Presseinformationen

Maschinelles Lernen hat in den vergangenen drei Jahrzehnten die Optimierung von Produktionsprozessen, Material- und Maschinendesign durchdrungen und ist inzwischen überall in der industriellen Praxis zu finden. Daher ist es für Fachkräfte der Industrie wichtig, ein grundlegendes Verständnis davon aufzubauen. Prof. Dr. Anita Schöbel, Institutsleiterin des Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM, hat gemeinsam mit Prof. Dr. Jürgen Franke von der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) das Buch »Statistical Machine Learning for Engineering with Applications« veröffentlicht, das eine zugängliche Einführung in die Konzepte und Methoden des Maschinellen Lernens bietet.

Neues aus Schoonschip: Die schwimmende Energiegemeinschaft in den Niederlanden ist seit Januar mit 30 Häusern an Energie- und Flexibilitätsmärkte angebunden. Eine innovative Lösung des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM ermöglicht präzise Echtzeit-Prognosen für Verbrauch, lokale Erzeugung und Preisoptimierung. So kann die Gemeinschaft Strom zu optimalen Konditionen am Day-Ahead-Markt handeln. Gleichzeitig vermarktet ein Händler die 30 Batteriespeicher am Imbalance-Markt. Das steigert die Flexibilität und senkt die Energiekosten für die Mitglieder.

Alle Unternehmen wollen so effizient wie möglich produzieren, ihre Maschinen optimal auslasten und keine Ressourcen verschwenden. Ein neues Projekt am Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern erforscht, wie Inline-Prozess- und Produktüberwachung den Firmen dabei helfen können. Das rheinland-pfälzische Ministerium für Wissenschaft und Gesundheit fördert das Projekt.

Energie sparen und sinnvoll nutzen – dieses Ziel zieht sich durch viele Projekte am Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM. In seinen Projekten setzt sich das Institut dafür ein, die Entstehung, Beschaffung und Verteilung von Energie berechenbar zu machen. Auf der E-world Energy and Water 2025 vom 11. bis 13. Februar in Essen ist das Institut deshalb mit drei Abteilungen vertreten, die ihre neuesten Entwicklungen im Kontext »Energie« vorstellen.

Die Vereinten Nationen haben das Jahr 2025 zum Internationalen Jahr der Quantenwissenschaft und -technologie (IYQ) erklärt. So würdigen sie das 100-jährige Jubiläum der Entwicklung der Quantenmechanik. Als Ort der Quantenforschung beteiligen wir uns als Fraunhofer ITWM unter anderem mit Bildungsangeboten und weiteren Veranstaltungen am Jubiläumsjahr.

Durch die Einspeisung von erneuerbaren Energien und den Trend zur Dezentralisierung werden Fernwärmenetze immer komplexer. Im Projekt »AD Net Heat« simulieren Fraunhofer-Forschende die Wärmeströme im gesamten Netz, prognostizieren Lastspitzen und helfen bei der Planung neuer Netze.

Das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM erweitert seine Terahertz-Expertise auf den mittleren Infrarotbereich. Hierbei untersucht es gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Optik und Feinmechanik IOF in Jena nichtlineare Kristalle für die optische Frequenzkonversion ultrakurzer Laserpulse vom nahen in den mittleren Infrarotbereich. Gefördert werden die Arbeiten vom Fraunhofer-Exzellenzcluster Advanced Photon Sources CAPS mit insgesamt 250.000 Euro an beiden Instituten.

Der perfekte Schaum ist nicht nur wichtig für Getränke wie Bier und Kaffee oder für die luftige Konsistenz der Mousse au Chocolat beim Weihnachtsmenü. Auch zur Isolation in Kühlgeräten oder Batterien sowie in Sitzpolstern, Prothesen oder Schuhsolen kommt Schaum zum Einsatz. Vom 3. bis 5. Dezember 2024 präsentiert das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM auf der Foam Expo Europe 2024 in Stuttgart seine Beiträge für die Zukunft der Schaumproduktion für den Leichtbau.

Am Standort Kaiserslautern ist das Thema »Mehrzieloptimierung« besonders stark in der Forschung und Anwendung. Das beweisen beispielsweise das Graduiertenkolleg »Mathematics of Interdisciplinary Multiobjetive Optimizaton (MIMO)« der RPTU Kaiserslautern-Landau und die erfolgreichen Industrieprojekte des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in diesem Schwerpunkt.

Das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM präsentiert auf der Supercomputing 2024 in Atlanta, USA, vom 18. bis 22. November innovative Lösungen für parallele Programmierung und Künstliche Intelligenz. Mit dabei am Gemeinschaftstand 3115 in Halle B sind zwei Fraunhofer-Spin-Offs: ThinkparQ stellt seine Roadmap für das parallele Dateisystem BeeGFS vor. Das Spin-off UNEEC Systems wird den STX-Prozessor und seinen Systemansatz für eine energie- und kosteneffiziente Recheninfrastruktur demonstrieren. Der STX-Prozessor beschleunigt HPC-Simulationen und ermöglicht gleichzeitig eine einfache Programmierung. ITWM-Forschende aus dem Bereich »High Performance Computing« stellen neue Entwicklungen in der parallelen Programmierung sowie weitere KI-Lösungen für das Hochleistungsrechnen vor:

Die EIOPA (European Insurance and Occupational Pensions Authority / Europäische Aufsichtsbehörde für Versicherungswesen und betriebliche Altersvorsorge) hat im Oktober 2024 ein Konsultationspapier zum Thema »Value for Money« veröffentlicht. Das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM hat als wissenschaftlicher Partner daran mitgewirkt, Versicherungsprodukte zu bewerten und damit Aufsichtsbehörden dabei zu unterstützen, den Nutzen für Kundinnen und Kunden zu messen und zu überwachen.

Digitale Zwillinge gelten in vielen industriellen Prozessen als Schlüsseltechnologie. Für die Kunststoffindustrie haben Forschende des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern ein Machine-Learning-Tool entwickelt, das mithilfe eines Digitalen Zwillings die optimalen Prozesseinstellungen ermittelt. Der Digitale Zwilling berechnet ausgehend von den gewünschten Produkteigenschaften die benötigten Einstellungen des Extruders. Dadurch können Unternehmen Zeit und Ressourcen sparen und gleichzeitig die Qualität ihrer Produkte steigern.

Ein Zwilling kommt selten allein – Digitale Zwillinge in der Trenntechnik sind dagegen oft Einzelgänger. Denn dort entsteht ein digitales Abbild eines bestimmten Produktionsschritts oder Bauteils meistens, ohne die gesamte Prozesskette im Blick zu haben. Das will ein Team um Dr. Ralf Kirsch, Teamleiter »Filtration und Separation« am Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM, ändern und stellt auf der FILTECH 2024 vom 12. bis 14. November 2024 neue Ansätze für die simulationsbasierte Verbesserung von Filtertechnik vor. Darüber hinaus bringt das Team des Fraunhofer ITWM weitere Forschungsthemen mit nach Köln.

Ein Buch mit Erfolgsgeschichten, das junge Frauen für Mathematik, Informatik, Naturwissenschaft und Technik (MINT) begeistert, mit Beispielen aus der Wissenschaft? Das allein wäre den Fraunhofer-Forscherinnen um Manja Mai-Ly Pfaff-Kastner, Esther Packullat, Dr. Isabel Michel, Lisa Martha Kunkel und Prof. Dr. Tanja Manuela Kneiske zu wenig. »Forscherinnen im Fokus – Wir schaffen Veränderung« will mehr: die Welt der Künstlichen Intelligenz und Simulation mit den Augen außergewöhnlicher Wissenschaftlerinnen betrachten und dabei spannende, eben ganz persönliche Geschichten erzählen. ›Frau N. Hofer‹, so der Kurztitel, spürt vielfältigen (Lebens-)Wegen in der Wissenschaft nach und lenkt so »ganz nebenbei« den Blick auf faszinierende Gestaltungschancen gerade in der angewandten Forschung.

Das Fraunhofer ITWM kennt Daniel Stich gut: Vor seiner Ernennung zum Innenstaatssekretär war er im Landesministerium für Wissenschaft und Gesundheit für den Schwerpunkt »Gesundheit« verantwortlich. Während der Hochphasen der Corona-Epidemie untersuchte das Institut für das Ministerium die Fallzahlen und beriet Daniel Stich in seiner Rolle als Landesimpfkoordinator in wöchentlichen Meetings. Auch nach dem Abklingen der Epidemie ging die Zusammenarbeit weiter: Das Fraunhofer ITWM begleitete das Abwasseranalyseprogramm der Landesregierung im Abgleich mit dem Testprogramm SentiSurv. Dabei wurden bis März dieses Jahren Daten erhoben, um den Verlauf einer vergleichbaren Epidemie künftig besser vorhersagen und geeignete Maßnahmen ergreifen zu können.

Die neue EU-Verordnung European Deforestation Regulation – EUDR soll verhindern, dass in der EU gehandelte Waren zur fortschreitenden Entwaldung beitragen. Wer zum Beispiel ein Holzprodukt in den EU-Markt einbringt, muss dokumentieren, welche Holzarten zur Herstellung verwendet wurden, und dessen legale Herkunft belegen. Schon die erste Überprüfung der deklarierten Holzart ist – je nach Material – keine leichte Aufgabe. So muss etwa Papier zeitaufwändig von Spezialistinnen und Spezialisten untersucht werden. Eine KI-Analysesoftware zur Holzartenbestimmung soll diesen Prozess künftig vereinfachen und beschleunigen. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM entwickeln das automatische Bilderkennungssystem für die großflächige Überprüfung der Holzartendeklaration in enger Zusammenarbeit mit dem Thünen-Institut für Holzforschung.

Gemeinsam mit vier anderen Fraunhofer-Instituten präsentiert das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM seine aktuellen Forschungsergebnisse live auf der diesjährigen Weltleitmesse für die maritime Branche SMM (Shipbuilding, Machinery and Marine Technology) vom 3. bis 6. September 2024 in Hamburg. In Halle B6 am Stand 327 zeigen die Forschenden ihre Lösungen, die Reedereien, Werften, Häfen sowie Logistikdienstleister und die maritime Zulieferindustrie unterstützen.

Diese Frage konnten sich in den vergangenen 13 Jahren bereits sechs Doktorandinnen und Doktoranden der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau RPTU und des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM stellen. Sie haben einen Teil ihres Promotionsstudiums in Frankreich absolviert – genauer am Centre de Morphologie Mathématique de MINES Paris (CMM).

Batteriesimulation gehört schon seit Jahren zu den Forschungsschwerpunkten des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern. Seit kurzem erweitert die Qualitätskontrolle diesen Forschungszweig. Der Fokus liegt dabei auf Elektroden und ihren Leiteigenschaften. Bei der Stuttgarter Leitmesse »Battery Show Europe« präsentiert das Institut seine Neuheiten in Halle 9 an Stand B85.

Ob im Automotive-Bereich oder in der Produktion: Simulationen und Digitale Zwillinge sind für viele Unternehmen unverzichtbar. Weil hochdynamische Prozesse mit herkömmlicher Software oft nicht zufriedenstellend abgebildet werden können, haben Forschende am Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM mit dem Tool MESHFREE eine Lösung entwickelt, die ohne starres Rechengitter arbeitet und in der Lage ist, komplexe Abläufe mit großer Zeitersparnis und damit kostengünstig zu simulieren. Dafür werden sie mit dem Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2024 ausgezeichnet.

Die stationäre Versorgung von pflegebedürftigen Menschen in Deutschland steht vor großen Herausforderungen. Nach Angaben von Statista wird die Zahl der Menschen, die auf Betreuung angewiesen sind, bis 2030 um 50 Prozent steigen. Gleichzeitig nimmt das Arbeitskräfteangebot die nächsten Jahre voraussichtlich weiter ab. Ein Weg, diesen Herausforderungen zu begegnen, bieten KI-basierte, digitale Systeme: Im Projekt »Versorgungsintegrierte Künstliche Intelligenz im professionellen Pflegeprozess« (ViKI pro) ermöglichen Forschende des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM gemeinsam mit Partnern Pflegefachkräften die Erhebung von individuellen Pflegebedarfen und die Planung geeigneter Maßnahmen mit Unterstützung von KI.

Mit Graduiertenkollegs unterstützt die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) die Promotionen junger Wissenschaftler:innen. Der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau und dem Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM ist es gelungen, ein solches Graduiertenkolleg nach Kaiserslautern zu holen! Das interdisziplinäre Programm mit dem Namen MIMO – Mathematics of Interdisciplinary Multiobjective Optimization – bietet Promovierenden die Möglichkeit, Mathematik und Ingenieurwissenschaften zu verbinden.

Der Bereich »High Performance Computing« des Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM, bekannt für seine exascale-fähigen Programmierwerkzeuge und das parallele Dateisystem BeeGFS, kommt mit innovativen Lösungen für die HPC-Community in den Gebieten parallele Programmierung und Künstliche Intelligenz nach Hamburg. Am Gemeinschaftsstand mit ThinkparQ, einem Spinn-off des Fraunhofer ITWM, präsentieren die Expertinnen und Experten auf der ISC High Performance Computing 2024 verschiedene Innovationen des Instituts.

Einschneidende Ereignisse und herausfordernde Lebensumstände stellen eine enorme Belastung für die psychische Gesundheit dar. Menschen mit hoher Resilienz sind besser auf Stress und Schicksalsschläge vorbereitet. Doch kann diese psychische Widerstandskraft erlernt werden? Forschende vom Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM und dem Leibniz-Instituts für Resilienzforschung LIR haben im Projekt »APPWAG« die frei zugängliche Webanwendung »resiLIR« entwickelt, mit der Nutzende online ihre persönliche Resilienz bewerten lassen und trainieren können.

Das Team »Virtual Inspection Planning« des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM und die BMW Group haben ein gemeinsames Forschungsprojekt erfolgreich abgeschlossen, in dem der Einsatz synthetischer Bilddaten untersucht wird. Diese unterstützen Unternehmen aus der Produktion bei der Inspektion mit Künstlicher Intelligenz und beim standardisierten Erfassen von Defekten. Mit Methoden des Maschinellen Lernens wurden im Projekt hochglänzend bearbeitete Metalloberflächen detektiert. Die Expertinnen und Experten, darunter Vertreter des Fraunhofer ITWM und der BMW Group aus München und dem Steyr InnoLab, präsentierten ihre Erkenntnisse während eines Workshops im BMW Group Werk Steyr in Österreich.

Drei Jahre lang haben sie immer wieder getüftelt und sich freiwillig engagiert – Anfang April wurden sie dafür belohnt. 27 Schülerinnen und Schüler aus Rheinland-Pfalz haben erfolgreich am Landeswettbewerb Mathematik teilgenommen und sich gegen 72 weitere durchgesetzt. Der Abschluss des Wettbewerbs bildete die Preisverleihung am Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM. Vor Ort beglückwünschten sie Oberbürgermeisterin Beate Kimmel, Vizepräsident der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) Dr. Stefan Löhrke sowie Prof. Dr. Ralf Korn, wissenschaftlicher Berater des Fraunhofer ITWM.

Die weltweit produzierte Datenmenge nimmt immer weiter zu. Damit steigt auch der Bedarf an der effizienten Verarbeitung der Daten, um die Kosten für Energie und Infrastruktur zu senken. Das Fraunhofer ITWM arbeitet an einer hardwarebewussten NAS (Neuronal Architecture Search), die mehrere vielversprechende Technologien zusammenbringt. Auf der Fachmesse »Embedded World« in Nürnberg stellen Forscher des Fraunhofer ITWM ihre Arbeiten am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand (Halle 4, Stand 422) vom 9. bis zum 11. April 2024 vor.

Ende April 2024 läuft das von der rheinland-pfälzischen Landesregierung geförderte Projekt »Angewandtes Quantencomputing« (AnQuC) aus. Darum traf sich jetzt die Arbeitsgruppe Quantencomputing des Fraunhofer ITWM mit dem industriellen Beirat, der das Projekt über zwei Jahre begleitete, für ein abschließendes Resümee.