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FH Bielefeld präsentiert Kompetenzplattform "Vernetzte Simulationen" auf Hannover Messe 2006

23.02.2006 - (idw) Fachhochschule Bielefeld

"Vernetzt denken, handeln und rechnen!" - Diese Worte beschreiben prägnant, mit welchen Exponaten die Fachhochschule (FH) Bielefeld, vertreten durch ein zehnköpfiges Professorenteam, die Besucher der diesjährigen Hannover Messe auf dem Innovationsstand Nordrhein-Westfalen in die Halle 2 - Research & Technology (Stand C 36) anlocken will. Seit Januar 2005 fördert das Land Nordrhein-Westfalen mit insgesamt 500.000 Euro die Aktivitäten einer Gruppe Professoren im Rahmen einer sogenannten Kompetenzplattform, kurz KOPF, die bei den Bielefeldern den Namen "Vernetzte Simulationen zur Optimierung der Wertschöpfungskette in Unternehmen" trägt. Ziel dieses interdisziplinären Verbundes, dessen Mitglieder aus vier verschiedenen Fachbereichen stammen, ist die Entwicklung von Instrumenten und Verfahren zur Nutzbarmachung und Optimierung bislang ungenutzter Potentiale, die sich durch eine "intelligente Vernetzung" von Simulationen für den gesamten Produktlebenszyklus ergeben - von der Idee bis zum Recycling. Mit dieser zunächst abstrakt klingenden Idee treffen die Forscher bei den Unternehmen direkt ins Schwarze! Die Bielefelder Professoren wollen zur Entwicklung ihrer Produkte Simulationswerkzeuge einsetzen, um mit Hilfe "digitaler Fabriken" lange bevor ein Produkt hergestellt wird, dieses zu analysieren, zu simulieren und zu testen und dadurch Entwicklungskosten zu sparen. Einziger Haken an der Sache: Die digitale Fabrik existiert noch nicht! Der Grund hierfür lässt sich am Vergleich mit einer "realen Fabrik" verdeutlichen. Um ein Produkt zu entwickeln, müssen Produktionsanlagen zusammenarbeiten, d.h. das Produkt verlässt mit einem bestimmten Fertigungsgrad eine Anlage, um in einer anderen weiterverarbeitet zu werden und zwar so lange, bis am Ende das fertige Produkt die Fabrik verlässt. Genau dieses Prinzip funktioniert in der "digitalen Fabrik", in der Simulationswerkzeuge zusammenarbeiten, heutzutage noch nicht! Die Ursache für dieses Problem liegt in der Tatsache, dass es sich beim digitalen Produkt in Wirklichkeit nur um abstrakte Informationen handelt! Wie ein reales Produkt besteht auch ein digitales Produkt aus einer Vielzahl von Einzelteilen mit unterschiedlichen Eigenschaften, allesamt liegen diese jedoch nur in Form von Daten im Speicher eines Computers vor. Wie bei seinem realen Pendant müssen im digitalen Produktionsprozess diese Daten zwischen den Simulationswerkzeugen ausgetauscht werden. Die heutzutage eingesetzten Simulationswerkzeuge funktionieren häufig jedoch nur als "Insellösungen". Das digitale Produkt wird allerhöchstens in Teilen gefertigt bzw. simuliert, von der notwendigen Vernetzung dieser Simulationen, und damit einem vollständigen digitalen Produktionsprozess, kann nicht die Rede sein.

Diesem Problem entgegnen die Wissenschaftler der FH Bielefeld indem sie technische Lösungen und Verfahren zur Vernetzung von Simulationen entwickeln, die sie gemeinsam mit Unternehmen umsetzen. Um den digitalen Produktionsprozess in Gang setzen zu können, benötigt man zunächst einmal ein virtuelles Computermodell eines realen Objekts. Mit Hilfe computerbasierter Entwurfswerkzeuge, so genannter CAD (Computer Aided Design) Programme werden heutzutage dreidimensionale Modelle entworfen. Was aber, wenn bereits ein physikalisches Modell oder ein Muster aus einer vorangegangenen Serie existiert? Wie überträgt man ein reales Objekt "zurück" in den Computer? Mit diesen Fragen beschäftigt sich Professor Dr. Roland Friedrich. "Diesen Vorgang bezeichnet man als 'Reverse Engineering'", erläutert Dr. Friedrich, "je komplexer die Geometrien werden, und je höher die Anforderungen an die Messgenauigkeiten sind, desto eher muss auf automatisch oder zumindest teilautomatisch arbeitende Meßsysteme zurückgegriffen werden". Friedrich und sein Team entwickeln hierzu optische und lasergestützte Verfahren, die das reale Objekt abtasten und die so gewonnenen dreidimensionalen Informationen zur Weiterverarbeitung in den Computer übertragen.

"Die Realität im Computer zu simulieren, bedeutet hochkomplexe mathematische Probleme in endlicher Zeit zu lösen", erläutert Professor Dr. Christian Schröder, der sich im Rahmen der Kompetenzplattform mit dem Fachgebiet "High Performance Computing", d.h. dem wissenschaftlichen Hochleistungsrechnen, beschäftigt. Wie der Name schon verrät, verlangt diese Disziplin nach größter Rechenleistung, die man üblicherweise nur in einigen wenigen exklusiven Supercomputerzentren dieser Welt vorfindet. In diesen viele Millionen Euro teuren Rechenanlagen werden tausende von Prozessoren zusammengeschaltet, um Höchstleistung für z.B. Klimasimulationen zu liefern. "Dabei wird völlig außer Acht gelassen, dass die größte Rechenleistung nicht an einem Ort konzentriert, sondern auf viele hundert Millionen Computer und Spielekonsolen rund um die Welt verteilt ist!", erläutert Dr. Schröder. "Public-Resource Computing" oder auch "Global Computing" nennt sich ein neuer Vorstoß, der diese gewaltige "öffentliche" Rechenleistung für umfangreiche wissenschaftliche Rechnungen nutzbar machen will. Im Projekt "Spinhenge@home" entwickeln Dr. Schröder und sein Team Algorithmen, die es ermöglichen, umfangreiche numerische Simulationen zu den physikalischen Eigenschaften sogenannter magnetischer Moleküle weltweit zu verteilen. Insbesondere für die Elektronik der Zukunft erhofft man sich hierbei bahnbrechende Innovationen. Mit Hilfe magnetischer Moleküle sollen in Zukunft neuartige nanomagnetische Anwendungen wie hochintegrierte Speicherbausteine oder winzige magnetische Schalter entwickelt werden. Darüber hinaus werden auch Anwendungen in der Medizin und der Biotechnologie anvisiert.

Weitaus "handfester" geht es dagegen bei Professor Dr. Ulrich Kramer zu. "Die Gefahr von Verkehrsunfällen bei Dunkelheit wird - bezogen auf die Fahrleistung - auf das 1,5- bis 3-fache im Vergleich zu Unfällen bei Tagfahrten geschätzt. Es ist davon auszugehen, dass nahezu jeder vierte außerorts sich ereignende schwere Unfall mit ungünstigen Sichtverhältnissen in Zusammenhang steht. Deshalb ist es wichtig, der Optimierung der Sichtverhältnisse bei Dunkelheit, Regen oder Nebel besonderes Augenmerk zu schenken", berichtet Dr. Kramer. Im Projekt "Informationsbedarf des Autofahrers bei der Spurhaltung" arbeiten der Forscher und sein Team innerhalb der Kompetenzplattform in enger Kooperation mit der Industrie an einer modellbasierten Bewertung der Sichtbedingungen bei Nachtfahrten. Im Rahmen dieses Projekts soll das Zusammenwirken von Fahrer, Fahrzeug und Fahrumgebung anhand einer Reihe von Messgrößen unter verschiedenen Beleuchtungs- bzw. Sichtbedingungen analysiert werden mit dem Ziel, Erkenntnisse für die Entwicklung neuartiger, so genannter aktiver, Beleuchtungssteuerungen zu erlangen.

Das besondere an den auf der Hannover Messe vorgestellten Projekten der FH Bielefeld: Jeder Messebesucher kann sich direkt an den Experimenten der Forscher beteiligen! Wie man reale 3D-Objekte in virtuelle Computermodelle überträgt oder wie der häusliche PC an der Erforschung neuartiger Speichermaterialien in einer weltweit vernetzten Simulation teilnehmen kann, wird am Messestand demonstriert. Im aufgebauten Fahrsimulator kann der Besucher Versuchsfahrten bei unterschiedlichen Sichtverhältnissen absolvieren, um damit klären zu helfen, welcher Bereich des Straßenverlaufs für die Fahraufgabe Spurhaltung besonders wichtig ist. Hierzu wurde der Verlauf einer realen Versuchsstrecke (Spitze Warte bei Rüthen/Soest) im Computer nachgebildet.


Kontakt:
Fachhochschule Bielefeld
Professor Dr.-Ing. Ralf Hörstmeier
Sprecher der Kompetenzplattform "Vernetzte Simulationen"
Wilhelm-Bertelsmann-Strasse 10
33602 Bielefeld
fon 0521.106-7445
fax 0521.106-7180
e-mail ralf.hoerstmeier@fh-bielefeld.de
Weitere Informationen: http://www.fh-bielefeld.de/simulationen - Kompetenzplattform "Vernetzte Simulationen"
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