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
RODOS® ist ein robotergestützter Human-in-the-Loop-Fahr- und Betriebssimulator für Pkw, Lkw, Traktoren, Baumaschinen und mobile Arbeitsmaschinen. Eine Originalkabine, ein robotergestütztes Bewegungssystem und eine Projektionskuppel ermöglichen die realitätsnahe und reproduzierbare Untersuchung von Fahrzeugen, Maschinen und Bedienkonzepten.
Das Fraunhofer ITWM übernimmt die Planung, Modellierung, Durchführung und Auswertung von Simulationsstudien. Unternehmensmodelle und Software können in die Simulationsumgebung integriert oder durch das ITWM entwickelt werden.
Nutzen und Mehrwert
Unternehmen können Assistenz- und Automatisierungssysteme, HMI-Konzepte und neue Fahrzeugfunktionen bereits vor Verfügbarkeit eines physischen Prototyps entwickeln, erproben und validieren. Dies ermöglicht reproduzierbare Versuche, schnelle Entwicklungsiterationen und die sichere Untersuchung kritischer oder schwer realisierbarer Fahrsituationen.
- Fahrsimulation
- Assistenzsysteme
- Automatisiertes Fahren
- Nutzfahrzeuge
- Mobile Arbeitsmaschinen
- Virtuelle Validierung
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 bestimmte 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
Die Softwaresuite VMC® des Fraunhofer ITWM unterstützt die Verarbeitung und Analyse von Umgebungs-, Strecken- und Fahrzeugdaten für die virtuelle Fahrzeugentwicklung. Messdaten können auf das Straßennetz abgebildet, segmentiert, klassifiziert und mit Informationen zu Topografie, Straßenart, Verkehr und weiteren Umgebungsbedingungen angereichert werden.
Ergänzend erzeugt der VMC® Road & Scene-Generator aus Mess-, Drohnen- und weiteren Geodaten realitätsnahe virtuelle Straßen und dreidimensionale Umgebungen. Diese können für Fahrzeugsimulationen, Fahrsimulatoren sowie die Simulation von Kamera-, LiDAR- und Radarsensoren genutzt werden. VMC® Web Services ermöglichen darüber hinaus automatisierte, cloudbasierte Streckenanalysen und Fahrzeugsimulationen.
Nutzen und Mehrwert
Unternehmen können reale Einsatzbedingungen in die virtuelle Fahrzeugentwicklung übertragen und für reproduzierbare Simulations- und Validierungsszenarien nutzen. Anwendungen liegen insbesondere in der Betriebsfestigkeit, Energie- und Verbrauchsanalyse sowie in der Entwicklung und Absicherung von Fahrerassistenzsystemen, automatisierten Fahrfunktionen und Nutzfahrzeugen. Virtuelle Messkampagnen können den Umfang physischer Messfahrten reduzieren und die Untersuchung unterschiedlicher Märkte, Strecken und Nutzungsprofile unterstützen.
- Virtuelle Messkampagne
- Geodaten
- Digitale Umgebungsdaten
- Digitaler Zwilling
- Streckenanalyse
- ADAS
- Automatisiertes Fahren
- LiDAR
- Radar
- Kamerasimulation
- Cloud-Simulation
- Virtuelle Validierung
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.
Das Fraunhofer ITWM entwickelt echtzeitfähige, physikbasierte und datengetriebene Verfahren zur Zustandsüberwachung und vorausschauenden Wartung von Fahrzeugen, Maschinen und technischen Systemen. Beim simulationsgestützten Monitoring werden schwer direkt messbare Systemgrößen während des Betriebs aus vorhandenen Fahrzeug- und Sensordaten berechnet. Virtuelle Sensoren können so Beanspruchungen und Schädigungen kritischer Bauteile kontinuierlich abschätzen. Ergänzend setzt das ITWM Methoden der Künstlichen Intelligenz und des maschinellen Lernens zur Diagnose von Systemzuständen und zur Vorhersage fortschreitender Verschleiß- und Schädigungsentwicklungen ein.
Nutzen und Mehrwert
Unternehmen können Wartungsintervalle an die tatsächliche Beanspruchung und den Zustand von Komponenten anpassen. Dies hilft, ungeplante Ausfälle zu vermeiden, Bauteile nicht unnötig früh auszutauschen und Verfügbarkeit sowie Lebensdauer zu erhöhen. Für die Fahrzeugindustrie ist dies insbesondere bei Nutzfahrzeugen, Flotten, Antriebssystemen und mobilen Arbeitsmaschinen mit stark unterschiedlichen Einsatzprofilen relevant.
- Predictive Maintenance
- Condition Monitoring
- Virtuelle Sensoren
- Echtzeitsimulation
- Maschinelles Lernen
- Betriebsfestigkeit
- Lebensdauer
- Nutzfahrzeuge
- Mobile Arbeitsmaschinen
Weitere F&E-Projekte des ITWM finden sie hier

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