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Im Projekt #MOIN – Modellregion Industriemathematik wird der Dialog zwischen Wissenschaft und Unternehmen erleichter, Bild: TOPAS Industriemathematik/Kortjohann
Wenn Unternehmen neue Produkte entwickeln, Produktionsprozesse optimieren oder komplexe Daten auswerten wollen, stoßen klassische Methoden schnell an ihre Grenzen. Industriemathematik kann hier den entscheidenden Unterschied machen: Sie übersetzt reale Herausforderungen in Modelle, Simulationen und Algorithmen und macht daraus konkrete Lösungen für die Praxis. Genau diesen Transfer möchte #MOIN – Modellregion Industriemathematik fördern. Die Initiative bringt mithilfe so genannter Innovationsscouts Unternehmen aus Bremen, Bremerhaven und der Region mit wissenschaftlicher Expertise und passenden Kooperationspartnerinnen und -partnern zusammen.
Kabel sind empfindlich. Schon ein kleiner Fehler kann schwerwiegende Folgen haben, egal ob es sich um Hochspannungskabel für die Energieübertragung oder um sensible Datenleitungen handelt. Vom Innen- und Außenleiter über die Ader bis zum Kabelschutz muss die Qualität stimmen. Seit mehr als 50 Jahren entwickelt die Bremer Sikora GmbH Mess- und Analysesysteme für die zerstörungsfreie Prüfung unter anderem von Kabeln. Längst ist das Familienunternehmen zum Weltmarktführer avanciert.
Nun arbeitet die Entwicklungsabteilung an einem gewissermaßen intelligenten Prüfinstrument: „Der Optical Analyzer nutzt das Prinzip der Anomalieerkennung. Das System lernt, wie ein fehlerfreies Kabel aussieht, und erkennt anschließend selbstständig jeden Defekt, der von diesem eingelernten Gutprodukt abweicht“, erläutert Dr. Sebastian Schmale. Er leitet bei Sikora das Team Machine Learning – maschinelles Lernen mit KI-Hilfe ist Kern des Vorhabens.
„Forscher:innen aus dem Zentrum für Industriemathematik haben maßgeblich zum Erfolg beigetragen.“
Das Projekt steht kurz vor seinem erfolgreichen Abschluss. Dafür hat Sikora einen Prototyp mit modernster Optik und eigener Auswertungseinheit aufgebaut. „Die Fachleute aus dem Zentrum für Industriemathematik der Universität Bremen haben hierbei mit einem Algorithmus maßgeblich zum Erfolg beigetragen“, betont Schmale.
Durchmesser und die Wandstärke von Kabeln, Schläuchen oder Platten und Blechen kontinuierlich und berührungsfrei messen - dafür sind SIKORA-Geräte weltbekannt. Jetzt möchte das Unternehmen seine Fähigkeiten erweitern. Bild: Sikora
Wissenstransfer aus dem universitären Bereich in die Wirtschaft wird zumeist mit praxisnahen Erkenntnissen aus Naturwissenschaft oder Technik assoziiert. „Mathematik“ klingt dagegen selbst in der Verbindung mit „Industrie“ eher theoretisch. „Stimmt nicht“, widerspricht Prof. Andreas Rademacher, Leiter des Zentrums für Industriemathematik (ZeTeM): „Industriemathematik ist in einem sehr hohen Maße praxisorientiert. Unsere Entwicklungen beziehen sich auf sehr konkrete Anwendungen.“
Dem intelligenten Messgerät entgeht auch bei rasanter Geschwindigkeit keine Abweichung
Der „Optical Analyzer“ gehört dazu. „Es gilt letztlich, den richtigen Algorithmus für die Bewertung zu finden“, erläutert Prof. Rademacher, „da kommen wir Industriemathematikerinnen und Industriemathematiker ins Spiel, die die entsprechenden Verfahren beherrschen.“ In der Vergangenheit wurden solche Aufgaben durch eine experimentelle Annäherung an das Ziel gelöst. Erst die schnell voranschreitende Entwicklung von Hochleistungsrechnern ermöglichte es, komplexe industrielle Aufgaben in mathematischen Denkmodellen darzustellen und aus theoretischen Berechnungen eine praktische Lösung zu entwickeln.
Die Universität Bremen hat von Anfang an eine in Deutschland führende Rolle in dieser Disziplin übernommen und bereits vor 30 Jahren das von Prof. Rademacher geleitete Zentrum für Industriemathematik gegründet, das die Schnittstelle zwischen Mathematik und Ingenieurwissenschaften sowie zwischen Universität und Unternehmen bildet. „Wir übernehmen den ganzen Prozess der Problemlösung – von Modellierung, mathematischer Analyse bis zur Entwicklung von Software und Simulationen“, betont Prof. Rademacher.
„Mathematik ist mehr als Zahlen und Rechnen – sie steckt beispielsweise in Robotern, Games, Klimamodellen und Verkehrsplanung.“
Industriemathematik treibt Innovationen voran und schafft Wettbewerbsvorteile
Seit mittlerweile drei Jahren gibt es mit #MOIN ein regionales Transfer- und Kooperationsangebot, das Industriemathematik sichtbar und für Unternehmen leichter zugänglich macht. Beteiligt sind neben der wissenschaftlichen Expertise am ZeTeM unter anderem auch die BIS Wirtschaftsförderung Bremerhaven, die Senatorin für Wirtschaft, Häfen und Transformation sowie weitere Partnerinnen und Partner aus Unternehmen und dem Innovationsökosystem des Landes Bremen.
Die vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt geförderte Initiative #MOIN Modellregion Industriemathematik wirkt in zwei Richtungen. Zum einen zeigt #MOIN durch Veranstaltungen und Aktionen wie Forschungstage und mathematische Stadtführungen für Schülerinnen und Schüler, Lehrkräfte, Studierende und die interessierte Öffentlichkeit, wie vielfältig, kreativ und nützlich (Industrie-)Mathematik ist.
„Wir wollen zeigen, dass Mathematik ein echter Innovationstreiber ist. Nicht abstrakt, sondern mitten im Leben“, sagt Professor Christof Büskens, Projektleiter von #MOIN. „Sie steckt in Robotik, Künstlicher Intelligenz, Klimamodellen, Verkehrsplanung, Häfen, Produktion und vielen weiteren Bereichen, in denen Zukunft gestaltet wird.“
Zum anderen möchte #MOIN Brücken bauen zwischen Wissenschaft und Praxis. So wird der Dialog zwischen Wissenschaft und Unternehmen erleichtert, Potenziale werde sichtbar gemacht und Kooperationen initiiert, beispielsweise mit Unternehmen, die Industriemathematik für die Optimierung von Prozessen oder die Entwicklung neuer Verfahren und Produkte nutzen könnten. „Wir verstehen #MOIN als Motor für Innovationen in Bremen, Bremerhaven und der gesamten Region. Industriemathematik hilft dabei, komplexe Herausforderungen in handhabbare Modelle, Simulationen und Entscheidungen zu übersetzen und so Innovationen voranzutreiben und Wettbewerbsvorteile zu schaffen“, verspricht Büskens. Eine wichtige Rolle spielen dabei die Innovationsscouts: Sie identifizieren Bedarfe in Unternehmen, vermitteln passende Kontakte und unterstützen dabei, aus ersten Ideen konkrete Kooperationsprojekte zu entwickeln.
Die Energieversorgung für Bremerhaven auch in Zukunft sicherstellen, daran arbeitet das Projekt LAVHA, Bild: WFB/Pusch
Zukunftsweisende Simulation für die Nutzung erneuerbarer Energie im Hafen
Der Weg zur Industriemathematik führt für Unternehmen aber nicht nur über komplexe Projekte wie „Optical Analyzer“. Das zeigt das Beispiel „LAVHA“, das die Hafenmanagement-Gesellschaft bremenports gemeinsam mit dem Zentrum für Industriemathematik aufgesetzt hat. „Das war eines unserer klassischen Kurzprojekte, mit denen Unternehmen zunächst erste Eindrücke und Erfahrungen mit Industriemathematik sammeln können“, sagt Malin Lachmann, Leiterin des Bereiches Energie und Umwelt der Arbeitsgruppe Optimierung und Optimale Steuerung am Zentrum für Industriemathematik.
Im Mittelpunkt des zweimonatigen Vorhabens stand eine zukunftsweisende Simulation: bremenports bereitet den CO2-neutralen Betrieb der Containerterminals in Bremerhaven vor. „Zu den essenziellen Fragen zählt es dabei, ob und wie der mit Hilfe von Windenergieanlagen erzeugte Strom für Flautenzeiten in Batteriespeichern ‚gelagert‘ werden kann“, berichtet Dr. Lars Stemmler, der das Projekt für bremenports begleitete. So einfach wie auf den ersten Blick vermutet, war die Suche nach Antworten nicht. „Der Energiebedarf wird von einer Vielzahl häufig und schnell wechselnder Einflussfaktoren wie Umschlagsmengen und -zeiten bestimmt“, erläutert Stemmler. Zudem gibt es über die verfügbaren Energiemengen nur Annahmen für verschiedene Szenarien. „Bei dieser Aufgabe müssen viele Punkte gleichzeitig bedacht werden“, betont Malin Lachmann, „das erfordert eine komplexe Simulation verschiedener Abläufe und Szenarien auf den Terminals.“
Genau dafür ist das Zentrum für Industriemathematik bestens gerüstet: „Wir haben das Know-how und die Algorithmen“, ist Malin Lachmann überzeugt. Die Projekte „Optical Analyzer“ und „LAVHA“ sind längst nicht die einzigen, die das belegen.
Die über #MOIN initiierten Praxisvorhaben reichen mittlerweile vom Einsatz autonomer Drohnen in der Landwirtschaft über die Verwendung von Künstlicher Intelligenz in der Schifffahrt bis zur Trainingssimulation für die chirurgische Behandlung von Handgelenksbrüchen. Die Beispiele zeigen: Industriemathematik ist kein abstraktes Spezialthema, sondern ein Werkzeug für konkrete Innovationen in Bremen, Bremerhaven und der Region.
Bremer Unternehmen können die Industriemathematik nutzen – so geht’s
#MOIN macht den Zugang dazu einfacher: Unternehmen können mit einer ersten Idee, einer Herausforderung oder einer offenen Frage auf die Innovationsscouts zugehen. Gemeinsam wird geprüft, welche mathematischen Methoden helfen können, welche Partnerinnen und Partner passen und welches Kooperationsformat sinnvoll ist. Wer Prozesse simulieren und optimieren, Daten besser nutzen oder neue Verfahren entwickeln möchte, findet mit #MOIN einen unkomplizierten Einstieg.
Mathematik ist aus der industriellen Praxis nicht mehr wegzudenken: Wo Unternehmen Herausforderungen sehen, sehen wir gute Probleme - und laden sie ein, gemeinsam neue Lösungen zu erarbeiten" sagt Professor Büskens. „Dafür brauchen sie kein mathematisches Vorwissen. Entscheidend ist die Bereitschaft neue Wege zu gehen.“
Kontakt zum #MOIN-Projekt:
Dr. Kerstin Ksionzek
Universität Bremen
Konrad-Zuse-Straße 6a
28359 Bremen
kerstin.ksionzek@uni-bremen.de
0421 218-63865
Natascha Schmitt
Die Senatorin für Wirtschaft, Häfen und Transformation
Referentin / Innovationsscout Modellregion Industriemathematik
natascha.schmitt@wht.bremen.de
+49 (0) 421 361-32172
