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Die wesentliche Erfassung von 3D-Objekten fördert innovatives Design und eine effiziente Fertigung

Während computergestütztes Design (CAD) zu einem blühenden Geschäft geworden ist, war es eine Herausforderung, das richtige Gleichgewicht zwischen Geschwindigkeit und Genauigkeit zu finden. Eine Fülle neuer Algorithmen, welche die neuesten mathematischen Fortschritte beinhalten, haben die Lücke für Anwendungen von der Freiformarchitektur bis zum Schiffsdesign geschlossen.

Grundlagenforschung

Computer haben unsere Fähigkeit zur Lösung komplexer Probleme revolutioniert. Zur Ausschöpfung seines vollen Potentials sind jedoch schlanke und dennoch ausgefeilte Algorithmen zur Erfassung notwendiger Informationen für eine hohe Genauigkeit erforderlich, ohne die Rechenzeit zu verlangsamen. Die EU-Finanzierung des Projekts ARCADES unterstützte die Schaffung eines Marie-Skłodowska-Curie-Ausbildungsnetzwerks, welches genau das erreicht hat. Zahlreiche fortschrittliche Algorithmen und Instrumente für computergestütztes Design werden die Wettbewerbsfähigkeit Europas in kritischen Anwendungen verbessern. „Im Gegensatz zu herkömmlichen Doktorandenprogrammen setzt das Marie-Skłodowska-Curie-Ausbildungsnetzwerk geförderte Personen einem internationalen Netzwerk mit akademischen Umgebungen und Industriepartnern aus. Diese einmalige Gelegenheit unterstützte ARCADES bei der Entwicklung neuartiger Methoden für computergestützte Designsoftware, welche die neuesten mathematischen Durchbrüche integriert“, erklärt Ioannis Emiris, Projektkoordinator von ARCADES vom Athena – Forschungs- und Innovationszentrum für Informations-, Kommunikations- und Wissenstechnologie und von der Nationalen und Kapodistrias-Universität Athen.

Gebogene Oberflächen sowie komplexe Mobilität zu Land und zu Wasser

In den Bereichen Hydrodynamik und Schiffsbau entwickelten junge Forschende neue isogeometrische Modellierer und Solver, die computergestützte Designmodelle nahtlos und direkt mit Rechenmechanik und Finite-Elemente-Analyse koppeln. Ein neuartiger T-Splines-basierter parametrischer Modellierer (TshipPM für komplexe Schiffsformen) integriert über 20 Konstruktionsparameter und generiert effizient und robust eine umfassende Reihe an Konstruktionsalternativen für hochwertige Schiffsrümpfe. TshipPM ist jetzt für die Kommerzialisierung bereit. Darüber hinaus wurden während der Entsendung einer geförderten Person zu ITI, einem Industriepartner von ARCADES, entscheidende Schritte unternommen, um die Darstellung im Hauptsoftwareprodukt von ITI, CADfix auszuschöpfen. Emiris fügt hinzu: „Die Arbeit von zwei geförderten Personen am computergestützten Design in der Schifffahrtsindustrie wurde vom EU-Innovationsradar sozusagen auf die Karte gesetzt.“ Die geförderten Personen von ARCADES entwickelten außerdem intuitive interaktive computergestützte Designinstrumente, um Fachkräfte aus den Bereichen Architektur und Ingenieurswesen bei der Konstruktion und Herstellung von geschwungenen Fassaden und Freiform-Architekturoberflächen aus Materialien einschließlich Glas zu unterstützen. Die in Zusammenarbeit mit Evolute, einem Mitglied von ARCADES, durchgeführten Arbeiten wurden bereits von mehreren Branchenführern umgesetzt und angepasst. Emiris fährt fort: „Unser digitaler Designrahmen, der geometrische Modellierung und Optimierung, physikalische Simulation und Deep Learning kombiniert, hat unsere ursprünglichen Ziele übertroffen. Neben der Unterstützung des Designs bietet es Feedback zu den Produktionskosten.“ Die Erforschung des Potentials moderner Techniken des maschinellen Lernens für das Lernen in 3D-Form hat im neuen Marie-Skłodowska-Curie-Ausbildungsnetzwerk GRAPES eine Hauptrolle gespielt. Ein weiterer wichtiger Bereich mit bedeutenden Fortschritten ist die Untersuchung starrer Objekte mit vorgeschriebenen Freiheitsgraden für die Konstruktion von Robotern, Werkzeugmaschinen und sogar molekularer Kinematik. Während der Entsendung einer geförderten Person zum Industriepartner TopSolid (ehemals Missler Software) wurden einige der Methoden in die Flaggschiff-Familie der kommerziellen Software „TopSolid“ integriert. Darüber hinaus wird derzeit Prototypsoftware mit Modellierungsalgorithmen zur Steuerung von Werkzeugmaschinen vom ARCADES-Partner RISC Software ausgewertet.

Nachrichten verbreiten – und die klugen Köpfe dahinter

Die Ergebnisse des Projekts ARCADES wurden über 250 Aktivitäten mitgeteilt, darunter wissenschaftliche Präsentationen und Veröffentlichungen, öffentliche Vorträge und Wissenschaftsmessen. „Unsere Kollegschaft ist zu einer sehr engen Gemeinschaft außergewöhnlicher junger Forschender geworden. Viele wechseln in Forschungspositionen in anderen europäischen Ländern. Diese internationale Denkweise wird die Karrieren der geförderten Personen, den Bereich des computergestützten Designs und die von ihm unterstützten Branchen fördern“, schließt Emiris. Der globale Markt für computergestütztes Design wird voraussichtlich einen Umsatz von fast 19 Milliarden US-Dollar bis 2030 erzielen. Die besten und klügsten Personen von ARCADES werden Schlüsselfiguren sein.

Schlüsselbegriffe

ARCADES, computergestütztes Design, TopSolid, Roboter, TshipPM, geometrische Modellierung, Schiffsrümpfe, Freiformarchitektur, Rechenmechanik, CADfix

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