Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM)
Kurzprofil
Das Fraunhofer ITWM zählt zu den größten mathematischen Forschungsinstituten weltweit und sieht seine Aufgabe darin, Mathematik als Schlüsseltechnologie weiterzuentwickeln, innovative Anstöße zu geben und gemeinsam mit Industriepartnern praktisch umzusetzen.
Methodisch basieren unsere Forschungsbereiche auf Modellierung, Simulation und Optimierung. Integrale Bausteine unserer Projekte sind Beratung und Umsetzung, Unterstützung bei der Anwendung von Hochleistungsrechnertechnologie und Bereitstellung maßgeschneiderter Software-Lösungen. Wir nutzen nicht nur Simulationssoftware, sondern entwickeln sie selbst, oft in Zusammenarbeit mit führenden Softwarefirmen.
Kompetenzfelder/Leistungsangebote
High-End Moving-Base Fahrsimulator zur Entwicklung, und Erprobung virtueller Prototypen von PKW, LKW, Traktoren, Baggern, Radladern, etc. Der Testfahrer befindet sich in einer Originalkabine, ein Industrieroboter erzeugt ein realistisches Bewegungsfeedback. Durch den Einsatz eines kugelförmigen Projektionsdoms mit 10m Durchmesser und 18 3D-Projektoren ist der Fahrer von der virtuellen Welt umgeben. Die an RODOS® verwendeten Simulationsmodelle zur Echtzeitberechnung des Fahrzeugverhaltens können entweder vom Unternehmen bereitgestellt oder vom ITWM implementiert werden. Es können Softwaretools wie Matlab/Simulink, LMS Virtual Lab, Simpack, VI-CarRealTime etc. verwendet werden. Zudem besteht die Möglichkeit compilierten C/C++ Code als „Black Box“ Modell zu integrieren. In jedem Fall wird dafür Sorge getragen, dass die am Simulator durchgeführten Tests und Optimierungen mit der Softwarelandschaft beim Projektpartner kompatibel ist.
Nutzen und Mehrwert
Neue Maschinen und Fahrzeuge können ohne einen physikalischen Prototyp mit bester Reproduzierbarkeit erprobt und mit sehr schnellen Iterationszyklen verbessert werden. Dies spart Entwicklungszeit und das Entwicklungsrisiko wird entscheidend gesenkt. ITWM-Experten (Mathematiker, Ingenieure, Kognitionswissenschaftler und Psychologen) planen und führen zusammen mit den Unternehmen Studien durch. Die Unternehmen profitieren von dem am ITWM verfügbaren Fachwissen in statistischer Datenanalysen, fortgeschrittener Modellierungstechniken und Versuchsdesign.
- Assistenzsysteme
- Simulation
- Forschung
Weitergehende Informationen: https://www.itwm.fraunhofer.de/de/abteilungen/mf/technikum/rodos.html
CDTire unterstützt als Bestandteil moderner MKS-Programme den Entwicklungsingenieur in fast allen Analyseszenarien. Besonderes Augenmerk auf die Gürteldynamik und Interaktion mit 3D-Fahrbahnoberflächen erlaubt eine gute Vorhersagegenauigkeit – sowohl der transienten Amplituden als auch im Frequenzbereich, ohne dabei statische und stationäre Reifeneigenschaften zu vernachlässigen.
Während der Vollfahrzeug-, Achs- oder Prüfstandssimulation mit PKW-, LKW-, Nutzfahrzeug- oder Motorrad-Reifen werden dabei die Radnabenkräfte und -momente auf jedes Rad, sowie die Kontaktkräfte auf die Fahrbahn berechnet. Neben den 3D-Fahrbahnoberflächen können auch Prüfstandsanregungen mit bis zu 6 Richtungen pro Reifen modelliert werden.
CDTire ist eine Familie von Reifenmodellen mit unterschiedlicher Modellierung von Gürtel, Seitenwand und Lauffläche, um für verschiedene Anwendungen eine optimale Mischung aus Genauigkeit und rechnerischem Aufwand anzubieten. Der Reifeninnendruck kann pro Reifen angegeben und bei einigen MKS-Programmen auch während der Simulation verändert werden.
Nutzen und Mehrwert
• Komfortuntersuchungen auf digitalisierten Fahrbahnen oder diskreten Hindernissen (Schwellen)
• Lebensdauervorhersage auf digitalisierten Fahrbahnen
• NVH Gesamtfahrzeuganalysen im Zeit- und Frequenzbereich
• Parkmanöver mit Fokus auf Lenkmoment
• Prüfstandssimulation mit fahrbahngeführten Anregungen in allen 6 Richtungen pro Reifen
• Fahrdynamikuntersuchungen auf flacher und rauer Fahrbahn
• Aktive Sicherheit (ABS, ESP,…)
• Variation des Reifeninnendrucks
• Sonderereignisse mit Felgendurchschlag (auch mit flexibler Felge)
• Echtzeitanwendungen wie MIL, SIL, HIL
- Entwicklung
- Simulation
Weitergehende Informationen: https://www.itwm.fraunhofer.de/de/abteilungen/mf/reifenmodelle-cdtire.html
Jurojin ist das Software-Produkt für Ingenieure, die gelegentlich Betriebsfestigkeitsdaten statistisch auswerten müssen, und dabei Wert auf einfach zu erzeugende, korrekte Auswertungen legen, deren Interpretation man sich nicht erst noch mühsam erarbeiten muss.
Anders als in gängigen Statistik-Paketen benötigt man keine Fachkenntnis in Statistik während man sich durch riesige Menüstrukturen wühlen muss.
Nutzen und Mehrwert
Aufgaben, die sich mit Jurojin lösen lassen
• Effizientes Erstellen von Versuchsplänen – viele kurze oder wenige lange Tests?
• Ergänzung von Versuchsplänen bei unvorhergesehenen Ausfällen
• Gibt es eine ausfallfreie Zeit?
• Bestimmung der Ausfallwahrscheinlichkeit gegen variable Lasten im Betrieb
• Vergleich von Bauteilvarianten und Chargen
• Auswertung von Garantiedaten inkl. Prognose auf spätere Zeitpunkte
• Wöhlermodelle: Eine oder zwei Steigungen? Ist eine Dauerfestigkeit erkennbar?
- statistische Auswertung
Weitergehende Informationen: https://www.itwm.fraunhofer.de/de/abteilungen/mf/produkte-und-leistungen/jurojin.html
Messdaten, die zur Abschätzung von Lasten erhoben wurden, werden nach relevanten Einflussgrößen (Faktoren) in unterschiedliche Betriebszustände zerlegt und Kennwerte (Pseudo-Schädigung, Verbrauch …) für die einzelnen Segmente berechnet. Varianz und Regressionsanalysen liefern Auskunft über die Einflussstärke einzelner Faktoren, möglicher Wechselwirkungseffekte (z.B.: agressiver Fahrer trifft auf schwer beladenes Fahrzeug), sowie deren statistischer Signifikanz.
Liegt für die einzelnen Klassen von Messungen eine Häufigkeitsverteilung vor, die der erwarteten Nutzung des Fahrzeugs durch eine bestimmten Kundengruppe entspricht, so erhält man durch Monte-Carlo Simulation aus den Messdaten eine Verteilung der relevanten Größen für diese Gruppe (Betriebslast, Verbrauch, etc.).
Die Verteilungen einzelner Gruppen können zu einer Gesamtpopulation zusammengefasst und Quantile der Verteilung als Referenzlasten für die Auslegung exportiert werden.
Nutzen und Mehrwert
U·Sim (Usage-Simulation) dient der Modellierung der Nutzungsvariabilität einer großen Anzahl verschiedener Kunden und der Ermittlung von Referenzbeanspruchungen durch diese Kunden. Die Kunden werden gemäß Nutzungsprofilen mittels Monte-Carlo-Simulation generiert und sind durch reale Messdaten repräsentiert.
- statistische Auswertung
- Simulation
Weitergehende Informationen: https://www.itwm.fraunhofer.de/de/abteilungen/mf/produkte-und-leistungen/usim.html
Seit einigen Jahren beschäftigt sich das Fraunhofer ITWM mit der statistischen Analyse von geo-referenzierten Daten zur Unterstützung und Verbesserung der Ableitung von Referenzlasten für die Betriebsfestigkeit und der Auslegung von Fahrzeugen hinsichtlich Energieeffizienz.
Der Ansatz ist hauptsächlich motiviert durch den Wunsch, die Nutzungsvariabilität und die damit verbundene große Variation von Lasten und Verbrauch zu verstehen, zu beschreiben und für die zielgerichtete Entwicklung aufzubereiten. Dies ist insbesondere im weltweiten Einsatz von Nutzfahrzeugen relevant.
Eine konkrete Anwendung der Technologie wurde u.a. in einem gemeinsamen Projekt mit Volkswagen Nutzfahrzeuge durchgeführt und auf der VDI Konferenz Nutzfahrzeuge 2015 in Eindhoven vorgestellt. Dabei wurden die Planung der Messkampagne und die Ableitung von Nutzungsparametern von VMC GeoStatistics unterstützt, die Daten mit VMC GeoLDA ausgewertet und die Hochrechnung auf Beanspruchungsverteilungen mit U·Sim durchgeführt.
Aufgrund der schnell wachsenden Verfügbarkeit relevanter Daten (z.B. Verkehrsdichte) und zur Unterstützung weiterer Anwendungen werden sowohl die Datenbank als auch die Methodensammlung kontinuierlich weiterentwickelt.
Nutzen und Mehrwert
VMC® GeoStatistics
Bereitstellung und Analyse geo-referenzierter Daten zur Regional- und Routenanalyse.
VMC® GeoLDA
Anreicherung konventionell gesammelter Messdaten durch Abbildung auf das Straßennetz, Segmentierung und Klassifikation.
VMC® Simulation
Anwendung einfacher Fahrzeugersatzmodelle zur Abschätzung der Längs-, Quer- und Vertikaldynamik eines Fahrzeugs in der virtuellen Umgebung.
- Datenübertragung /-verarbeitung
- Simulation
Weitergehende Informationen: https://www.itwm.fraunhofer.de/de/abteilungen/mf/produkte-und-leistungen/vmc.html
Das Softwarepaket IPS Cable Simulation integriert neu entwickelte Methoden und leistungsfähige Algorithmen, die eine physikalisch korrekte Simulation von Kabeln und Schläuchen in Echtzeit, und somit interaktives Arbeiten, ermöglichen.
Anwendung findet diese Technologie beispielsweise in Konstruktion, virtueller Montageplanung und digitaler Absicherung.
Nutzen und Mehrwert
• Simulation in Echtzeit
• Strukturmechanische Modellierung
• Hohe Genauigkeit
• Beliebige Materialien und Kabelquerschnitte
• Alle Arten von Kabelbefestigungen (Clips)
• Vielfältige Analysemöglichkeiten (Kräfte, Momente, Spannungen, Abstände, …)
• Kollisionserkennung
• Kontaktberechnung (Durchdringungsvermeidung)
- Entwicklung
- Simulation
Weitergehende Informationen: https://www.itwm.fraunhofer.de/de/abteilungen/mf/produkte-und-leistungen/ips.html
Was: Wir entwickeln maßgeschneiderte Inspektionssysteme zur Qualitätssicherung und integrieren diese in Ihren Produktionsprozess. Unsere Systeme werden individuell auf die Anforderungen unserer Kundinnen und Kunden zugeschnitten.
Wie: Seit etwa 12 Jahren setzten wir KI in der Oberflächeninspektion ein. Unabkömmlich sind diese Verfahren insbesondere bei der Inspektion natürlicher Materialien wie Holz. Der Einsatz von KI in Online-Oberflächeninspektionssystemen ist allerdings kompliziert. Speziell die »schiefe« Datenlage ist oft ein Problem: Es gibt in der Regel wenig Fehlerbilder und viele »gute« Produktteile. Weiterhin müssen Beispiele für alle Fehlerklassen vorab gesammelt werden, sie lassen sich in ihrer Zuordnung nur schwer ändern. Aus diesem Grund verwenden wir in der Regel einen hybriden Ansatz. Hier verbinden wir die Vorteile klassischer Bildverarbeitung mit denen maschinellen Lernens. D.h. KI wird nur für den Teil der Inspektionsaufgabe eingesetzt, für die es kein sinnvolles Modell gibt. Alle anderen Module werden durch kontrollierbare, klassische Datenanalyseverfahren implementiert.
Weitergehende Informationen: https://www.itwm.fraunhofer.de/de/abteilungen/bv/inline-qualitaetskontrolle-produktion.html
Nutzen und Mehrwert
In vielen industriellen Produktionsstätten ist die manuelle Qualitätskontrolle durch den Menschen immer noch die Methode der Wahl, wenn es um Oberflächeninspektion geht. Unsere Inspektionssysteme bieten gegenüber manueller Qualitätskontrolle Vorteile wie höhere Wiederholgenauigkeit, bessere Nachvollziehbarkeit und langfristige Kosteneinsparungen. Im produzierenden Gewerbe machen die Materialkosten etwa 44 % der Gesamtkosten aus und stellen damit den größten Kostenblock dar, noch vor den Personalkosten. Durch die Implementierung maßgeschneiderter Inspektionssysteme durch das ITWM können Ressourcen geschont und die Material-, Wasser- sowie Energiekosten nachhaltig gesenkt werden.
Informationen folgen
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