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. Aktuell in Entwicklung befindet sich die neue MpCCI SIMS Lösung für die Verwaltung technischer Daten in der Produkt- und Prozessentwicklung.

• 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.
• Das MpCCI Semantic Information Management System (SIMS) bietet eine einheitliche Umgebung für die Verwaltung komplexer technischer und ingenieurwissenschaftlicher Daten. Es wandelt heterogene Datensätze in einen semantischen Wissensgraphen um und ermöglicht so intelligente Abfragen, Schlussfolgerungen und Entscheidungsfindungen. Dank seiner modularen Architektur kann jede Ebene von SIMS unabhängig arbeiten und dennoch nahtlos über REST-APIs oder gemeinsame Datenbanken kommunizieren. Diese Flexibilität ermöglicht es Projektteams Interoperabilität über verschiedene Domänen hinweg zu gewährleisten.

VMAP – Ein Standard für Simulation und Messung
Fraunhofer SCAI koordiniert die Aktivitäten der VMAP Standards Community e.V. Der VMAP-Datenstandard ermöglicht die Speicherung von Ergebnisdaten aus Simulationsrechnungen, von Messdaten aus physischen Experimenten und auch die Ablage von Monitoringdaten aus Produktionsmaschinen. Durch diese Vereinheitlichung der Datenablage können Simulationsingenieure direkt auf Daten aus der virtuellen und physischen Welt zugreifen und zur Verbesserung ihrer Berechnungsmodelle nutzen.

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:

MapUmCra
Im Zusammenhang mit der sich stetig erhöhenden Forderung nach Leichtbau zur Reduktion des CO₂-Abdruckes ist im Bereich der Fahrzeugentwicklung, zum Beispiel bei der Crashstrukturauslegung, eine möglichst genaue Prognose des Komponentenverhaltens im Einsatz unerlässlich. MapUmCra hat als Ziel, die Versagensprognosegüte in der Crashsimulation von Blechwerkstoffen zu erhöhen durch eine verbesserte Berücksichtigung des Einflusses des Umformprozesses auf das Bauteilverhalten unter Crashbelastung. Damit verbunden ist weiterhin auch eine für verschiedene Solver und Modelle kompatible Schnittstelle »Umformen–Crash«, was auch auf die weiter zunehmende Digitalisierung und Automatisierung in der Entwicklung von Automobilkomponenten von hoher Relevanz ist.
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GEAR-UP
Die Integration recycelter Materialien stellt die verarbeitende Industrie vor Herausforderungen, da die Qualität der Produkte vom Zusammenspiel der eingesetzten Materialien und den Fertigungsverfahren abhängt. Variationen in Spurenelementen und chemischen Eigenschaften beeinflussen additive Fertigungsprozesse wie den 3D-Druck. Das Projekt GEAR-UP zielt darauf ab, digitale Werkzeuge zu entwickeln, die den Einsatz recycelter Materialien in der Metall- und Kunststoffverarbeitung erleichtern. Durch simulationsgestützte Ansätze und KI-Methoden sollen ressourcenschonende Fertigungsverfahren etabliert werden. Der im Projekt entwickelte digitale Produktpass stellt die Rückverfolgbarkeit der Materialien sicher.
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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 einer 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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Projekt RESTORE – Erfolgreiches Review
25. September 2025 – Das RESTORE-Konsortium kam in Brüssel zum offiziellen EC-Reviewmeeting zusammen. Die Veranstaltung bot ein volles und spannendes Programm:

• Projektüberblick – Erfolge, Meilensteine und wissenschaftliche Ziele
• Ausführliche Präsentationen zu jedem Arbeitspaket (WP1–WP8) mit den Themen Anforderungsanalyse, nachhaltige Verkleidungsmaterialien, digitale Tools, die Wiederaufbereitungsplattform, Geschäftsmodellinnovation, Verbreitung und Management
• Konstruktive Diskussionen mit Gutachtern und Partnern über Ergebnisse, Herausforderungen und den weiteren Weg

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Coupled Simulation of Vehicle Suspension Systems – Erfolgreiche Masterarbeit
Juli 2025, Sankt Augustin (Deutschland) – Fahrdynamiksimulationen, wie sie beispielsweise im Formel-Rennsport oder in der Fahrzeugentwicklung eingesetzt werden, stellen hohe Anforderungen an die numerische Modellierung: Die Verformung einzelner Bauteile beeinflusst direkt das Bewegungsverhalten des gesamten Fahrwerks.
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Neue VMAP Arbeitsgruppe zur Additiven Fertigung
Juni 2025 – Nach den produktiven Diskussionen auf dem VMAP-Anwenderforum 2025 im Februar kam man zu einem klaren Konsens: Die additive Fertigungsindustrie benötigt dringend standardisierte Datenformate. Als Reaktion auf diese Forderung hat das VMAP SC eine eigene Arbeitsgruppe für additive Fertigung eingerichtet, um umfassende Standards für AM-Prozesse zu entwickeln.
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Projekt SmartEM – Erfolgreiches Review
13. März 2025 – Computergestützte Modelle haben die Konstruktions- und Analyseprozesse verbessert, sind jedoch nach wie vor schwer wiederzuverwenden, auszutauschen und in größere Systeme zu integrieren. Das Projekt SmartEM geht diese Herausforderungen an, indem es eine Referenzarchitektur für »Engineering Model Spaces«  entwickelt, die eine bessere Zusammenarbeit ermöglicht, kostspielige Konstruktionskorrekturen reduziert und den frühzeitigen Austausch von Daten und Modellen fördert. Durch die Verlagerung von Datenräumen zu Modellräumen ebnet SmartEM den Weg für eine breitere Daten- und Modellwirtschaft in der Fertigung und hilft den Endnutzern letztendlich, die Entwicklungszeiten zu verkürzen.
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VMAP User Meeting 2025
Februar 2025, Sankt Augustin (Deutschland) – Am 18. und 19. Februar 2025 trafen sich führende Persönlichkeiten aus Forschung und Industrie auf Schloss Birlinghoven zum jährlichen Anwenderforum der VMAP Standards Community. Ziel der Veranstaltung war es, den offenen VMAP-Standard für die virtuelle Materialmodellierung weiterzuentwickeln und die Weichen für eine effiziente, interoperable und digitale Fertigung zu stellen.
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NAFEMS VMAP Webinar – Wie Sie VMAP in Ihrem eigenen Code verwenden und implementieren
17. Dezember 2024, Online (via NAFEMS) – VMAP ist ein herstellerneutraler Standard für die CAx-Datenspeicherung zur Verbesserung der Interoperabilität in virtuellen und physischen technischen Arbeitsabläufen. Der VMAP-Standard kann zur Übertragung von Daten zwischen Simulationscodes sowie zur Speicherung von Daten aus physischen Experimenten oder der Maschinenüberwachung verwendet werden und hat somit die Lücke durch die Schaffung des weltweit ersten CAx-Workflow-Schnittstellenstandards geschlossen. Fraunhofer SCAI gibt in diesem Webinar einen ersten Überblick über die technischen Möglichkeiten des Standards und wie er an eigene Softwarelösungen angeschlossen werden kann.
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Start des Projekts GEAR-UP
20. bis 21. Oktober 2024, Trondheim (Norwegen) – Die Integration recycelter Materialien stellt die verarbeitende Industrie vor Herausforderungen, da die Qualität der Produkte vom Zusammenspiel der eingesetzten Materialien und den Fertigungsverfahren abhängt. Variationen in Spurenelementen und chemischen Eigenschaften beeinflussen additive Fertigungsprozesse wie den 3D-Druck. Das Projekt GEAR-UP zielt darauf ab, digitale Werkzeuge zu entwickeln, die den Einsatz recycelter Materialien in der Metall- und Kunststoffverarbeitung erleichtern. Auf dem Kickoff-Treffen in Trondheim trafen sich 12 internationale Projektpartner bei SINTEF Manufacturing AS und Aker Solutions Hydropower AS, um technische Details und die weitere Ausarbeitung der Anwendungsfälle zu besprechen.
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VMAP 1.2 Release
29. August 2024, Sankt Augustin (Deutschland) – Mit der neuen Version v1.2 des VMAP-Standards können jetzt auch Daten aus realen Messungen und Fertigungsmonitoring strukturiert abgelegt und für weitere Simulationsaufgaben verfügbar  gemacht werden.
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Start des Projekts BASE
30. bis 31. Juli 2024, Berlin (Deutschland) – 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. Auf dem Kickoff-Treffen in Berlin trafen sich 19 internationale Projektpartner zu einem ersten Planungs- und Gedankenaustausch.
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ITEA Projekt SmartEM gestartet
April 2024, Eindhoven (Niederlande) – 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, Canon Production Printing, Thermo-Fisher, Siemens Software, KU Leuven, TU Eindhoven, Reden, SemLab, TNO, ACD, Alpata, Inovasyon Mühendislik und Fraunhofer SCAI.
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ITEA Projekt VMAP analytics hatte sein Abschlusstreffen
April 2024, Stockholm (Schweden) – 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 (Norwegen)– 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 (Deutschland) – 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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