Täglich treffen im Wareneingang unterschiedliche Lieferungen ein und jede bringt ihre eigenen Begleitpapiere mit. Die manuelle Dokumentation dieser Lieferscheine kostet Zeit und bindet Ressourcen. Um diesen Prozess effizienter zu gestalten, hat sich ein Medizingerätehersteller Unterstützung beim Mittelstand-Digital Zentrum Augsburg gesucht. Entstanden ist ein KI-Anwendungsprojekt, das die Dokumentenflut im Wareneingang nun digital und automatisiert bewältigt.

Medizintechnik aus Mammendorf

Die MIPM Mammendorfer Institut für Physik und Medizin GmbH ist ein 1982 gegründetes Familienunternehmen mit Sitz im oberbayerischen Mammendorf. Das rund 70-köpfige Team hat sich auf die Entwicklung und Herstellung von MRT-kompatiblen medizinischen Geräten wie Patientenmonitoren und Infusionssystemen spezialisiert. Diese Lösungen überwachen Vitalparameter, oder verabreichen Medikamente unter den extremen Bedingungen eines Kernspintomographen und sind weltweit im Einsatz. Entwickelt und produziert wird dabei ausschließlich in Deutschland. Neben der Produktqualität rückt bei MIPM zunehmend auch die Digitalisierung der internen Prozesse in den Fokus.

Der Weg zum passenden Anwendungsfall

Zu Beginn des Projekts mit dem Mittelstand-Digital Zentrum Augsburg gab es noch keine fertige Lösungsvision. Vielmehr durchleuchtete das Unternehmen gemeinsam mit dem KI-Experten Dr. Martin Gottwald und Projektmanagerin Jana Kümmel von fortiss systematisch die bestehenden Abläufe, um konkrete Optimierungspotenziale aufzudecken.

Der Wareneingang erwies sich dabei als idealer Ansatzpunkt. Dort ist eine Begleitdokumentation in Form von Lieferscheinen bei jedem Materialeingang unabdingbar. Die Schwierigkeit im Arbeitsalltag liegt in der Vielfalt, denn jeder Lieferant nutzt ein eigenes Format und das Layout der Papiere variiert stark. Bislang bedeutete dies für das Team einen enormen manuellen Aufwand. Die relevanten Daten aus jedem einzelnen Lieferschein mussten mühsam per Hand ausgelesen, abgetippt und im unternehmensinternen Dokumentenmanagementsystem (DMS) indexiert sowie archiviert werden.

„Das Zentrum hat uns buchstäblich an die Hand genommen und uns dabei geholfen, unser Unternehmen KI-fähig zu machen. Wir wussten anfangs nicht genau, wo die Reise hingeht, aber die gemeinsame Potenzialanalyse war der perfekte Startschuss.“

Jennifer Rosenheimer, Managing Director, MIPM

Automatisierte Dokumentenverarbeitung in der Praxis

Das gemeinsame Ziel war es, die Informationen aus den diversen Lieferscheinen künftig automatisiert auszulesen, dem richtigen Vorgang zuzuordnen und im DMS zu indexieren. Möglich macht dies eine sogenannte OCR-Pipeline.

Anstatt jeden Lieferschein einzeln bearbeiten zu müssen, scannen die Mitarbeitenden im Wareneingang nun alle eingehenden Dokumente gesammelt in einem einzigen Schritt ein. Die eigentliche Fleißarbeit übernimmt das intelligente KI-System im Hintergrund. Es erkennt selbstständig die Dokumentenart, zieht relevante Informationen wie Bestellnummern, Vorgangsnummern oder Lieferanten heraus und legt diese direkt strukturiert im System ab.

Die OCR-Pipeline

Hinter der Abkürzung OCR (Optical Character Recognition) verbirgt sich die optische Texterkennung. Eine OCR-Pipeline beschreibt einen mehrstufigen, automatisierten Prozess zur Verarbeitung eingescannter Papierdokumente. Im ersten Schritt wandelt die Software das Bild in maschinenlesbaren Text um. In den darauffolgenden KI-gestützten Schritten, beispielsweise mittels Natural Language Processing, analysiert das System den Text. Es erfasst den inhaltlichen Kontext und extrahiert gezielt relevante Datenpunkte wie Datum, Lieferscheinnummer oder Einzelpositionen. Moderne Pipelines bewältigen dabei problemlos Dokumente, die zerknittert sind oder völlig unterschiedliche Layouts aufweisen, und verwandeln so unstrukturierte Bilddaten in verwertbare Informationen.

Nahtloses Andocken an bestehende IT-Systeme

Damit die Lösung im operativen Alltag reibungslos funktioniert, stand nach der Entwicklung des Ansatzes die technische Integration im Fokus. Das Projektteam, auf Seiten von MIPM von Phillip Gröbl begleitet, legte großen Wert darauf, dass das KI-System direkt an die bestehenden Prozesse und das Dokumentenmanagementsystem andockt. Es sollte keine isolierte Insellösung entstehen. Vielmehr fungiert die KI nun als unsichtbarer, aber effizienter Helfer im Hintergrund.

„Das Projekt bei MIPM ist ein hervorragendes Beispiel dafür, dass es absolut möglich ist, Künstliche Intelligenz im eigenen mittelständischen Unternehmen zu implementieren und an bestehende Systeme anzudocken – selbst wenn man in diesem Bereich noch nicht so erfahren ist. Man sollte einfach mutig loslegen. Bei Bedarf kann man sich jederzeit an das Mittelstand-Digital Zentrum wenden, um Unterstützung zu bekommen.“

Jana Kümmel, Projektmanagerin im Mittelstand-Digital Zentrum Augsburg

Zeitersparnis und voller Fokus auf die Kernkompetenzen

Der Mehrwert für das Medizintechnikunternehmen zeigt sich deutlich im Arbeitsalltag. Durch den Wegfall der manuellen Indexierung und Archivierung reduziert sich die Arbeitsbelastung im Wareneingang enorm. Die Mitarbeitenden gewinnen wertvolle Zeit zurück. Statt repetitiver Dateneingabe bleibt wieder mehr Raum für das Wesentliche, nämlich die Konzentration auf die eigenen Kernkompetenzen und die Sicherstellung der Produktqualität.

Das Projekt macht deutlich, wie der Weg vom Papier zum intelligenten Datenstrom gelingen kann und ist ein gelungenes Beispiel für den praxisnahen KI-Einsatz im bayerischen Mittelstand.

Video zum Projekt

Eine schnelle und fundierte Preisermittlung für individuell gefertigte Produkte kann eine große Herausforderung sein. Genau damit beschäftigt sich ein Hersteller für Kennzeichnungslösungen tagtäglich und hat sich daher an das Mittelstand-Digital Zentrum Augsburg gewendet, um zu untersuchen, wie Maschinelles Lernen diesen Prozess unterstützen kann.

Individuelle Produkte statt Standardware

Wie hoch sollte ein Angebotspreis sein, wenn nahezu jedes Produkt maßgeschneidert gefertigt wird? Eine entscheidende Frage für die RATHGEBER GmbH & Co. KG aus Oberhaching. Das familiengeführte Unternehmen entwickelt und produziert mit rund 340 Mitarbeitenden individuelle Kennzeichnungs- und Identifikationslösungen für Firmen unterschiedlicher Branchen. Dazu gehören unter anderem Etiketten, Schilder, Schriftzüge, Embleme und weitere Produktkennzeichnungen, die beispielsweise auf Maschinen, Anlagen oder Produkten zu finden sind. Viele Lösungen werden kundenspezifisch konzipiert und in kleinen Stückzahlen gefertigt.

Diese hohe Individualisierung zählt zu den Stärken des Unternehmens, aber die Vielfalt bringt auch Herausforderungen mit sich. Da sich die Anforderungen von Auftrag zu Auftrag unterscheiden, ist die Preisermittlung häufig komplex. Faktoren wie Stückzahlen, Materialien, Druckverfahren, Farben oder Veredelungen beeinflussen die Kalkulation und müssen berücksichtigt werden. Bis ein Angebot erstellt werden kann, vergeht häufig wertvolle Zeit. In einem wettbewerbsintensiven Umfeld kann die Geschwindigkeit der Angebotserstellung jedoch ein wichtiger Faktor sein.

Historische Daten als Grundlage für Maschinelles Lernen

Geschäftsführer Andreas Schrägle hat gemeinsam mit IT-Leiter Alexander Thoma nach Unterstützungsmöglichkeiten gesucht, um hier Maschinelles Lernen (ML) in den Prozess zu integrieren. So kam es zum KI-Anwendungsprojekt mit dem Mittelstand-Digital Zentrum Augsburg. Das Ziel bestand darin, gemeinsam mit dem Zentrumsexperten Dr. Martin Gottwald von fortiss eine Lösung zu entwickeln, die für neue Produktanfragen automatisiert eine erste Preisschätzung liefern kann.

Bereits vor dem Projekt wurde bei Rathgeber ein selbst entwickeltes Werkzeug zur Preisbestimmung eingesetzt. Damit können verschiedene Einflussgrößen miteinbezogen werden, sodass hilfreiche Anhaltspunkte vorhanden waren. Die zentrale Frage lautete demnach: Lässt sich das über Jahrzehnte aufgebaute Erfahrungswissen mithilfe von Maschinellem Lernen aus historischen Daten ableiten und für neue Anfragen nutzbar machen?

Für die Entwicklung stand eine umfangreiche Datengrundlage aus den Jahren 2021 bis 2025 zur Verfügung unter anderem mit Informationen zu Artikeln, Stückzahlen und Rohstoffpreisen. Auf dieser Basis wurde zunächst eine ML-Pipeline aufgebaut. Schnell hat sich gezeigt, dass ein großer Teil der Projektarbeit nicht in der eigentlichen Modellentwicklung, sondern in der Aufbereitung der Daten liegt: Fehlerhafte Einträge wurden korrigiert, Ausreißer identifiziert und verschiedene Datenquellen zusammengeführt. So waren mehrere Iterationsschleifen notwendig, um die Daten schrittweise in eine Form zu bringen, die für zuverlässige Prognosen genutzt werden konnte.

Maschinelles Lernen

Maschinelles Lernen (engl. Machine Learning) bezeichnet diejenigen Verfahren der Künstlichen Intelligenz, die aus historischen Daten lernen. Anstatt feste Regeln zu programmieren, erkennt das System selbstständig Muster und Zusammenhänge. Auf dieser Grundlage können anschließend Vorhersagen für neue Fälle getroffen werden – beispielsweise für Preise, Produktionszeiten oder Nachfrageentwicklungen.

Welche Modelle eignen sich für Preisprognosen?

Im nächsten Schritt wurden verschiedene Modellansätze untersucht. Der Fokus lag auf neuronalen Netzen sowie sogenannten Random-Forest-Modellen. Neuronale Netze sind in der Lage, komplexe Zusammenhänge in großen Datenmengen zu erkennen. Allerdings ist oft schwer nachvollziehbar, wie eine konkrete Vorhersage zustande kommt. Deshalb werden sie auch als „Black-Box“ bezeichnet.

Random-Forests basieren dagegen auf einer Vielzahl von Entscheidungsbäumen, die gemeinsam eine Prognose erzeugen. Sie gelten als robust und eignen sich besonders für Anwendungsfälle mit vielen unterschiedlichen Einflussgrößen.

Für beide Modellarten wurden mithilfe automatisierter Trainingsläufe unterschiedliche Varianten und Parametereinstellungen getestet und miteinander verglichen. Ziel war es, eine Lösung zu finden, die belastbare Ergebnisse liefert und gleichzeitig mit vertretbarem Rechenaufwand betrieben werden kann. Für diesen Anwendungsfall erwies sich ein Random-Forest als am besten geeignet.

Random Forest

Ein Random-Forest ist ein Verfahren des Maschinellen Lernens, das aus vielen einzelnen Entscheidungsbäumen besteht. Jeder Baum erstellt eine eigene Schätzung auf Basis der vorliegenden Informationen. Aus den Ergebnissen aller Bäume wird anschließend eine gemeinsame Prognose berechnet. Dadurch lassen sich auch komplexe Zusammenhänge zuverlässig modellieren.

Vom ML-Prototyp zum nutzbaren Werkzeug

Die entwickelte ML-Lösung wurde anschließend in einen vollwertigen Software-Prototyp verpackt, welcher per Schnittstelle durch andere Programme aufgerufen werden kann. Dadurch konnte gezeigt werden, wie sich die lernende Komponente in einen späteren Arbeitsablauf integrieren lässt. Neue Produktanfragen können künftig automatisiert analysiert und mit historischen Daten verglichen werden, um schnell eine erste Preisindikation zu erzeugen.

Die Lösung befindet sich derzeit noch in der Weiterentwicklung. Ein wichtiger nächster Schritt wird darin bestehen, die Anwendung vollständig an die vorhandenen Unternehmenssysteme anzubinden und in den operativen Wertschöpfungsprozess zu implementieren.

Für Rathgeber steht dabei nicht nur die schnellere Angebotserstellung im Vordergrund. Ebenso wichtig ist der Aufbau von Wissen und Erfahrung im Umgang mit KI-Technologien. Die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse schaffen für das mittelständische Unternehmen eine Grundlage, um ähnliche Ansätze künftig auch auf weitere Fragestellungen und Bereiche zu übertragen.

Video zum Projekt

In dieser Schulung im Rahmen des Förderprojekts edih dina am Fraunhofer IGCV erhalten Sie einen praxisnahen Einstieg in die Welt der Künstlichen Intelligenz und des Maschinellen Lernens. Anhand anschaulicher Beispiele und kleiner Übungen lernen Sie zentrale Konzepte kennen und erfahren, wie sich geeignete Anwendungsfälle im eigenen Unternehmen identifizieren lassen. Zudem erhalten Sie einen Überblick über typische Vorgehensweisen in KI-Projekten und wichtige Erfolgsfaktoren für die Umsetzung.

KI bietet Unternehmen vielfältige Möglichkeiten, Prozesse zu optimieren, wertvolle Erkenntnisse aus Daten zu gewinnen und ihre Wettbewerbsfähigkeit nachhaltig zu stärken. Um diese Potenziale gezielt nutzen zu können, ist ein grundlegendes Verständnis der zugrunde liegenden Methoden und Technologien entscheidend.

Weitere Infos zum Projekt finden Sie hier: https://www.edih-dibi.de/

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Möglichst viele Bestellungen noch am Tag ihres Eingangs liefern und gleichzeitig Lagerflächen effizient nutzen: Für Unternehmen mit tausenden Artikeln ist das ein echter Spagat. Gemeinsam mit dem Mittelstand-Digital Zentrum Augsburg hat ein Hersteller für Optoelektronik untersucht, wie sich Nachfrageentwicklungen, Lieferzeiten und Bestellmengen mithilfe von Datenanalyse und KI besser vorhersagen und bestimmen lassen.

Zentrale Logistik für den europäischen Markt

Die Thorlabs GmbH entwickelt und produziert optische sowie photoakustische Geräte. Zum Sortiment zählen unter anderem Mess- und Laborgeräte sowie weitere Bestandteile für den Laboreinsatz. Die Produktionsstandorte in Europa sind jeweils auf unterschiedliche Komponenten spezialisiert. Rund 90 Prozent der mehr als 25.000 in Deutschland geführten Artikel stammen aus der unternehmenseigenen Produktion.

Im Distributionszentrum in Bergkirchen laufen die Produkte zusammen und werden für Kunden in Europa versendet. Rund 100 Mitarbeitende sorgen dafür, dass die benötigten Produkte zur richtigen Zeit verfügbar sind. Eine wichtige Rolle übernimmt dabei das Logistikteam um Jürgen Kotzer, Director European Logistics, und Mareike May, Logistics Planner. Zu ihren Aufgaben gehören die Bestandsplanung, die Berechnung von Sicherheitsbeständen und die Koordination von Bestellungen über verschiedene Standorte hinweg.

Hohe Lieferfähigkeit trifft auf begrenzte Lagerkapazitäten

Das Unternehmen verfolgt die Vision der Same Day Delivery: Bestellungen sollen noch am Tag ihres Eingangs geliefert werden. Bei zahlreichen Artikeln gelingt dies bereits, setzt jedoch ausreichende Sicherheitsbestände im zentralen Lager voraus. Daraus entsteht ein Zielkonflikt: Hohe Bestände verbessern die Lieferfähigkeit, binden aber Kapital und benötigen Lagerfläche.

Hinzu kommen saisonale Schwankungen beispielsweise wenn Schulen und Hochschulen ins neue Jahr starten und dort die Labore ausgestattet werden. Auch einzelne Projektgeschäfte erschweren die Planung. Bestellt ein Kunde einmalig eine sehr große Menge, kann dies die historischen Nachfragedaten erheblich beeinflussen: Wird eine solche Bestellung wie ein regelmäßig auftretender Bedarf behandelt, führt das möglicherweise zu überhöhten Beständen, aber wird sie hingegen nicht angemessen berücksichtigt, können bei vergleichbaren Bestellungen Artikel im Lager fehlen.

Das Unternehmen war daher auf der Suche nach einem Ansatz, der bestehende Daten besser nutzbar macht und Mitarbeitende bei Bestandsentscheidungen unterstützt.

Ausreißer erkennen und Lieferzeiten realistischer einschätzen

Gemeinsam mit dem Projektteam des Mittelstand-Digital Zentrums Augsburg rund um Dr. Ursula Neumann vom Fraunhofer IIS wurde ein Use Case ausgearbeitet, der für die Bestandsplanung eine belastbarere Datengrundlage schaffen soll. Im Mittelpunkt standen dabei zwei Fragestellungen: Wie lassen sich ungewöhnliche Bestellmengen automatisch erkennen? Und wie können zukünftige Bedarfe und Lieferzeiten zuverlässiger prognostiziert werden? Auf Unternehmensseite begleitete Tilman Voss als ERP-Spezialist das Projekt und verantwortete die Bereitstellung und Auswertung der Daten.

Das Projekt wurde insgesamt in zwei Arbeitspakete gegliedert. Im ersten Arbeitspaket wurden die Aufbereitung der Bestandsdaten, die Erkennung ungewöhnlicher Bestellmengen sowie Prognosen für zukünftige Bedarfe und Lieferzeitabweichungen fokussiert. Zunächst wurden historische Bestell-, Bestands- und Lieferdaten analysiert. Dabei verdeutlichte sich, dass außergewöhnlich große Bestellungen einen erheblichen Einfluss auf die Planung haben können. Daher wurde eine Anomaliedetektion durchgeführt: Mithilfe statistischer Verfahren wurden diese Ausreißer identifiziert und gemeinsam mit dem Unternehmen bewertet. So konnte nachvollziehbar festgelegt werden, welche Werte für zukünftige Analysen berücksichtigt werden sollen.

Anomaliedetektion

Die Anomaliedetektion bezeichnet Verfahren, mit denen ungewöhnliche Werte oder Muster in Daten erkannt werden. In der Bestandsplanung kann sie beispielsweise besonders große Einzelbestellungen identifizieren, die nicht dem üblichen Nachfrageverhalten entsprechen. Dadurch lässt sich vermeiden, dass einmalige Projektgeschäfte reguläre Bedarfsprognosen unverhältnismäßig stark beeinflussen. Für die Erkennung können feste statistische Regeln oder selbstlernende KI-Verfahren eingesetzt werden.

Ein weiterer Schwerpunkt des ersten Arbeitspakets lag auf den Lieferzeiten. Dazu verglich das Projektteam die in den Stammdaten hinterlegten Lieferzeiten mit den tatsächlich eingetretenen Werten. Die Abweichungen wurden nach Merkmalen wie Monaten, Produktgruppen, internen Lieferanten und Versandarten ausgewertet. Auf diese Weise ließ sich herausfinden, unter welchen Bedingungen Lieferungen häufiger verspätet eintreffen.

Darauf aufbauend wurde ein mehrstufiges Prognoseverfahren konzipiert: Zunächst stellt ein Klassifikationsmodell fest, ob eine Bestellung voraussichtlich verspätet eintreffen wird. Ist dies der Fall, prognostiziert ein Regressionsmodell im zweiten Schritt, um wie viele Tage die festgelegte Lieferzeit voraussichtlich überschritten wird. Ein ergänzendes Regelsystem bewertet die Unsicherheit der Prognose und prüft, ob der vorhergesagte Wert aussagekräftig genug ist, um den statischen Vorgabewert zu ersetzen.

Klassifikation und Regression

Klassifikation und Regression sind Verfahren aus dem Maschinellen Lernen. Eine Klassifikation ordnet einen Fall einer bestimmten Kategorie zu. Im Projekt wurde damit vorhergesagt, ob eine Bestellung voraussichtlich pünktlich oder verspätet eintrifft. Eine Regression prognostiziert dagegen einen numerischen Wert, beispielsweise die Anzahl der Tage, um die eine Lieferung vom vorgesehenen Termin abweicht.

Bedarfe mehrere Wochen im Voraus prognostizieren

Neben den Lieferzeiten wurden auch zukünftige Bedarfe betrachtet. Dazu wurden elf verschiedene statistische, maschinelle und KI-basierte Prognosemodelle miteinander verglichen. Ziel war es herauszufinden, welche Methoden sich für verschiedene Nachfrageverläufe am besten eignen.

Dabei zeigte sich, dass Artikel sehr unterschiedliche Nachfrageprofile aufweisen können. Während einige Produkte regelmäßig und gut vorhersehbar nachgefragt werden, treten bei anderen längere Phasen ohne Nachfrage und anschließend starke Ausschläge auf. Entsprechend eignen sich nicht alle Prognoseverfahren gleichermaßen für jeden Artikel. Zusätzlich wurden Zeitreihen analysiert, um saisonale Muster von langfristigen Entwicklungen zu unterscheiden. Dadurch lässt sich beispielsweise feststellen, ob die Nachfrage eines Produkts dauerhaft wächst oder lediglich zu bestimmten Zeitpunkten im Jahr ansteigt.

Auf diesen Ergebnissen aufbauend wurde im zweiten Arbeitspaket untersucht, wie sich KI-basierte Bestellentscheidungen langfristig bewerten und durch mathematische Optimierung weiterentwickeln lassen. Dazu wurden Nachfrageprognosen, Bestandsinformationen und Lieferzeiten in Modellrechnungen zusammengeführt, um auf Basis dieser Informationen bestmögliche Bestellentscheidungen treffen zu können. Die Unsicherheiten in Nachfrage und Lieferzeiten erhöhen hier die Komplexität immens. Ein mathematisches Optimierungsmodell berücksichtigt neben den gesammelten Daten explizit die Unsicherheiten und macht auf deren Grundlage konkrete Bestellvorschläge, die den zentralen Zielkonflikt zwischen Warenverfügbarkeit und Kosten gegeneinander abwägen. Kenngrößen wie das Servicelevel spielen dabei eine essenzielle Rolle. Über einen historischen Zeitraum wurden die KI-basierten Bestellvorschläge simuliert und mit den historischen Bestellungen verglichen. Die Berechnungen zeigten, dass sich bestehende Verfahren zur Bestandsplanung sinnvoll durch Prognosen, eine automatisierte Anomaliedetektion und realistischere Lieferzeitwerte ergänzen lassen. Darüber hinaus können auf Basis dieser Informationen durch ein mathematisches Optimierungsmodell automatisiert konkrete Bestellmengen und -zeitpunkte abgeleitet werden.

Datengrundlage für die Weiterentwicklung der Bestandsplanung

Diese umfangreiche Datengrundlage mit Analysen, Prognosen und Handlungsempfehlungen lässt sich nun für die weitere Optimierung der Bestandsplanung nutzen. Die Ergebnisse helfen dabei, Nachfrageentwicklungen und Lieferzeiten besser einzuschätzen sowie ungewöhnliche Bestellungen frühzeitig zu erkennen.

„Das Projekt war ein voller Erfolg und hat uns wesentliche wichtige Erkenntnisse geliefert: Wir haben gelernt, dass durch den Einsatz unterschiedlicher mathematischer Modelle unsere doch sehr heterogene Produktlandschaft erfolgreich abgebildet werden kann. Dies können wir dann innerhalb eines einheitlichen Prozesses zusammenführen und abbilden und somit deutlich besser planen.“

Tilman Voss, ERP-Spezialist, Thorlabs

Perspektivisch können die entwickelten Ansätze schrittweise in bestehende Prozesse und Systeme (z. B. ERP-System) integriert und die Bestandsplanung dadurch zunehmend automatisiert werden. So konnte im Projekt verdeutlicht werden, dass durch die Kombination aus Datenanalyse, statistischen Verfahren und KI neue Möglichkeiten entstehen, um Lieferfähigkeit und Bestandsmanagement besser miteinander in Einklang zu bringen.

Jeden Tag entstehen in Unternehmen wertvolle Informationen – sei es bei Serviceeinsätzen, Kundenanfragen oder der Inbetriebnahme von Maschinen. Doch häufig sind diese auf verschiedene Systeme verteilt und damit nur schwer auffindbar. Ein Sondermaschinenbauer wollte diese Herausforderung gemeinsam mit dem Mittelstand-Digital Zentrum Augsburg lösen. Herausgekommen ist ein Ansatz, bei dem Künstliche Intelligenz hilft, vorhandenes Unternehmenswissen einfacher zugänglich zu machen.

Wissen über verschiedene Systeme verteilt

Die Dorst Technologies GmbH mit Sitz in Kochel am See produziert Maschinen und Anlagen zur Herstellung und Formgebung von Sintermetallen, Hartmetallen und keramischen Pulvern. Im Unternehmen ist umfangreiches Wissen vorhanden und wird täglich erweitert – durch Servicemeldungen, technische Dokumentationen sowie Erfahrungswerte aus dem Kundenservice.

Diese Informationen sind jedoch über zahlreiche isolierte Systeme und Abteilungen verteilt unter anderem im ERP-System, dem firmeninternen Wiki, E-Mail-Postfächern sowie verschiedenen Dateiablagen und Archivsystemen. Teilweise liegen Informationen mehrfach vor und gleichzeitig sind dazugehörige Dokumente maschinell nicht auslesbar. Zudem ist der manuelle Aufwand der Datenpflege im internen Wiki für die Mitarbeitenden sehr hoch, die Informationen werden nicht immer einheitlich oder vollständig dokumentiert und die Zuständigkeiten sind unklar.

All das erschwert die tägliche Arbeit, denn will ein Servicemitarbeitender beispielsweise herausfinden, ob eine bestimmte Fehlermeldung bereits bekannt ist, müssen zeitaufwändig oft mehrere Systeme durchsucht werden und bei unvollständiger Dokumentation ist wertvolles Erfahrungswissen nur eingeschränkt nutzbar.

Analyse der bestehenden Prozesse

Um das Wissen künftig zu sichern und ein einheitliches Vorgehen zu etablieren, wollte der Sondermaschinenbauer Künstliche Intelligenz nutzen. Herbert Gröbl, Leiter der IT, wurde hier durch das Projektteam des Mittelstand-Digital Zentrums Augsburg rund um Florian Spiegel, Markus Ludsteck und Justine Forest von der Technischen Universität München unterstützt.

„Unsere Erwartungshaltung war, ein Konzept zu bekommen, wie wir mit KI-Unterstützung unsere Daten – die in allen möglichen Plattformen gespeichert sind – wie wir das zusammenführen können und für unsere Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter ein System bauen können, das leicht zu bedienen ist und vor allen Dingen das versteckte Wissen in diesen verschiedenen Plattformen tatsächlich hebt.“

Herbert Gröbl, Leiter IT, Dorst Technologies

Zu Beginn des Vorhabens wurden die bestehenden Prozesse durch Interviews mit den Mitarbeitenden aus Service, Technik, Konstruktion und IT untersucht. Der aktuelle Umgang mit Wissen im Unternehmen konnte so analysiert und konkrete Bedarfe für ein zukünftiges Wissensmanagement identifiziert werden.

Die Auswertung hat gezeigt, dass weniger fehlendes Wissen als vielmehr dessen Verfügbarkeit aufgrund der unterschiedlichen Formate und Systeme die zentrale Herausforderung darstellt. Gleichzeitig hat sich das ERP-System als die vollständigste und am konsequentesten gepflegte Wissensquelle des Unternehmens erwiesen. Daher wurde entschieden, dort den Ausgangspunkt für eine zukünftige Lösung zu setzen.

Wissensmanagement

Wissensmanagement fasst alle strategischen und operativen Tätigkeiten sowie Managementaufgaben zusammen, um die strukturierte Erfassung, Speicherung und Bereitstellung von Wissen innerhalb eines Unternehmens zu gewährleisten. Ziel ist es, Erfahrungswerte, Dokumentationen und Fachwissen dauerhaft zugänglich zu machen, damit Informationen nicht nur einzelnen Mitarbeitenden zur Verfügung stehen, sondern im gesamten Unternehmen genutzt werden können.

KI-gestützte Wissenssuche mit Retrieval Augmented Generation

Mit dieser Analyse hat das Projektteam ein Konzept für eine zentrale Wissensplattform entwickelt. Mitarbeitende sollen künftig über eine einheitliche Oberfläche auf relevantes Wissen zugreifen können – unabhängig davon, wo die Informationen ursprünglich gespeichert wurden.

Die Bedienung ist dabei als Chatbot vorgesehen, der sowohl am Arbeitsplatz als auch mobil genutzt werden kann. Meldet beispielsweise eine Maschine einen bestimmten Fehlercode, soll das System automatisch ähnliche Fälle, bereits dokumentierte Lösungswege und relevante Unterlagen anzeigen.

Für die technische Umsetzung wurde Retrieval Augmented Generation als sinnvollste Lösung identifiziert, wobei die KI relevante Unternehmensdaten durchsucht und diese Informationen anschließend für die Antwortgenerierung nutzt. Dabei dient das ERP-System als primäre Quelle, aber auch das Wiki, technische Dokumentationen oder PDF-Dateien können als sekundäre Quellen in die Suche einbezogen werden.

Retrieval Augmented Generation (RAG)

Retrieval Augmented Generation (dt.: Abfrage-erweiterte Generierung) ist eine Hybrid-Architektur, die die sprachliche Kompetenz eines Großen Sprachmodells (Large Language Model, kurz LLM) mit dem fachlichen Tiefenwissen einer externen Datenbank kombiniert. Statt ein KI-Modell aufwendig neu zu trainieren, greift RAG gezielt auf bestehende Dokumente zu, sodass Antworten auf Basis aktueller und unternehmensinterner Informationen generiert werden können.

Zunächst werden relevante Informationen aus unterschiedlichen Systemen aufbereitet und in einer sogenannten Vektordatenbank gespeichert. Im Gegensatz zur rein schlagwortbasierten Suche ermöglicht die Vektorsuche, Informationen anhand ihrer semantischen Ähnlichkeit zu finden. Dadurch können Zusammenhänge zwischen Dokumenten erkannt werden, selbst wenn unterschiedliche Begriffe verwendet werden. Hierfür werden Texte in Vektoren (Embeddings) umgewandelt. Das sind lange Zahlenreihen, die die Bedeutung eines Wortes oder Satzes in einem mathematischen Raum repräsentieren.

Stellt ein Mitarbeitender eine Frage, wird auch diese Frage in einen Vektor umgewandelt und das System durchsucht die Vektordatenbank nach inhaltlich ähnlichen Informationen. Die gefundenen Informationen werden anschließend zusammen mit der ursprünglichen Frage an das Sprachmodell übergeben. Auf dieser Grundlage formuliert das Modell eine Antwort. Ergänzend können klassische Suchmechanismen und strukturierte Filter, beispielsweise nach Maschinentyp, Dokumentenart oder Erstellungsdatum, genutzt werden. So verringert dieser Ansatz das Risiko fehlerhafter oder frei erfundener Antworten.

Grundlage für zukunftsfähiges Wissensmanagement

Der konkrete Fahrplan für die spätere Einführung sieht vor, zunächst durch kurzfristige Maßnahmen den Umgang mit dem bestehenden Wiki zu erleichtern. Dazu zählen unter anderem verbesserte Vorlagen, Dropdown-Listen, Pflichtfelder sowie klarere Regeln für die Dokumentation. Außerdem sollen Mitarbeitende feste Zeitfenster für die Wissenspflege erhalten.

Im nächsten Schritt steht die Aufbereitung der Daten, das Aufsetzen der Vektordatenbank sowie die Entwicklung eines ersten Prototyps im Fokus. Anschließend können die technische Integration in die bestehende IT-Landschaft und die Anbindung des ERP-Systems erfolgen. Langfristig ist vorgesehen, die Lösung um mobile Anwendungen, weitere Wissensquellen und zusätzliche Funktionen auszubauen.

„Für die Firma Dorst bedeutet das, dass man mit einem initialen relativ hohen Aufwand ein langfristig sehr stabiles Modell aufbauen kann, das auch stetig erweitert werden kann und sich so an den täglichen Bedarf und an wechselnde Anforderungen anpassen lässt.“

Florian Spiegel, Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Mittelstand-Digital Zentrum Augsburg

Das Unternehmen hat nun ein praxisnahes Konzept, das vorhandenes Expertenwissen stärker vernetzen und Suchaufwände reduzieren kann. Gleichzeitig wurde deutlich, dass eine erfolgreiche KI-Lösung vor allem auf einer guten Datenbasis und klaren Prozessen aufbaut. Vor allem für kleine und mittlere Unternehmen ist dies entscheidend, denn mit einem KI-gestützten Wissensmanagement können Mitarbeitende entlastet werden.

Video zum Projekt

Deutsche Unternehmen stehen vor neuen Anforderungen an Transparenz und Nachhaltigkeitsberichterstattung. Daher geben wir im Webinar einen kompakten Überblick über relevante KI-Technologien und zeigen auf, wie sie Datenerfassung und Berichtserstellung effizient unterstützen können. Ergänzend werden drei Forschungsbeiträge vorgestellt, die innovative Ansätze und praxisnahe Einsatzmöglichkeiten beleuchten.​

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Im Rahmen der anschließenden Unternehmensführung gewinnen die Teilnehmenden Einblicke in die Logistik von Ludwig Meister und lernen die Abläufe eines modernen technischen Handelsunternehmens kennen.

Wir freuen uns auf einen informativen und anregenden Nachmittag mit Ihnen.

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Wie lassen sich Fertigungszeiten bereits vor Produktionsstart verlässlich abschätzen – trotz komplexer Aufträge und unterschiedlicher Bearbeitungsschritte? Dieser Fragestellung widmete sich ein Pumpenhersteller gemeinsam mit dem Mittelstand-Digital Zentrum Augsburg. Im Rahmen eines KI-Anwendungsprojekts wurde ein Ansatz entwickelt, der Zeitprognosen ermöglicht und damit die Planung im Unternehmen verbessert.

Komplexe Fertigung mit gewachsener Struktur

Die Dickow Pumpen GmbH & Co. KG aus Waldkraiburg mit rund 210 Mitarbeitenden ist ein Unternehmen mit langer Tradition und hat sich über die Jahrzehnte hinweg auf die Herstellung von industriellen Pumpen spezialisiert. Die Lösungen werden beispielsweise für anspruchsvolle Anwendungen wie die Betankung von Flugzeugen entwickelt und gefertigt. Neben der Produktion ist die Wartung ein zentrales Standbein des Unternehmens.

Die Fertigung zeichnet sich durch eine hohe Variantenvielfalt aus: Bauteile werden auf verschiedenen Anlagen gedreht, gefräst und montiert – oft in individuellen Konfigurationen. Diese Vielfalt erschwert eine genaue Planung der Bearbeitungs- und Rüstzeiten, die jedoch eine zentrale Grundlage für Kapazitätsplanung und Angebotskalkulationen bilden.

Eine zusätzliche Herausforderung: Viele relevante Informationen liegen in unstrukturierter Form vor und gleichzeitig sind vorhandene Daten ungleich verteilt – Standardprozesse stehen wenigen zeitintensiven Aufträgen gegenüber.

Fundierte Prognosen vor Produktionsstart als Ziel

Da sich bei Dickow schon seit einiger Zeit der Wunsch entwickelt hat, Künstliche Intelligenz zur Verbesserung von Prozessen einzusetzen, kam das Unternehmen mit den beiden Geschäftsführern Alexander Hammer und Dr.-Ing. Wolfgang Schmitz sowie dem Abteilungsleiter der IT Reinhard Schossig auf das Mittelstand-Digital Zentrum Augsburg zu. Gemeinsam mit KI-Trainer Sebastian Maier vom Fraunhofer IGCV wurde bald ein passender Use Cases identifiziert: eine KI-basierte Fertigungszeitprognose.

Ziel des Projekts war es, aus bestehenden Produktionsdaten zu lernen und dadurch zukünftige Fertigungsaufträge möglichst genau vorherzusagen. Die Datenbasis wurde durch das kürzlich eingeführte BDE-System geliefert.

BDE-System

BDE (Betriebsdatenerfassung) bezeichnet die systematische Erfassung von Daten direkt aus der Produktion. Dazu zählen beispielsweise Bearbeitungszeiten, Rüstzeiten, Maschinenlaufzeiten oder Störungen. Die Daten werden in der Regel während oder nach der Durchführung eines Arbeitsschritts erfasst und in einem System gespeichert. Unternehmen nutzen BDE-Daten, um ihre Produktionsprozesse zu analysieren, zu planen und kontinuierlich zu verbessern. Insbesondere für Anwendungen im Bereich Künstliche Intelligenz stellen BDE-Daten eine wichtige Grundlage dar, da sie Einblicke in tatsächliche Abläufe und Zeitaufwände liefern.

Bestehende Daten intelligent nutzbar machen

Zusammen mit dem KI-Experten des Augsburger Zentrums wurde ein Ansatz entwickelt, der strukturierte und unstrukturierte Daten für die Prognose zusammenführt. Ein Teil der relevanten Informationen lag in Freitexten vor, etwa in Tätigkeitsbeschreibungen oder Artikeltexten. Diese Inhalte wurden mit Methoden des Natural Language Processing (NLP) ausgewertet. Dabei wurde analysiert, welche Begriffe besonders häufig vorkommen und welche Muster sich in den Texten zeigen. Zusätzlich wurden technische Angaben wie Größen oder Druckwerte automatisiert aus den Daten ausgelesen und als weitere Merkmale in das Modell übernommen. Durch die Verbindung von Textinformationen und klassischen Produktionsdaten entstand eine deutlich breitere Datengrundlage.

Natural Language Processing (NLP)

Natural Language Processing (NLP) ist ein Teilgebiet der Künstlichen Intelligenz, das sich mit der Verarbeitung und Analyse von natürlicher Sprache beschäftigt – also von Texten, wie sie Menschen schreiben oder sprechen. Im industriellen Kontext wird NLP eingesetzt, um Informationen aus unstrukturierten Texten nutzbar zu machen, beispielsweise aus Arbeitsbeschreibungen oder Kommentarfeldern in IT-Systemen. So können auch Inhalte, die nicht in festen Datenfeldern vorliegen, automatisiert ausgewertet und in Analysen oder Prognosen einbezogen werden. Das ermöglicht es Unternehmen, vorhandene Daten umfassender zu nutzen.

Für die anschließende Prognose wurde ein Regressionsmodell eingesetzt. Es lernt aus früheren Aufträgen, welche Merkmale mit bestimmten Bearbeitungszeiten zusammenhängen. Um auch seltene, besonders aufwendige Fertigungsaufträge realistisch abzubilden, wurden die Daten vor dem Training gezielt aufbereitet. So konnte das Modell sowohl typische als auch besonders aufwendige Fertigungsaufträge realistischer abbilden. Zusätzlich wurden im Training die seltenen, aber zeitintensiven Aufträge stärker gewichtet. Dadurch sinkt das Risiko, genau diese komplexeren Fälle zu unterschätzen.

Das trainierte Modell bildet die Grundlage für die Anwendung im Unternehmen. Über eine Benutzeroberfläche können Prognosen für neue Aufträge berechnet und direkt in die Planung übernommen werden.

Regression

Regression ist ein Verfahren aus der Datenanalyse und Künstlichen Intelligenz, das dazu dient, numerische Werte vorherzusagen – also zum Beispiel Zeiten, Kosten oder Mengen. Dabei lernt ein Modell aus bestehenden Daten, welche Zusammenhänge zwischen verschiedenen Einflussfaktoren bestehen. Auf dieser Grundlage kann es für neue Fälle eine möglichst realistische Schätzung abgeben. In der Praxis bedeutet das: Wenn beispielsweise bekannt ist, wie lange frühere Fertigungsaufträge unter bestimmten Bedingungen gedauert haben, kann ein Regressionsmodell daraus ableiten, wie lange ein neuer Auftrag voraussichtlich dauern wird. Regression wird häufig eingesetzt, wenn Unternehmen Planungswerte benötigen, etwa für Produktionszeiten, Lieferzeiten oder Ressourcenbedarf.

„Die Datengrundlage bei der Firma Dickow Pumpen war eine sehr gute Basis für diese KI-Modelle, allerdings wird diese Anwendung in Zukunft durch immer neu entstehende Daten immer besser, immer weiter trainiert, und dadurch wird der Use Case viel sinnvoller angewendet.“

Sebastian Maier, KI-Trainer im Mittelstand-Digital Zentrum Augsburg

Mehr Transparenz und bessere Planbarkeit

Die im Projekt entstandene Lösung ermöglicht automatisierte Prognosen und schafft damit eine fundierte Grundlage für Planung und Kalkulation – auch differenziert nach Maschinen oder Bearbeitungsschritten. Die vorhergesagten Zeiten können als Soll-Werte mit den tatsächlichen Werten verglichen werden, sodass Abweichungen schneller sichtbar werden und sich so gezielt analysieren lassen.

„Ich sehe es als Starthilfe von Herrn Maier [vom Mittelstand-Digital Zentrum Augsburg] für uns, um selbst eine Dickow-KI bei uns im Haus betreiben zu können.“

Reinhard Schossig, Abteilungsleiter IT, Dickow Pumpen

Gerade für KMU zeigt das Projekt, dass sich bereits vorhandene, zunächst unstrukturierte Daten mit überschaubarem Aufwand sinnvoll nutzen lassen. So entsteht ein konkreter Mehrwert im operativen Geschäft, ohne bestehende Prozesse grundlegend neu aufsetzen zu müssen. Bei Dickow sind bereits Schritte in Planung, um die entwickelte Lösung für weitere Anwendungen einzusetzen.

Video zum Projekt

Der Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) eröffnet Unternehmen neue Möglichkeiten – gerade in Verbindung mit der elektronischen Rechnung (E-Rechnung).

In diesem Webinar erfahren Sie, welche Faktoren über den erfolgreichen Einsatz von KI in den Rechnungsprozessen entscheiden und wie die E-Rechnung dazu beiträgt, eine verlässliche Datenbasis zu schaffen. Darauf aufbauend wird aufgezeigt, welchen Mehrwert strukturierte Daten für Unternehmen haben und wie damit – gemeinsam mit KI – die Automatisierung von betrieblichen Finanzprozessen vorangetrieben werden kann.

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