Multiphysics

Kern des Software-Angebotes im Geschäftsfeld Multiphysics ist die seit über 20 Jahren verfügbare Lizenz-Software MpCCI, die als herstellerneutrale Schnittstelle für die Kombination kommerzieller und akademischer Simulationswerkzeuge eingesetzt wird.

• Das MpCCI CouplingEnvironment ermöglicht eine Co-Simulation von Werkzeugen im Computer-Aided Engineering (CAE), um beispielsweise Fluid-Struktur-Wechselwirkungen oder Wärme- und Strahlungskopplung zu modellieren, aber auch für das Wärmemanagement von Elektromotoren. Es bietet eine anwendungsorientierte Kopplungsdefinition und eine durch Künstliche Intelligenz (KI) unterstützte Konfiguration für effiziente und robuste Berechnungen der Fluid-Struktur-Interaktion (FSI).
• Das Tool MpCCI FSIMapper ermöglicht für verschiedene Exportformate von Software für Computational-Fluid-Dynamics-Simulationen und für Input-Decks von Abaqus, Ansys und Nastran eine Datenübertragung zwischen den nicht-kompatiblen Rechengittern. Es lassen sich physikalische Größen wie Filmtemperatur, Wandwärmeübergangskoeffizient, Wandwärmestrom, Standard- und komplexer Druck sowie Kraftdichten übertragen.
• Der MpCCI Mapper ist eine spezielle Lösung für integrierte virtuelle Fertigungsketten. Er ermöglicht die Überprüfung der geometrischen Übereinstimmung zweier Modelle; die (automatische) Netzausrichtung hilft dabei, die Positionen zweier Modelle aneinander anzupassen. Robuste Mapping-Algorithmen ermöglichen die Übertragung verschiedener physikalischer Größen für alle gängigen Schalenelemente und Typen.

Fraunhofer SCAI koordiniert die Aktivitäten des neuen Datenstandards VMAP
Fehlende Softwarestandards in virtuellen Engineering-Workflows und inkompatible Schnittstellen für die Übertragung virtueller Daten verursachen nicht nur zusätzliche Kosten und aufwändige manuelle Anpassungen, sondern führen auch zu unflexiblen IT-Lösungen, Informationsverlusten und erheblichen Verzögerungen im gesamten Konstruktionsprozess. Im Dezember 2022 wurde die VMAP Standards Community (VMAP SC) als eingetragener Verein mit 16 Erst-Mitgliedern gegründet.

Das Geschäftsfeld Multiphysics beteiligt sich an von der Industrie und öffentlichen Geldgebern finanzierten F&E-Projekte, bei denen jeweils konkrete Anforderungen von Kunden und Industriekonsortien das Anwendungsziel vorgeben. In diesen Projekten werden bestehende MpCCI-Lösungen auf anspruchsvolle technische Anwendungen übertragen, neue Methoden und Werkzeuge entwickelt und Standardisierungsaktivitäten unterstützt:

BASE
Im Projekt BASE soll der digitale Batteriepass entwickelt werden, den jede größere Batterie in Zukunft besitzen muss. Der Pass wird kontinuierlich erhobene Daten zum »State of Health« enthalten und außerdem Informationen zur Lieferkette, zum Herstellungsprozess und zu Materialdaten. Hierbei kommt die Methode des »Mass Balancing« zum Einsatz, die den Materialeinsatz in der Batterieproduktion detailliert bilanziert und besonderes Augenmerk auf die Verwendung nachhaltiger Bestandteile legt. Die Daten aus dem Batteriepass werden fälschungssicher dezentral gespeichert, sodass alle Beteiligten darauf Zugriff haben. Dies ermöglicht, die Lebensdauer eine Batterie zu optimieren und das Recycling zu verbessern.
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SmartEM
Im Projekt SmartEM entsteht ein standardisiertes System, das es ermöglicht, verschiedene »Computational Engineering Models« aus unterschiedlichen Quellen zu kombinieren und zu einem Gesamtsystem zusammenzuführen. Diese flexible Referenzarchitektur, inspiriert von offenen Datenraumkonzepten wie Gaia-X, fördert die Zusammenarbeit verschiedener Akteure und ermöglicht die Wiederverwendung von Engineering-Modellen. So werden Entwicklungsprozesse effizienter gestaltet und manuelle, zeitaufwändige Verfahren zur Erstellung von Digitalen Zwillingen ersetzt. Die KI-gestützte Erzeugung von »Surrogate Models« – vereinfachten Versionen der komplexen Modelle aus heterogenen Datenquellen – erleichtert die Integration von Modellen und verbessert so die Interoperabilität. So beschleunigt SmartEM die digitale Transformation und Innovation im Ingenieurwesen.
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ALABAMA
Im Projekt ALABAMA geht es darum, adaptive Lasertechniken für verbesserte additive Fertigung zu entwickeln. Ziel ist es, Materialporosität zu verringern und Mikrostrukturen anzupassen. Die Innovation beinhaltet die Entwicklung von Multiskalenmodellen zur Prozessoptimierung. Prozessparameter werden mittels Mehrstrahlsteuerung und Laserformung optimiert. Fortschrittliche Überwachung nutzt Multispektralbildgebung zur Qualitätskontrolle. Materialtests gewährleisten die Einhaltung von Anforderungen. Die Technologie wird in Luftfahrt, Schifffahrt und Automobilbau getestet. Diese Branchen stehen vor Herausforderungen bezüglich Materialqualität. Das Projekt verspricht signifikante Produktivitätssteigerungen und Kostensenkungen. Es fördert zudem die Autonomie der europäischen Industrie.
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RESTORE
Remanufacturing ist für die Kreislaufwirtschaft von entscheidender Bedeutung, da es die Lebensdauer von Produkten verlängert, Arbeitsplätze und Einnahmequellen schafft und Abfall, Energieverbrauch und Treibhausgasemissionen reduziert. Die wichtigsten Herausforderungen, die für ein erfolgreiches Remanufacturing in einer industriellen Wertschöpfungskette – oder besser gesagt in einem Wertschöpfungskreislauf – zu bewältigen sind, beziehen sich auf Verfahren, Design und Geschäftsmodelle.
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Pioneer
PIONEER zielt auf die Entwicklung und Umsetzung eines interoperablen Ökosystems für Materialmodellierung und Fertigung ab, das einen multidirektionalen Datenfluss entlang der Materialwertschöpfungskette ermöglicht, indem Produktdesign und verteilte Modellierungsdaten mit Informationen aus der Materialcharakterisierung, den Fertigungsprozessen und den Produktqualitätskriterien verknüpft werden. PIONEER kombiniert einen Design-by-Simulation-Ansatz mit Fertigungs- und Qualitätsdaten zur Optimierung von Produktentwicklungsstrategien in High-Mix/Low-Volume-Produktionssysteme.
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DigitalTwin-4-Multiphysik-Labor
Das gemeinsame Labor DigitalTwin-4-Multiphysics-Lab (Fraunhofer SCAI, Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, Dr. Reinold Hagen Stiftung) zielt darauf ab, neue Konzepte und Lösungen für digitale Zwillinge bei KMUs zu entwickeln.
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VMAP analytics
Die Vision des ITEA-Projekts VMAP analytics ist es, die Realisierung intelligenter Digitaler Zwillinge für Entwurfsaufgaben im Bereich Material- und Fertigungs zu ermöglichen.
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Fraunhofer HABICHT
Das Fraunhofer-Projekt HABICHT hat als Ziel die Entwicklung eines hocheffizienten Elektromotors für Verdichter in Wasserstoff-Brennstoffzellen.
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BMWi BonoKeram
Das vom BMWi geförderte Projekt BonoKeram beschäftigt sich mit der Erhöhung der Flexibilität, Effizienz und Wirtschaftlichkeit von kleinen Gasturbinen durch die Bereitstellung von Komponenten aus monolithischer Hochleistungskeramik.
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BMBF NanoINHAL
Ziel des vom BMBF geförderten Projektes NanoINHAL ist die Entwicklung eines innovativen Testsystems zur Untersuchung der toxischen Wirkung von Nanomaterialien in der Luft.
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Fraunhofer DigitalTPC
Das Fraunhofer-Projekt DigitalTPC zielt auf die ganzheitliche Betrachtung der verteilten Teilprozessschritte von thermoplastischen Bauteilen - vom Halbzeug bis zur Bauteilfertigung.
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UmLac
Das von der AiF geförderte Projekt UmLac beschäftigt sich mit Materialmodellen und Kennwertermittlung für die industrielle Anwendung der Umform- und Crashsimulation.
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VMAP
Ziel des ITEA-Projekts VMAP war es, den ersten offenen, herstellerneutralen Standard für die Speicherung von Daten in integrierten virtuellen Prozessketten zu schaffen und damit die Interoperabilität von Softwarewerkzeugen zu verbessern sowie Kosten und Aufwand für Unternehmen zu reduzieren.
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FSI-Methodenvortrag auf der FEniCS Konferenz
12. bis 14. Juni 2024, Oslo (Nor) – Sebastian Keni Joseph von Fraunhofer SCAI wird die neuesten Ergebnisse über auf der Kontrolltheorie basierende adaptive Zeitschrittsteuerung für partitionierte Fluid-Struktur-Interaktionen vorstellen.
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VMAP Workshop auf der NAFEMS DACH 2024
10. bis 12. Juni 2024, Bamberg (Deu) – Die VMAP Standards Community – vertreten durch Fraunhofer SCAI – wird auf der NAFEMS DACH 2024 Konferenz einen Workshop zum Thema Sensordaten in VMAP abhalten. Die technische Erweiterung des Standards sowie dessen Anwendung für  Datenauswertung aus Blasformprozessen und die Kalibrierung von Ultraschall-Systemen werden vorgestellt und diskutiert.
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ITEA Projekt SmartEM gestartet
April 2024, Eindhoven (NL) – SmartEM zielt darauf ab, die Grenzen der derzeitigen technischen Modelle zu überwinden, indem eine Referenzarchitektur für technische Modellräume entwickelt wird. Die Architektur wird die Wiederverwendung, den Austausch und die Integration von technischen Berechnungsmodellen ermöglichen. SmartEM wird KI-gestützte Methoden einsetzen, um Ersatzmodelle aus heterogenen Datenquellen zu erstellen und ihre Neukombination innerhalb eines bestimmten technischen Bereichs zu ermöglichen. Partner in diesem Projekt sind Philips Electronics NL, Cannon Production printers, Thermo-Fisher, Siemens Software, KU Leuven, TU Eindhoven, Reden, SemLab, TNO, ACD, Alpata, Inovasyon Mühendisk und Fraunhofer SCAI.
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ITEA Projekt VMAP analytics hatte sein Abschlusstreffen
April 2024, Stockholm (Swe) – Die Abschlussbegutachtung des Projektes VMAP analytics fand am 9. April 2024 in einem Online-/Hybridformat statt. Gastgeber war der Projektleiter, Swerim AB aus Schweden. Ovako, Gränges, Prevas, Morgårdshammar, Gemit aus Schweden und Fraunhofer SCAI aus Deutschland nahmen ebenfalls teil. JF. Lavignon und E. Roddenbach vom ITEA-Büro, S. Liljeblad, ein ITAC-Vertreter, externe Gutachter von Software AG (GER) und Bittium (FIN) sowie der Projektmentor R. Ionescu von NXP (ROM) waren ebenfalls an der Überprüfung beteiligt.
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EU-Projekt ALABAMA gestartet
Februar 2024, Trondheim (Nor)– Dea EU-Projekt ALABAMA (Adaptiver Laserstrahlstuerung für die additive Fertigung) hatte seine Auftaktveranstaltung beim Koordinator SINTEF Manufacturing. Die Partner Aerobase Innovations AB, Fraunhofer IWS, Fraunhofer SCAI, Eurecat - Centro Tecnológico, Luleå tekniska universitet, IRIS srl, flowphys as, Stellantis/CRF, Nordic Additive Manufacturing AS, GKN Aerospace Sweden AB, und Technovative Solutions LTD (TVS) stellten ihre Planungen und Beiträge vor.
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Erstes VMAP User Meeting
Februar 2024, Schloss Birlinghoven (Deu) – Die VMAP Standards Community (VMAP SC) hat ihr erstes User-Forum auf Schloss Birlinghoven abgehalten. Über 20 Beiträge von Softwarepartnern, aus laufenden F&E-Projekten und aus den Arbeitsgruppen des VMAP gaben eine detaillierten Einblick in die laufende VMAP Standardisierungsaktivitäten.
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EU-Projekt RESTORE gestartet
Januar 2024, Lissabon (Portugal) – Das EU-Projekt RESTORE (Nachhaltige Wiederaufbereitungslösung mit erhöhtem Automatisierungsgrad und Recyclinganteil im laser- und plasmabasierten Prozess) hatte sein Kickoff-Treffen bei dem Partner EWF in Lissabon. Anwendungspartner aus den Sektoren Automobil, Schifffahrt, Eisenbahn und Luftfahrt stellten ihre Bedarfe dar – erste Konzepte der Softwarepartner wurden erörtert.
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NAFEMS Multiphysics and Multibody Dynamics Conference 2023
2023, November – Fraunhofer SCAI will showcase the latest developments in our MpCCI tools. The MpCCI suite offers a large spectrum of softwares to support simulation runs and post-processing of results. VMAP, the vendor-neutral industrial standard for the seamless transfer of CAE data among softwares, will also be presented at the conference along with its current associated projects.
Multiphysics Conference
Multibody Dynamics Conference

LS-Dyna-Konferenz
Oktober, 2023 – Auf der diesjährigen LS-Dyna-Konferenz (18./19. Oktober 2023, Baden-Baden) wird unser Distributionspartner scapos AG die aktuellen CAE-Entwicklungen von Fraunhofer SCAI präsentieren. Die MpCCI-Suite bietet jetzt Co-Simulation zur Unterstützung von LS-Dyna und Datenmapping für komplexe CAE-Workflows.
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Multiphysiklösungen für die Automobilindustrie
September, 2023 – Die Publikation "Multiphysics solutions for the automotive industry" bietet konkrete Informationen zum Einsatz der MpCCI-Softwareprodukte für Simulationsingenieure in der Automobil- und Zulieferindustrie. Anhand verschiedener technischer Anwendungsfälle, um komplette Fahrzeuge oder einzelne Baugruppen bestimmter Komponenten zu modellieren, werden die Einsatzmöglichkeiten von MpCCI vorgestellt und die Umsetzung in virtuelle Designprozesse und digitale Zwillinge beschrieben.
e-Paper (Englisch) 

Der VMAP Standard für herstellerneutrale CAE Datenspeicherung
Workshop zu technischen Erweiterungen und Interoperabilität
Veranstalter: VMAP Standards Community
Mai, 2023 – NAFEMS Weltkongress
Fehlende Softwarestandards in virtuellen Engineering-Workflows und inkompatible Schnittstellen für den Transfer von Simulationsdaten verursachen nicht nur zusätzliche Kosten und aufwändige manuelle Anpassungen, sondern führen auch zu unflexiblen IT-Lösungen, Informationsverlusten und erheblichen Verzögerungen im gesamten Entwicklungsprozess. Die Standardisierung von Datenschnittstellen im CAE ist daher für alle Industriezweige, in denen Simulationsprozesse für die Produkt- und Prozessauslegung von zentraler Bedeutung sind, unerlässlich. Der CAE-Datenstandard VMAP wurde ursprünglich von einem Konsortium aus 29 Partnern aus Industrie, Softwarebranche und Wissenschaft entwickelt, um die Speicherung von Simulationsergebnissen in einem offenen und herstellerneutralen Format zu ermöglichen.
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Simulationswerkzeuge im virtuellen Fertigungsprozess
Februar, 2023 – Die virtuelle Produkt- und Prozessentwicklung kommt in den unterschiedlichsten Bereichen zum Einsatz: Fahrzeugsicherheit, Vibration, Fahrwerksauslegung, aber auch in den verschiedensten Fertigungsverfahren. Dabei müssen die Simulationsmodelle immer wieder mit verfügbaren Daten aus realen Messungen und Versuchen abgeglichen werden. Nur durch eine sorgfältige Abstimmung zwischen virtueller Auslegung und realen Versuchen sowie durch die Berücksichtigung der Abhängigkeiten zwischen den einzelnen Auslegungsdisziplinen lässt sich eine stetige Verbesserung in der Aussagekraft von Simulationsaussagen erreichen.
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VMAP, Digitale Zwillinge und multiphysikalische Lösungen
Der VMAP Standard für herstellerneutrale CAE Datenspeicherung, Workshop zu technischen Erweiterungen und industriellen Anwenderfällen (Fraunhofer SCAI)
Oktober, 2022 – NAFEMS DACH Konferenz
Vortrag: Datenraum-basierter semantischer Digitaler Zwilling: Demonstration der Interoperabilität von Simulation, Messungen und Analytik für Produktionsprozesse (M. Meyer, A. Delforouzi, P. Gulati, K. Wolf (Fraunhofer SCAI)
Vortrag: Magnetohydrodynamics Modeling of Submerged Arc Furnace (P. Bayrasy (Fraunhofer SCAI); Y. Tesfahunegn, G. Saevarsdottir (Univ. Reykjavik); T. Magnusson (Stakksberg ehf); M. Tangstad (Univ. Trondheim)
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Medizintechnik gegen Nanopartikel – Multiorgan-Chip detektiert gefährliche Nanoteilchen
Oktober, 2022 – Was geschieht, wenn wir Nanoteilchen einatmen, die zum Beispiel ein Laserdrucker ausstößt? Können diese die Atemwege oder vielleicht sogar andere Organe schädigen? Um solche Fragen zu beantworten, entwickeln Fraunhofer-Forscherinnen und -Forscher das Expositionsgerät »NanoCube«. Dessen integrierter Multiorgan-Chip aus dem Labor der TU Berlin und ihrer Ausgründung TissUse detektiert die Interaktion der Nanopartikel mit Lungenzellen, sowie die Aufnahme in den Blutkreislauf und mögliche Effekte auf die Leber. 
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Verbesserte Umsetzung der Veränderung des Werkstoffverhaltens durch Bake Hardening in der Prozesskettensimulation
Juni, 2022 – Stetig steigende Anforderungen an die Crashsicherheit von Automobilen bei gleichzeitiger Gewichtsreduktion bedeuten auch höhere Anforderungen an die Crashsimulation. Bei der Bauteilauslegung rücken neben der Herstellbarkeit zunehmend die Crasheigenschaften in den Vordergrund. Um die Vorhersagegenauigkeit der Crashsimulation zu verbessern, müssen die einzelnen Prozessschritte in der Simulation gekoppelt werden. Um die Vorhersagequalität zu erhöhen, sollten auch thermische Behandlungen wie die Lackhärtung, die üblicherweise bei 170 °C für ca. 20 Minuten erfolgt, berücksichtigt werden. Bei vielen Stählen tritt der sogenannte Bake-Hardening-Effekt auf. Dieser führt zu einer Erhöhung der Dehngrenze. In dieser Veröffentlichung werden verschiedene Ansätze zur Transformation der Verfestigungskurven untersucht, um die Vorhersagegenauigkeit in der Prozesskette zu erhöhen. Anhand eines Beispiels wird die einfache Anwendbarkeit in der Prozesskettensimulation demonstriert.
Fachzeitschrift
Veröffentlichung (Englisch)

Digitaler Zwilling im Fertigungsbereich
Mai, 2022 – Digitale Zwillinge werden zu einem immer wichtigeren technischen Paradigma für die erfolgreiche und effiziente Produkt- und Prozessgestaltung. Konstruktions- und Simulationsingenieure, Prozessexperten und IT-Abteilungen sind mehr denn je voneinander abhängig, kämpfen aber mit nicht übereinstimmenden oder fehlenden Datenstandards, Schnittstellen und Softwarearchitekturen. Eine ganzheitliche Optimierung der Wertschöpfungsketten erfordert eine maximale Wiederverwendbarkeit und eine digitale Interoperabilität auch über Unternehmensgrenzen hinweg.
Unsere MpCCI Twin Toolbox unterstützt Ingenieure dabei, ihre Digital-Twin-Lösungen zu erstellen und zu konfektionieren. Die Toolbox bietet Funktionen, mit denen sich Informationsbestände aus heterogenen Quellen in eine gemeinsame Umgebung einbinden lassen. Analysen, Optimierung, automatische Kalibrierung oder Verifizierung & Validierung können genutzt und Daten durch ihre semantischen (ontologiebasierten) Metadaten verwaltet werden. Das Ziel der MpCCI Toolbox sind eine bessere Interoperabilität und intelligentere Arbeitsabläufe in technischen und multiphysikalischen Anwendungen. Generische Basislösungen und eine wachsende Anzahl von Engineering- und Analysemodulen dienen als Vorlagen und lassen sich an die Bedarfe eines Projekts anpassen.
Hannover Messe

VMAP – Datenstandard für eine stärker integrierte Systemtechnik
April, 2022 – ITEA strebt eine kontinuierliche Verbesserung der Qualität und der Auswirkungen der im Rahmen unseres Eureka-Clusters durchgeführten Projekte an. Eine Möglichkeit, dieses Ziel zu erreichen, besteht darin, die Anforderungen der Endnutzer zu verstehen, die potenziell von den Softwareinnovationen profitieren können, die durch ITEA-Projekte hervorgebracht werden. Die Kenntnis um wichtige und anspruchsvolle Probleme der Kunden ermöglicht es, Projekte mit konkreten Zielen zu entwerfen, die sich schnell umsetzen lassen.
ITEA Smart Systems Engineering Workshop (Englisch) 

Digitaler Zwilling und Multiphysics-Lösungen – Präsentationen auf dem NAFEMS-Weltkongress 2021
Oktober, 2021 – VMAP Standard and the VMAP Standards Community / VMAP Enabling Interoperability in Integrated CAE Simulation Workflows/ Bridging the Gap between Product and Simulation Data Management / A Digital Twin for Lightweight Thermoplastic Composite Part Production / Smart Automatic Configurator for Fast and Robust Fluid Structure Interaction Co-Simulations / Using Computational Fluid Dynamics for the Design of In-Vitro Testing Methods for Inhalable Micro- and Nanoparticles.
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VMAP – Präsentation auf der 13. Europäischen LS-DYNA Konferenz 2021
Oktober, 2021 – VMAP enabling interoperability in integrated CAE simulation workflows.
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MpCCI-Lösungen – Vortrag auf der JMAG & PSIM-Anwenderkonferenz 2021
Oktober, 2021 – Multiphysics Simulations for Electrical Components Design with MpCCI.
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VMAP erhält den ITEA Award of Excellence für Standardisierung
September, 2021 – "[...] VMAP hat herausragende Ergebnisse, die den Digitalisierungsprozess aller Branchen beschleunigen werden [...] – Zeynep Sarılar, ITEA Vorsitzende.
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Fraunhofer DigitalTPC – Vortrag auf der DGZfP-Jahrestagung 2021
Mai, 2021 – Inlinetauglichkeit von zerstörungsfreien Prüfmethoden für den digitalen Zwilling von thermoplastischen Carbonfaser-Tapes
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MpCCI CouplingEnvironment 4.6.1 veröffentlicht
März, 2021 – Synchronisationsproblem mit parallelen Codes behoben / Updates für verschiedene Codeschnittstellen...
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MpCCI FSIMapper 4.6.1 veröffentlicht
März, 2021 – Aktualisierungen für das FLUENT CFF Format / OpenMP basierter MpCCI Visualizer /...
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Fraunhofer Projekt HABICHT gestartet
Februar, 2021 – Das Projekt zielt darauf ab, einen Hochgeschwindigkeitsmotor für einen Brennstoffzellenkompressor zu entwerfen und zu entwickeln, um Innovationen im Bereich der Nutzfahrzeuge und der Luftfahrt zu ermöglichen...
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Das Projekt ITEA VMAP analytics ist angelaufen
Januar, 2021 – Die Vision von VMAP analytics ist es, die Realisierung von intelligenten digitalen Zwillingen für Material- und Fertigungsdesignaufgaben zu ermöglichen.
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Whitepaper: Ontologies for Digital Twins in Smart Manufacturing
November, 2020 – Fraunhofer SCAI schlägt eine erste integrale Ontologie vor, die sich auf Multiphysik-Simulationen und digitale Zwillinge in der Fertigung konzentriert...
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