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Company Core Technologies

System Design and Simulation

In diesem Forschungsbereich liegt der Fokus auf der Modellierung von Systemen und Komponenten, deren Design sowie auf multiphysikalischen Simulationen unter Einsatz künstlicher Intelligenz. Themenschwerpunkte sind die CAD/CAM-Kette und digitale Zwillinge für Visualisierungstests, Prüfung, Verifizierung und Optimierung in den Bereichen Fertigung, Robotik und Energieinfrastruktur.

Was wäre, wenn wir Automatisierungs-, Fertigungs- und Energieinfrastrukturen entwerfen, testen und verbessern könnten, bevor sie gebaut werden?

Herkömmliche Engineering-Zyklen stützen sich stark auf physische Prototypen. Das führt zu kostspieligen Iterationen, einer verlängerten Markteinführungszeit und unvorhergesehenen betrieblichen Engpässen. Modernes Industrie-Engineering erfordert daher den Übergang von statischen CAD-Modellen zu dynamischen, domänenübergreifenden Simulationsumgebungen. Durch die Kombination von Hochleistungs-Computing, Echtzeit-Telemetrie und räumlicher Visualisierung lassen sich komplexe industrielle Architekturen über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg vor der physischen Inbetriebnahme gründlich validieren.

Was zählt, sind Simulation, digitale Zwillinge und Funktionen des Industrial Metaverse für eine schnellere, sicherere und nachhaltigere Entwicklung.

Ein geteiltes Bild, das ein abstraktes 3D-Spiralmuster und eine Frau zeigt, die ein VR-Headset trägt
Eine Forschende, die an einem Schreibtisch sitzt und konzentriert an einem Laptop arbeitet

Der Bereich Systemdesign and Simulation umfasst die geometrische, mechanische und funktionale Modellierung (CAD/CAM) mit KI-gestützten Arbeitsabläufen und generativem Design. Zu unseren Forschungsschwerpunkten gehören Produktionsplanung, virtuelle Inbetriebnahme sowie (Multi-)Physik-, System-, Echtzeit- und Co-Simulation. Darüber hinaus forschen wir im Bereich der Simulation für das Training physikalischer KI und der Generierung synthetischer Daten.

Unsere Forschung befasst sich mit Validierung und Verifikation, Zusammenarbeit im Design, AR/VR-Visualisierung sowie Lebenszyklus- und Digital-Twin-Management. Sie umfasst außerdem Automatisierungstechnik, elektrische Modellierung und den Entwurf dezentraler Energiesysteme unter Einsatz von multimodaler Simulation, Unsicherheitsmodellierung, techno-ökonomischer Optimierung und agentischen Arbeitsabläufen.

Im Rahmen dieser Company Core Technology erforschen wir Anwendungen, die die Weiterentwicklung von Design-, Simulations- und PLM-Tools sowie Plattformen für das Management von Simulationen, Daten, Modellen und digitalen Zwillingen umfassen. Zu den Schwerpunktbereichen zählen Visualisierung, Zusammenarbeit (z.B. mit dem Digital Twin Composer), die automatisierte Erstellung von 3D-Inhalten sowie Nachhaltigkeitstools zur Berechnung des CO₂-Fußabdrucks von Produkten, zur Kreislaufwirtschaft und zur Lebenszyklusanalyse mithilfe eines digitalen Zwillings.

Weitere Themen sind simulationsgestütztes Produkt- und Produktionsdesign, virtuelle Inbetriebnahme, das Training von CAD/CAM-Grundlagemodellen, das Design von multimodalen Energiesystemen und die Entwicklung von Anlagenkomponenten für Energiesysteme. Schließlich befasst sich unsere Forschung mit Lebenszyklus- und Energie-Zwillingen, Kreislaufwirtschafts-Aspekten in der Fertigung, der Synchronisation mit realen industriellen Systemen sowie autonomem Engineering.

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Publikationen

Entdecken Sie ausgewählte Fachbeiträge


SceneGenAgent: Precise industrial scene generation with coding agent

Published in: 2025 Proceedings of the 63rd Annual Meeting of the Association for Computational Linguistics (Volume 1: Long Papers), pages 17847–17875, Vienna, Austria
Xiao Xia, Dan Zhang, Zibo Liao, Zhenyu Hou, Tianrui Sun, Jing Li, Ling Fu, Yuxiao Dong

Generating 3D industrial scenes with LLMs is challenging due to strict requirements for precise measurements and spatial planning. To solve this, the authors introduce SceneGenAgent, an LLM agent that generates industrial scenes via C# code. It uses structured layout planning, verification and iterative refinement to satisfy exact quantitative needs, boosting LLM success rates up to 81.0%. Additionally, the authors release SceneInstruct, a dataset for fine-tuning open-source LLMs like Llama3.1-70B to approach GPT-4o performance within the framework. Code and data are publicly available.
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SiPhyR: An end-to-end learning-based optimization framework for dynamic grid reconfiguration

Published in: IEEE Transactions on Smart Grid ( Volume: 16, Issue: 2, March 2025)
Rabab Haider, Anuradha Annaswamy, Biswadip Dey, Amit Chakraborty

Rising renewable energy, storage and electric vehicles require faster decision-making paradigms for distribution grids. This paper proposes SiPhyR, a physics-informed machine learning framework for end-to-end learning-based optimization of grid reconfiguration. SiPhyR optimizes topology and power flows to lower line losses, improve voltage profiles and boost renewable integration. To handle NP-hard binary decision variables, it uses a physics-informed rounding method within a differentiable framework. This allows SiPhyR to simultaneously optimize grid topology and dispatch while satisfying safety-critical constraints, as demonstrated on three canonical grids.
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Leveraging prosumer flexibility to mitigate grid congestion in future power distribution grids

Published in: Energies 2024
Tomaselli D., Most D., et al

The rising adoption of behind-the-meter (BTM) photovoltaic (PV) systems, electric vehicles (EVs) and heat pumps is causing distribution grid congestion. This paper evaluates BTM flexibility using a novel framework that combines a rolling horizon optimal power flow with a piecewise linear cost function to address this issue without costly upgrades. When tested on a grid model of Schutterwald, Germany, the results showed that self-consumption BTM storage resolved all feed-in violations but only 35% of load violations. However, proactively controlling storage charging and discharging effectively resolves the remaining load violations, even in nearly saturated grids.
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Neural differential equations with integrated control for chemical process modeling

Published in: 2025 IEEE 32nd International Conference on High Performance Computing, Data and Analytics Workshop (HiPCW)
Sumeet Rodiya, Ved Vartak, Kunal Bahuguna, Subhajit Sanfui, Ramsatish Kaluri

Neural differential equations are powerful for chemical process simulation, but their application to controlled chemical processes remains relatively unexplored. This paper evaluates neural ordinary differential equations (NODEs) and neural controlled differential equations (NCDEs) for modeling a batched bioreactor system with explicit control integration. The authors develop a modified NODE framework containing control inputs and study NCDEs, which incorporate continuous control paths using spline interpolation. Implemented in Diffrax for efficient GPU acceleration, the frameworks demonstrate that NCDEs achieve superior predictive accuracy, whereas NODEs offer faster training times.
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Multi-agent framework leveraging knowledge graphs for virtual commissioning models

Published in: AUTOMATION 2026, Innovation trifft Anwendung (pp. 144-152). VDE
Max Diekmann; Jonas Nitzler; Jan Fischer; Hans-Juergen Pfisterer; Dirk Hartmann

Virtual commissioning models (VCMs) validate discrete manufacturing systems before deployment, but building them is labor-intensive due to fragmented data across tools like Siemens TIA Portal and NX MCD. To address this, the authors propose a knowledge-graph-grounded multi-agent framework. Deterministic tools extract and merge PLC and kinematic data into a unified graph database. A hierarchical agent architecture then assists with system understanding, script-based component generation and cross-domain signal mapping. Tested on a lab-scale manufacturing setup, the approach reduces manual interpretation effort and streamlines early VCM engineering.
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