Sichere Elektroniksysteme: Mit KI angekommen in der Zukunft

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) fördert mit 11,2 Mio. Euro die deutsche KI-Forschung zur Entwicklung sicherer, innovativer Elektroniksysteme für zukünftige Fahrzeuggenerationen. Im Projekt progressivKI arbeiten unter der Koordination der Robert Bosch Multimedia Car GmbH in Hildesheim achtzehn hochkarätige Partner aus Forschung und Wirtschaft in einem Konsortium zusammen. Aus Paderborn sind mit Zuken EMC Technology Center, SIL – System Integration Laboratory, Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS (Abteilung Advanced System Engineering Paderborn) und InnoZent OWL gleich vier Organisationen vertreten. Hinzu kommen der Spezialist für technische Antriebe KEB aus Barntrup und der Entwicklungsdienstleister für industrielle und automotive Systeme helectronics aus Büren als assoziierte Partner.

Für den heimischen MdB Dr. Carsten Linnemann zeigt das Projekt, dass „Deutschlands Stärke die Verknüpfung von Theorie und Praxis war und ist. Wir haben zahlreiche Cluster aus Hochschulen, Forschungseinrichtungen und Mittelstand, gerade in den ländlichen Räumen, mit denen wir die Zukunft gewinnen können. Genau hier setzt progressivKI an. Ich freue mich, dass auch Vertreter aus OWL so prominent mit von der Partie sind. Wir sind eine Region, die praxisnahe Forschung schon seit vielen Jahren lebt.“

Ziel des zum 1.4.2021 gestarteten Projekts ist die Entwicklung eines generalisierten KI-gestützten Entwurfsprozesses für Elektroniksysteme im Fahrzeug. Um Entwurfsprozesse für zukünftige Elektroniksysteme im Fahrzeug optimal zu unterstützen und zu automatisieren, ist – aufgrund der deutlich zunehmenden Systemkomplexität auf dem Weg zum autonomen und elektrisch angetriebenen Fahrzeug – der Einsatz von KI-Methoden unbedingt erforderlich. Durch die KI-Nutzung könnten funktional sichere Elektroniksysteme schneller, zuverlässiger und kostengünstiger entwickelt werden. Leistungsstarke und nachhaltige Elektroniksysteme sind ein zentraler Erfolgsfaktor für die Mobilität der Zukunft. Die Projektbeteiligten erwarten außerdem eine deutliche Beschleunigung der bestehenden Innovationszyklen. progressivKI unterstreicht somit den Paradigmenwechsel, den künstliche Intelligenz für dieses Jahrhundert einläutet.

Die fachliche Leitung des vielversprechenden Projekts übernimmt auf Seite der Robert Bosch Car Multimedia GmbH der ausgewiesene und langjährige Experte Dr. Michael Kühn: “ Die Nutzung von KI im Entwurfsprozess von elektronischen Fahrzeugkomponenten wird die Effizienz signifikant steigern, beispielsweise können durch vortrainierte KI-Module mittels Simulationsdaten die Aufwände für Reviews von Schaltplänen oder Layoutdaten deutlich reduziert werden.“

Das Projektmanagement übernimmt das edacentrum unter der Federführung von Dr.-Ing. Werner John. Er konstatiert: ”In progressivKI wird eine modular aufgebaute KI-Plattform entwickelt werden, die über sichere, verschlüsselte und intelligente Konnektoren zu den einzelnen (verteilten) KI-Modulen flexibel einsetzbar ist. Eine Verknüpfung mit GAIA-X wird ebenfalls realisiert. Damit wird die Verwendung von KI-gestützten EDA-Methoden bei der Entwicklung von Elektronik-Systemen in Deutschland gestärkt und beschleunigt sowie die heutigen industriellen Entwurfsprozesse effizienter gestaltet. ”

Die Paderborner Partner leisten mit Ihren Arbeiten einen wichtigen Beitrag zur Erreichung der Ziele. Das Fraunhofer-Institut ENAS mit seiner Paderborner Abteilung trägt unter der Leitung von Dr. Christian Hedayat u.a. dazu bei, die EMV-Problematik hoch integrierter Systeme mit Hilfe der KI besser zu lösen: „Mit immer kleiner werdenden komplexen, elektronischen und drahtlosen Sensorsysteme, die als Basisbaustein für die stark wachsenden Industrial Internet of Things (IIoT)-Anwendungen unabdingbar sind, werden die EMV-bedingten Herausforderungen für ein stabiles und zuverlässiges System immer größer. Hier ist die Einbindung von KI-Methoden für eine robustere Entwurfsmethode sehr vielversprechend.“
Der führende EDA-Softwareanbieter Zuken wird insbesondere im Bereich des Leiterplattenentwurfs mit den Schwerpunkten Design-Regelentwicklung und Analyse von Störeffekten seine Expertise einbringen. Ralf Brüning von Zuken, der gleichzeitig die stellvertretende fachliche Leitung des Projektes übernimmt, sieht im Projekt großes Potential: „Das Projekt ermöglicht uns, die über viele Jahre in Paderborn entwickelten und in der Industrie - besonderes im Automotive-Umfeld - etablierten Leiterplatten-Simulationswerkzeuge in eine KI gestützte Entwurfsumgebung einzubringen und dabei auch für uns bisher neue technische Fragestellungen wie maschinelles Lernen und Cloudlösungen mit den verschiedenen Partnern zusammen zu bearbeiten“.

Das Unternehmen „SIL System Integration Laboratory GmbH“ aus Paderborn bringt umfangreiche Erfahrungen hinsichtlich eines EMV- und SI-gerechten Entwurfs von elektrischen Schaltungen und ganzheitlichen Systemen mit ein. Basierend auf einer statistischen Versuchsauslegung werden in diesem Projekt Testmuster mit Simulations- und Messdaten für das Training und die Validierung der KI-Entwurfsvorschläge erarbeitet. „Für einen effizienteren und robusteren ganzheitlichen Systementwurf bietet der geeignete Informationsaustausch über alle Entwicklungsschritte und -domänen ein großes Potential. Mit progressivKI können dadurch schnellere Entwicklungszyklen ermöglicht werden.“ ergänzt Dr. Christian Hangmann, Leitung der Forschung und Hardwareentwicklung bei der SIL GmbH.

Ein Projekt dieser Größe profitiert von der breit aufgestellten Expertise der Teilnehmer, weshalb nicht nur große etablierte Unternehmen beteiligt sind, sondern auch erfolgversprechende Pioniere auf ihrem Gebiet wie die beiden Münchner Unternehmen CELUS und Luminovo. Hinzu kommt die Einbindung kleiner und mittlerer Unternehmen aus dem Bereich der Industrieelektronik über das Unternehmensnetzwerk InnoZent OWL. Geschäftsführer Michael Kemkes stellt heraus: „Wir haben nicht nur in OWL eine Vielzahl mittelständischer Unternehmen, die in der Zulieferkette unterschiedlicher Branchen sehr erfolgreich agieren und dabei auf einen effizienten und sicheren Entwurf eigener elektronischer Systeme angewiesen sind. Im Projekt schaffen wir hierfür Lösungen.“ 

Projektbeteiligte:
Robert Bosch Car Multimedia GmbH, Infineon Technologies, Zuken, Microchip Technology Germany, Celus, Luminovo, Hood, Cloud&Heat Technologies, Binder Elektronik, DIQA Projektmanagement, EMC Test NRW, InnoZent OWL e.V. sowie die Fraunhofer Einrichtungen FIT/ENAS, FZI Forschungszentrum Informatik, TU Dortmund, HSU Hamburg, TU Berlin und HS Hamm-Lippstadt/System Integration Laboratory.