oder Logistik nutzen lassen.

Mehrwert für Stammdaten und Intralogistik

Die automatische Extraktion schafft zentrale Kennzahlen wie maximale Abmessungen, Volumen oder Gewichtsschätzungen. Diese Daten können direkt in Zielsysteme übertragen werden und die Basis für operative Entscheidungen wie beispielsweise Verpackungsplanung, Losgrößenoptimierung oder Flächendimensionierungen. Qualitativ hochwertige Stammdaten sind zudem die Grundlage für weitere datengetriebene Optimierungen. Erst mit konsistenten, vollständigen Daten lassen sich zusätzliche KI-Anwendungen – etwa Prognosen, Optimierungen oder Simulationen – sinnvoll einsetzen. Die Stammdatenqualität wirkt somit als Multiplikator für weitere Digitalisierungsinitiativen.

Technologische Entwicklung als Enabler

Gleichzeitig haben Fortschritte in der Hardware die Umsetzung deutlich erleichtert. Leistungsstarke GPUs und spezialisierte KI-Beschleuniger ermöglichen Training und Betrieb komplexer Modelle auch in industriellen Umgebungen. Und mit Cloud-Plattformen gibt es skalierbare Infrastrukturen, die eine flexible Wahl zwischen Eigenbetrieb und externen Services erlauben.

Neue Datenquelle nutzen

KI-gestützte Analyse technischer Zeichnungen eröffnet eine bislang weitgehend ungenutzte Datenquelle. Obwohl die Grundlagen vorhanden sind und Forschung sowie erste kommerzielle Systeme Fortschritte zeigen, wird das Potenzial in vielen Unternehmen noch nicht ausgeschöpft. Die durchgehende Integration in Stammdatenprozesse und der Einsatz zur Optimierung der Intralogistik stehen oft am Anfang. Durch eine Mischung aus Bildverarbeitung, OCR, Deep Learning und Sprachmodellen lassen sich aber bereits relevante Informationen automatisiert extrahieren und nutzen. Damit steigt die Stammdatenqualität, und gleichzeitig entsteht eine Grundlage für weitere datengetriebene Optimierungen.



  • VDI-Statusreport:Maschinelles Lernen im Mittelstand

    VDI-Statusreport:Maschinelles Lernen im Mittelstand

    Im November 2020 ist der VDI-Statusreport ‚Maschinelles Lernen in KMU‘ erschienen. Die Veröffentlichung gibt Tipps, wie gerade mittelständische Firmen Projekte mit maschinellem Lernen (ML) umsetzen können.

    mehr lesen: VDI-Statusreport:Maschinelles Lernen im Mittelstand

  • Software-Container in Bewegung

    Software-Container in Bewegung

    Mit dem häufigeren Einsatz von Industrial Internet of Things-Anwendungen haben sich auch die Technologien von Software-Containern mehr und mehr durchgesetzt. Mit ihnen können Unternehmen die Geschwindigkeit, Flexibilität und Qualität bei…

    mehr lesen: Software-Container in Bewegung

  • Fortinet übernimmt Panopta

    Fortinet übernimmt Panopta

    Fortinet will den SaaS-Plattform-Anbieter Panopta übernehmen. Mit der Lösung des Unternehmens will Fortinet Netzwerkleistung und -sicherheit seiner Kunden verbessern.

    mehr lesen: Fortinet übernimmt Panopta

  • Tech Mahindra und SAP erweitern Partnerschaft

    Tech Mahindra und SAP erweitern Partnerschaft

    Tech Mahindra und SAP wollen ihre Partnerschaft zur Bereitstellung von ‘Intelligent Enterprise‘-Technologien erweitern.

    mehr lesen: Tech Mahindra und SAP erweitern Partnerschaft

  • Hexagon übernimmt Vertriebspartner

    Hexagon übernimmt Vertriebspartner

    Der Geschäftsbereich Manufacturing Intelligence von Hexagon hat die Übernahme der Mecadat AG bekanntgegeben, einem Vertriebspartner für CAD-CAM-Software und ergänzende Lösungen für die Herstellung von Werkzeugen und Formen.

    mehr lesen: Hexagon übernimmt Vertriebspartner

  • VDI-Direktor Appel ist Präsident der FEANI

    VDI-Direktor Appel ist Präsident der FEANI

    VDI-Direktor Ralph Appel ist am 9. Oktober 2020 zum Präsidenten der FEANI (Fédération Européenne d’Associations Nationales d’Ingénieurs) gewählt worden. Der Dachverband FEANI vertritt knapp 350 technisch-wissenschaftliche Organisationen aus 32 Ländern…

    mehr lesen: VDI-Direktor Appel ist Präsident der FEANI

  • PTC übernimmt Arena Solutions

    PTC übernimmt Arena Solutions

    Für insgesamt 715Mio.US$ übernimmt PTC den SaaS-Plattform-Anbieter Arena Solutions. Die Akquise soll im zweiten Quartal 2021 angeschlossen sein.

    mehr lesen: PTC übernimmt Arena Solutions

  • Erholung im Dritten Quartal

    Erholung im Dritten Quartal

    Im Dritten Quartal hat sich die deutsche Wirtschaft von ihrem historischen Einbruch erholt, durch die neuerlichen Einschränkungen sei jedoch im vierten Quartal ein erneuter Dämpfer zu erwarten, so das BMWi.

    mehr lesen: Erholung im Dritten Quartal

  • Steffen Haack wird Vorstand für Entwicklung

    Steffen Haack wird Vorstand für Entwicklung

    Ab Januar wird Dr. Steffen Haack Entwicklungsvorstand bei Bosch Rexroth und tritt somit die Nachfolge von Dr. Heiner Lang an.

    mehr lesen: Steffen Haack wird Vorstand für Entwicklung

  • Werner Rieche wird Vice President DACH bei OpenText

    Werner Rieche wird Vice President DACH bei OpenText

    Von 2001 bis 2015 war Werner Rieche bereits für OpenText tätig. Nun kehrt er als Vice President DACH zum Softwareunternehmen zurück.

    mehr lesen: Werner Rieche wird Vice President DACH bei OpenText

  • 6 Steuertipps für Unternehmen

    6 Steuertipps für Unternehmen

    Aufgrund der Corona-Krise wurde eine Reihe von Steuergesetzen zugunsten von Unternehmen geändert. So können vor allem KMU unter anderem von Sonderabschreibungen, einer Verlängerung der Frist für den Investitionsabzugsbetrag sowie von…

    mehr lesen: 6 Steuertipps für Unternehmen

  • In fünf Phasen gegen Hacker

    In fünf Phasen gegen Hacker

    Angriffe mit Ransomware sind weit verbreitet und laut einer TÜV-Rheinland-Umfrage sehen sich rund 30 Prozent der darin Befragten Sicherheitsexperten, nicht ausreichend gegen eine solche Attacke gerüstet.

    mehr lesen: In fünf Phasen gegen Hacker