EDITORIAL. Liebe Leserin, lieber Leser,

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1 SCAI LIGHTS 2015 Computational Finance Numerische Sorftware Meshfree Multiscale Methods Optimierung Numerische datenbasierte Vorhersage Virtual Material Design Optimierung High Per Comp High Performance Analytics Numerische Sorftware Bioinformatik h Performance Computing Multiphysic Computational Finance Multiphysics Virtual Material Design Bioinformatik High Performance Computing Meshfree Multiscale Methods High Performance Analytics hfree Multiscale Methods Optimierung Numerische datenbasierte Vorhersage WIRTSCHAFTSERTRÄGE ÜBER 5 MILLIONEN EURO INTERVIEW MIT DR. KLAUS STÜBEN

2 EDITORIAL Liebe Leserin, lieber Leser, PROF. DR. MICHAEL GRIEBEL bereits zum sechsten Mal in Folge ist es uns gelungen, ein hervorragendes wirtschaftliches Institutsergebnis zu erreichen. Dabei werden die Wirtschaftserlöse im Jahr 2015 erstmals fünf Millionen Euro überschreiten. Erfreulich verläuft auch die Entwicklung der in den vergangenen Jahren neu gegründeten Abteilungen, die sich in ihren Geschäftsfeldern etabliert haben. Diese Erfolge wären nicht möglich ohne die Kompetenz, die Motivation und das Engagement unserer Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Ich bin fest davon überzeugt, dass wir die Erfolgsgeschichte von SCAI auch im Jahr 2016 fortsetzen können. Unseren Kunden und Partnern danken wir herzlich für die fruchtbare Zusammenarbeit und die hervorragende Unterstützung. Institutsleiter Jüngste Meldung: Wechsel an der Spitze der Verwaltung LEITET KÜNFTIG DIE VERWALTUNG VON SCAI: CHRISTIANE STOLL Zum 1. März 2016 übernimmt Christiane Stoll (44) die Verwaltungs leitung von Fraunhofer SCAI. Die Diplom-Volkswirtin folgt auf Diplom-Mathematiker Carl Vogt, der zu diesem Zeitpunkt in die Altersteilzeit eintritt. Vogt nimmt weiterhin die Aufgaben des stellvertretenden Institutsleiters von Fraunhofer SCAI wahr, wird sich aber künftig verstärkt um die Belange des Fraunhofer-Institutszentrums kümmern, hier besonders um die zahlreichen anstehenden Baumaßnahmen. Ein weiteres Projekt von Vogt ist die Organisation des Strategieprozesses»SCAI 2020«. Die Kontinuität in der Verwaltung von Fraunhofer SCAI ist auch dadurch gesichert, dass Christiane Stoll bereits seit dem Jahr 2013 in der Verwaltung des Instituts beschäftigt ist. Davor hatte sie bereits mehrere Jahre im zentralen Projektmanagement am Fraunhofer-Standort Schloss Birlinghoven gearbeitet.

3 DAS INSTITUT IN ZAHLEN Fraunhofer SCAI hat im Jahr 2015 erstmals Wirtschaftserträge in Höhe von über fünf Millionen Euro (2014: 4,9 Millionen Euro) erzielt. Dabei lagen sowohl 2014 als auch 2015 die Erträge aus der Lizenzierung der Software-Produkte von Fraunhofer SCAI über drei Millionen Euro. Der Anteil der Wirtschaftserträge am Betriebsaufwand des Instituts liegt 2015 bei 48 Prozent und damit im sechsten Jahr in Folge deutlich über 40 Prozent. Die höchsten Lizenzerlöse lieferten erneut die aktuellen Versionen der Softwareprodukte AutoNester (Auto matische Anordnung von Schnittbildern auf Stoffbahnen), PackAssistant (optimierte Verpackung von Bauteilen in Behälter), MpCCI (Software zur Kopplung indus trieller Simulations programme) und SAMG ( Softwarepaket zur hocheffizienten numerischen Lösung großer, dünnbesetzter Gleichungssysteme). Der Betriebsaufwand lag 2015 mit rund 10,7 Millionen Euro um rund 0,9 Millionen Euro über dem von Der Gesamthaushalt stieg 2015 von 10,7 auf 11,2 Millionen Euro. Zum hat SCAI insgesamt 138 Personen beschäftigt. Die Zahl der Beschäftigten soll im neuen Jahr ansteigen. Externe Erträge T * Industrieaufträge EU Lizenzerlöse Sonstige Bund / Länder Aufwand T * Personalaufwand Investitionen Sachaufwand Personal * Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter Studierende und Auszubildende * Hochrechnung 3,

4 SCAI LIGHTS BERNHARD KLAASSEN (LINKS) UND TANJA CLEES (BEIDE SCAI) SPRECHEN MIT EINEM BESUCHER. ANDREA NAHLES VERSUCHTE SICH AN DER PACKUNGSOPTIMIERUNG. Multiphysikalischer Simulator für Energienetze auf der E-world Arbeitsministerin informiert sich am SCAI über Optimierungslösung FEBRUAR. Die Abteilung High Performance Analytics präsentierte vom 10. bis 12. Februar 2015 bereits im dritten Jahr in Folge ihre Forschungsarbeiten auf der Messe E-world in Essen. Die Fachbesucher auf dem Messestand zeigten großes Interesse an der Simulationssoftware MYNTS (Multi physical Network Simulation Framework). Betreiber von Energienetzen überwachen permanent den Zustand ihrer Netze und planen Reaktionen auf mögliche Zustand sänderungen im Voraus. Mit MYNTS können sie komplexe Netze planen und deren Verhalten im Betrieb vorhersagen. Die von Fraunhofer SCAI entwickelte Software ist besonders interessant für Betreiber von Fernleitungsgasnetzen oder Kavernen. Sie kommt auch für die Planung und Simulation von Kühlkreisläufen, Wassertransport und Energiemanagement zum Einsatz. MAI. Bundesarbeitsministerin Andrea Nahles war am 11. Mai 2015 zu Gast am Fraunhofer-Institutszentrum Schloss Birlinghoven. Die Ministerin informierte sich über aktuelle Forschungsarbeiten der drei Fraunhofer-Institute zum Thema»Industrie 4.0«. Fraunhofer SCAI präsentierte die weltweit führende Software zur 3D-Packungsplanung PackAssistant. An einem Exponat versuchte die Ministerin per Hand eine optimierte Verpackungslösung zu finden. Dies stellte sich als zeitaufwändiger als gedacht und gar nicht so einfach heraus. Um so erstaunter war die Ministerin, dass die Software von SCAI für komplexe dreidimensionale Anordnungen von Bauteilen oft nur wenige Sekunden bis zum Ergebnis benötigt. Stefan Rank aus der Abteilung Optimierung erläuterte weitere aktuelle und geplante Funktionen der Software. 4

5 DIE SITZUNG DES KURATORIUMS FAND AUF SCHLOSS BIRLINGHOVEN STATT. AUSZEICHNUNG:»MOST INNOVATIVE USE OF SIMULATION TECHNOLOGY«Kuratoren sehen das Institut bestens für die nächsten Jahre aufgestellt Optimierte Laborgeräte durch Strömungssimulation MAI. Die jährliche Sitzung des Kuratoriums von Fraunhofer SCAI begann im Gedenken an Dr. Klaus Tschira. Tschira war am 31. März 2015 verstorben und gehörte dem Kuratorium seit dem Jahr 2012 an. Auf der Agenda am 21. Mai 2015 standen Präsen tationen über aktuelle Forschungsarbeiten und - vorhaben des Instituts sowie Beratungen über die künftige strategische Ausrichtung in den zehn Geschäftsfeldern. Die Kuratoren lobten die überaus erfolgreiche wirtschaftliche Entwicklung von Fraunhofer SCAI und sehen das Institut für die kommenden Jahre bestens aufgestellt. Mitglieder des Kuratoriums sind: Dr. Bernd Thomas (Vorsitzender des Kuratoriums), Prof. Dr. Hans-Joachim Bungartz, Prof. Dr. Reinhard Klein, Dr. Thomas Lorenz, Dr. Claus Axel Müller, Prof. Dr. Michael Schäfer und Ulrich Schüller. JUNI. Eine Jury hat die Präsentation von Dr. Carsten Brodbeck auf dem NAFEMS World Congress 2015 in San Diego, Kalifornien ausgezeichnet. Gemeinsam mit zwei Kollegen vom Fraunhofer-Institut ITEM in Hannover hatte er zum Thema» Improvements of an Air-Liquid Interface In-Vitro Testing Method for Inhalable Compounds using CFD-Methods«vorgetragen. Dabei geht es um die Planung von Laborgeräten durch Strömungssimulationen. In einem gemeinsam Projekt hatten die Institute SCAI und ITEM detaillierte Simulationsmodelle zur virtuellen Auslegung der Strömungsvorgänge in solchen Geräten entwickelt. Daraus entstand ein neuartiges Baukastensystem zur Untersuchung von potentiell inhalationstoxischen luftgetragenen Substanzen. Die Entwicklungen sind zum Patent angemeldet. 5

6 SCAI LIGHTS LAURETTA SCHUBERT (SCAI) ERLÄUTERTE DIE SOFTWARE LAMA AUF DER MESSE ISC. SVENJA SCHULZE (2. V. L.) FOLGTE DEM VORTRAG VON MARTIN HOFMANN-APITIUS. High Performance Computing für industrielle Anwendungen NRW-Ministerin informierte sich über EU-Projekt Aetionomy JUNI / SEPTEMBER. Auf der International Supercomputing Conference (ISC) vom 15. bis 16. Juli 2015 in Frankfurt am Main zeigten die SCAI-Geschäftsfelder High Performance Computing, High Performance Analytics und Bioinformatik aktuelle Forschungsarbeiten und -ergebnisse für industrielle Anwender. Die Abteilung Bioinformatik stellte ihre Softwarelösungen für das Lizenzmanagement zudem auf der ISC- Schwestermesse»ISC-Cloud«vom 28. bis 30. September, ebenfalls in Frankfurt, vor. Impressum: Redaktion: Dipl.-Journ. Michael Krapp, Dr. Anton Schüller Gestaltung: Swetlana Schilinski Bildquellen: Fraunhofer SCAI, ViNotion, Eindhoven (S. 8, links) Fraunhofer SCAI, Sankt Augustin 2014 AUGUST. Auf ihrer Sommertour zu den Themen Digitalisierung und IT-Sicherheit machte Svenja Schulze, Ministerin für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen am 10. August 2015 Station am Fraunhofer-Institutszentrum Schloss Birlinghoven. Prof. Dr. Martin Hofmann-Apitius, Abteilungsleiter Bioinformatik, präsentierte der Ministerin die Forschungsarbeiten im Projekt»Aetionomy«, gefördert von der Innovative Medicines Initiative (IMI). Renommierte Pharma-Unternehmen, Kliniken und Forschungseinrichtungen erarbeiten im Projekt eine Wissensbasis für neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson. Diese Wissens basis soll für die akademische und industrielle Forschung bereitgestellt werden. Ein Ziel dabei ist es, personalisierte Diagnosen und Therapien für Patienten zu entwickeln. 6

7 JULIANE FLUCK (RECHTS) WARB BEIM SPEED DATING FÜR EINE KARRIERE BEI SCAI. HOCHKONZENTRIERTE ARBEIT AM COMPUTER: TEILNEHMER DER SCAI-SOMMERSCHULE Sprungbrett für junge Frauen in die MINT-Forschung Mathematische Methoden spannend an Schüler vermittelt OKTOBER. Die Wissenschaft wird immer weiblicher. Diesen Trend möchte die Fraunhofer-Gesellschaft mit aller Kraft unterstützen. Rund 50 junge Frauen lernten im Rahmen der Veranstaltung»Wissenschaftscampus 2015«vom 6. bis 8. Oktober 2015 die Forschung am Fraunhofer- Institutszentrum Schloss Birlinghoven (IZB) kennen. Die Absolventinnen oder Studentinnen der Fachrichtungen Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik (MINT) erfuhren vieles über Karrierewege in der Fraunhofer-Forschung und nahmen darüber hinaus an zahlreichen Workshops teil. Dr. Anton Schüller informierte über Berufsaussichten bei SCAI. Dr. Juliane Fluck, Abteilung Bioinformatik, und Nadja Wirth, Abteilung Simulationsanwendungen, standen den Teilnehmerinnen in persönlichen Gesprächen Rede und Antwort. JULI / OKTOBER. In der SCAI-Sommerschule vom 29. Juni bis 10. Juli 2015 beschäftigten sich acht mathematischnaturwissenschaftlich interessierte Schülerinnen und Schüler zwei Wochen lang mit Methoden und Arbeitsweisen des Wissenschaftlichen Rechnens. Die von Dr. Anton Schüller geleitete Veranstaltung fand bereits zum siebten Mal in Folge statt. Nach einer Einführung in die Welt des Programmierens lernten die Schüler moderne mathematische Methoden für Verkehrs- und Wettersimulation sowie die praktische Behandlung von Optimierungsproblemen kennen. Ähnliche Inhalte bot die» Fraunhofer Talent School«vom 14. bis 16. Oktober Ziel der Talent School ist es, besonders begabte Jugendliche für die Wissenschaft zu begeistern und Nachwuchstalente zu fördern. 7

8 SCAI LIGHTS: AKTUELLE PROJEKTE AUTONOME FAHRZEUGE ERKENNEN ETWA GEFAHREN IM STRASSENVERKEHR. KUNDEN KÖNNEN WEBAPPLIKATIONEN KOSTENLOS IN IHRE WEBSEITEN EINBETTEN. Enorme Rechenleistung eingebetteter Systeme erschließen Fachkauderwelsch aus Biologie und Medizin für Laien verständlich erklärt Die Möglichkeiten des High Performance Computing (HPC) verändern die Art und Weise, wie Produkte entworfen und produziert werden und letztlich funktionieren. Durch die Nutzung kleinster aber leistungsfähiger Rechner, ist heute eine enorme Rechenleistung auch für Anwendungen in der Welt der eingebetteten Systeme verfügbar. Komplexe Anwendungen können in Echtzeit ausgeführt werden. Beispiele dafür finden sich in autonomen Fahrzeuge oder in der medizinischen Bildgebung. Für die sich schnell verändernde Hardware- Landschaft fehlt jedoch oft die Möglichkeit, Algorithmen an Hardware architekturen flexibel anpassen zu können. Diese Lücke sollen die Entwicklungen im Projekt MACH schließen, das von der europäischen Initiative ITEA vom BMBF gefördert wird. Das Projektkonsortium wird vom SCAI-Geschäftsfeld HPC geleitet. MACH läuft bis Ende Oktober Fachbegriffe wie»acad11«oder»cdk17«erschließen sich Laien nicht von selbst. Daher hat die Abteilung Bioinformatik im vom Bundes ministerium für Bildung und Forschung geförderten Projekt»Neuroallianz I2B«jetzt den»biological term inspector«entwickelt. Es handelt sich um eine kleine Webapplikation, die sich in Webseiten einbetten lässt. Nach Eingabe eines Suchbegriffs erhält man eine Definition aller Synonyme und Querverlinkungen in Fachdatenbanken. Weiterhin wird eine automatische Textergänzung angeboten und es werden Verbesserungsvorschläge gemacht. Bislang sind über zehn Themengebiete aus den Lebenswissenschaften erfasst, beispielsweie Proteine, Gene, Krankheiten, Wirkstoffe und Biomarker. SCAI hostet, der Service ist kostenfrei für alle Kunden. Weitere Informationen unter: 8

9 SCAI LIGHTS: ANWENDUNGEN DARSTELLUNG EINER PACKUNGSLÖSUNG AM BEISPIEL DER FIGUR HAMMERHAI Mit PackAssistant spielend packen Die geobra Brandstätter Stiftung & Co. KG, Hersteller der PLAYMOBIL-Spielfiguren, produziert mit unterschiedlichen Spritzgießwerkzeugen Kunststoffteile für verschiedene Spielwelten, darunter etwa 1000 neue Teile für Produktneuheiten des Jahres Die Verpackung der Teile muss geplant werden, um Logistikkosten abzuschätzen und zu optimieren. Dazu kommt jetzt die SCAI-Software PackAssistant zum Einsatz. Die Software ermittelt die optimierte Befüllung von Standardbehältern (zum Beispiel Gitterboxen) mit baugleichen Einzelteilen. Die Behälterauslastungen der von PackAssistant berechneten Befüllungen übertreffen vielfach die von erfahrenen Planern erstellten Packungslösungen. Da die Software bereits eingesetzt werden kann, während die Konstruktion einer Baugruppe im CAD-System erfolgt, lassen sich so Transport und Lagerung frühzeitig, schnell und zuverlässig planen. Die Software erlaubt es Anwendern, Behälterbefüllungen mit verschiedenen Packungsarten zu berechnen. Dazu gehören das Packen mit festen oder flexiblen Zwischenlagen, mit Gefachen, in Stapeln sowie die Simulation von Schüttgut.»Nur mit der Technologie von PackAssistant war es möglich, bereits vor der Erstproduktion alle relevanten Verpackungsdaten zu erhalten, so dass auf zeitaufwendige Packversuche verzichtet werden kann«, sagt Karina Freund aus der Abteilung REFA der geobra Brandstätter Stiftung & Co. KG. 9

10 SCAI LIGHTS: INTERVIEW PERMEABILITÄT EINES UNREGELMÄSSIGEN RESERVOIRS ZUR SIMULATION DER ÖL- UND GASFÖRDERUNG Wozu werden numerische Löser benötigt? Große Gleichungssysteme bilden den numerischen Kern der meisten physikalischtechnischen Simulationsprogramme. Mit hocheffizienten linearen Lösern, beispielsweise mit unserem Softwarepaket SAMG, lässt sich die Lösung dieser Gleichungssysteme enorm beschleunigen. Viele industrielle Simulationen werden damit überhaupt erst praxistauglich, weil die erforderlichen Rechenzeiten sich drastisch, in Extremfällen etwa von Tagen auf Minuten verkürzen. sprach mich ein Kalifornier an, der unsere Software kommerziell einsetzen wollte. Da die damalige Version nur akademischen Anforderungen genügte, erlaubte ich es ihm. Aufgrund der amerikanischen Rechtslage bestand er jedoch darauf, eine Lizenz offiziell zu kaufen. Die erhielt er zum symbolischen Preis von einem Dollar. Diese Erfahrung markierte sozusagen den Start der Entwicklung von SAMG als Produkt mit dem explizitem Ziel einer industriellen Nutzung. Nach der Fusion von GMD und Fraunhofer-Gesellschaft im Jahr 2001 haben wir dann intensiv mit der Vermarktung von SAMG begonnen. Wie entstand die Idee zur Vermarktung der Software SAMG? Ende der 1990er Jahre war ich auf einer Konferenz in den Vereinigten Staaten. Dort Wie gelang es, die ersten Kunden zu gewinnen? Wir hatten am Anfang keine klassische Vermarktungsstrategie für unsere Software. 10

11 SCHNELLE LINEARE LÖSER Nachdem die ersten Firmen SAMG erfolgreich eingesetzt hatten, sprach sich das herum und immer mehr Unternehmen wollten die Software lizenzieren. Aus welchen Branchen kommen Ihre Kunden? Strömungs- und Strukturmechanik, Gießereitechnik, Ölreservoir- und Grundwassersimulation, um nur einige zu nennen. Mit SAMG werden jährlich Einnahmen von rund einer halben Millionen Euro erzielt. Welches Wachstumspotenzial hat das Produkt noch? Computersimulationen kommen in immer mehr Anwendungsbereichen zum Einsatz. Außerdem steigen die Genauigkeitsanforderungen an die Simulationen, was wiederum zu immer größeren Gleichungssystemen führt. Damit wächst auch die Bedeutung von schnellen Lösungsverfahren für große Gleichungssysteme. Haben Sie einen Tipp für die jungen Mathematiker am Institut? Wie kann man mit Mathematik Geld verdienen? Das kann man so ganz allgemein nicht sagen. Forschung im Bereich der Mathematik steht über Veröffentlichungen kostenfrei zur Verfügung. Man muss sich speziell auf industrierelevante mathematische Frage stellungen einlassen und konkrete Lösungen für eine industrielle Nutzung entwickeln. Ziel muss also sein, eine Brücke zwischen der akademischen und der industriellen Welt aufzubauen. Das bedeutet im Allgemeinen, dass man Geld mit Service und Support verdienen kann, weniger dagegen mit der eigentlichen Mathematik. Dr. Klaus Stüben leitet das Geschäftsfeld»Schnelle Lineare Löser«am Fraunhofer- Institut SCAI. Diese Gruppe entwickelt hocheffiziente numerische Methoden zur optimalen und skalierbaren Lösung großer Systeme linearer Gleichungen. / nuso 11

12 SCAI IM SPIEGEL DER PRESSE (AUSWAHL) Ein Puzzle für die Arbeitsministerin»Puzzleaufgabe für die Ministerin: Sie soll einige komplex geformte Aluminium- Werkstücke in einer kleinen Drahtkiste so anordnen, dass sie möglichst wenig Platz wegnehmen. (...) Die Fraunhofer-Forscher haben für das Problem ein Programm namens PackAssistent entwickelt.»wir liefern über die Software eine Ansicht, wie man die Teile möglichst platzsparend anordnet«, erklärt Entwickler Stefan Rank. Der Autokonzern Audi habe errechnet, dass er durch den Einsatz des Programms alleine bei Verpackung und Transport eines Scheinwerfer-Typs Euro pro Jahr sparen kann.«bonner General-Anzeiger, Mai 2015 Effiziente Umlenkmischköpfe für kleinste und große Austragsmengen»Zentraler Schwerpunkt der Entwicklung war es, bei weitgehend gegebener Geometrie der Mischkammer die verbleibenden geometrischen Freiheitsgrade zu identifizieren und wesentlich zu optimieren. So galt es beispielsweise, (...) die Lage und Winkelstellung der Mischdüsen neu auszulegen. Gelöst wurde diese Aufgabenstellung mithilfe unzähliger Modellversuche und Strömungssimulationsrechnungen. Unter Beteiligung des Fraunhofer SCAI mit Sitz in Sankt Augustin konnten letztlich die Parameter so variiert werden, dass ein Optimum gefunden wurde.«kunststoffe, März 2015 IT-Infrastruktur in Gesundheitseinrichtungen»Unstrittig, dass bei der Behandlung von Patienten in Kliniken viele Daten anfallen. (...) Doch wie können Patientendaten zentral verarbeitet und zur Analyse für Forscher zur Verfügung gestellt und gleichzeitig die Anonymität der Patienten gewährleistet werden? (...) Dieser Frage sind Wissenschaftler (...) nachgegangen. Sie entwickeln zusammen mit der Firma Averbis, dem Fraunhofer SCAI (u. a.) eine Cloud, die den besonderen Anforderungen im Gesundheitswesen gerecht wird.«management & Krankenhaus, April 2015 Frischer Wind für besseres Monitoring»Weht der Wind zu stark, werden die Rotorblätter automatisch aus dem Wind gedreht. Die Sensoren der Windkraft anlagen erfassen alle Zustände. Sie schützen so die Rotorblätter vor Beschädigungen. Das ist technischer Standard. In den Sensordaten stecken allerdings noch weit mehr Informationen, als derzeit zum Schutz der Anlagen genutzt werden. Veränderungen in den Frequenzdaten der Vibrationen an den Anlagenkomponenten beispielsweise könnten frühzeitig Hinweise auf einen nicht mehr einwandfreien Betrieb geben. Größere Schäden an den Anlagen und teure Reparaturen würden vermieden und notwendige Wartungen der Anlagen könnten gezielt geplant werden, so Prof. Dr. Garcke vom Fraunhofer SCAI.«InnoVisions, Oktober 2015